地下水典型超采區(qū)利用雨洪資源回補技術(shù)探討

□王婧雅 馬曉麗

滄州市是河北省乃至全國最缺水的地區(qū)之一，也是河北省政府確定的深層地下水嚴重超采區(qū)，地下水超采帶來了地面沉降等一系列環(huán)境地質(zhì)問題。嚴重缺水上升為生態(tài)問題、民生問題和社會問題，滄州市降水量的80%集中在汛期，境內(nèi)河道縱橫，坑塘眾多，加之旱季的淺層地下水埋藏較深，有較大的地下調(diào)蓄庫容，可以利用雨洪資源回補地下水。滄州市東光縣每年開采深層地下水約3200萬m3，屬于深層地下水嚴重超采區(qū)；境內(nèi)溝渠縱橫，坑塘密布，又有古河道區(qū)，水文地質(zhì)條件適中，是開展地下水回補的理想地區(qū)，當?shù)卣退块T十分重視雨洪資源的利用工作，故選定東光縣做為典型區(qū)。

1.典型區(qū)雨洪資源量分析

1.1 雨洪資源量

1.1.1 本地降雨形成的地表水資源量

東光縣不同頻率降水形成徑流量詳見表1。

1.1.2 上游來水量

2012 年南運河來水量為0.8334億m3，主要集中在 7、8、9 三個月。進入東光縣境內(nèi)時流量已經(jīng)很小。漳衛(wèi)新河慶云站徑流量為6.194億m3，從來水過程可以看出，漳衛(wèi)新河全年都有來水，但主要集中在 7、8、9三個月，1、2月份次之。

1.1.3 可攔蓄量

漳衛(wèi)新河P=50%頻率的入境洪水量是4.41億m3，鑒于當?shù)厮Y源短缺現(xiàn)狀，綜合考慮河道生態(tài)需水和下游用水，將入境量的40%進行攔蓄，可攔蓄量為1.764億m3，該河為山東和河北的界河，東光縣按1/2的使用權(quán)考慮，東光縣的可攔蓄量為0.882億m3。

1.2 雨洪資源可利用量分析

東光縣在頻率P=50%的典型年降水產(chǎn)生的總徑流量為3917萬m3，可利用量為1567萬m3；漳衛(wèi)新河P=50%頻率時的洪水量為8820萬m3；可利用量為 4410萬 m3。

2.雨洪資源回補地下水的可行性探索分析

2.1 雨洪資源回補淺層地下水的可行性探索分析

2.1.1 淺層水文地質(zhì)條件分析

區(qū)內(nèi)有2條自西南至東北方向分布的古河道沉積，其含水層顆粒相對較粗，富水性較好。總面積為91km2，底板埋深30m左右，巖性以細砂和粉砂為主，溶解性總固體在0.2～1.0g/L左右，為淡水區(qū)。是地下水回補的理想?yún)^(qū)域。

2.1.2 淺層地下可調(diào)節(jié)庫容分析

地下水庫可調(diào)蓄庫容采用均衡法，Vrs=S.A.△H

Vrs—地下水可調(diào)蓄庫，m3；

A—計算面積，91km2；

S—為調(diào)蓄層給水度，取0.035；

ΔH—為地下水庫調(diào)蓄層厚度或最高水位與規(guī)劃調(diào)蓄層底界面的水位差，取5.5m（最高水位為汛期的0.5m，最低水位是汛前的6.0m）；

計算得知，區(qū)內(nèi)古河道區(qū)的可調(diào)蓄庫容為1752萬m3，加之其他淡水區(qū)水的可調(diào)蓄庫容，可見，區(qū)內(nèi)淺層地下含水層有足夠的庫容。

2.1.3 淺層地下水回補技術(shù)分析

一是地表入滲。地表入滲主要是通過透水面將雨水滲入土壤。透水面主要包括農(nóng)田、干涸河道、河灘等入滲條件較好的地面。地表入滲適宜于水流速度緩慢、來水較為平穩(wěn)、平坦的地區(qū)。

