盛根來，徐旻天，劉 莉，邢立亭，4

（1.山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南 250014；2.濟(jì)南大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，山東 濟(jì)南 250022；3.山東省物化探勘查院，山東 濟(jì)南 250013；4.山東省地下水資源與環(huán)境工程研究中心，山東 濟(jì)南 250014）

萊蕪市邊王許水源地地下水資源計(jì)算*

盛根來1，徐旻天2，劉 莉3，邢立亭2，4

（1.山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南 250014；2.濟(jì)南大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，山東 濟(jì)南 250022；3.山東省物化探勘查院，山東 濟(jì)南 250013；4.山東省地下水資源與環(huán)境工程研究中心，山東 濟(jì)南 250014）

地下水資源是淡水資源的重要組成部分，計(jì)算研究地下水資源，對(duì)實(shí)現(xiàn)地下水的可持續(xù)利用具有重要意義。通過對(duì)研究區(qū)的水文地質(zhì)條件的研究，計(jì)算確定水文地質(zhì)參數(shù)，并用均衡方程和外推法對(duì)地下水資源進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)得出，邊王許水源地孔隙水總補(bǔ)給資源量為11.04×104m3/d，儲(chǔ)存資源量為12756×104m3，在現(xiàn)狀開采量為7.67×104m3/d的基礎(chǔ)上，全區(qū)孔隙水可增采3.37×104m3/d。建議建立地下水動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期觀測(cè)系統(tǒng)，對(duì)水質(zhì)、水量、水位進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，涵養(yǎng)水源，為地下水環(huán)境保護(hù)及地下水資源合理開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)，以確保水源地發(fā)揮最積極的作用。

地下水資源；水文地質(zhì)參數(shù)；外推法；邊王許水源地；水資源評(píng)價(jià)

1 引言

地下水和地表水是人類生存的兩大主要水源，隨著人類的生產(chǎn)發(fā)展，需水量不斷增加，由于大部分地表水受到了不同程度的污染破壞，地下水作為我國(guó)北方地區(qū)生產(chǎn)生活的重要水源，地位日益凸顯［1］。然而，地面下沉、巖溶塌陷、礦井突水等環(huán)境地質(zhì)問題頻發(fā)，威脅著人類的生產(chǎn)安全。因此，地下水資源的評(píng)價(jià)研究［2-4］，對(duì)水資源的可持續(xù)利用具有重要意義。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)地下水水量、水質(zhì)等已做了許多研究［5-6］，采用水均衡法［7］、數(shù)值模擬法［8］、基流分割［9］等方法進(jìn)行水資源評(píng)價(jià)［10-11］，本文選用均衡方程和Q-S曲線外推法［12］對(duì)萊蕪邊王許水源地地下水資源量進(jìn)行評(píng)價(jià)計(jì)算。

2 研究區(qū)概況

邊王許村隸屬山東省萊蕪市萊城區(qū)寨里鎮(zhèn)（圖1）。地處魯中山區(qū)萊蕪盆地北緣，為山前丘陵區(qū)及山前河流沖積平原區(qū)、中低山區(qū)，地形為北高南低，東高西低。研究區(qū)地處暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，季節(jié)變化明顯。歷年平均降水量約為657.73mm，降水多集中在6-8月，占全年降雨量的65%。

圖1 研究區(qū)位置圖

研究區(qū)地表水屬汶河水系，主要河流有匯河及其支流黑龍?zhí)逗?、白龍?zhí)逗蛹昂邶執(zhí)逗拥闹Я髦锅P河等（圖2），其中匯河除大旱年份外一般常年流水，黑龍?zhí)逗釉谇?、后枯河村以北為季?jié)性河流，春季一般干枯，枯河村以南，因有地下潛流溢出，大多常年流水。本次評(píng)價(jià)為孔隙水水資源量，地表水對(duì)其的補(bǔ)給較重要。

圖2 研究區(qū)水系分布及測(cè)流斷面位置圖

3 研究區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

研究區(qū)內(nèi)地層由老至新分布有太古界（Art）、寒武系（∈）、奧陶系（O）、第三系（E）和第四系（Q）。第四系分布廣泛，覆蓋于各時(shí)代地層之上。第三系全部隱伏于第四系之下，分布于泰安—口鎮(zhèn)斷裂（又稱內(nèi)弧斷裂）以南地區(qū)，與下伏地層不整合接觸，據(jù)鉆孔揭露，地層巖性主要為泥巖、頁(yè)巖、粉砂層、磚紅色鈣質(zhì)膠結(jié)石灰質(zhì)礫巖，厚度大于700m。

