雞西市區(qū)地下水資源調(diào)查與評(píng)價(jià)

呂昌斌,王 丹

(1.雞西市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)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(fēng)氣候區(qū),具有冬季寒冷漫長(zhǎng),夏季炎熱短暫,春季多風(fēng)干旱,秋季多雨易澇的寒溫帶大陸季風(fēng)氣候特征。年平均氣溫 3.9℃,無(wú)霜期達(dá)140 d,市區(qū)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(nèi)分配不均。

全市總面積2 208.5 km2,雞西市區(qū)共轄梨樹(shù)、恒山、麻山、滴道、城子河和雞冠 6個(gè)區(qū) 10個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),截止 2007年年末,總?cè)丝?88.96萬(wàn)人,耕地面積55.6萬(wàn)hm2,國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值近百億元。

全市區(qū)總地勢(shì)由西北向東南傾斜,地形總體上北部和南部地勢(shì)較高,地形切割較大,主要為山區(qū),南北山區(qū)海拔高程為 300～670m。中部穆棱河河谷地勢(shì)低平開(kāi)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(cè)為構(gòu)造盆地,海拔高程 200～520m,地形較為平坦。

雞西市區(qū)屬黑龍江流域?yàn)跆K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(jí)支流有牤牛河、滴道河及黃泥河。

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

雞西市區(qū)主要的水庫(kù)有團(tuán)山子水庫(kù),大同水庫(kù),龍山水庫(kù),山南水庫(kù),恒山區(qū)的勝利水庫(kù),城子河區(qū)的向陽(yáng)水庫(kù),雞冠區(qū)的朝陽(yáng)水庫(kù)等。另外還有眾多的小水庫(kù)和塘壩。

2 地下水資源量計(jì)算

地下水資源計(jì)算包括地下水資源總量和地下水可開(kāi)采資源量計(jì)算。

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

2.1 降水入滲補(bǔ)給量

降水入滲補(bǔ)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(bǔ)給地下水的水量,按下列公式計(jì)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(yīng)扣除大中型水庫(kù)水面面積,m2;α為多年平均降水滲入系數(shù);P多年平均年降水量,m/a。

2.2 地下水側(cè)向流入補(bǔ)給量

地下水側(cè)向流入量,即山丘區(qū)地下水側(cè)向補(bǔ)給平原區(qū)松散層地下水的水量,其計(jì)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(shù),m/d;I為地下水水力坡度;B為垂直地下水流向的計(jì)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(bǔ)給時(shí)間,d/a。

2.3 河道滲漏補(bǔ)給量

當(dāng)河水位高于河岸地下水位時(shí),河水單側(cè)滲入補(bǔ)給地下水的水量,按達(dá)西公式計(jì)算,其計(jì)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(shù),cm/s或 m/s,其物理意義是當(dāng)水力梯度 i等于1時(shí)的滲透速度;A為試樣端面面積,cm2或m2。

2.4 渠系滲漏補(bǔ)給量

當(dāng)灌溉渠水位高于地下水水位時(shí),渠水滲入補(bǔ)給地下水的水量。其計(jì)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(shù)。

2.5 田間灌溉滲漏補(bǔ)給量

田間灌溉滲漏補(bǔ)給量是指灌溉水進(jìn)入田間后,經(jīng)包氣帶滲入補(bǔ)給地下水的水量。按下列公式計(jì)算:

式中:Qf為灌溉田間滲入量,m3/a;Qf為渠灌進(jìn)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(shù);Ff為灌溉面積,hm2。

地下水總量計(jì)算成果詳見(jiàn)表1。

表1 地下水資源總量計(jì)算成果一覽表萬(wàn)m3/a

3 地下水可開(kāi)采資源量計(jì)算

地下水可開(kāi)采資源量,又稱地下水可開(kāi)采量,采用平均布井法和開(kāi)采系數(shù)法計(jì)算。地下水可開(kāi)采資源量計(jì)算方法以開(kāi)采系數(shù)法為主,河谷等地段采用平均布井法進(jìn)行復(fù)核。

3.1 開(kāi)采系數(shù)法

由于平原區(qū)淺層地下水具有一定的開(kāi)發(fā)利用條件,通過(guò)對(duì)實(shí)際開(kāi)采量,地下水位特征及現(xiàn)狀條件地下水補(bǔ)給量三者之間的關(guān)系,確定出合理的開(kāi)采系數(shù),則多年平均地下水可開(kāi)采量等于開(kāi)采系數(shù)與多年平均現(xiàn)狀條件下地下水補(bǔ)給量的乘積。計(jì)算公式為:

式中:Qr為計(jì)算區(qū)多年平均地下水補(bǔ)給量,萬(wàn) m3/a;ρ為開(kāi)采系數(shù)。

開(kāi)采系數(shù)是根據(jù)不同計(jì)算區(qū)單井涌水量和地下水降深確定。當(dāng)單井涌水量大于20m3/h?m,地下水降深小時(shí),ρ取0.85～0.95;當(dāng)單井涌水量 10～20m3/h?m,地下水降深較小時(shí),ρ取 0.75～0.85;當(dāng)單井涌水量 5～10m3/h? m,地下水降深較大時(shí),ρ取 0.65～0.75。

