聊城西部漏斗區(qū)地下水位動(dòng)態(tài)分析

張桂英，馮冬青，袁紅衛(wèi)

（聊城水文水資源勘測(cè)局，山東 聊城 252000）

聊城市西部地下水漏斗區(qū)超采較嚴(yán)重，超采面積近3 000 km2。該漏斗區(qū)涉及莘縣、冠縣、臨清市大部及東昌府區(qū)西南部。上世紀(jì)70年代，發(fā)生了1975年、1978年大旱，局部井灌區(qū)水位埋深超過(guò)6 m，1983年又大旱，臨清市路莊、冠縣清水、桑阿鎮(zhèn)、梁堂等地，枯水期最大埋深已達(dá)10 m以上，按當(dāng)時(shí)通用說(shuō)法，埋深大于6 m稱為漏斗區(qū)。其成因有兩點(diǎn)，一是當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件好，機(jī)井出水量大；二是引黃條件差，在大量開采地下水的情況下，周邊地區(qū)的側(cè)向補(bǔ)給很少，使水位持續(xù)下降。自上世紀(jì)80年代至今，水位埋深6 m等值線的位置在徒駭河以北，沿沙鎮(zhèn)、鄭家、定遠(yuǎn)寨、賈鎮(zhèn)、辛集、范寨、柳林、尚店、劉垓子一線，始終是相對(duì)穩(wěn)定的，此線以西是漏斗區(qū)，以東水位埋深常年保持在3～5 m以內(nèi)，說(shuō)明兩邊的水文地質(zhì)狀況、引黃條件有較大差異?，F(xiàn)對(duì)其水位動(dòng)態(tài)與降水關(guān)系作如下分析。

1 地下水水位動(dòng)態(tài)分析

1.1 降落漏斗區(qū)面積與水位降差等值線

漏斗區(qū)面積的確定，以前采用6 m埋深等值線，這次考慮水位的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，以1996年2月1日（水位穩(wěn)定期）與2012年2月1日水位差點(diǎn)繪在地圖上，確定0線，以0線為邊界計(jì)算面積，這樣有些埋深大于6 m的邊界區(qū)由于水位出現(xiàn)回升，未劃入漏斗區(qū)，有些埋深小于6 m的邊界區(qū)由于水位長(zhǎng)期趨勢(shì)下降，劃入漏斗區(qū)。這樣劃定的邊界更符合降落漏斗區(qū)的定義。根據(jù)漏斗區(qū)邊界及水位差等值線圖測(cè)得：漏斗總面積為2 872 km2，水位差0～3 m的面積為1 004 km2，水位差3～5 m的面積為1 154 km2，水位差5～7 m的面積為526 km2，水位差7 m以上面積為188 km2。

水位差大于7 m的區(qū)域集中分布在冠縣南部的桑阿鎮(zhèn)、梁堂及城區(qū)西部的孫町一帶，說(shuō)明這一區(qū)域引黃水量偏少?？紤]到漏斗區(qū)水位變幅帶部分涉及砂質(zhì)含水層，其給水度大于上部土質(zhì)的試驗(yàn)值0.03～0.04，平均給水度采用0.045，則1996—2012年超采地下水4.801 9億m3。

1.2 漏斗區(qū)歷年平均地下水埋深與年水位變差

選擇區(qū)內(nèi)水位系列連續(xù) （個(gè)別測(cè)井缺測(cè)用鄰近井資料插補(bǔ)）的39眼井，以穩(wěn)定期（2月1日）水位埋深平均得平均埋深，相鄰年份埋深值相減得年水位變差，結(jié)果見表1。

從表1可計(jì)算出，1996年2月1日至2012年2月1日全漏斗區(qū)平均水位年均下降0.29 m，其中莘縣下降0.36 m，冠縣下降0.41 m，臨清市下降0.11 m，東昌府區(qū)下降0.24 m。

1.3 近期地下水水位動(dòng)態(tài)分區(qū)

由于引水條件的差異，近期（2007年2月1日至2012年2月1日）水位動(dòng)態(tài)存在區(qū)域性差異，可以分成3類區(qū)域。

A類：水位略有回升區(qū)。分布在臨清市路莊、唐元、泮莊一帶，說(shuō)明尚泮渠及王莊、李圈揚(yáng)水站發(fā)揮了有效作用。

B類：水位持續(xù)下降區(qū)。分布在臨清市城區(qū)周圍

表1 歷年2月1日漏斗區(qū)平均埋深與水位年變差統(tǒng)計(jì)表m

及南部朱莊、大辛莊一帶，冠縣城區(qū)周圍包括耿兒莊、李八里、孫町一帶，南部梁堂一帶，莘縣大王寨、魏莊、莘亭一帶，反映城市用水量擴(kuò)大，地處引黃渠道下游，區(qū)域補(bǔ)源條件差。

C類：水位相對(duì)穩(wěn)定區(qū)。分布在冠縣、莘縣的大部分地區(qū)。

1.4 區(qū)域代表井歷年2月1日水位埋深過(guò)程線圖

為避免線條過(guò)多交叉，過(guò)程線選用A類1眼（臨清市路莊鎮(zhèn)楊二莊）、B類1眼（冠縣城關(guān)孫町）、C類1眼（莘縣王奉鄉(xiāng)元莊），共3眼測(cè)井過(guò)程線，反映地下水位的長(zhǎng)期、近期變化趨勢(shì)，見圖1。

