河北省唐?？h地下淡水資源均衡分析

賈秋剛，楊 婧

（石家莊經濟學院，石家莊 050031）

河北省唐?？h地下淡水資源均衡分析

賈秋剛，楊 婧

（石家莊經濟學院，石家莊 050031）

隨著唐海縣的工業和人口發展迅速，地下水處于超采狀態。本文采用水均衡法，分析了唐?？h地下淡水的補給與排泄量，區內年平均總負均衡為979.76×104m3/a。為唐海縣水資源的可持續利用提供了依據。

地下淡水資源；水均衡；唐?？h

河北省唐海縣地處冀東濱海平原，位于曹妃甸工業區的北部。唐?？h工業的發展，導致地下淡水超采，地下水位持續下降，地面持續沉降。因此正確評價該區地下淡水資源量，是科學規劃、合理利用地下淡水資源的前提。

1 研究區水文地質條件

唐?？h第四系孔隙水含水層，是灤河水系堆積的一套多層次、多旋回、以中細砂為主的含水體系。其富水性較強，水質良好。淺層咸淡水界線以北為山前沖洪積平原淡水區。以南為濱海沖積、海積平原水文地質區，淺層地下水為咸水，深層地下水為淡水[1]。

（1）山前沖洪積平原水文地質區

本區為灤河沖洪積扇前緣，地下水全部為淡水，含水層以粗中砂為主。據地下水的補徑排條件和開發利用現狀，分為淺中層含水段和深層含水段。

淺中層含水段底板埋深為230m，含水層厚度為80～100m，含水層巖性為中粗砂或細中砂。單井出水量50m3/h，單位涌水量大于20m3/h·m。地下水化學類型為HCO3Ca·Na水，總溶解固體＜0.5g/L。

深層含水段底板埋深500～550m，含水層厚度40～100m，含水層巖性以中細砂為主，地下水化學類型為HCO3Na水，總溶解固體＜0.5g/L。

（2）濱海沖積海積水文地質區

本區分為淺層含水段、中層含水段和深層含水段。

淺層含水段地下水為咸水，主要為粗中砂或細中砂，咸淡水界面埋深一般50～80m，總溶解固體一般9～70g/L。咸水基本未開發利用，只有個別蝦場作養蝦試驗用，用量極少。

中層含水段底板埋深250～300m，含水層厚度60～110m，主要巖性為細砂或細中砂。單井出水量50～80m3/h，單位涌水量20～30m3/h·m，南部地帶小于20m3/h·m。地下水總溶解固體一般小于0.5g/L，水化學類型為HCO3Na水，北部為HCO3Ca·Na水。

深層含水段底板埋深500～600m，含水層厚度40～100m，巖性為中細砂、粉細砂，單位涌水量5～12m3/h·m，地下水化學類型為HCO3Na水，總溶解固體小于0.5g/L。

2 水文地質參數的確定

2.1 包氣帶巖性水文地質參數的確定

（1）降雨入滲系數（α）

式中：μ 包氣帶巖性綜合給水度；

ΔH 降雨補給期間的水位升幅（m）；

P 降雨量（mm）。

全區統計了35個鉆孔資料，對6m以上的包氣帶巖性結構進行了分析，對不同組合的巖性給水度按巖性厚度進行了加權平均；結合包氣帶巖性分區，利用水位動態法，參考前人成果綜合分析確定不同入滲條件下的降雨入滲系數，砂性土為0.25～0.35，粘性土為0.20～0.25。

（2）回歸入滲系數（β）

回歸入滲系數取自 唐海縣水長期供求計劃報告并結合地表巖性分區綜合確定，砂性土為0.10～0.12，粘性土為＜0.10。

2.2 飽水帶巖性水文地質參數的確定

（1）導水系數（T）及彈性釋水系數（S*）或給水度（μ）

通過資料收集以及對以往報告中的參數結合水文地質條件進行校核，綜合確定水文地質參數。以中砂為主的含水層分布區導水系數大于1000m2/d，彈性釋水系數為0.00091～0.00095，以細中砂為主的含水層分布區導水系數值為800～1000m2/d，彈性釋水系數為0.0008左右，以細砂為主的含水層分布區導水系數值為600～800m2/d，彈性釋水系數為0.0005～0.0007，以粉砂為主的含水層分布區導水系數值小于400 m2/d，彈性釋水系數為0.00038。

