大沽夾河地下水水源地地下水位警戒線劃定初探

王慧婷，王巍萍

(山東省煙臺(tái)市水文水資源勘測(cè)局，山東 煙臺(tái)264009)

大沽夾河地下水源地位于山東省煙臺(tái)市大沽夾河下游的芝罘區(qū)、福山區(qū)及萊山區(qū)所轄范圍內(nèi)，擔(dān)負(fù)著向煙臺(tái)市三區(qū)的城市供水重任，控制流域面積593 km2，富水區(qū)面積63.3 km2。水源地地層主要為第四系沖洪積層，地層呈二元結(jié)構(gòu)，上部巖性主要為粉細(xì)砂、亞砂土、亞粘土等，下部巖性主要為砂、砂礫石、卵礫石等，地下水類(lèi)型為河谷平原孔隙水，富水性相對(duì)較好，枯水年份水源地及自備井開(kāi)采量為12.3 m3/d。

該地區(qū)屬于北方沿海資源性缺水地區(qū)，地下水主要靠降水補(bǔ)給，多年平均水資源量為412 m3，僅為全國(guó)人均占有量的五分之一，世界人均水資源量的二十分之一。上個(gè)世紀(jì)80年代到90年代未，由于連續(xù)干旱年份和枯水期嚴(yán)重超采地下水，引起大面積海水入侵，海水入侵面積由1992年的39.7 km2增加到2000年的67.8 km2;水位持續(xù)下降并形成大面積漏斗區(qū)，漏斗區(qū)最低水位曾降到－8.69 m，抽水引起多處地面沉降、裂縫。2001年通過(guò)在河道上游多處修建攔河閘壩，在內(nèi)外夾河交匯口修建一道地下截滲墻，截流補(bǔ)源，控制開(kāi)采，地下水位明顯回升，生態(tài)環(huán)境才有所改善。因此劃定地下水開(kāi)發(fā)利用警戒線，對(duì)該地下水源地實(shí)行嚴(yán)格的用水管理控制，對(duì)促進(jìn)地下水采補(bǔ)平衡，實(shí)現(xiàn)地下水可持續(xù)利用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保障煙臺(tái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

1 地下水位警戒線劃定方法

1.1 確定基準(zhǔn)水位

基準(zhǔn)水位是以地下水在開(kāi)采過(guò)程中生態(tài)環(huán)境不遭受破壞的最低水位，為劃定地下水位警戒線的基準(zhǔn)水位，是劃定三條警戒水位的基礎(chǔ)。應(yīng)采用地下水位動(dòng)態(tài)模擬分析法和含水層厚度比例法，以兩種方法確定的最高水位作為劃定區(qū)初步的基準(zhǔn)水位。同時(shí)，根據(jù)基準(zhǔn)水位確定的約束條件進(jìn)行調(diào)整，最終確定基準(zhǔn)水位。

1.1.1 地下水位動(dòng)態(tài)模擬分析法

以水源地滿負(fù)荷開(kāi)采(即地下水開(kāi)采量等于評(píng)價(jià)的可開(kāi)采量)為條件，模擬不同保證率降水量情況下的地下水位特征，在降水量等于95%保證率的情況下所得出的年最低地下水位定為該水源地的基準(zhǔn)水位。

1.1.2 含水層厚度比例法

當(dāng)含水層為山間河谷平原孔隙水時(shí)，將地下水位達(dá)到開(kāi)發(fā)利用目標(biāo)含水層組厚度的2/3時(shí)的水位值定為基準(zhǔn)水位。

1.1.3 基準(zhǔn)水位調(diào)整的約束條件

一是將因地下水位下降，可能激發(fā)新的地下水污染、海咸水入侵的臨界水位定為基準(zhǔn)水位。二是將因地下水位下降，可能引起地面沉降、地面塌陷、地裂縫的臨界水位定為基準(zhǔn)水位。

1.2 劃定三條警戒線水位

黃色、橙色和紅色警戒水位是為保障供水安全和保護(hù)生態(tài)環(huán)境設(shè)定的預(yù)警水位線。“黃色警戒線”為最輕警戒級(jí)別，是以基準(zhǔn)水位為起點(diǎn)，基淮水位以上滿足3個(gè)月正常供水水量所對(duì)應(yīng)的代表水位;“橙色警戒線”為較高警戒級(jí)別，是以基準(zhǔn)水位為起點(diǎn)，基淮水位以上滿足2個(gè)月正常供水水量所對(duì)應(yīng)的代表水位;“紅色警戒線”為最高警戒級(jí)別，是以基準(zhǔn)水位為起點(diǎn)，基淮水位以上滿足1個(gè)月正常供水水量所對(duì)應(yīng)的代表水位。