研究區(qū)北緣為萊蕪弧形大斷裂，由內(nèi)外弧形斷裂組成（圖2）。其中外弧斷裂構(gòu)成萊蕪凹陷的北邊界。受兩條弧形斷裂控制，寒武系、奧陶系僅在兩條弧形斷裂間分布，內(nèi)弧斷裂以南僅分布第四系和第三系。

根據(jù)地層巖性組合特征、含水介質(zhì)的賦水狀況、地下水在含水層中的運(yùn)移及儲(chǔ)存特征，工作區(qū)可劃分為以下5個(gè)含水巖組：松散巖類孔隙含水巖組、碳酸鹽巖裂隙巖溶含水巖組、碳酸鹽巖夾碎屑巖巖溶裂隙含水巖組、塊狀巖類風(fēng)化裂隙含水巖組和碎屑巖類風(fēng)化裂隙含水巖組。其中富水性強(qiáng)，具有工業(yè)供水意義的主要含水巖組為松散巖類孔隙含水巖組匯河古河道帶孔隙含水亞組和碳酸鹽巖裂隙巖溶含水巖組，本文計(jì)算的含水巖組主要是孔隙含水巖組，其主要補(bǔ)給來源是大氣降水，將“內(nèi)弧”斷裂以南的區(qū)域作為本次孔隙水均衡計(jì)算區(qū)。

研究區(qū)地表巖性主要為粉土、中細(xì)砂，接受降水入滲補(bǔ)給能力強(qiáng)。除大氣降水之外，還有河水滲漏補(bǔ)給以及農(nóng)田灌溉補(bǔ)給孔隙水。邊王許村西的匯河，河床底部巖性為中粗砂夾礫石，滲透性強(qiáng)，白龍?zhí)逗雍导緷B漏補(bǔ)給孔隙水，黑龍?zhí)逗迂S水期大量補(bǔ)給地下水。來自勘探區(qū)以東的第四系孔隙水由東北部及東部進(jìn)入研究區(qū)，徑流補(bǔ)給地下水。區(qū)內(nèi)孔隙水為潛水，地下水流向與地形坡向一致，在匯河一帶匯集。孔隙水的主要排泄方式為河流排泄、人工開采排泄和泉水排泄。

4 計(jì)算參數(shù)的確定

對(duì)于單孔穩(wěn)定流采用裘布依潛水公式（1），根據(jù)抽水試驗(yàn)單孔抽水資料（表1）可求得水文地質(zhì)參數(shù)，匯河古河道帶以及主流帶的導(dǎo)水系數(shù)T為508.2～3167.73m2/d，取其算術(shù)平均值為1385.94m2/d，在古河道邊緣帶T值為114.06～1313.8m2/d，取其算術(shù)平均值為497.87m2/d。

表1 穩(wěn)定流法計(jì)算T值一覽表

對(duì)于非穩(wěn)定流，利用TC8、TC11號(hào)孔抽水資料，按照直線圖解法，求得各參數(shù)見表2。

表2 非穩(wěn)定流直線圖解法求取的參數(shù)

利用TC8號(hào)孔抽水資料，用直線圖解法求得T值，接近單孔穩(wěn)定流求得的匯河古河道主流帶T值的算術(shù)平均值。所以，匯河古河道主流帶的T值可以選用TC8號(hào)孔用直線圖解法求得的T值，為1410.5m2/d。

5 水資源計(jì)算與評(píng)價(jià)

5.1 建立均衡方程

計(jì)算區(qū)地下水的補(bǔ)給來源主要為大氣降水入滲補(bǔ)給、河水滲漏補(bǔ)給、地下水徑流補(bǔ)給、灌溉回滲補(bǔ)給。地下水的排泄途徑主要為人工開采排泄、地下水徑流排泄、河流排泄。由此，建立的水均衡方程式為

5.2 均衡計(jì)算

5.2.1 補(bǔ)給量

（1）大氣降水入滲補(bǔ)給量。

入滲系數(shù)α取0.35，入滲面積Fi為94.93×106m2。多年平均降水量為0.65773m（王大下站1960-2012年）。代入可得：Q降=94.93×106×0.35×0.65773÷365=5.9872×104m3/d。

（2）灌溉回滲補(bǔ)給量。

農(nóng)田灌溉以井灌為主，開采地下水有季節(jié)性、分散性的特點(diǎn)。灌溉回滲系數(shù)為0.11。用于農(nóng)田灌溉的地下水開采量為6.9521×104m3/d，則Q灌=6.9521×104×0.11=0.7647×10 m3/d。

