平頂山市地下水資源分布及開(kāi)采潛力研究

黃繼超，榮富強(qiáng)

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450003）

1 前言

20世紀(jì)80年代初，地下水逐步成為平頂山市重要的供水水源，對(duì)保障全市飲水安全、糧食安全和生態(tài)安全等發(fā)揮了十分重要的作用。研究區(qū)地下水分布廣泛，資源量大，開(kāi)發(fā)利用程度高，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，目前存在地下水資源家底不清，開(kāi)采潛力不明等問(wèn)題。文章旨在查明了地下水資源的家底，掌握各縣市區(qū)開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，對(duì)其開(kāi)采潛力作出評(píng)價(jià)，為地下水資源的開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)工作提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

2 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河南省中部，全境東西長(zhǎng)約140 km，南北寬約133 km，地理坐標(biāo)為東經(jīng)112°14′～113°45′，北緯33°08′～34°20′，總面積7 882 km2，轄汝州市和舞鋼市等2市，葉縣、郟縣、寶豐縣和魯山縣等4縣，新華區(qū)、衛(wèi)東區(qū)、湛河區(qū)和石龍區(qū)等4區(qū)以及新城區(qū)、高新區(qū)。

研究區(qū)境內(nèi)河流密布，切割作用較強(qiáng)烈，地貌類(lèi)型多樣，地層巖性組合復(fù)雜，決定了區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件的特殊性和復(fù)雜性。在不同的地層、巖性組合，不同構(gòu)造和地貌條件下，輔以水文、氣象等因素的共同作用，全區(qū)共形成了四種類(lèi)型的地下水，即松散巖類(lèi)孔隙水、碳酸鹽巖類(lèi)裂隙巖溶水、碎屑巖類(lèi)裂隙孔隙水和基巖裂隙水。

3 地下水資源量分析評(píng)價(jià)

地下水資源評(píng)價(jià)采用近年資料，除降水量選用1956-2017年系列資料以外，其它如地下水位埋深、開(kāi)采量、灌溉面積、灌溉用水量等均選用2017年資料。主要水文地質(zhì)參數(shù)參考區(qū)域水文地質(zhì)資料，并結(jié)合近期資料分析研究，或利用動(dòng)態(tài)資料計(jì)算而綜合確定。地下水天然資源包括補(bǔ)給資源和儲(chǔ)存資源。

3.1 評(píng)價(jià)方法

3.1.1 淺層地下水

淺層地下水資源量計(jì)算采用水量均衡模型，該法是利用評(píng)價(jià)區(qū)地下水動(dòng)力平衡的基本原理，通過(guò)逐個(gè)分析并確定各均衡要素，進(jìn)行水均衡計(jì)算和評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)區(qū)總面積4 242.14 km2。劃分為4個(gè)大區(qū)，即Ⅰ區(qū)：汝河、沙河河谷及沖積平原強(qiáng)富水區(qū)，Ⅱ區(qū)：汝河二級(jí)階地及澧河沖積平原中等富水區(qū)，Ⅲ區(qū)：汝河南部山前傾斜平原及平頂山南部沖積平原弱富水區(qū)，Ⅳ區(qū)：山前傾斜平原貧水區(qū)；再根據(jù)地形地貌條件、包氣帶巖性、含水層巖性等，將Ⅰ區(qū)進(jìn)一步劃分為Ⅰ1～Ⅰ8等8個(gè)亞區(qū)，Ⅱ區(qū)進(jìn)一步劃分為Ⅱ1～Ⅱ8等8個(gè)亞區(qū)，Ⅲ區(qū)進(jìn)一步劃分為Ⅲ1～Ⅲ3等3個(gè)亞區(qū)，Ⅳ區(qū)進(jìn)一步劃分為Ⅳ1～Ⅳ6等6個(gè)亞區(qū)，共計(jì)25個(gè)亞區(qū)。

3.1.2 中深層地下水

中深層地下水資源量主要由側(cè)向徑流補(bǔ)給量、淺層地下水越流量和彈性釋水量三部分組成，其中彈性釋水量是其資源量的主要來(lái)源，一般約占總資源量的一半以上。側(cè)向徑流補(bǔ)給量采用達(dá)西公式進(jìn)行計(jì)算，中深層地下水越流補(bǔ)給量即淺層地下水越流排泄量，彈性釋水量采用彈性釋水系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。評(píng)價(jià)區(qū)總面積2 808.69 km2，劃分為2個(gè)大區(qū)，即Ⅰ區(qū)：汝河、沙河河谷及沖積平原強(qiáng)富水區(qū)、Ⅱ區(qū)：汝河、沙河、滾河山前傾斜平原及澧河沖積平原中等富水區(qū)；再根據(jù)地形地貌及水文地質(zhì)條件，將Ⅰ區(qū)進(jìn)一步劃分為Ⅰ1～Ⅰ5等5個(gè)評(píng)價(jià)單元，Ⅱ區(qū)進(jìn)一步劃分為Ⅱ1～Ⅱ11等11個(gè)評(píng)價(jià)單元，共計(jì)16個(gè)評(píng)價(jià)單元。

