大同市地下水超采區(qū)地下水位回升線性預(yù)測(cè)分析

張建成

(山西省大同市水資源管理委員會(huì)辦公室，山西 大同 037006)

大同市地下水超采區(qū)地下水位回升線性預(yù)測(cè)分析

張建成

(山西省大同市水資源管理委員會(huì)辦公室，山西 大同 037006)

地下水是大同市城鎮(zhèn)生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要供水水源。長期以來，由于大量集中開采地下水，造成大同市地下水位超采嚴(yán)重，形成多處地下水降落漏斗，超采面積506 km2，其中嚴(yán)重地下水超采區(qū)達(dá)163 km2。對(duì)大同市城郊淺層孔隙水中型超采區(qū)長系列年動(dòng)態(tài)資料分析計(jì)算，建立地下水開采量、超采量、超采區(qū)凈補(bǔ)給量和水位回升線性關(guān)系，在考慮地下水補(bǔ)、徑、排基礎(chǔ)上，對(duì)超采區(qū)水位回升變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，確定大同市地下水超采區(qū)漏斗中心水位恢復(fù)年限為2017年，通過圓錐模型分析，預(yù)測(cè)地下水位恢復(fù)后能實(shí)現(xiàn)地下水良性循環(huán)狀態(tài)。

超采區(qū)；地下水位回升；線性預(yù)測(cè)；大同市

1 地下水超采區(qū)現(xiàn)狀

引黃北干線供水工程實(shí)施前，地下水是大同市城鎮(zhèn)生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要供水水源。由于大量集中式開采地下水，1982年城西采區(qū)首先在大同機(jī)車廠和柴油機(jī)廠出現(xiàn)兩個(gè)降落漏斗，1984年城北采區(qū)在御河鐵路橋一帶出現(xiàn)第三個(gè)降落漏斗，1988年城北采區(qū)在白馬城、城南采區(qū)在智家堡又相繼出現(xiàn)降落漏斗。目前，大同市城郊淺層孔隙水中型超采區(qū)包括了御河城北、城南、智家堡水源地；十里河西水磨、平旺、馬魏辛莊水源地以及大同縣的黨留莊、二三十鋪水源地等在內(nèi)的主要供水水源地。超采區(qū)面積506 km2，其中嚴(yán)重超采區(qū)面積163 km2。

總體看， 70年代，平原區(qū)地下水補(bǔ)徑排條件處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，未出現(xiàn)地下水超采及漏斗情況。1984年城北水源地在鐵路橋下出現(xiàn)了1.4 km2的降落漏斗，地下水位下降6.28 m。1990年，地下水開采達(dá)1.5億 m3左右，集中開采區(qū)地下水位快速下降，漏斗區(qū)面積達(dá)60.19 km2；1999年，地下水開采達(dá)1.6億 m3，地下水降落漏斗區(qū)面積擴(kuò)大到89.27 km2；2010年，平原區(qū)地下水開采量達(dá)1.9億 m3左右，地下水降落漏斗區(qū)面積擴(kuò)大到148.16 km2；2011年，引黃北干線工程供水后，地下水開采量逐年壓縮，2014年，漏斗區(qū)面積為130.98 km2，較供水前縮減17.18 km2。從上述資料分析可知，地下水水位與開采量及漏斗區(qū)容積存在線性關(guān)系(見圖1)。

《御河流域生態(tài)修改與保護(hù)》規(guī)劃，通過5 a建設(shè)，10 a自然修復(fù)，總計(jì)15 a左右的時(shí)間，在流域內(nèi)重現(xiàn)山水相依、林泉相伴、河湖相映、湖光山色的田園風(fēng)光。為實(shí)現(xiàn)流域目標(biāo)，地下水超采區(qū)關(guān)井壓采及地下水置換工程應(yīng)基本完成，三大漏斗區(qū)面積逐年減少，地下水位逐年回升至地下水良性循環(huán)狀態(tài)。

圖1 地下水開采量、漏斗區(qū)面積、水源地水位關(guān)系圖

2 地下水超采區(qū)補(bǔ)水量計(jì)算

地下水超采區(qū)補(bǔ)水量是指向地下水超采區(qū)補(bǔ)水，使區(qū)域水位達(dá)到目標(biāo)值的總水量，可采用疏干體積法計(jì)算。

Q補(bǔ)=μ×F×△H

式中：μ為地下水變幅帶巖性給水度；F為地下水位上升區(qū)面積；△H為計(jì)算區(qū)現(xiàn)狀年水位與規(guī)劃年水位差

變幅帶巖性給水度μ值依據(jù)《大同市第二次水資源評(píng)價(jià)及水資源總體規(guī)劃》成果選取，地下水賦存在河湖相沉積中細(xì)砂層及粉砂層中，給水度按照不同地層巖性比選，加權(quán)平均取值為0.065～0.070(見表1)。