二是坑塘入滲補給?？犹寥霛B補給要求坑塘底部具有較好的入滲條件，適用于水流較急、流量較大或礫石層接近地面的地區(qū)?？犹寥霛B補給具有補給水量大、方法簡單、費用低廉的特點。

表1 東光縣不同頻率降水形成徑流量計算表

圖1 回補承壓水模式示意圖

圖2 深井自身回灌示意圖

三是水平輻射井補給。輻射井較一般滲井入滲能力可提高3～5倍。缺點是造價較高，尤其是透水層或含水層在離地面較深時。

以上淺層地下水回補技術(shù)比較成熟，可在東光縣的古河道地區(qū)進行應用，在東光縣利用雨洪水回補淺層地下水，在技術(shù)上是可行的。

2.1.4 水源、水質(zhì)的可行性

至2020規(guī)劃水平年，東光縣P=50%頻率的雨水可利用量為1567萬m3，洪水可利用量為 4410萬 m3，這兩部分水主要是用于農(nóng)業(yè)和生態(tài)，屆時，引黃水量為1200萬m3，中水量為1000萬m3，隨著南水北調(diào)通水，黃河水將用于農(nóng)業(yè)，農(nóng)業(yè)和生態(tài)的可供水量為8177萬m3，而規(guī)劃水平年50%頻率時農(nóng)業(yè)和生態(tài)的需水量為7798萬m3，這樣可將多余的雨洪資源量以用來回補淺層地下水。由此認為雨洪水回補淺層地下水在水量上是可行的。

東光縣淺層地下水埋藏淺，直接接受降水補給，即使不進行人工回補，地表水也會自然入滲到淺層地下，二者聯(lián)系密切，水質(zhì)差別較小，均受到中到重度污染，污染指標主要為氨氮等，鑒于地表水污染較重，回補到淺層地下水易造成二次污染，應采取一系列的相關措施，加大地表水污染治理力度，改善水質(zhì)，避免或減輕對淺層地下水造成的二次污染。

2.2 雨洪資源回補深層地下水的可行性探索分析

典型區(qū)的目標層和超采層主要是第III、IV承壓含水組，底板埋深450m左右。

承壓含水層的回補技術(shù)主要可分為無壓回補和加壓回補，主要有井內(nèi)注入回灌、深淺機井聯(lián)動回灌、深井自身回灌、加壓式回灌等。

2.2.1 井內(nèi)注入

利用水的自身重力，將達標水源注入到目標含水層的井中，達到回補承壓地下水的作用。

2.2.2 利用深、淺機井引取雨洪資源回灌

主要是充分利用坑塘、洼淀、河道、溝渠、農(nóng)田、地面攔蓄的地表水，使其滲入到淺層地下含水層，再利用淺井抽取淺層淡水資源回灌到深井中。詳見圖1。

2.2.3 利用深井自身回補承壓水

在下深井井管時，在淺層淡水層處也設置花管，既濾水管，這樣將滲入淺層的雨洪資源流入深層，補充深層地下水。詳見圖2。

2.2.4 加壓式人工回補

加壓式人工回灌是通過加壓泵將回灌水壓入深層含水層。一般采用同層加壓方式進行，即在回灌過程中將回灌井密封，通過加壓向回灌井進行注水。

3.雨洪資源回補地下水對超采區(qū)治理的作用和影響

3.1 實現(xiàn)對深層地下水壓采

旱季騰出淺層地下庫容，汛期回補，增加了淺層地下水的可開采量，減少了對深層地下水的開采，可實現(xiàn)對深層地下水的壓采。

3.2 改善生態(tài)水環(huán)境

雨洪資源回補淺層地下水，改善了淺層地下水水質(zhì)，增加了水資源可利用量，從而減少農(nóng)業(yè)對深層地下水的開采，使其得到休養(yǎng)生息，水位逐漸恢復，改善和修復當?shù)厣鷳B(tài)水環(huán)境。

3.3 促進社會的和諧發(fā)展

當?shù)販\層地下水咸淡交替，雨洪資源回補到地下，緩解了水資源供需矛盾，減少了水事糾紛，促進社會和諧。