3.1.3 基巖地下水

基巖地下水補(bǔ)給量主要來(lái)自大氣降水，因此采用大氣降水入滲法進(jìn)行天然補(bǔ)給資源量的計(jì)算。評(píng)價(jià)區(qū)總面積3 639.91 km2，劃分為4個(gè)大區(qū)，即Ⅰ區(qū)：碎屑巖類(lèi)、Ⅱ區(qū)：層狀巖類(lèi)、Ⅲ區(qū)：塊狀巖類(lèi)、Ⅳ區(qū)：碳酸巖巖類(lèi)；再根據(jù)地形地貌及水文地質(zhì)條件，將Ⅰ區(qū)進(jìn)一步劃分為Ⅰ1～Ⅰ3等3個(gè)亞區(qū)，Ⅱ區(qū)進(jìn)一步劃分為Ⅱ1～Ⅱ3等3個(gè)亞區(qū)，Ⅲ區(qū)進(jìn)一步劃分為Ⅲ1～Ⅲ8等8個(gè)亞區(qū)，Ⅳ區(qū)進(jìn)一步劃分為Ⅳ1～Ⅳ5等5個(gè)亞區(qū)，共計(jì)19個(gè)亞區(qū)。

3.2 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)前面計(jì)算的淺層、中深層和基巖山區(qū)地下水資源量，對(duì)各計(jì)算分區(qū)的地下水資源量進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，詳見(jiàn)表1。

表1 研究區(qū)各計(jì)算分區(qū)地下水資源量統(tǒng)計(jì)表

3.3 地下水資源的分布特征

根據(jù)前面計(jì)算的淺層、中深層和基巖山區(qū)地下水資源量，計(jì)算出各縣（市）區(qū)的地下水天然資源量和可開(kāi)采資源量，詳見(jiàn)表2。

表2 研究區(qū)各縣（市）區(qū)地下水資源量統(tǒng)計(jì)表

研究區(qū)地下水天然資源總量為8.24億m3，地下水可采資源總量為7.20億m3，由表2可以看出，地下水天然資源總量存在空間部分不均，總體呈現(xiàn)西北（魯山縣）向東南（舞鋼）逐漸減少的趨勢(shì)，這是由于西北地區(qū)河流水系發(fā)育為地下水的主要匯聚區(qū)和流通區(qū)，東南地區(qū)由于地勢(shì)較緩主要為地下水流通排泄區(qū)，這點(diǎn)和區(qū)內(nèi)地下水流向呈正相關(guān)關(guān)系。由其行政分布來(lái)看，魯山縣天然水資源總量＞汝州＞葉縣＞郟縣＞寶豐＞市區(qū)＞舞鋼；淺層地下水天然水資源總量為4.54億m3，主要集中分布在汝河、沙河河谷平原及東部平原，因其地貌單元含水層的成因與巖性結(jié)構(gòu)均不相同，其水資源儲(chǔ)量差異很大，河谷平原及沖積平原富水性較強(qiáng)，河流南北兩側(cè)崗地富水性較弱；砂、砂礫石和卵石層厚度大的區(qū)域富水性強(qiáng)，厚度小的區(qū)域富水性弱；中深層地下水天然水資源總量為0.48億m3，主要分布在汝河沖積平原、沙澧河沖積平原，寶、郟凹陷盆地、沙河斷陷槽地中、保安、墳臺(tái)，張良、谷店南部一帶地下水資源量則較一般；基巖山區(qū)地下水天然水資源總量為3.23億m3，受地貌影響主要分布在區(qū)內(nèi)西南部的低山丘陵區(qū)。由各類(lèi)地下水可采資源組成來(lái)看，存在分布不均的問(wèn)題，其中淺層地下水可采資源量占總量的53%，其次為基巖山區(qū)地下水占40%，中深層地下水僅占總量的7%。

4 地下水開(kāi)采潛力分析

4.1 地下水開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

研究區(qū)現(xiàn)有農(nóng)業(yè)灌溉規(guī)模以上供水的機(jī)電井約32 500眼，開(kāi)采量為2.90億m3/a，村民自建供水井約17 500眼，開(kāi)采量為0.19億m3/a；廠(chǎng)礦自備供水井約544眼，開(kāi)采量為0.16億m3/a；農(nóng)村安全飲水工程供水井約577眼，開(kāi)采量為0.14億m3/a；各類(lèi)自備井約320眼，開(kāi)采量為0.10億m3/a。