（2）越流系數（ε）

越流系數取自《冀東油田供水水文地質評價報告》，砂質粘土為0.000013，粘質砂土與砂質粘土互層為0.000015，粘質砂土為0.000017。

3 地下水資源均衡計算

3.1 全淡水區

全淡水區，面積31.6km2。其計算模型為：

（1）容積儲變量（Q蓄）

式中：ΔH 潛水含水層的水位變差（m）；

D1全淡區面積（km2）。

經計算多年平均儲變量為-494 104m3/a。

（2）綜合補給量計算

① 降雨入滲補給量（Q降）

式中：α 大氣降雨入滲系數；

P 年降雨量（mm）；

D1全淡區面積（km2）；

λ 面積有效利用系數；

θ 各農場年降雨量分配比。

降雨量P來自唐?？h氣象站，面積有效利用系數λ是根據 唐?？h土地利用現狀圖 中的非水體面積與總面積之比，經計算多年平均降雨入滲補給量為718.82 104m3/a。

② 地下水及地表灌溉入滲補給量（Q灌）

式中：Q農、Q表分別為地下水開采量及地表用水量（m3/a）；

β 灌溉回歸入滲系數；

λ 面積有效利用系數。

經計算多年平均總灌溉入滲量為25.42 104m3/a，其中地下水灌溉回歸入滲為10.67 104m3/a，地表水灌溉入滲量為14.75 104m3/a。

③ 渠道入滲（Q渠）

因全淡區面積僅占全區面積的8%，渠道入滲又為線狀入滲補給，其量很小，故忽略之。

④ 側向補給量（Q側入）

式中：I 地下水多年平均水力坡度；

B 補給斷面長度(m)。

經計算多年平均側向補給量為726.23 104m3/a。

綜上所述，全淡區多年平均綜合補給量為1470.47 104m3/a。

（3）綜合排泄量計算

① 地下水開采量計算（Q開）

式中：Q農農業用地下水開采量（m3/a）；

Q工工業用地下水開采量（m3/a）；

Q生生活用地下水開采量（m3/a）。

農業開采量（Q農）計算：

式中：ω 地下水年灌水定額（m3/畝·年）；

X 地下水灌溉畝數（畝）。

根據開采量統計資料，經計算多年平均農業開采量為302.55 104m3/a。

工業開采量計算（Q工）：

工業開采量由唐?？h水利局提供，計量方法為水表統計，開采量較為準確，經計算多年平均工業開采量113.65 104m3/a。

生活開采量計算（Q生）：

式中：R 人數（人）；

N 大牲畜存欄數（頭）；

Y 小牲畜存欄數（只）；

ω1人均飲用水定額（升/人·日）；

ω2大牲畜飲用水定額（升/頭·日）；

ω3小牲畜飲用水定額（升/只·日）；

ω4大生活（指家庭菜園）用水定額（升/人·日）；

Q 單井出水量（m3/h）；

t 年開泵時數（時）；

n 開采井數（眼）。

用（8）式計算多年平均生活開采量為182 104m3。

用（9）式計算多年平均生活開采量為202.06 104m3。

經計算全淡區工業、農業、生活總計開采量為598.20 104m3/a。

② 地下水蒸發量（Q蒸）

式中：D1全淡區面積（km2）；

E0直徑E601蒸發皿水面蒸發強度（mm/a）；

C 與包氣帶巖性植被有關系數（近似值取1）；

A 咸水含水層地下水水位平均埋深（m）（0＜A＜蒸發極限深度）為算數平均值。

蒸發極限深度的確定與包氣帶巖性有關[2]，根據 唐山市地下水動態監測報告 一般砂性土定為3.5m，粘性土為3.8m。經計算多年平均蒸發量為192.29 104m3/ a。