（3）地下水徑流補(bǔ)給量。

①北部裂隙巖溶水補(bǔ)給量為0.3475×104m3/d。

②地下水徑流補(bǔ)給來自東北部及東部，用達(dá)西公式（3）計(jì)算。

東北部選取郭王石—三官?gòu)R—東留一線為計(jì)算斷面；東部則選取東留—郝家中榮—魏家莊一線。

表3 孔隙水地下徑流補(bǔ)給量計(jì)算結(jié)果

加上裂隙巖溶水通過第四系孔隙水的排泄量，第四系孔隙水地下徑流總補(bǔ)給量為Q補(bǔ)給=0.3475×104+2.3236×104=2.6711×104m3/d。

（4）河水滲漏補(bǔ)給量。

根據(jù)2013年白龍?zhí)逗?、黑龍?zhí)逗?、雙龍河以及匯河斷面的測(cè)流資料，可分別計(jì)算出這四個(gè)斷面全年平均滲漏補(bǔ)給量為0.4399×104m3/d、0.5952×104m3/d、0.0222×104m3/d、0.5597×104m3/d。相加可得到孔隙水地下水總補(bǔ)給量Q補(bǔ)=11.04×104m3/d。

5.2.2 排泄量

（1）地下水開采量。

均衡區(qū)內(nèi)地下水開采主要為生活用水、農(nóng)田灌溉及小型工廠工業(yè)用水，地下水總開采量為7.6705×104m3/d。

（2）地下水徑流排泄量。

均衡區(qū)西南部，地下水排出區(qū)外的方式為地下徑流，排泄量用達(dá)西公式計(jì)算，斷面選取周家洼—小埠頭南一線，導(dǎo)水系數(shù)T=1470.29m2/d，地下水周邊徑流補(bǔ)給帶的周長(zhǎng)B=4750m，水力坡度I=0.0016，可得Q徑=1.1174×104m3/d。

（3）河流排泄量。

白龍?zhí)逗?、黑龍?zhí)逗?、雙龍河以及匯河斷面平均排泄量分別為0.1659×104m3/d、1.3131×104m3/d、0.4315×104m3/d、0.3638×104m3/d，相加可得研究區(qū)河流排泄地下水總量為2.2743×104m3/d。

綜合以上人工開采量、地下徑流排泄量和河流排泄量的計(jì)算結(jié)果，各排泄量相加得出孔隙水地下水總排泄量為11.0622×104m3/d。

5.2.3 均衡計(jì)算結(jié)果

通過計(jì)算可得，總補(bǔ)給量為11.04×104m3/d，總排泄量為11.0622×104m3/d。總供應(yīng)量基本等于總排泄量，表明在計(jì)算參數(shù)上的選取是合理的，符合研究區(qū)的水文地質(zhì)條件。

5.3 地下水允許開采量計(jì)算

根據(jù)開采試驗(yàn)法原理，穩(wěn)定時(shí)的抽水流量等于地下水徑流補(bǔ)給量，可用其直接評(píng)價(jià)允許開采量。邊王許水源地的開采性抽水試驗(yàn)在枯水期進(jìn)行，并且在很短時(shí)間內(nèi)就達(dá)到穩(wěn)定，說明該水源地還有增大開采量的潛力。

根據(jù)枯水期的抽水試驗(yàn)資料，采用外推法可以確定研究區(qū)的地下水允許開采量。邊王許地段開采性抽水試驗(yàn)穩(wěn)定期間，邊王許村西井組的TC11抽水井抽水流量為2203.8m3/d，水位降深1.87m，利用該井單井抽水試驗(yàn)穩(wěn)定時(shí)數(shù)據(jù)建立Q-S曲線方程，作為試驗(yàn)外推和水位預(yù)測(cè)的依據(jù)。

5.3.1 Q-S曲線類型的確定

根據(jù)公式（4），將參數(shù)（表4）代入計(jì)算可得：m=1.3473＜2，因此Q-S曲線為指數(shù)型。

表4 計(jì)算參數(shù)表

5.3.2 Q-S曲線方程

5.3.3 外推出水量

邊王許地段TC11號(hào)井為潛水含水層，枯水期含水層厚度9.3m，外推水位下降值小于潛水含水層厚度的1/3，即最大外推降深在3m左右，因此將3m作為外推水位降深值，同時(shí)也滿足最大外推降深最多為1.5S2～2S2的要求，則Q=1384.8×30.7422=3129.7m3/d。

5.3.4 干擾降深的計(jì)算

開采井之間的干擾降深可用裘布依潛水穩(wěn)定井流公式計(jì)算：

當(dāng)抽水試驗(yàn)趨于穩(wěn)定時(shí)，實(shí)測(cè)到各抽水主井的水位降深包含了在試驗(yàn)條件下的相互影響值，在其它條件不變時(shí)，只有TC11號(hào)井抽水流量增大，因此，只計(jì)算TC11號(hào)井對(duì)其它抽水井干擾降深的增加值。

