雞西市區地下水資源調查與評價

呂昌斌,王 丹

(1.雞西市水利勘測設計所,黑龍江 雞西 158100;2.雞西市水政水資源管理辦公室,黑龍江雞西 158100)

1 概 況

雞西市位于黑龍江省東南部,屬中溫帶大陸性季風氣候區,具有冬季寒冷漫長,夏季炎熱短暫,春季多風干旱,秋季多雨易澇的寒溫帶大陸季風氣候特征。年平均氣溫 3.9℃,無霜期達140 d,市區多年平均降水量變化在 500～650mm,1956～2007年這52 a平均降水量為527.1mm/a,降水量年內分配不均。

全市總面積2 208.5 km2,雞西市區共轄梨樹、恒山、麻山、滴道、城子河和雞冠 6個區 10個鄉鎮,截止 2007年年末,總人口 88.96萬人,耕地面積55.6萬hm2,國民經濟總產值近百億元。

全市區總地勢由西北向東南傾斜,地形總體上北部和南部地勢較高,地形切割較大,主要為山區,南北山區海拔高程為 300～670m。中部穆棱河河谷地勢低平開闊,亦稱河谷沖積平原,西高東低,高程 175～240m;穆棱河河谷平原的兩側為構造盆地,海拔高程 200～520m,地形較為平坦。

雞西市區屬黑龍江流域烏蘇里江水系穆棱河上中游,有4條主要河流。其中,穆棱河為主干河流,次一級支流有牤牛河、滴道河及黃泥河。

穆棱河發源于穆棱市窩集嶺,流經穆棱市、雞西市區、雞東縣、密山市、虎林市、于虎林市境內注入烏蘇里江。全長834 km,流域面積18 427 km2,多年平均徑流量約為24.14億 m3。流經雞西市區境內河長72 km,河道坡降 1%,年平均徑流量約9億 m3。

雞西市區主要的水庫有團山子水庫,大同水庫,龍山水庫,山南水庫,恒山區的勝利水庫,城子河區的向陽水庫,雞冠區的朝陽水庫等。另外還有眾多的小水庫和塘壩。

2 地下水資源量計算

地下水資源計算包括地下水資源總量和地下水可開采資源量計算。

地下水資源總量等于地下水總補給量中扣除井灌回滲補給量。地下水總補給量包括降水入滲補給量、河道滲漏補給量、地下水側向徑流補給量、渠系灌溉滲漏補給量、田間灌溉滲漏補給量和井灌回滲補給量。

2.1 降水入滲補給量

降水入滲補給量就是大氣降水滲入到包氣帶中,并在重力的作用下,滲透補給地下水的水量,按下列公式計算:

式中:Qpr為大氣降水年滲入量,m3/a;F為大氣降水滲入面積,應扣除大中型水庫水面面積,m2;α為多年平均降水滲入系數;P多年平均年降水量,m/a。

2.2 地下水側向流入補給量

地下水側向流入量,即山丘區地下水側向補給平原區松散層地下水的水量,其計算公式為:

式中:Qlr為下水徑流流入量,m3/a;K為含水層平均滲透系數,m/d;I為地下水水力坡度;B為垂直地下水流向的計算斷面寬度,m;M為天然情況下,潛水或承壓水含水層厚度,m;T不地下水徑流補給時間,d/a。

2.3 河道滲漏補給量

當河水位高于河岸地下水位時,河水單側滲入補給地下水的水量,按達西公式計算,其計算公式為:

式中:q為滲流量,cm3/s或 m3/s;v為滲透速度,cm/s或m/s;k為滲透系數,cm/s或 m/s,其物理意義是當水力梯度 i等于1時的滲透速度;A為試樣端面面積,cm2或m2。

2.4 渠系滲漏補給量

當灌溉渠水位高于地下水水位時,渠水滲入補給地下水的水量。其計算公式為:

式中:Qcr為灌溉渠系滲入量,m3/a;Qc為渠首引水量,m3/a;m為渠系滲入系數。

2.5 田間灌溉滲漏補給量

田間灌溉滲漏補給量是指灌溉水進入田間后,經包氣帶滲入補給地下水的水量。按下列公式計算:

式中:Qf為灌溉田間滲入量,m3/a;Qf為渠灌進入田間的水量,m3/a;Qa為灌溉定額,m3/hm2;β為灌溉田間滲入系數;Ff為灌溉面積,hm2。

地下水總量計算成果詳見表1。

表1 地下水資源總量計算成果一覽表萬m3/a

3 地下水可開采資源量計算

地下水可開采資源量,又稱地下水可開采量,采用平均布井法和開采系數法計算。地下水可開采資源量計算方法以開采系數法為主,河谷等地段采用平均布井法進行復核。

3.1 開采系數法

由于平原區淺層地下水具有一定的開發利用條件,通過對實際開采量,地下水位特征及現狀條件地下水補給量三者之間的關系,確定出合理的開采系數,則多年平均地下水可開采量等于開采系數與多年平均現狀條件下地下水補給量的乘積。計算公式為:

式中:Qr為計算區多年平均地下水補給量,萬 m3/a;ρ為開采系數。

開采系數是根據不同計算區單井涌水量和地下水降深確定。當單井涌水量大于20m3/h?m,地下水降深小時,ρ取0.85～0.95;當單井涌水量 10～20m3/h?m,地下水降深較小時,ρ取 0.75～0.85;當單井涌水量 5～10m3/h? m,地下水降深較大時,ρ取 0.65～0.75。

3.2 平均布井法計算地下水可開采量

計算公式采用

式中:Qap為地下水可開采量,萬 m3/a;q為單井涌水量,m3/d;N為計算區內平均布井數,眼;t為機電井多年平均開機時間,d/a;R為單井影響半徑,m。

地下水可開采資源量計算成果詳見表2。

表2 地下水可開采資源量計算成果一覽表

4 地下水資源開發利用現狀、可持續利用及存在問題

4.1 地下水開發利用現狀

現狀雞西市區地下水開采總量為85 887萬m3,其中麻山區開采量為808.9萬m3,占 9.41%;滴道區開采量為1 509.7萬 m3,占 17.58%;城子河區開采量為1 536.4m3,占17.89%;梨樹區開采量為 838.3萬m3,占 9.76%;恒山區開采量為1 902.0m3,占 22.15%。;雞冠區開采量為1 993.5m3,占 23.21%。地下水實際開采資源量計算成果詳見表3。

表3 地下水實際開采資源量計算成果一覽表

4.2 地下水資源可持續利用潛力計算

地下水可開采資源量(Q可采)與現狀地下水實際開采量(Q開采)之差稱為現狀條件下地下水剩余資源量(Q剩余),它是衡量地下水開采潛力的依據。地下水資源數量的單位通常采用萬 m3/a;水資源數量與面積的比值稱為模數(單位為萬 m3/a?km2),表示單位面積上的水資源數量。地下水實際開采量(Q開采)與可開采資源量(Q可采)之比稱為地下水開采系數(Kc),它是衡量地下水開發利用程度的指標之一。剩余資源量(Q剩余)與可開采資源量(Q可采)之比稱為地下水剩余系數(Ks),它是衡量地下水開發利用潛力——可持續開發利用的主要指標之一。地下水資源可持續利用潛力為地下水可開采量減去地下水已經開發利用量,計算成果見表4。

由表4中可以看出,現狀條件下區內地下水資源的利用已經處于超采狀態,從行政分區來看,雞冠區地下水超采最為嚴重,次為城子河區。

4.3 地下水資源可持續利用存在的問題

通過表4可以得出地下水資源可持續利用存在以下一系列的問題:

4.3.1 產水量下降

表4 地下水資源潛力計算成果一覽表萬m3/a

由于各區內地下水過量開采,形成兩個降落漏斗。淺層地下水超采量已達300萬m3,超采系數 1.25,最大水位下降深度55m。全市區地下水位下降 1.2～2.5m,造成部分機電井產水量下降,甚至報廢,農業大口井無水,原有工礦企業不能達產,預期建設的廠礦被迫停建,影響了工農業生產和人們的生活質量。

4.3.2 水質污染

由于過量開采,地下水水質受到污染。據監測,城區內地下水中硫酸根離子、鉀、鈉離子濃度增大,氨氮值是周圍地下水的 4.5倍,個別水井 CODMn值已達5.3mg/L,地下水屬Ⅳ類水體。