③ 側向流出量（Q側出）

計算公式同（5）式。

全淡區的流出邊界為咸淡水邊界，經計算多年平均流出量為1155.18 104m3/a。

綜上所述，全淡區多年平均綜合排泄量為1945.67 104m3/a。

3.2 有咸水區

有咸水區，面積579.27km2。其計算模型為：

Q彈+Q粘釋=（Q越+Q側入）-（Q開+Q側出）

（1）彈性儲變量計算

① 含水層彈性釋水（Q彈）

式中：S* 彈性釋水系數；

ΔH 水頭差（m）；

D2咸水區面積（km2）。

經計算含水層多年平均彈性釋水量為86.01 104m3/a。

② 粘性土釋水（Q粘釋）

粘性土釋水量可用粘性土引起的地面沉降量代替。

已知多年平均地面沉降速率為7.03mm/a，有咸水區面積為579.27km2，計算得地面沉降量為407.23 104m3/a。

經計算多年平均儲變量為493.24 104m3/a。

（2）綜合補給量計算

① 越流補給量（Q越）

式中：h淺、h中分別為淺層水位和下伏相鄰的中層含水層水位（m）；

D2咸水區面積（km2）。

由水文地質概念模型可知，中層含水層越流補給量來自上覆淺層含水層，淺層含水層越流排泄即為本開采層的越流補給量，經計算多年平均越流補給量為745.5 104m3/a。

② 側向流入量（Q側入）

計算公式同式（5）。咸水區中層流入邊界除咸淡水邊界外，還有北部邊界和南部邊界，經計算多年平均流入量為1973.14 104m3/a。

綜上所述，有咸水區多年平均綜合補給量為2718.64 104m3/a。

（3）綜合排泄量計算

① 開采量（Q開）

計算公式同前，計算出多年平均農業用水為387.42 104m3/a，多年平均工業用水開采量為1061.53 104m3/a，多年平均生活用水開采量為915.72 104m3/a。經計算咸水區工業、農業、生活總計開采量為2364.67 104m3/a。

② 側向流出量（Q側出）

計算公式同前，有咸水區的流出邊界主要有東南邊界和西部邊界，經計算多年平均流出量為858.53 104m3/a。

綜上所述，有咸水區多年平均綜合排泄量為3223.20 104m3/a。

4 地下水資源均衡分析

（1）全淡水區

綜合補給量包括降雨入滲、灌溉入滲、側向流入量，總補給量為1470.47 104m3/a；綜合排泄量包括地下水開采、地下水蒸發和側向流出，總排泄量為1945.67 104m3/a，計算均衡差為-475.20 104m3/a，實際均衡差為-494 104m3/a，相對誤差為4%。

（2）有咸水區

綜合補給量包括越流補給量和側向流入量，總補給量為2718.64 104m3/a，綜合排泄量包括地下水開采量和側向流出量，總排泄量為3223.20 104m3/a，計算均衡差為-504.56 104m3/a，實際均衡差為-493.24 104m3/ a，相對誤差為2%。

由地下水均衡分析可知，開采層均處于負均衡狀態，區內多年平均總負均衡為979.76 104m3/a。

[1] 劉 強等．唐?？h水資源開發利用的主要問題及對策．河北水利水電技術，1999.

[2] 朱學愚，錢孝星，劉新仁．地下水資源評價[M]. 南京：南京大學出版社，1987.

Analysis on Underground Freshwater Resource Balance of Tanghai County, Hebei Province

JIA Qiugang, YANG Jing

(Shijiazhuang University of Economics, Shijiazhuang 050031)

With the industry and population of Tanghai County developing rapidly，the groundwater is in the state of overexploitation, resulting in land subsidence and other environmental geologic problems. In this paper, we analyze the supply and excretion of underground fresh water of Tanghai County by using water balance method. And the average total negative balance of the region is 979.76 104m3/a. It provides the basis for the sustainable use of water resources and socio-economic sustainable development in Tanghai County.

Underground freshwater resource；Water balance；Tanghai County

TV211.1+2

A

1007-1903(2011)01-0026-04

賈秋剛（1985- ），男，碩士，研究方向為水資源和水文地質，E-mail：jia985414@163.com。