黑龍洞泉域地下水資源供需平衡分析研究

摘要：黑龍洞泉域?yàn)楸狈街膸r溶大泉，水質(zhì)優(yōu)良，是重要的供水水源地。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)泉域開采量加大，造成地下水位下降，泉水?dāng)嗔?。本文通過(guò)分析60年內(nèi)泉域地下水資源量及排泄量，研究其供需平衡關(guān)系，為泉域保護(hù)提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：黑龍洞;地下資源;供需平衡;水資源保護(hù)

中圖分類號(hào)：X143 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）10-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.10.131

Abstract：Heilongdong Spring is a well-known karst spring in the north， with excellent water quality and an important water source.With the development of the economy，the exploitation of the spring area has increased，which has caused the groundwater level to drop and the spring water to stop flowing.This paper analyzes the quantity of groundwater resources and discharge in the spring area within 60 years，studies the balance between supply and demand， and provides technical support for the protection of the spring area.

Key words：Heilongdong;Underground resources;Supply-demand balance;Water resources protection

黑龍洞泉域位于太行山東麓，地理坐標(biāo)為東經(jīng)113°40′-114°20′，北緯36°13′-36°54′，包括邯鄲地區(qū)西南部及河南省安陽(yáng)地區(qū)北部，總面積2 404.45km2，為獨(dú)立的封閉程度較高的全排型巖溶水系統(tǒng)[1]。黑龍洞泉域水質(zhì)優(yōu)良，是重要的供水水源，承擔(dān)著農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城鎮(zhèn)用水等重要功能[2]。常年的地下水開采，曾一度造成地下水位下降，黑龍洞泉群斷流。因此，研究黑龍洞泉域地下水資源量，分析其供需平衡關(guān)系，對(duì)于黑龍洞泉域合理開發(fā)利用具有重要意義。

1 地下水資源量分析

黑龍洞巖溶水系統(tǒng)為相對(duì)獨(dú)立封閉程度較高的全排型巖溶水系統(tǒng)。本次采用均衡法評(píng)價(jià)計(jì)算巖溶水系統(tǒng)的巖溶地下水資源量。

1.1 均衡方程的建立

黑龍洞巖溶水系統(tǒng)主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給，次為河流滲漏補(bǔ)給，天然狀態(tài)下泉群是唯一排泄途徑，現(xiàn)以人工采排為主，次為泉排。據(jù)此，建立如下均衡方程：

Q總補(bǔ)=Q總排 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? a

Q總補(bǔ)=Q降補(bǔ)+Q河補(bǔ) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?b

Q總排=Q泉排+Q人工開采+Q礦井疏排水 ? ? ? ? ? ? ? c

式中： Q總補(bǔ)——巖溶水系統(tǒng)內(nèi)巖溶地下水多年平均補(bǔ)給量（m3/a）;

Q降補(bǔ)——巖溶水系統(tǒng)內(nèi)巖溶地下水多年平均降水入滲補(bǔ)給量（m3/a）;

Q河補(bǔ)——巖溶水系統(tǒng)內(nèi)巖溶地下水多年平均河谷滲漏補(bǔ)給量（m3/a）;

Q總排——巖溶水系統(tǒng)內(nèi)巖溶地下水多年平均排泄量（m3/a）;

Q泉排——巖溶水系統(tǒng)內(nèi)巖溶地下水多年平均泉群排泄量（m3/a）;

Q人工開采——巖溶水系統(tǒng)內(nèi)巖溶地下水多年平均人工開采量（m3/a）;

Q礦井疏排水——巖溶水系統(tǒng)內(nèi)巖溶地下水多年平均礦井（煤、鐵礦）疏排水量（m3/a）。

1.2 地下水資源量均衡計(jì)算

黑龍洞巖溶水系統(tǒng)巖溶水多年平均補(bǔ)給量，以上述巖溶水補(bǔ)給特點(diǎn)為依據(jù)，考慮到自1959年以來(lái)，氣象觀測(cè)資料充足，但缺乏系統(tǒng)的地表水系滲漏等長(zhǎng)觀資料，故引進(jìn)綜合入滲系數(shù)α來(lái)計(jì)算巖溶水的天然資源量[5]。

公式轉(zhuǎn)化為：

Q總補(bǔ)=Q降補(bǔ)+Q河補(bǔ)=P · α · F ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?d

式中：P—多年平均降水量（mm/a），采用計(jì)算時(shí)段內(nèi)平均降水量（mm/a）;

α—降水綜合入滲系數(shù);

F=1 262 km2（灰?guī)r裸露區(qū)面積）。

根據(jù)多年動(dòng)態(tài)規(guī)律，采用水量均衡法推求綜合入滲系數(shù)。1959-1976年間，大約包括兩個(gè)氣象周期，含枯、平、豐及特大豐水年。根據(jù)區(qū)內(nèi)觀測(cè)孔的資料統(tǒng)計(jì)，盡管地下水位隨大氣降水季節(jié)性變化表現(xiàn)出一系列周期性起伏，但由1959年（初水位134.08m）累計(jì)至1976年（末水位134.00m），水位總變幅△h≈0，即Q補(bǔ)給≈Q開采=P·α·F，由此得到綜合入滲系數(shù)計(jì)算公式：