抽水流量：Q=3129.7-2203.8=925.9m3/d

水位降深：S=3-1.87=1.13m

H取9.3m，K為TC11號(hào)井單井抽水試驗(yàn)計(jì)算值，為145.73m2/d，抽水井半徑rω=0.213m。干擾降深增加值見表5。

表5 干擾降深增加值

5.3.5 水源地總開采量及抽水主井降深的確定

TC11號(hào)井以試驗(yàn)外推出水流量抽水，其余的5眼井以開采性抽水試驗(yàn)穩(wěn)定時(shí)的抽水流量抽水，試驗(yàn)顯示總出水量為12170m3/d。此時(shí)，抽水主井的穩(wěn)定水位下降值等于實(shí)測(cè)水位降深與干擾降深增加值之和（見表6）。由此可知，邊王許開水源地可以以12170m3/d總流量抽水，穩(wěn)定時(shí)抽水主井的最大水位降深為4.54m（TC8號(hào)井）。

表6 外推出水量與水位降深一覽表

6 結(jié)論

通過地下水資源計(jì)算，孔隙水總補(bǔ)給資源量為11.04×104m3/d，儲(chǔ)存資源量為12756×104m3，現(xiàn)狀開采量為7.67×104m3/d，全區(qū)孔隙水可增采3.37×104m3/d。

（1）合理布置供水井，控制總開采量和單井抽水流量，達(dá)到控制水位降深的目的。邊王許地段增加開采量不宜超過1.2×104m3/d，單井抽水量以60～80m3/h為宜，抽水主井水位標(biāo)高不宜低于150m，以防止水位下降過大，形成地下水降落漏斗，影響抽水井正常取水。

（2）區(qū)內(nèi)河水是邊王許水源地地下水的重要補(bǔ)給來源之一，也是地下水的主要排泄帶，河水與地下水水力聯(lián)系密切。目前，白龍?zhí)逗蛹半p龍河均遭受了不同程度的污染，河水的感觀性狀指標(biāo)及某些有害化學(xué)成份時(shí)有檢出，嚴(yán)重影響了地下水質(zhì)量。因此，必須關(guān)停周邊小型造紙廠及化工企業(yè)，治理“三廢”的排放，改善河水的質(zhì)量。

（3）建議建立地下水資源保護(hù)區(qū)，在邊王許水源地范圍內(nèi)，建立起衛(wèi)生防護(hù)帶，嚴(yán)格按照各級(jí)保護(hù)區(qū)的要求，禁止建設(shè)污染嚴(yán)重的工礦企業(yè)，在補(bǔ)給區(qū)周邊植樹造林，提高植被覆蓋度，改善生態(tài)環(huán)境，涵養(yǎng)水源。

（4）研究區(qū)河道內(nèi)嚴(yán)禁挖砂，特別是匯河河床必須立即停止挖砂，并采取必要的截流增滲措施，保護(hù)地下水資源，減少地下水的徑流，確保水資源的正常使用。

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Calculation on Groundwater Resource of the Bianwangxu Water Resources in Laiwu

SHENG Gen-lai1， XU Min-tian2， LIU Li3， XING Li-ting2， 4
（1.Shandong Geological Engineering Investigation Institute， Jinan 250014， Shandong， China； 2.School of Resources and Environment，University of Jinan， Jinan 250022， Shandong， China； 3.Shandong Institute of Geophysical&Geochemical Exploration， Jinan 250013，Shandong， China； 4.Research Center of Groundwater Resources and Environment Engineering， Jinan 250014， Shandong， China）

Groundwater is an important part of freshwater resources.The calculation and research has important significance in the sustainable use of groundwater resources.Through the research of study area hydrogeological conditions， the hydrogeological parameters can be calculated and defined.Using the Equilibrium equation and extrapolation to calculate groundwater resources， total amount of pore water supply resources of Bianwangxu is 11.04×104m3/d and storage resource is 12756×104m3.Situation extraction volume is 7.67×104m3/ d and pore water collected of the region can increase 3.37×104m3/d.Recommend to establish long-term observations of groundwater dynamic systems monitoring the water quality， the amount of water and the water level.These can provide the scientific basis for groundwater environment protection and the rational exploitation of groundwater resources， and then ensure that the water source has great positive effect.

groundwater resources；hydrogeological parameters；extrapolation；Bianwangxu water source；water resources assessment

P641.8

A

1009-3842（2015）06-0005-05

2015-09-07

山東省地下水資源與環(huán)境工程研究中心開放基金項(xiàng)目；濟(jì)南市科技計(jì)劃項(xiàng)目（201303082）

盛根來（1962-），男，江蘇漣水人，研究員，從事巖土工程及地下水勘察技術(shù)工作。E-mail： sky405686@163.com