表1 給水度μ值表

2014年度漏斗區(qū)總面積130.98 km2，其中，城北漏斗區(qū)面積36.07 km2；城南漏斗區(qū)面積51.87 km2；城西漏斗區(qū)面積43.04 km2?，F(xiàn)狀年水位與規(guī)劃年水位差依據(jù)地下水水位監(jiān)測(cè)孔資料選取，城北水源地選B2號(hào)井，水位埋深58.67 m，城南水源地選K13號(hào)井，水位埋深33.15 m，城西水源地選K15號(hào)井，水位埋深58.7 m。

經(jīng)計(jì)算，現(xiàn)狀年地下水漏斗區(qū)需補(bǔ)水量44 534萬 m3，地下水超采區(qū)需補(bǔ)水量為201 500萬 m3。

3 地下水新增滲漏補(bǔ)給量計(jì)算分析

地下水補(bǔ)給量包括降雨入滲補(bǔ)給量、山前側(cè)向補(bǔ)給量、河道滲漏量、渠系滲漏量、田間入滲量、井灌區(qū)回歸量、污滲回歸量。規(guī)劃實(shí)施后，地下水補(bǔ)給量增大，增加部分主要為水域濕地滲漏補(bǔ)給和河道徑流滲漏補(bǔ)給。

河道徑流滲漏補(bǔ)給量計(jì)算：

Q河=m河·Q來

m河=A·(e-0.125·Q徑+Q徑-0.5)

式中：A為系數(shù)，A=(1-λ)·(1-φ)L；φ為單位公里損失率；L為河道滲漏段長；Q徑為河道來水量

φ單位損失率區(qū)取值0.02～0.05，λ取值0.58，A值取值范圍0.219～0.144，L取值23 km(十里河濕地及以上段，)， Q徑河道來水量取值1 761萬 m3。

計(jì)算結(jié)果：A=0.21，m河=0.573，Q河=1 009萬 m3/a

水域入滲漏補(bǔ)給計(jì)算

簡(jiǎn)化公式為：Q補(bǔ)=P·a·F

式中：P為水域平均深度；α為入滲補(bǔ)給系數(shù)；F為水域面積

F水域平均深度取值范圍2～4 m，α入滲補(bǔ)給系數(shù)取值0.18～2.0，F(xiàn)水域面積取值31.77 km2。

計(jì)算結(jié)果：Q補(bǔ)=2 200萬 m3

生態(tài)修復(fù)工程實(shí)施后地下水新增滲漏補(bǔ)給量為3 209萬 m3。

4 地下水漏斗區(qū)地下水水位回升線性預(yù)測(cè)

2016年至2020年為生態(tài)修復(fù)工程實(shí)施階段，該階段地下水補(bǔ)徑排條件基本維持不變?，F(xiàn)狀年地下水漏斗區(qū)需補(bǔ)水量44 534萬 m3，按2020年、2030年地下水規(guī)劃年控制目標(biāo)3 910萬 m3、4 386萬 m3與可開采量8 417萬 m3建立線性關(guān)系，地下水水位回升線性預(yù)測(cè)結(jié)果見表2。

表2 2020年地下水漏斗區(qū)水位回升線性趨勢(shì)預(yù)測(cè)表

2020年至2030年為生態(tài)修復(fù)階段，該階段地下水補(bǔ)排條件發(fā)生變化，漏斗區(qū)地下水凈補(bǔ)給量(河道滲漏量及十里河濕地滲漏量)增加1 009萬 m3，在地下水開采量多年維持在3 910萬 m3，到2027年可消除地下水漏斗區(qū)(表3)。

表3 2030年地下水漏斗區(qū)水位回升線性趨勢(shì)預(yù)測(cè)表

5 超采區(qū)地下水良性循環(huán)狀態(tài)水位埋深預(yù)測(cè)

2020年，地下水開采量控制目標(biāo)為6 517萬 m3，蓄變量為6 128萬 m3，新增滲漏補(bǔ)給量3 209萬 m3，屆時(shí)，年地下水涵養(yǎng)水量可達(dá)9 337萬 m3。

經(jīng)計(jì)算得：h1=4.5 m。

通過10 a自然修復(fù)階段，超采區(qū)地下水位從993 m上升至1 047.2 m，地下水埋深從58.7 m上升到4.5 m，可實(shí)現(xiàn)降水、地表水與地下水三水良性循環(huán)狀態(tài)。

6 結(jié)語

通過開采量和可開采量比較，建立開采量、超采量、超采區(qū)凈補(bǔ)量、水位回升線性關(guān)系，預(yù)測(cè)出大同市超采區(qū)漏斗中心水位恢復(fù)年限為2017年。通過圓錐模型，預(yù)測(cè)水位恢復(fù)后，能實(shí)現(xiàn)地下水良性循環(huán)狀態(tài)。從而，驗(yàn)證地下水控制目標(biāo)的科學(xué)性。

2017-02-22

張建成(1968-)，男，山西大同人，高級(jí)工程師，主要從事水資源開發(fā)及利用方面工作。

P641.74

B

1004-1184(2017)04-0065-02