通過預測地下水埋深變化實現指導地下水安全開采的探討

蘇偉杰，王兵兵

(1.河北省張家口水文水資源勘測局，河北 張家口 075000;2.河北省邢臺水文水資源勘測局，河北 邢臺054000)

通過預測地下水埋深變化實現指導地下水安全開采的探討

蘇偉杰1，王兵兵2

(1.河北省張家口水文水資源勘測局，河北 張家口 075000;2.河北省邢臺水文水資源勘測局，河北 邢臺054000)

分析目前邢臺地區面臨的地下水超采問題，提出安全開采量的概念，并通過枯季(11月－次年5月)和汛期(6月－9月)分別預測地下水埋深變化的方法預測地下水未來一個月甚至一年的埋深變化，從而達到在地下水開采過程中根據降雨補給控制開采量，實現指導地下水安全開采。

地下水;安全開采;地下水預報

邢臺市地表水資源嚴重匱乏，地下水是主要的供水水源。過量開采地下水，直接導致原有地下水系統的平衡遭受破壞，地下水資源供給危機的現象越來越明顯。不合理的開采地下水，終究將直接導致區域地下水位下降、地下水質惡化、地面沉降等一系列問題，這些問題將嚴重制約社會經濟的發展。基于此原因，研究地下水安全開采量的問題對經濟社會的可持續發展具有重要的指導意義。

1 邢臺地區目前地下水的取水現狀

統計2001—2010年10年間的資料，邢臺地區 2001—2010年間平均地下水開采量為16.4億 m3，占總用水量的84.6%(具體數據見附表一)。根據邢臺地區水文地質條件，淺層地下水補給來源主要是大氣降水入滲補給;地表水入滲、灌溉回歸及上游的側向補給;深層水的補給來源主要靠其上部含水層的越流補給和側向補給。由現有資料整理發現邢臺淺層地下水漏斗區寧(晉)隆(堯)柏(鄉)漏斗面積由2001年的590 km2增加到2010年的1 310 km2，深層地下水漏斗南宮市焦旺、琉璃廟至廣宗董里集漏斗區面積由2001年的3 218 km2增加到2010年的4 430 km2，淺層漏斗區地下水埋深由2001年的52.10 m 增加到2010年67.31 m。［1］

以上數據表明邢臺地區面臨著嚴重的地下水超采問題。

2 地下水安全開采量的提出

根據質量和能量守恒定律，地下水可開采量取決于地下水的補給量。綜合考慮可持續開采量和允許開采量的定義，考慮到現實有規律的開采地下水不應導致對地下水儲存資源量、水質的破壞，本文在總結前人研究的基礎上針對邢臺地區目前取用水現狀及超采情況提出地下水的開采應實現安全開采。

表1 邢臺地區歷年地下水開采量及用水量統計表

在不破壞環境為前提的情況下，開采量應小于等于補給量，考慮經濟、社會、水利工程等影響因素的關系，綜合允許開采量、可持續開采量和安全開采量已有的內涵，將安全開采量定義為:在一定時期內，通過技術經濟合理的取水方案，在不產生不能承受的生產環境問題，滿足地下水資源、生態環境和地質環境等工程的前提下，達到地下水資源可持續開發利用的最大開采量［2］。在這一定義下，地下水安全開采量涵義可以理解為1、地下水安全開采量一方面取決于當代技術能力、經濟水平和自然循環條件，另一方面則受制于社會可持續發展和維持生態壞境健康的最低要求;2、地下水安全開采量是動態的，上述要素任意其一發生改變，安全開采量都有可能隨之發生變動。因此實現地下水安全開采需要嚴格監控地下水埋深變化及地下水水質變化。

3 通過預測地下水埋深變化指導地下水安全開采

邢臺地區地下水的補給源于降雨入滲，降雨通過在土壤中的入滲到達地下水面。地下水的排泄最主要的是補給河道基流和人為開采，但是邢臺地區絕大部分平原地區地下水位已低于河底，不存在地下水對河流的補給，因此影響地下水位變化最主要的因素是降雨和人為開采。這兩個主要影響因素中，由于開采量由人口數量、耕地面積等因素決定，與降雨相比年際變化較小，特別是90年代以來人口、耕地和耕作方式變化較小，因此開采量相對而言對水開采屬于穩定影響因素;由降雨量的年際變化及地下水監測資料情況分析，降雨量為主要因素影響地下水位的變化，根據邢臺地區降雨年內變化規律，以為枯季和汛期分別將地下水位變化與降雨量建立關系。

3.1 枯季各月多年平均地下水埋深預測

根據邢臺地區目前積累地下水埋深監測數據變化研究，邢臺地區每年11月至次年5月由于降水量稀少，地下水位的月變幅與降水量幾乎沒有什么關系，地下水變化主要受開采量影響，以公式(1)預測區域地下水平均變化幅度。

式中:Hi+1為下月末區域平均埋深(m);Hi為本月末區域平均埋深(m);為本月末—下月末歷年區域平均埋深變幅(m)。

以邢臺地區沙河市為例，統計1991－2005年沙河地區枯季各月多年平均地下水位變幅如表2。

表2 區域月平均埋深變幅表

根據附表二計算11月區域平均地下水埋深實測和模擬對比(見附表一)發現，根據上述預報方法計算多年平均相對誤差為0.02 m，絕對誤差為0.13%。同理計算12－5月地下水埋深實測值和預報值比較。發現其誤差均未符合預報精度需求。因此，以此方法根據預報地區多年地下水觀測資料可以預測未來6個月地下水埋深變化趨勢。

表3 11月區域平均地下水埋深實測和模擬對比

3.2 汛期各月多年平均地下水埋深預測

由于邢臺地區6－10月降雨量占全年降雨量的75%～80%因此在這四個月降雨能夠滲入下層土壤補給地下水，6～10月的地下水位變化趨勢受降雨影響比較明顯，降雨量與地下水位變化值的相關系數較大，如圖1為邢臺沙河地區5、6月合計降雨量與6月末－5月末地下水埋深變幅圖，其相關關系較好;所以建立區域面平均降雨量與區域面平均月地下水位變幅的相關圖來預測6－10月份地下水埋深變化

圖1 5、6月合計降雨量與6月末－5月末地下水埋深變幅相關圖

4 結語

地下水超采最直觀的體現是地下水位持續下降，因此，采用地下水預報的方法，動態的預報地下水埋深變化過程，同時通過考慮取水層水文地質情況、取水層巖性，及該層水質情況達到對地下水開采量及開采程度的指導作用。

［1］邢臺水文水資源勘測局.邢臺市水資源公報［M］.2001－2010.

［2］王振龍等.地下水安全開采量的概念與評價方法研究［J］.水文.2010，2.

P641.74

B

1004－1184(2012)03－0081－02

2012－01－04

蘇偉杰(1982－)，男，河北宣化人，助理工程師，主要從事水資源開發利用。