李玉濤 林衛(wèi)東

(鄭州市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南鄭州 450006)

1 概述

新鄭市對(duì)地下水研究較早，鄭州市水利局于1959年完成《河南省鄭州市水文調(diào)查報(bào)告》，鄭州大學(xué)水利系自然區(qū)劃普查隊(duì)于1960年完成《鄭州市新鄭縣水文調(diào)查報(bào)告》及《鄭州市新鄭地下水開發(fā)利用技術(shù)報(bào)告》，2008年完成《鄭州水資源綜合規(guī)劃》。這些研究成果均把新鄭淺層地下水可利用量定在5000萬～6000萬m3，其中《鄭州水資源綜合規(guī)劃》中列出新鄭市淺層地下水可利用量?jī)H為5345.77萬m3［1］，可開采模數(shù)為6.4萬m3/(km2·年)［1］。隨著氣候變化和人類活動(dòng)的影響，全市地下水系統(tǒng)特征也不斷發(fā)生變化，地下水的賦存條件、地下水補(bǔ)給、徑流和排泄特征、地下水動(dòng)態(tài)特征等均發(fā)生了變化。因此，在總結(jié)分析已有研究的基礎(chǔ)上，從整體觀點(diǎn)出發(fā)，運(yùn)用系統(tǒng)工程理論方法，重新開展了新鄭市地下水資源評(píng)價(jià)工作。新鄭市2007—2013年淺層地下水開采量分別為1.28億m3、1.19 億 m3、1.31 億 m3、1.48 億 m3、1.54 億 m3、1.64 億 m3、1.68億m3。雖然近年新鄭地下水位有所下降，但平均下降幅度僅為1m左右，故認(rèn)為原有研究與新鄭現(xiàn)地下水可利用量存在出入。

2 研究均衡區(qū)劃分

根據(jù)《新鄭縣水資源調(diào)查及水利化區(qū)劃報(bào)告》，新鄭市山丘、平洼地類型兼有，地形比較復(fù)雜，地域之間的差異性也明顯存在，因此，在劃分水利化區(qū)劃時(shí)考慮了以下幾項(xiàng)原則:?地形、地貌、土壤、水文地質(zhì)、水資源條件的近似性;?治理上的共同性;?盡量不打破地區(qū)區(qū)劃界限，保持行政村行政區(qū)劃的完整性;?結(jié)合水文地質(zhì)及現(xiàn)場(chǎng)情況合理調(diào)整均衡區(qū)劃分。

在省級(jí)區(qū)劃中新鄭市屬于I4及I5區(qū)，在地區(qū)三級(jí)區(qū)劃中，屬I4-1和I4-2豫中外方山，嵩箕山山區(qū)、丘陵區(qū)，以及I5-8豫東賈魯河、雙洎河河間條形崗?fù)輩^(qū)。在此基礎(chǔ)上把新鄭市分成四個(gè)四級(jí)區(qū):I4-1-2(西部潛山區(qū))、I4-2-2(河間高平區(qū))、I4-2-3(丘陵區(qū))、I5-8-1(東部沙崗間洼區(qū))。

地下水調(diào)查評(píng)價(jià)按行政分區(qū)合計(jì)，全市匯總，水資源分區(qū)與水利化區(qū)劃相同。

a.I4-1-2(西部潛山區(qū))。大部分基巖裸露，在山坡地帶，覆蓋層薄，沖溝發(fā)育。

b.I4-2-2(河間高平區(qū))。屬雙洎河、沂水河、黃水河沖積平原和二級(jí)階地。

c.I4-2-3(丘陵區(qū))。在新鄭市西北部和北部，該地區(qū)地面起伏變化大，沖溝發(fā)育，切割強(qiáng)烈，溝深20～30m，形成陡峻裸露的谷坡。

d.I5-8-1(東部沙崗間洼區(qū))。在京廣線以東，由于受古黃河改道的影響，大都呈南北向的條形崗地，兩崗?qiáng)A一洼，崗崗都是沙，崗地下面掩埋著紅色黏土。