α=Q開采/（P · F） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? e

式中：Q開采—均衡區(qū)1959-1979年巖溶水平均開采量，39464.37×104m3/a

P—1959-1979年平均降水量，607.8mm/a;

F=1 262 km2（灰?guī)r裸露區(qū)面積）。

經(jīng)計(jì)算：α=0.515

Q補(bǔ)給= Q降補(bǔ)= P×0.515×1262

經(jīng)計(jì)算得黑龍洞巖溶水系統(tǒng)巖溶水多年平均補(bǔ)給量如下：

1959年—1979年平均補(bǔ)給量為38 027.40×104m3/a（12.06m3/s）;

1980年—1989年平均補(bǔ)給量為32 811.07×104m3/a（10.40m3/s）;

1990年—1999年平均補(bǔ)給量為33 522.74×104m3/a（10.63m3/s）;

2000年—2018年平均補(bǔ)給量為37 331.98×104m3/a（11.84m3/s）。

2 地下水資源排泄量計(jì)算

黑龍洞巖溶水系統(tǒng)排泄方式包括泉水排泄、人工開采、礦坑排水等幾種形式。1959年—1979年以人工采排量較少，以泉排為主，1980—1989年、1990—1999年、2000年—2018年為人工采排量較大、以人工采排為主或全人工采排。

黑龍洞巖溶水系統(tǒng)巖溶水多年平均排泄量計(jì)算：

Q總排=Q泉排+Q人工開采+Q礦坑排水

式中：Q泉排、Q人工開采、Q礦井疏排水（包括煤礦疏排水量）均為前人調(diào)查、實(shí)際觀測(cè)及核實(shí)統(tǒng)計(jì)的實(shí)際資料。

經(jīng)計(jì)算黑龍洞巖溶水系統(tǒng)巖溶水多年平均排泄量如下：

1959年—1979年平均排泄量為39 682.59×104m3/a（12.58m3/s）;

1980年—1989年平均排泄量為33 959.90×104m3/a（10.77m3/s）;

1990年—1999年平均排泄量為33 970.20×104m3/a（10.77m3/s）;

2000年—2018年平均排泄量為35 027.06×104m3/a（11.11m3/s）。

3 地下水資源供需平衡分析

通過(guò)對(duì)黑龍洞泉域60年地下水資源量及排泄量計(jì)算，進(jìn)行地下水資源供需平衡分析，均衡計(jì)算結(jié)果如下：

1959年—1979年平均補(bǔ)排差為-1 655.18×104m3/a（-0.52m3/s）;

1980年—1989年平均補(bǔ)排差為-1 148.83×104m3/a（-0.36m3/s）;

1990年—1999年平均補(bǔ)排差為-447.46×104m3/a（-0.14m3/s）;

2000年—2018年平均補(bǔ)排差為2 304.92×104m3/a（0.73m3/s）。

4 黑龍洞巖溶水系統(tǒng)巖溶水多年可采資源量

采用可開采系數(shù)法計(jì)算黑龍洞巖溶水系統(tǒng)巖溶水多年可采資源量，可開采系數(shù)的參考取值范圍 0.875～1.0，根據(jù)實(shí)測(cè)的地下水位動(dòng)態(tài)資料與調(diào)查核實(shí)的開采量資料分析，最終得到黑龍洞巖溶水系統(tǒng)巖溶平均可開采系數(shù)為0.95，通過(guò)計(jì)算得出黑龍洞巖溶水系統(tǒng)巖溶水多年可采資源量見表1。

由于大氣降水周期一般為十年，均衡計(jì)算采用計(jì)算時(shí)段較長(zhǎng)，均達(dá)到或超過(guò)了一個(gè)大氣降水周期，計(jì)算結(jié)果黑龍洞巖溶水系統(tǒng)不同階段總補(bǔ)給與總排泄量基本均衡，說(shuō)明均衡方程正確，計(jì)算采用的參數(shù)合理，調(diào)查統(tǒng)計(jì)的各種排泄量符合實(shí)際。

5 結(jié)論

通過(guò)采用均衡法對(duì)黑龍洞泉域進(jìn)行60年的地下水資源量計(jì)算，開展供需平衡分析，黑龍洞泉巖溶地下水年平均資源量為35 423.30×104m3/a，地下水可開采資源量為33 652.13×104m3/a，能夠滿足泉域內(nèi)對(duì)地下水開采的需求。今后要繼續(xù)加強(qiáng)地下水資源管理，嚴(yán)格控制泉域內(nèi)地下水開采，促進(jìn)地下水資源的可持續(xù)利用。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2020-08-09

基金項(xiàng)目：河北省研究生創(chuàng)新資助項(xiàng)目資助，171290080015。

作者簡(jiǎn)介：馬志敬（1987-），男，漢族，在讀博士，工程師，研究方向?yàn)樗牡刭|(zhì)工程地質(zhì)。