4.3.3 不良環境地質現象出現

由于各區煤礦等礦山開采大量抽排地下水,加劇了地下水位下降趨勢,導致煤礦周邊地區地下水位大幅度下降,出現水源枯竭、地面塌陷等不良環境地質現象。

4.3.4 造成水事糾紛,影響社會安定

缺水引起地下水不合理開采,又造成新的超采,往往使原有水井報廢,發生水事糾紛。這就造成企業與周圍居民都因超采地下水發生水事糾紛。由于枯水季節產水量不足,居民飲用水困難,給當地居民的生產生活造成嚴重影響。一些企業限產,某些新建項目被迫撤消,給當地經濟發展造成嚴重影響。

5 結論與建議

5.1 結論

雞西市多年平均地下水資源量為9 459.2萬m3/a,地下水可開采資源量為5 393.7萬m3/a。評價結果表明,雞西市屬于地下水資源較為貧乏的地區,目前地下水資源處于較為嚴重的超采狀態。特別是雞冠區形成了較大的地下水位下降漏斗。另外其它各區的礦山開采大量抽排地下水,也加劇了地下水位下降趨勢,導致煤礦周邊地區地下水位大幅度下降,出現水源枯竭、水質惡化、地面塌陷等不良環境地質現象。

雞西市這種地下水資源長期處于過量開采和疏干狀態,地表水資源沒有被有效利用,城市、工礦企業和人們日常生活用水極度缺乏,不得不靠域外調水來維持現狀,致使一批重點建設項目,如:電廠擴建項目、青啤擴建項目、石墨深加工擴建項目等不能上馬,使整個城市發展因水的匱乏受到極大的限制。

5.2 建議

水是不可缺少、不可替代的特殊資源,科學配置和高效利用有限的水資源是促進雞西市可持續發展和生態環境保護與建設的基礎。本文提出以下合理開發利用地下水資源、科學保護水環境、維護水生態基礎及環境平衡的六項措施:

1)由于本地水資源開發潛力有限,除了提高本地區的水資源利用率,還要采取多種有效途徑。如引用客水資源、發展污水處理產業、推廣節水技術等。

2)加強統一管理機制,建立水資源管理的優化模式,進行地表、地下水的優化配置和科學管理,強化水資源管理制度的制定和實施。建立健全水資源管理與保護機構,完善水質水量監測隊伍和系統監測網絡,建立和完善水資源管理信息系統,科學、系統地管理水資源,以達到合理開發和持續利用的目的。

3)建議加快穆棱河谷平原地下水庫的設計與建設工作;利用雨洪水或提引江河水人工補給地下水,充分利用河谷型地下水庫的調節作用,實現地表水與地下水資源聯合調度;合理利用地下水資源,騰空地下水庫容,以合理提引過境地表水資源,為地下水庫補充水源。

4)采取有力措施,合理分布機電井。對于水文地質比較復雜、含水層層數多的地段,在開采地下水時應做到分層取水,制止利用滲井、深坑排放有毒污染物的污水,防止地下水污染。加強雞西市城區等主要地下水水源的開采量、水質、水位的動態監測工作,注意新建水源的開采情況,同時要對現有病險水庫加以改造,提高其蓄水能力;加強觀測井的基礎設施建設。

5)鑒于人類活動加劇了地下水資源的惡化趨勢,因此本區任何水資源開發利用方案,都必須以有利于生態環境的改善為主要出發點,促進自然生態向良性發展。

6)鑒于水資源的形成分布與降水分布具有密切的關系,且更多地受到人類活動的影響,建議開展開展人類活動影響水文循環及水資源演變規律研究,開展水資源精細評價和用水調查的精細研究。

[1] 雞西市水政水資源管理辦公室 .黑龍江省雞西市城區地下水水資源開發利用規劃報告[R].雞西:雞西市水政水資源管理辦公室,2000.

[2] 雞西市水利勘測設計所 .黑龍江省水資源綜合規劃雞西市部分項目規劃[R].雞西:雞西市水利勘測設計所,2006.

[3] 雞西市水利勘測設計所 .黑龍江省雞西市城市飲用水水源地安全保障規劃報告[R].雞西:雞西市水利勘測設計所,2006.

[4] 雞西市水政水資源管理辦公室.2003年 ～2007年度水資源年報[R].雞西:雞西市水政水資源管理辦公室,2003-2007.

[5] 雞西市水政水資源管理辦公室 .黑龍江省雞西市地下水資源調查[R].雞西:雞西市水政水資源管理辦公室,2009.