各分區(qū)的具體面積見表1，具體分區(qū)情況見圖1。

表1 各分區(qū)所包含行政區(qū)及面積 單位:km2

新鄭市地下水均衡計(jì)算分區(qū)圖

3 地下水資源量計(jì)算

根據(jù)全國水資源綜合規(guī)劃技術(shù)細(xì)則，將多年平均降水入滲補(bǔ)給量、地表水體補(bǔ)給量、山前側(cè)向補(bǔ)給量三項(xiàng)之和作為此次評(píng)價(jià)的淺層地下水資源量。根據(jù)以往新鄭地下水資源評(píng)價(jià)的計(jì)算成果結(jié)合資料獲取情況，采用補(bǔ)給量法進(jìn)行分析計(jì)算，具體方法是分別計(jì)算出多年平均的各項(xiàng)補(bǔ)給量，根據(jù)可開采系數(shù)計(jì)算各分區(qū)地下水資源可開采量。

地下水資源量計(jì)算公式如下:

式中 Q降補(bǔ)——降水補(bǔ)給地下水量，萬m3/a;

Q表補(bǔ)——地表水體補(bǔ)給量，萬m3/a;

Q側(cè)補(bǔ)——側(cè)向補(bǔ)給量，萬m3/a;

Q河滲——河流滲漏補(bǔ)給量，萬m3/a;

Q庫滲——水庫滲漏補(bǔ)給量，萬m3/a;

Q渠系——渠系滲漏補(bǔ)給量，萬m3/a;

Q田間——渠灌田間入滲補(bǔ)給量，萬m3/a。

3.1 降水入滲補(bǔ)給量

此次降雨入滲計(jì)算采用如下概化模型:

式中 F——有效降雨入滲面積，km2，按不同地下水埋深計(jì)算;

α——降雨入滲系數(shù)，與地下水埋深等有關(guān)，不同埋深采用不同系數(shù);

P——不同頻率的年降水量，mm。

降水入滲補(bǔ)給系數(shù)α是降水滲入量與降水量的比值。α值的大小取決于地表土層的巖性和土層結(jié)構(gòu)、地形坡度、植被覆蓋情況等，一般情況下地表土層的巖性對(duì)α值的影響最顯著。結(jié)合相關(guān)資料和以往經(jīng)驗(yàn)，I5-8-1區(qū)為 0.28，I4-1-2為 0.17，I4-2-2為 0.19，I4-2-3為 0.21。

3.2 河道滲漏補(bǔ)給量

由于資料不足，此次評(píng)價(jià)河道滲漏補(bǔ)給量部分主要以雙洎河補(bǔ)給地下水為主，結(jié)合雙洎河相關(guān)的地下水補(bǔ)給資料與相關(guān)規(guī)劃報(bào)告進(jìn)行推算，河道滲漏補(bǔ)給量為286.24萬m3。

3.3 渠系滲漏補(bǔ)給量

此次采用渠系入滲補(bǔ)給系數(shù)法，計(jì)算模型為

式中 Q引——灌區(qū)渠首引水量，億m3;

α——渠系水利用系數(shù)，包括干、支、斗渠綜合系數(shù);

β——包氣帶消耗系數(shù)。

3.4 田間入滲補(bǔ)給量

新鄭市灌溉水量中基本全部為地下水灌溉水量，此處新鄭市田間入滲補(bǔ)給量按井灌回歸補(bǔ)給量計(jì)算，計(jì)算公式為

式中 Q田間——田間入滲補(bǔ)給地下水的水量;

q——灌溉定額;

β——回歸系數(shù)。

3.5 水庫滲漏補(bǔ)給量

2011年，新鄭市有老觀寨水庫和后湖水庫2座中型水庫、18座小型水庫，總庫容7288.51萬m3，總興利庫容2937.63萬m3。此處按水庫正常蓄水量的15%進(jìn)行水庫滲漏補(bǔ)給計(jì)算。

3.6 側(cè)向補(bǔ)給量計(jì)算

根據(jù)《新鄭縣水文地質(zhì)條件及合理開發(fā)地下水的初步意見》并結(jié)合新密市水資源的相關(guān)規(guī)劃報(bào)告，新鄭市西部有側(cè)向地下水補(bǔ)給源，側(cè)向補(bǔ)給斷面位置為趙砦—韋溝斷面以及大候莊—大樊莊斷面［3］。采用地下水穩(wěn)定流計(jì)算方法，計(jì)算公式為

式中 T——導(dǎo)水系數(shù)，m2/d;

B——斷面寬度，m;

I——水力坡度，‰;

t——時(shí)段長(zhǎng);

α——地下水流向與斷面夾角，由等水位線量算;

M——計(jì)算區(qū)段含水層厚度，m;

K——計(jì)算區(qū)段含水層的滲透系數(shù)，m/d。

參考數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果見表2、表3。

表2 側(cè)向徑流排泄量數(shù)據(jù)

