蘭考縣城市地下水資源評(píng)價(jià)

劉承勇 張 公

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院）

0 引言

地下水資源直接制約著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展高質(zhì)量發(fā)展。計(jì)算地下水允許開采量是地下水資源評(píng)價(jià)的核心問題，對(duì)于地下水的可持續(xù)開發(fā)利用及保護(hù)具有十分重要的意義。由于地下水埋藏于地下，循環(huán)周期較慢，一旦遭到破壞，將難于修復(fù)。因此，摸清地下水資源量和超采現(xiàn)狀是保證高質(zhì)量生產(chǎn)和健康生活的前提。

區(qū)域地下水資源評(píng)價(jià)方法多種多樣，主要有四大儲(chǔ)量法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法、數(shù)學(xué)物理方法、水文概念模型法、水均衡法。目前對(duì)區(qū)域地下水資源評(píng)價(jià)最常用的是水均衡法，其優(yōu)點(diǎn)在于思路清晰，方法簡(jiǎn)單，對(duì)區(qū)域水文地質(zhì)條件認(rèn)知度要求低。

1 基本情況

1.1 交通位置

蘭考縣為全國(guó)知名紅色文化名城，是河南改革發(fā)展和加強(qiáng)黨的建設(shè)綜合試驗(yàn)示范縣，全國(guó)首個(gè)普惠金融改革試驗(yàn)區(qū)，具有面向全國(guó)的焦裕祿精神教育基地。

地處豫東平原西部，總面積1 116 km2，東臨京九鐵路，西依京廣鐵路，隴海鐵路、鄭徐高鐵橫貫全境。

1.2 氣象與水文

蘭考縣地處北緯暖溫帶，屬于半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，春暖、夏熱、秋涼、冬冷，冬夏時(shí)間長(zhǎng)，春秋時(shí)間短。具有光熱豐富、日照充足、雨熱同期、無霜期長(zhǎng)的特征。根據(jù)1990-2015年間氣象資料，年平均氣溫14.40℃。月平均氣溫1月份氣溫最低，平均為-1℃，7月份氣溫最高，平均為27.20℃。年平均降水量636.10 mm。月平均降水量1 月份最少，一般是10.20 mm；7月份最多，一般是156.30 mm。

1.3 水文地質(zhì)條件

淺層地下水主要賦存于全新統(tǒng)的松散堆積物孔隙之中，其含水層的厚度、埋藏及其展布主要受黃河古河道帶、間帶及其泛流帶的控制，埋藏深度一般在30～50 m，砂層厚度一般10～25 m。區(qū)內(nèi)中深層含水層（組）砂層厚度和顆粒粗細(xì)的不同，顯示了富水性大小也各有差異。根據(jù)本次鉆孔抽水試驗(yàn)資料及收集中深層鉆孔抽水資料，將區(qū)內(nèi)中深層地下水統(tǒng)一換算成降深15 m 的單井涌水量，對(duì)工作區(qū)的中深層地下水進(jìn)行地下水富水程度分區(qū)，通過分析工作區(qū)富水性均為富水區(qū)。

1.4 地下水補(bǔ)給徑流排泄條件

蘭考縣城區(qū)及郊區(qū)淺層水主要靠大氣降水入滲和周邊側(cè)向徑流補(bǔ)給。其次為河渠入滲，湖溝坑塘入滲和農(nóng)灌回滲補(bǔ)給。近黃河地帶主要為黃河側(cè)滲補(bǔ)給和大氣降水入滲補(bǔ)給。研究區(qū)屬開闊的沖積平原，地形平坦，地面坡降1/5 000～1/10 000，地表徑流遲緩。研究區(qū)內(nèi)的中深層地下水在天然條件下主要接受側(cè)向徑流補(bǔ)給。

2 水資源分區(qū)

地下水資源計(jì)算按地質(zhì)構(gòu)造、地貌、含水層及包氣帶巖性等條件的差異，選取不同的參數(shù)劃分塊段計(jì)算。各行政單位的地下水資源量，按各行政單位所占各地下水系統(tǒng)、水文地質(zhì)條件相似地區(qū)的面積比例計(jì)算。計(jì)算及評(píng)價(jià)范圍為蘭考縣規(guī)劃區(qū)，面積210 km2。

根據(jù)調(diào)查進(jìn)行的7組淺井和5組深井抽水試驗(yàn)資料經(jīng)分析整理、確定了淺層和深層含水層的平均滲透系數(shù)和厚度，并求得了導(dǎo)水系數(shù)，詳見表1和表2所示。

3 地下水資源計(jì)算與評(píng)價(jià)