4.2 地下水開(kāi)發(fā)潛力評(píng)價(jià)

地下水開(kāi)發(fā)利用潛力，可利用地下水開(kāi)采系數(shù)作為判定標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算公式如式（1）：

地下水開(kāi)采潛力的大小依據(jù)下列值判定：

k＞1.00潛力不足，已超采；0.75≤k≤1.00采補(bǔ)基本平衡；k＜0.75有開(kāi)采潛力，可擴(kuò)大開(kāi)采。

根據(jù)地下水的現(xiàn)狀開(kāi)采量和可開(kāi)采量計(jì)算結(jié)果，按照上述方法計(jì)算出各區(qū)地下水開(kāi)采系數(shù)，并對(duì)其開(kāi)發(fā)利用潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)，詳見(jiàn)表3。

由表3可以看出，在多年平均條件下，全區(qū)地下水開(kāi)采系數(shù)為0.85，處于采補(bǔ)基本平衡狀態(tài)。

表3 地下水開(kāi)發(fā)利用潛力評(píng)價(jià)一覽表

4.3 評(píng)價(jià)結(jié)果

4.3.1 有開(kāi)采潛力區(qū)

主要分布在河流沖積平原和部分山前傾斜平原，面積1 306.11 km2。其中Ⅰ1、Ⅰ3、Ⅰ7、Ⅰ8、Ⅱ8、Ⅲ1區(qū)屬于汝河、沙河（河谷）沖積平原區(qū)，河水與地下水聯(lián)系密切，現(xiàn)狀條件下地下水主要接受降水入滲補(bǔ)給，在開(kāi)采條件下，可以激發(fā)河水的側(cè)滲補(bǔ)給；Ⅱ3、Ⅱ8、Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅳ4區(qū)屬于山前傾斜平原，地下水易接受山前側(cè)滲及地表河流補(bǔ)給，現(xiàn)狀條件下地下水主要接受降水入滲補(bǔ)給，在開(kāi)采條件下，可以激發(fā)山前側(cè)滲補(bǔ)給及河水的側(cè)滲補(bǔ)給；目前上述區(qū)內(nèi)僅散布少量自備井和農(nóng)灌機(jī)井，具備較大的開(kāi)采潛力。

4.3.2 采補(bǔ)基本平衡區(qū)

主要分布在郟縣縣城（Ⅰ2）、魯山縣城（Ⅰ4）、汝州市南部（Ⅱ2）、葉縣南部（Ⅱ6）、汝州市北部山前（Ⅳ1）等區(qū)域，面積1 443.29 km2。該區(qū)內(nèi)地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給，地下水側(cè)向徑流條件一般，主要開(kāi)采為農(nóng)業(yè)灌溉、生活飲用及少量工業(yè)用水。由于其水文地質(zhì)條件較平原區(qū)差，砂層厚度一般在8～15 m，地表降水入滲補(bǔ)給河谷平原區(qū)，區(qū)內(nèi)水位埋深15～20 m。

4.3.3 潛力不足區(qū)

主要分布在葉縣縣城（Ⅰ5）、舞鋼北部八臺(tái)鎮(zhèn)（Ⅰ6）、汝州市北部（Ⅱ1）、寶豐東部（Ⅱ4）、舞鋼市北部棗林（Ⅱ7）、平頂山市北部（Ⅲ3）舞鋼市南部（Ⅳ5、Ⅳ6）等區(qū)域，面積1 492.74 km2。由于該區(qū)域多分布在縣城或鄉(xiāng)鎮(zhèn)，人口密度大，居民生活及工業(yè)用水量較其他區(qū)域明顯增大。

5 結(jié)論

研究區(qū)地下水資源總量8.24億m3，可開(kāi)采資源量7.24億m3，其中淺層地下水總補(bǔ)給量為4.54億m3，可開(kāi)采量為3.86億m3，總排泄量為4.45億m3，補(bǔ)給量大于排泄量，整體來(lái)看全區(qū)處于正均衡狀態(tài)，總儲(chǔ)存量為156.71億m3，是總補(bǔ)給量的40倍；中深層地下水可開(kāi)采資源量為0.48億m3，總儲(chǔ)存量為8.62億m3，是可開(kāi)采資源量的近20倍；基巖山區(qū)地下水資源量為3.23億m3/a，可開(kāi)采資源量為2.90億m3/a；地下水開(kāi)采系數(shù)為0.85，處于采補(bǔ)基本平衡狀態(tài)。建議進(jìn)一步完善地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全市地下水監(jiān)測(cè)工作的全覆蓋，及時(shí)分析并掌握地下水水位、水量、水質(zhì)等動(dòng)態(tài)變化信息，為地下水資源管理決策提供技術(shù)數(shù)據(jù)支撐。