表3 新鄭市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)淺層地下水多年平均補(bǔ)給量單位:萬m3

4 地下水資源可開采量

此次評(píng)價(jià)的地下水可開采量，是指在可預(yù)見的時(shí)期內(nèi)，通過經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的措施，在不致引起生態(tài)環(huán)境惡化的條件下允許從含水層中獲取的最大水量。根據(jù)新鄭市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)多年平均地下水資源量成果及相應(yīng)計(jì)算區(qū)的可開采系數(shù)，可計(jì)算得到各計(jì)算單元地下水資源可利用量。

采用可開采系數(shù)法計(jì)算新鄭市地下水資源可開采量。根據(jù)新鄭市地下水賦存條件和開采現(xiàn)狀、單井單位降深出水量特點(diǎn)等，參考《鄭州市水資源綜合規(guī)劃》，平原區(qū)含水層顆粒粗、厚度大，調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，開采條件好，可開采系數(shù)取0.85;崗區(qū)含水層泥質(zhì)含量高，厚度小，開采條件差，可開采系數(shù)取0.7;山區(qū)地下水開采比較困難，開采系數(shù)取0.6。計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 新鄭市地下水多年平均可開采量成果表單位:萬m3

5 原因分析

此次新鄭市淺層地下水研究與以往成果比較發(fā)現(xiàn)，以往地下水補(bǔ)給量計(jì)算中，降水入滲補(bǔ)給系數(shù)α值取值偏低，而α值對(duì)降雨入滲量影響最顯著，例如:I5-8-1區(qū)中，α值僅取0.22［3］，而根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)I5-8-1區(qū)可取到0.28。且在均衡區(qū)劃分中，將滲透性更好的一部分I5-8-1區(qū)及I4-2-2區(qū)劃分到其他滲透性較小的分區(qū)中。以上兩種原因直接導(dǎo)致了以往研究中地下可利用量偏小的問題。

6 成果合理性分析

從新鄭市水務(wù)局提供的資料來看，新鄭市地下水從2007年之后開始有下降趨勢(shì)，2007年之前地下水水位基本保持穩(wěn)定，2007年之后淺層地下水開采量均大于1.19億 m3，到2012年已達(dá)到1.58億 m3，而2004年、2005年、2006年淺層地下水開采量分別為0.8億m3、1.03億m3、1.09億 m3，可見開采量在0.8億 ～1億 m3之間地下水水位基本可保持穩(wěn)定;查《河南省水資源》(2007版)附圖22，可知新鄭市淺層地下水資源模數(shù)多在10萬～15萬m3/(km2·a)級(jí)，東部地區(qū)從10萬～15萬m3/(km2·a)級(jí)向15萬～20萬 m3/(km2·a)級(jí)過渡，北部地區(qū)從10萬 ～15萬 m3/(km2·a)級(jí)向20萬 ～25萬 m3/(km2·a)級(jí)過渡［2］，從計(jì)算的淺層地下水資源量看新鄭市總水資源模數(shù)為16.5萬m3/(km2·a)，與《河南省水資源》(2007版)附圖22數(shù)據(jù)相符。故可認(rèn)為，此次計(jì)算的新鄭市淺層地下水可開采量為9131.90萬m3是可靠合理的數(shù)據(jù)。

7 結(jié)語

此次新鄭市淺層地下水研究分析了新鄭市以往地下水研究工作的不足，在此基礎(chǔ)上采用新鄭市近年來的抽水試驗(yàn)、地下水觀測(cè)數(shù)據(jù)、用水?dāng)?shù)據(jù)等對(duì)新鄭市地下水進(jìn)行了深入研究，并對(duì)新鄭市均衡區(qū)、降水入滲補(bǔ)給系數(shù)進(jìn)行了重新劃分、調(diào)整，得出了較為合理的淺層地下水可利用量，分析了其合理性，以為新鄭市今后的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)。

［1］鄭州市水務(wù)局，鄭州大學(xué)，中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所.鄭州市水資源綜合規(guī)劃報(bào)告［R］.2008.

［2］河南省水資源編纂委員會(huì).河南省水資源［M］.鄭州:黃河水利出版社，2007.

［3］河南省地質(zhì)局水文地質(zhì)大隊(duì)，河南省開封專員公署水利局.開封專區(qū)機(jī)井水質(zhì)調(diào)查報(bào)告［R］.1967.