3.2 平均布井法計(jì)算地下水可開(kāi)采量

計(jì)算公式采用

式中:Qap為地下水可開(kāi)采量,萬(wàn) m3/a;q為單井涌水量,m3/d;N為計(jì)算區(qū)內(nèi)平均布井?dāng)?shù),眼;t為機(jī)電井多年平均開(kāi)機(jī)時(shí)間,d/a;R為單井影響半徑,m。

地下水可開(kāi)采資源量計(jì)算成果詳見(jiàn)表2。

表2 地下水可開(kāi)采資源量計(jì)算成果一覽表

4 地下水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀、可持續(xù)利用及存在問(wèn)題

4.1 地下水開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

現(xiàn)狀雞西市區(qū)地下水開(kāi)采總量為85 887萬(wàn)m3,其中麻山區(qū)開(kāi)采量為808.9萬(wàn)m3,占 9.41%;滴道區(qū)開(kāi)采量為1 509.7萬(wàn) m3,占 17.58%;城子河區(qū)開(kāi)采量為1 536.4m3,占17.89%;梨樹(shù)區(qū)開(kāi)采量為 838.3萬(wàn)m3,占 9.76%;恒山區(qū)開(kāi)采量為1 902.0m3,占 22.15%。;雞冠區(qū)開(kāi)采量為1 993.5m3,占 23.21%。地下水實(shí)際開(kāi)采資源量計(jì)算成果詳見(jiàn)表3。

表3 地下水實(shí)際開(kāi)采資源量計(jì)算成果一覽表

4.2 地下水資源可持續(xù)利用潛力計(jì)算

地下水可開(kāi)采資源量(Q可采)與現(xiàn)狀地下水實(shí)際開(kāi)采量(Q開(kāi)采)之差稱為現(xiàn)狀條件下地下水剩余資源量(Q剩余),它是衡量地下水開(kāi)采潛力的依據(jù)。地下水資源數(shù)量的單位通常采用萬(wàn) m3/a;水資源數(shù)量與面積的比值稱為模數(shù)(單位為萬(wàn) m3/a?km2),表示單位面積上的水資源數(shù)量。地下水實(shí)際開(kāi)采量(Q開(kāi)采)與可開(kāi)采資源量(Q可采)之比稱為地下水開(kāi)采系數(shù)(Kc),它是衡量地下水開(kāi)發(fā)利用程度的指標(biāo)之一。剩余資源量(Q剩余)與可開(kāi)采資源量(Q可采)之比稱為地下水剩余系數(shù)(Ks),它是衡量地下水開(kāi)發(fā)利用潛力——可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用的主要指標(biāo)之一。地下水資源可持續(xù)利用潛力為地下水可開(kāi)采量減去地下水已經(jīng)開(kāi)發(fā)利用量,計(jì)算成果見(jiàn)表4。

由表4中可以看出,現(xiàn)狀條件下區(qū)內(nèi)地下水資源的利用已經(jīng)處于超采狀態(tài),從行政分區(qū)來(lái)看,雞冠區(qū)地下水超采最為嚴(yán)重,次為城子河區(qū)。

4.3 地下水資源可持續(xù)利用存在的問(wèn)題

通過(guò)表4可以得出地下水資源可持續(xù)利用存在以下一系列的問(wèn)題:

4.3.1 產(chǎn)水量下降

表4 地下水資源潛力計(jì)算成果一覽表萬(wàn)m3/a

由于各區(qū)內(nèi)地下水過(guò)量開(kāi)采,形成兩個(gè)降落漏斗。淺層地下水超采量已達(dá)300萬(wàn)m3,超采系數(shù) 1.25,最大水位下降深度55m。全市區(qū)地下水位下降 1.2～2.5m,造成部分機(jī)電井產(chǎn)水量下降,甚至報(bào)廢,農(nóng)業(yè)大口井無(wú)水,原有工礦企業(yè)不能達(dá)產(chǎn),預(yù)期建設(shè)的廠礦被迫停建,影響了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們的生活質(zhì)量。

4.3.2 水質(zhì)污染

由于過(guò)量開(kāi)采,地下水水質(zhì)受到污染。據(jù)監(jiān)測(cè),城區(qū)內(nèi)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(gè)別水井 CODMn值已達(dá)5.3mg/L,地下水屬Ⅳ類水體。

4.3.3 不良環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象出現(xiàn)

由于各區(qū)煤礦等礦山開(kāi)采大量抽排地下水,加劇了地下水位下降趨勢(shì),導(dǎo)致煤礦周邊地區(qū)地下水位大幅度下降,出現(xiàn)水源枯竭、地面塌陷等不良環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象。

