蘭考縣城市地下水資源評價

劉承勇 張 公

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院）

0 引言

地下水資源直接制約著國民經(jīng)濟發(fā)展高質(zhì)量發(fā)展。計算地下水允許開采量是地下水資源評價的核心問題，對于地下水的可持續(xù)開發(fā)利用及保護具有十分重要的意義。由于地下水埋藏于地下，循環(huán)周期較慢，一旦遭到破壞，將難于修復(fù)。因此，摸清地下水資源量和超采現(xiàn)狀是保證高質(zhì)量生產(chǎn)和健康生活的前提。

區(qū)域地下水資源評價方法多種多樣，主要有四大儲量法、數(shù)理統(tǒng)計法、數(shù)學(xué)物理方法、水文概念模型法、水均衡法。目前對區(qū)域地下水資源評價最常用的是水均衡法，其優(yōu)點在于思路清晰，方法簡單，對區(qū)域水文地質(zhì)條件認知度要求低。

1 基本情況

1.1 交通位置

蘭考縣為全國知名紅色文化名城，是河南改革發(fā)展和加強黨的建設(shè)綜合試驗示范縣，全國首個普惠金融改革試驗區(qū)，具有面向全國的焦裕祿精神教育基地。

地處豫東平原西部，總面積1 116 km2，東臨京九鐵路，西依京廣鐵路，隴海鐵路、鄭徐高鐵橫貫全境。

1.2 氣象與水文

蘭考縣地處北緯暖溫帶，屬于半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，春暖、夏熱、秋涼、冬冷，冬夏時間長，春秋時間短。具有光熱豐富、日照充足、雨熱同期、無霜期長的特征。根據(jù)1990-2015年間氣象資料，年平均氣溫14.40℃。月平均氣溫1月份氣溫最低，平均為-1℃，7月份氣溫最高，平均為27.20℃。年平均降水量636.10 mm。月平均降水量1 月份最少，一般是10.20 mm；7月份最多，一般是156.30 mm。

1.3 水文地質(zhì)條件

淺層地下水主要賦存于全新統(tǒng)的松散堆積物孔隙之中，其含水層的厚度、埋藏及其展布主要受黃河古河道帶、間帶及其泛流帶的控制，埋藏深度一般在30～50 m，砂層厚度一般10～25 m。區(qū)內(nèi)中深層含水層（組）砂層厚度和顆粒粗細的不同，顯示了富水性大小也各有差異。根據(jù)本次鉆孔抽水試驗資料及收集中深層鉆孔抽水資料，將區(qū)內(nèi)中深層地下水統(tǒng)一換算成降深15 m 的單井涌水量，對工作區(qū)的中深層地下水進行地下水富水程度分區(qū)，通過分析工作區(qū)富水性均為富水區(qū)。

1.4 地下水補給徑流排泄條件

蘭考縣城區(qū)及郊區(qū)淺層水主要靠大氣降水入滲和周邊側(cè)向徑流補給。其次為河渠入滲，湖溝坑塘入滲和農(nóng)灌回滲補給。近黃河地帶主要為黃河側(cè)滲補給和大氣降水入滲補給。研究區(qū)屬開闊的沖積平原，地形平坦，地面坡降1/5 000～1/10 000，地表徑流遲緩。研究區(qū)內(nèi)的中深層地下水在天然條件下主要接受側(cè)向徑流補給。

2 水資源分區(qū)

地下水資源計算按地質(zhì)構(gòu)造、地貌、含水層及包氣帶巖性等條件的差異，選取不同的參數(shù)劃分塊段計算。各行政單位的地下水資源量，按各行政單位所占各地下水系統(tǒng)、水文地質(zhì)條件相似地區(qū)的面積比例計算。計算及評價范圍為蘭考縣規(guī)劃區(qū)，面積210 km2。

根據(jù)調(diào)查進行的7組淺井和5組深井抽水試驗資料經(jīng)分析整理、確定了淺層和深層含水層的平均滲透系數(shù)和厚度，并求得了導(dǎo)水系數(shù)，詳見表1和表2所示。

