白沙河地下水位警戒線劃定方法

時 青，崔峻嶺，畢文質(zhì)

（青島市水文局，山東 青島 266071）

劃定地下水位警戒線，實行有效的地下水位預(yù)警管理，對促進地下水采補平衡，實現(xiàn)地下水可持續(xù)利用，保障經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。根據(jù)《山東省地下水位警戒線劃定技術(shù)大綱》，科學(xué)劃定白沙河地下水源地控制性水位警戒線，實行地下水位預(yù)警管理，保障地下水資源的可持續(xù)利用。

1 白沙河地下水源地概況

白沙河地下水水源地位于白沙河中下游河谷沖積層，水源地面積為64 km2，多年平均實際開采量為1 855萬m3；沖積層寬度4 000～6 000 m，厚度大于10 m，含水層厚約8～16 m，由粗砂礫石層構(gòu)成，富水性好，單井涌水量一般大于1 000 m3/d。水源地供水對象主要是青島市區(qū)和城陽區(qū)，設(shè)有城陽區(qū)夏莊水廠和城陽區(qū)流亭自來水公司，取水井群主要布置于白沙河后古鎮(zhèn)村和趙村附近。

2 白沙河地下水動態(tài)變化特征

2.1 年內(nèi)變化特征

根據(jù)白沙河水源地含水砂層的平面分布和厚度變化以及觀測井的分布情況，選取白沙河水源地代表性觀測井，分析統(tǒng)計了1995—2013年逐月的地下水觀測井埋深的平均值，繪制地下水埋深平均值的年內(nèi)變化曲線，如圖1所示。從圖中可以看出，白沙河水源地地下水年內(nèi)動態(tài)變化與降水關(guān)系密切，表現(xiàn)出比較明顯的季節(jié)性變化規(guī)律，每年6月進入主汛期，降水量大，補給量大于開采量，地下水位持續(xù)升高，埋深持續(xù)降低，一般到9月底10月初地下水位達到當(dāng)年的最高值，10月之后進入枯水期，農(nóng)業(yè)灌溉地下水用水量增加，地下水位持續(xù)下降，埋深持續(xù)增加。而且，降雨對地下水位的影響具有明顯滯后效應(yīng)，每年的主汛期是8～9月，降水最豐富，但是地下水位的峰值卻出現(xiàn)在10月。

圖1 1995—2013年各月平均地下水埋深年內(nèi)變化曲線

2.2 豐、平、枯代表年份地下水埋深變化

典型豐、平、枯年份地下水位年內(nèi)變化表現(xiàn)出不同特征。選取豐、平、枯代表年份分析地下水年內(nèi)動態(tài)變化，平水年年內(nèi)動態(tài)變化特征與整體變化特征基本一致；枯水年降水量少，補給量小于開采量，地下水位除了在6、8月份降雨量大時略有回升外，全年持續(xù)下降，如圖2所示；而在降水量大的豐水年，降水量對地下水的補給作用大于人工開采，地下水位在1～6月變幅不大，6月進入豐水期后地下水位持續(xù)回升，10月之后地下水位開始下降，如圖3所示。

圖2 枯水年地下水平均埋深年內(nèi)變化曲線

圖3 豐水年地下水平均埋深年內(nèi)變化曲線

2.3 最低地下水位變化

為分析白沙河水源地最低地下水位的變化情況，統(tǒng)計了各觀測井歷年地下水埋深的最大值，圖4為各觀測井平均年最大地下水埋深動態(tài)變化曲線。從圖中可以看出，1995—1997年，白沙河水源地地下水水位持續(xù)回升，1997年后地下水位開始下降并一直持續(xù)到2001年，2002—2006年地下水位變化不大，2007年地下水位下降，形成一個低點。產(chǎn)生這種波動的原因是白沙河水源地的主要補給來源為降水，最主要的排泄方式是人工開采，地下水動態(tài)變化與降水和開采量關(guān)系密切，地下水位隨降水量的多少呈比較明顯的波動，19年期間最低地下水位出現(xiàn)在1996-06，地下水最大埋深為9.85 m。