4.3.4 造成水事糾紛,影響社會(huì)安定

缺水引起地下水不合理開(kāi)采,又造成新的超采,往往使原有水井報(bào)廢,發(fā)生水事糾紛。這就造成企業(yè)與周圍居民都因超采地下水發(fā)生水事糾紛。由于枯水季節(jié)產(chǎn)水量不足,居民飲用水困難,給當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活造成嚴(yán)重影響。一些企業(yè)限產(chǎn),某些新建項(xiàng)目被迫撤消,給當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展造成嚴(yán)重影響。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

雞西市多年平均地下水資源量為9 459.2萬(wàn)m3/a,地下水可開(kāi)采資源量為5 393.7萬(wàn)m3/a。評(píng)價(jià)結(jié)果表明,雞西市屬于地下水資源較為貧乏的地區(qū),目前地下水資源處于較為嚴(yán)重的超采狀態(tài)。特別是雞冠區(qū)形成了較大的地下水位下降漏斗。另外其它各區(qū)的礦山開(kāi)采大量抽排地下水,也加劇了地下水位下降趨勢(shì),導(dǎo)致煤礦周邊地區(qū)地下水位大幅度下降,出現(xiàn)水源枯竭、水質(zhì)惡化、地面塌陷等不良環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象。

雞西市這種地下水資源長(zhǎng)期處于過(guò)量開(kāi)采和疏干狀態(tài),地表水資源沒(méi)有被有效利用,城市、工礦企業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钣盟畼O度缺乏,不得不靠域外調(diào)水來(lái)維持現(xiàn)狀,致使一批重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目,如:電廠擴(kuò)建項(xiàng)目、青啤擴(kuò)建項(xiàng)目、石墨深加工擴(kuò)建項(xiàng)目等不能上馬,使整個(gè)城市發(fā)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(xué)配置和高效利用有限的水資源是促進(jìn)雞西市可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)與建設(shè)的基礎(chǔ)。本文提出以下合理開(kāi)發(fā)利用地下水資源、科學(xué)保護(hù)水環(huán)境、維護(hù)水生態(tài)基礎(chǔ)及環(huán)境平衡的六項(xiàng)措施:

1)由于本地水資源開(kāi)發(fā)潛力有限,除了提高本地區(qū)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(fā)展污水處理產(chǎn)業(yè)、推廣節(jié)水技術(shù)等。

2)加強(qiáng)統(tǒng)一管理機(jī)制,建立水資源管理的優(yōu)化模式,進(jìn)行地表、地下水的優(yōu)化配置和科學(xué)管理,強(qiáng)化水資源管理制度的制定和實(shí)施。建立健全水資源管理與保護(hù)機(jī)構(gòu),完善水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)隊(duì)伍和系統(tǒng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),建立和完善水資源管理信息系統(tǒng),科學(xué)、系統(tǒng)地管理水資源,以達(dá)到合理開(kāi)發(fā)和持續(xù)利用的目的。

3)建議加快穆棱河谷平原地下水庫(kù)的設(shè)計(jì)與建設(shè)工作;利用雨洪水或提引江河水人工補(bǔ)給地下水,充分利用河谷型地下水庫(kù)的調(diào)節(jié)作用,實(shí)現(xiàn)地表水與地下水資源聯(lián)合調(diào)度;合理利用地下水資源,騰空地下水庫(kù)容,以合理提引過(guò)境地表水資源,為地下水庫(kù)補(bǔ)充水源。

4)采取有力措施,合理分布機(jī)電井。對(duì)于水文地質(zhì)比較復(fù)雜、含水層層數(shù)多的地段,在開(kāi)采地下水時(shí)應(yīng)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(qiáng)雞西市城區(qū)等主要地下水水源的開(kāi)采量、水質(zhì)、水位的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作,注意新建水源的開(kāi)采情況,同時(shí)要對(duì)現(xiàn)有病險(xiǎn)水庫(kù)加以改造,提高其蓄水能力;加強(qiáng)觀測(cè)井的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

5)鑒于人類活動(dòng)加劇了地下水資源的惡化趨勢(shì),因此本區(qū)任何水資源開(kāi)發(fā)利用方案,都必須以有利于生態(tài)環(huán)境的改善為主要出發(fā)點(diǎn),促進(jìn)自然生態(tài)向良性發(fā)展。

6)鑒于水資源的形成分布與降水分布具有密切的關(guān)系,且更多地受到人類活動(dòng)的影響,建議開(kāi)展開(kāi)展人類活動(dòng)影響水文循環(huán)及水資源演變規(guī)律研究,開(kāi)展水資源精細(xì)評(píng)價(jià)和用水調(diào)查的精細(xì)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(qū)地下水水資源開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃報(bào)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(cè)設(shè)計(jì)所 .黑龍江省水資源綜合規(guī)劃雞西市部分項(xiàng)目規(guī)劃[R].雞西:雞西市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)所,2006.

[3] 雞西市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)所 .黑龍江省雞西市城市飲用水水源地安全保障規(guī)劃報(bào)告[R].雞西:雞西市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)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(bào)[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(diào)查[R].雞西:雞西市水政水資源管理辦公室,2009.