1.3 警戒線水位計(jì)算方法

本地區(qū)采用水均衡法(適用于第四系含水層)，水均衡方程為

式中:W可為計(jì)算時(shí)段內(nèi)，計(jì)算區(qū)內(nèi)可供開(kāi)采的地下水量;Q總補(bǔ)、Q總排分別為計(jì)算時(shí)段內(nèi)，計(jì)算區(qū)內(nèi)地下水總補(bǔ)計(jì)量、總排泄量;h1、h基為計(jì)算區(qū)的計(jì)算時(shí)段初及基準(zhǔn)水位;μ為地下水位變幅帶給水度;F為水源地面積。

通過(guò)轉(zhuǎn)換得警戒線水位分別為

式中:H黃、H橙、H紅分別為黃色警戒水位、橙色警戒水位、紅色警戒水位(m);w3、w2、w1分別為3個(gè)月、2個(gè)月、1個(gè)月內(nèi)正常供水量(萬(wàn)m3/d);其它同上。

2 大沽夾河地下水庫(kù)水源地基準(zhǔn)水位的確定

2.1 地下水位動(dòng)態(tài)模擬分析法

大沽夾河地下水源地已經(jīng)超采，因此以計(jì)算區(qū)內(nèi)多年平均水位作為模擬計(jì)算的初始水位，通過(guò)模擬不同保證率降水量情況下的地下水位特征，得出在相應(yīng)降水頻率為95%情況下降水量出現(xiàn)在連續(xù)干旱后的1989年，為377.8 mm，年最低水位為 －7.0 m。

2.2 含水層厚度比例法

大沽夾河地下水庫(kù)水源地為孔隙水，通過(guò)加權(quán)平均法，確定了給水度和含水層厚度，得出當(dāng)?shù)叵滤贿_(dá)到開(kāi)發(fā)利用目標(biāo)含水層組厚度的2/3時(shí)，確定的基準(zhǔn)水位為－5.6 m。

由于沒(méi)有約束條件的相關(guān)數(shù)據(jù)資料，本文以地下水位動(dòng)態(tài)模擬分析法和含水層厚度比例法確定的最低水位－5.6 m作為劃定大沽夾河水源地地下水位警戒線的基準(zhǔn)水位。

3 地下水位警戒線計(jì)算

枯水期地下水開(kāi)采量主要為消耗儲(chǔ)存量。以水源地基準(zhǔn)水位－5.6 m為起點(diǎn)，按照取水量12.3萬(wàn)m3計(jì)算，分別考慮3個(gè)月、2個(gè)月、1個(gè)月內(nèi)正常供水，依照警戒水位計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。

分析計(jì)算結(jié)果:大沽夾河地下水水源地地下水位黃色警戒線、橙色警戒線、紅色警戒線分別為 －4.40 m、－4.80 m、－5.20 m。因此，可據(jù)此水位進(jìn)行預(yù)警管理。

對(duì)于不同的地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)，習(xí)慣用地下水埋深值進(jìn)行預(yù)警管理。用監(jiān)測(cè)井的地面高程減去警戒線水位值即得各監(jiān)測(cè)點(diǎn)地下水埋深值警戒線。

4 結(jié)論與建議

基于大沽夾河地下水水源地情況，確定了各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的警戒線。由于警戒線的劃定是一個(gè)新課題，我們的工作還存在一些不足之處，需要在今后的工作中加強(qiáng)以下方面的研究:

(1)進(jìn)一步完善基準(zhǔn)水位的算法，尤其是地下水位動(dòng)態(tài)模擬分析法，需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

(2)及時(shí)監(jiān)測(cè)水環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)的臨界水位。

(3)水源地、地下水超采區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)少，代表性不強(qiáng)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目單一，不能滿足研究工作的需要，有待進(jìn)一步優(yōu)化地下水監(jiān)測(cè)井的布局，加大監(jiān)測(cè)站網(wǎng)建設(shè)力度和取用水監(jiān)督管理機(jī)制，以保證采補(bǔ)平衡，不引起環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害。

(4)地下水位預(yù)警管理是一種動(dòng)態(tài)管理，地下水位預(yù)警級(jí)別隨著水位埋深和用水需求的變化而提高、降低或解除。

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