3.1 均衡方程

3.1.1 淺層地下水

表1 淺層地下水非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)參數(shù)一覽表

表2 中深層地下水非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)參數(shù)一覽表

式中：Q補(bǔ)=Q黃河滲+Q降+Q回滲+Q河渠補(bǔ)+Q側(cè)補(bǔ)；Q排=Q開采+Q蒸發(fā)+Q塘開+Q側(cè)排+Q越；Q補(bǔ)—地下水總補(bǔ)給量（m3/d）；Q排—地下水總排泄量（m3/d）；μ—水位變動(dòng)帶給水度；F—均衡區(qū)面積（m2）；△t—均衡時(shí)間段長(zhǎng)（d）；△H—水位變幅（m）；Q黃河滲、Q降、Q回滲、Q河渠補(bǔ)、Q側(cè)補(bǔ)、Q開采、Q蒸發(fā)、Q塘開、Q側(cè)排、Q越分別是指黃河側(cè)滲補(bǔ)給量、降水入滲補(bǔ)給量、灌溉及魚塘回滲補(bǔ)給量、河渠水滲入補(bǔ)給量、側(cè)向徑流補(bǔ)給量、工農(nóng)業(yè)及生活用水開采量、淺層地下水蒸發(fā)量、漁塘區(qū)開采量、側(cè)向徑流排泄量、越流補(bǔ)給中深層水量，以上單位均為m3/d。

3.1.2 中深層地下水

中深層地下水按下式計(jì)算：

式中：△H—△t時(shí)段中深層水位變化值；μe—中深層水彈性釋水系數(shù)；其它同上。

3.2 淺層地下水均衡計(jì)算

淺層地下水補(bǔ)給量和排泄量數(shù)值表略。

3.3 中深層地下水均衡計(jì)算

根據(jù)計(jì)算，中深層水總補(bǔ)給量2 880.43 萬m3/a，其中側(cè)向逕流補(bǔ)給1 578.44 萬m3/a，淺層水越流補(bǔ)給843.51 萬m3/a。中深層水主要消耗于開采，開采量2 385.00萬m3/a。

4 分析評(píng)價(jià)

4.1 地下水資源均衡分析

均衡I 區(qū)平均水位上升0.14 m，實(shí)測(cè)水位上升值在0.11～0.41 m 之間，平均為0.17 m；均衡Ⅱ區(qū)平均水位上升0 m，實(shí)測(cè)水位上升值在0.03～0.07 m之間，平均為0.04 m；均衡Ⅲ區(qū)平均水位上升0 m，實(shí)測(cè)水位上升值在0.02～0.04 m 之間，平均為0.03 m；均衡Ⅳ區(qū)平均水位下降0.04 m，實(shí)測(cè)水位下降值在0.05～0.10 m之間，平均為0.06 m；均衡V區(qū)平均水位上升2.51 m，實(shí)測(cè)水位上升值在1.60～2.80 m之間，平均為2.33 m。

通過5個(gè)均衡區(qū)的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)均衡Ⅴ區(qū)的的均衡差占總均衡差的79.12%，說明黃河滲流補(bǔ)給對(duì)蘭考縣淺層地下水資源量和均衡有重要的影響，蘭考縣城市淺層地下水資源空間分布與可更新能力與補(bǔ)給類型密切相關(guān)。

4.2 水資源開采評(píng)價(jià)

以地下水開采系數(shù)為評(píng)判指標(biāo)進(jìn)行超采區(qū)劃分，評(píng)價(jià)時(shí)段（2001-2016年）。在地下水超采區(qū)中，評(píng)價(jià)期內(nèi)年均地下水開采系數(shù)＞1.30的區(qū)域劃分為嚴(yán)重超采區(qū)，其他區(qū)域劃分為一般超采區(qū)。淺層地下水計(jì)算單元開采系數(shù)介于0.23～1.03 之間，其中開采系數(shù)＞1.00 的有2 個(gè)單元；開采系數(shù)＜1.00 的有3 個(gè)單元。淺層地下水整體處于一般超采區(qū)。中深層地下水計(jì)算單元開采系數(shù)介于0.08～0.25之間，其中開采系數(shù)＞1.30的有1個(gè)單元；開采系數(shù)＜1.00的有3個(gè)單元。中深層地下水主城區(qū)屬于嚴(yán)重超采區(qū)，其它區(qū)域?qū)儆谝话愠蓞^(qū)。

5 結(jié)論

基于水均衡計(jì)算，通過與實(shí)測(cè)的平均水位的對(duì)比，說明所選參數(shù)合理，計(jì)算的補(bǔ)給量和消耗量可靠，蘭考縣南北淺層地下水資源量差異性較大，蘭考縣城市的淺層水開可采資源量為9.51 萬m3/d，開采系數(shù)為0.74。中深層水可開采資源量為7.89 萬m3/d，開采系數(shù)為0.83，其中主城區(qū)開采系數(shù)為1.77 超采較為嚴(yán)重，其他地區(qū)均為良好狀態(tài)。

建議在今后的地下水開發(fā)利用過程中，為了蘭考縣的城市科學(xué)規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展，在黃河流域生態(tài)保護(hù)的背景下合理布局水源開采區(qū)，有效緩解城市生態(tài)文明發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾。加強(qiáng)主城區(qū)地下水淺層和中深層動(dòng)態(tài)水位監(jiān)測(cè)，在蘭考縣主城區(qū)內(nèi)，制定計(jì)劃減少地下水開采量，壓縮地下水開采總量，最終實(shí)現(xiàn)采補(bǔ)平衡。