圖1 漏斗區(qū)代表井歷年2月1日埋深過(guò)程線

2 漏斗區(qū)水位變差與降水關(guān)系分析

2.1 數(shù)學(xué)模型

點(diǎn)繪測(cè)井水位動(dòng)態(tài)曲線，可以看出：3～6月由于小麥春灌與秋糧夏播，地下水位呈反復(fù)下降和持續(xù)下降趨勢(shì)；7～10月是集中降水期，地下水位呈緩慢回升趨勢(shì)，直至次年2月。因此，數(shù)學(xué)模型將全年降水分成兩個(gè)變量，將3～6月雨量作為干旱指標(biāo)，與多年同期雨量之比稱為干旱指數(shù)K，將7～10月雨量作為補(bǔ)給指標(biāo)R，由于大多數(shù)年份3～6月地下水位呈下降狀態(tài)，因此歷年K值多數(shù)應(yīng)為負(fù)值，故令

基于上述分析，水位年變差△H與R、K相關(guān)數(shù)學(xué)模型為：

△H=aR+bK+f

式中：a、b 為回歸系數(shù)，f為常數(shù)。

2.2 1996—2012年回歸方程

統(tǒng)計(jì)歷年△H、R、K 3個(gè)變量，以△H作為因變量，R、K作為自變量，經(jīng)二元回歸分析計(jì)算得：

△H=1.04R+1.22K+0.10

經(jīng)顯著性檢驗(yàn)（F檢驗(yàn)），求得F為13.12；經(jīng)計(jì)算，復(fù)相關(guān)系數(shù)r為0.818。

2.3 回歸方程檢驗(yàn)

利用1996—2012年實(shí)測(cè)△H實(shí)與回歸方程計(jì)算的△H計(jì)進(jìn)行比較，見表2。從表2可以看出，絕對(duì)誤差小于0.3 m的年份有11年，占整個(gè)系列的68.8%，回歸方程可作為一種方法進(jìn)行地下水位預(yù)測(cè)。

表2 西部地下水漏斗區(qū)平均水位年變差回歸分析檢驗(yàn)表

3 漏斗區(qū)地下水均衡分析

3.1 水均衡要素

對(duì)于漏斗區(qū)地下水，主要的均衡要素有3項(xiàng)，分別是開采量、降雨入滲補(bǔ)給量、引河入滲補(bǔ)給量。對(duì)于側(cè)向補(bǔ)給量，前面已經(jīng)說(shuō)到，因?yàn)槁┒穮^(qū)的邊界多年來(lái)是穩(wěn)定的，可以認(rèn)為側(cè)向補(bǔ)給量很小，又無(wú)實(shí)測(cè)資料，可不予考慮。降雨入滲主要發(fā)生在汛期7～10月，枯季3～6月多數(shù)年份無(wú)大雨，土壤飽和差很大，不存在入滲補(bǔ)給。引河入滲包括渠系入滲和田面灌溉入滲，在河灌情況下，其單位面積灌水量要比井灌時(shí)大，存在入滲補(bǔ)給。

3.2 均衡水量估算

1）開采量。依據(jù)聊城市水利年鑒，2006—2010年莘縣、冠縣、臨清市地下水開采量資料（包括工業(yè)、城鎮(zhèn)、農(nóng)村生活用水，林牧漁用水），多年平均開采量為36 753萬(wàn)m3，折合單位面積開采量10.52萬(wàn)m3/km2?？紤]到漏斗區(qū)屬宜井區(qū)，開采量要比面平均大15%，則單位面積開采量修正為12.1萬(wàn)m3/km2，折合水深121 mm。

2）降雨入滲補(bǔ)給量。1996—2012年7～10月年平均降雨量為341.8 mm，參照臨清市胡里莊實(shí)驗(yàn)區(qū)1977—1979年資料，降雨入滲系數(shù)采用0.22，則降雨入滲補(bǔ)給量為75.2 mm。

3）引河入滲補(bǔ)給量。依據(jù)聊城市水利年鑒，1996—2010年莘縣、冠縣、臨清市多年平均引河水量為47 157萬(wàn)m3，單位面積引河水量13.5萬(wàn)m3/km2，考慮到漏斗區(qū)引河水量比面平均值小15%，則單位面積引河水量修正為11.5萬(wàn)m3/km2，參照臨清市胡里莊實(shí)驗(yàn)區(qū)資料，引河入滲系數(shù)采用0.30，則漏斗區(qū)引河入滲補(bǔ)給量為34.5 mm。

3.3 漏斗區(qū)地下水超采量

根據(jù)以上計(jì)算，降雨入滲補(bǔ)給量與引河入滲補(bǔ)給量之和為109.7 mm，開采量為121 mm，則超采量為11.3 mm，與1996—2012年平均水位年均下降0.29 m對(duì)照，折合水深13.0 mm，兩者吻合。以平均地下水位年均降差0.29 m計(jì)算，漏斗區(qū)地下水年均超采量為3 734萬(wàn)m3。

4 結(jié)語(yǔ)

本次選用地下水漏斗形成后呈波動(dòng)下降狀態(tài)的資料系列進(jìn)行了分析。就整個(gè)漏斗區(qū)而言，近期（2008—2012年）平均水位處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，但還有不少地塊仍處于連續(xù)下降狀態(tài)，應(yīng)加大補(bǔ)源措施。選用降水系列接近多年平均水平，可代表未來(lái)年份的降水預(yù)期，相關(guān)關(guān)系曲線對(duì)預(yù)測(cè)未來(lái)年份的水位變化和制定引水補(bǔ)源工作都具有重要意義。