3 地下水資源計算與評價

3.1 均衡方程

3.1.1 淺層地下水

表1 淺層地下水非穩(wěn)定流抽水試驗參數(shù)一覽表

表2 中深層地下水非穩(wěn)定流抽水試驗參數(shù)一覽表

式中：Q補=Q黃河滲+Q降+Q回滲+Q河渠補+Q側(cè)補；Q排=Q開采+Q蒸發(fā)+Q塘開+Q側(cè)排+Q越；Q補—地下水總補給量（m3/d）；Q排—地下水總排泄量（m3/d）；μ—水位變動帶給水度；F—均衡區(qū)面積（m2）；△t—均衡時間段長（d）；△H—水位變幅（m）；Q黃河滲、Q降、Q回滲、Q河渠補、Q側(cè)補、Q開采、Q蒸發(fā)、Q塘開、Q側(cè)排、Q越分別是指黃河側(cè)滲補給量、降水入滲補給量、灌溉及魚塘回滲補給量、河渠水滲入補給量、側(cè)向徑流補給量、工農(nóng)業(yè)及生活用水開采量、淺層地下水蒸發(fā)量、漁塘區(qū)開采量、側(cè)向徑流排泄量、越流補給中深層水量，以上單位均為m3/d。

3.1.2 中深層地下水

中深層地下水按下式計算：

式中：△H—△t時段中深層水位變化值；μe—中深層水彈性釋水系數(shù)；其它同上。

3.2 淺層地下水均衡計算

淺層地下水補給量和排泄量數(shù)值表略。

3.3 中深層地下水均衡計算

根據(jù)計算，中深層水總補給量2 880.43 萬m3/a，其中側(cè)向逕流補給1 578.44 萬m3/a，淺層水越流補給843.51 萬m3/a。中深層水主要消耗于開采，開采量2 385.00萬m3/a。

4 分析評價

4.1 地下水資源均衡分析

均衡I 區(qū)平均水位上升0.14 m，實測水位上升值在0.11～0.41 m 之間，平均為0.17 m；均衡Ⅱ區(qū)平均水位上升0 m，實測水位上升值在0.03～0.07 m之間，平均為0.04 m；均衡Ⅲ區(qū)平均水位上升0 m，實測水位上升值在0.02～0.04 m 之間，平均為0.03 m；均衡Ⅳ區(qū)平均水位下降0.04 m，實測水位下降值在0.05～0.10 m之間，平均為0.06 m；均衡V區(qū)平均水位上升2.51 m，實測水位上升值在1.60～2.80 m之間，平均為2.33 m。

通過5個均衡區(qū)的對比，發(fā)現(xiàn)均衡Ⅴ區(qū)的的均衡差占總均衡差的79.12%，說明黃河滲流補給對蘭考縣淺層地下水資源量和均衡有重要的影響，蘭考縣城市淺層地下水資源空間分布與可更新能力與補給類型密切相關(guān)。

4.2 水資源開采評價

以地下水開采系數(shù)為評判指標進行超采區(qū)劃分，評價時段（2001-2016年）。在地下水超采區(qū)中，評價期內(nèi)年均地下水開采系數(shù)＞1.30的區(qū)域劃分為嚴重超采區(qū)，其他區(qū)域劃分為一般超采區(qū)。淺層地下水計算單元開采系數(shù)介于0.23～1.03 之間，其中開采系數(shù)＞1.00 的有2 個單元；開采系數(shù)＜1.00 的有3 個單元。淺層地下水整體處于一般超采區(qū)。中深層地下水計算單元開采系數(shù)介于0.08～0.25之間，其中開采系數(shù)＞1.30的有1個單元；開采系數(shù)＜1.00的有3個單元。中深層地下水主城區(qū)屬于嚴重超采區(qū)，其它區(qū)域?qū)儆谝话愠蓞^(qū)。

5 結(jié)論

基于水均衡計算，通過與實測的平均水位的對比，說明所選參數(shù)合理，計算的補給量和消耗量可靠，蘭考縣南北淺層地下水資源量差異性較大，蘭考縣城市的淺層水開可采資源量為9.51 萬m3/d，開采系數(shù)為0.74。中深層水可開采資源量為7.89 萬m3/d，開采系數(shù)為0.83，其中主城區(qū)開采系數(shù)為1.77 超采較為嚴重，其他地區(qū)均為良好狀態(tài)。

建議在今后的地下水開發(fā)利用過程中，為了蘭考縣的城市科學(xué)規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展，在黃河流域生態(tài)保護的背景下合理布局水源開采區(qū)，有效緩解城市生態(tài)文明發(fā)展和經(jīng)濟發(fā)展之間的矛盾。加強主城區(qū)地下水淺層和中深層動態(tài)水位監(jiān)測，在蘭考縣主城區(qū)內(nèi)，制定計劃減少地下水開采量，壓縮地下水開采總量，最終實現(xiàn)采補平衡。