3 地下水位警戒線的劃定

3.1 水源地地下水基準(zhǔn)水位確定

圖4 各觀測井平均地下水年最大埋深變化曲線

據(jù)水文地質(zhì)鉆探資料知，白沙河水源地含水層平均厚度為9.50 m，當(dāng)?shù)叵滤骄裆顬?.85 m時，被疏干部分不到含水層總厚度的2/3。近幾年，由于連年嚴重干旱、大量超采地下水引起地下水位持續(xù)下降，地下水埋深最大達到11.52 m，引發(fā)比較嚴重的海水入侵，在下游雙元路施工地下防滲帷幕墻后得以遏制。根據(jù)《山東省地下水位警戒線劃定技術(shù)大綱》以及白沙河水源地水位動態(tài)特征，認為白沙河水源地基準(zhǔn)水位埋深定在8.85 m較為適宜。

3.2 地下水位警戒線的劃定

地下水位警戒線劃定方法主要采用水均衡法。參照《山東省地下水位警戒線劃定技術(shù)大綱》方法計算警戒水位，以水源地基準(zhǔn)水位8.85 m為起點，分別考慮3個月、2個月、1個月內(nèi)正常供水，計算黃、橙、紅三級警戒水位。

警戒線水位計算公式：

式中：W（工、生）分別為 3 個月、2 個月、1 個月內(nèi)正常供水量；Q總補，Q總排為計算時段內(nèi)，計算區(qū)內(nèi)總補給量與總排泄量，萬m3；h基為計算區(qū)的計算時段基準(zhǔn)水位，m；μ為地下水水位變幅帶給水度（無因次）；F 為計算面積，km2。

供水量包括當(dāng)?shù)剜l(xiāng)鎮(zhèn)居民生活用水開采量、工農(nóng)業(yè)用水開采量及向城區(qū)供水的開采量。其中，每年白沙河地下水源地向青島市區(qū)和城陽供水1 095萬m3，日供水量3萬m3；當(dāng)?shù)剜l(xiāng)鎮(zhèn)居民生活用水量和農(nóng)業(yè)灌溉用水量合計760萬m3。3個月、2個月和1個月內(nèi)正常供水量分別為465萬 m3，310 萬 m3，155 萬 m3。 分別選取白沙河河水源地平水年枯水期連續(xù)1個月、2個月和3個月作為典型計算月份，計算總補給量和總排泄量。平原區(qū)補給項主要有降水入滲補給量、地下徑流補給量、河道滲漏補給量、渠灌田間入滲補給量、井灌回歸補給量等。排泄項主要有開采量、蒸發(fā)量和河道排泄量。

分析計算結(jié)果，初步劃定白沙河水源地黃色、橙色、紅色警戒水位分別為地下水平均埋深8.31 m、8.50 m、8.67 m。因此，對于地下水位高于黃色警戒線的，實行合理開發(fā)利用；對處于黃色和橙色警戒線之間的實行控制開采；對處于橙色和紅色警戒線之間的實行限制開采；對低于紅色警戒線的，實施禁采。

4 建議

1）加強地下水水位觀測。地下水水位警戒線預(yù)警管理的最重要手段是采集各區(qū)域的地下水水位，在中型以上及重點小型水源地，日開采量小于1萬m3的小型和日開采量1萬～5萬m3的中型地下水水源地每處設(shè)監(jiān)測井不少于2眼；超采區(qū)每100 km2布設(shè)監(jiān)測井不少于5眼。地下水位監(jiān)測井宜為專用井，安裝遠傳水位計，實現(xiàn)實時自動監(jiān)測、自動傳輸。

2）實行地下水水位警戒線預(yù)警管理。地下水水位警戒線劃定作為實施地下水水位警戒線預(yù)警的主要技術(shù)方法，可以正確評價地下水系統(tǒng)的運行狀態(tài)，及時采取有效的水資源可持續(xù)利用的管理措施。各級水行政主管部門應(yīng)根據(jù)地下水水位監(jiān)測結(jié)果，對照地下水警戒線劃定方法，及時發(fā)布地下水預(yù)警管理意見。