楊曉俊

(山西省水文水資源勘測局太谷均衡實驗站，山西 太谷 030800)

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晉中市地下水采補量與降水量關系研究

楊曉俊

(山西省水文水資源勘測局太谷均衡實驗站，山西 太谷 030800)

山西省晉中市為能源重化工和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，近年來供水需求量巨大，對地下水資源的開發(fā)利用日趨廣泛。由于對地下水的合理開發(fā)缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和管理，造成水源地布局不合理，不合理的開采狀況改變了區(qū)域地下水的天然流場，形成以城市水源地和農(nóng)灌井片為中心的大面積地下水降落漏斗，并由此引發(fā)了含水層疏干、地面沉降、地裂縫、水井枯竭、泉水衰減或斷流和水質惡化等多種環(huán)境地質問題。通過對晉中市2001～2012年期間地下水監(jiān)測資料進行統(tǒng)計，建立晉中市地下水開采量及補給量與降水量模型，對晉中市地下水開采量及補給量與降水量關系進行分析研究。研究結果顯示，晉中市地下水開采量及補給量與降水量呈對數(shù)關系，為晉中市控制地下水超采，合理配置水資源及水資源保護提供了科學依據(jù)。

地下水采補量；降水量；研究

隨著晉中市能源重化工基地建設和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，供水需求量越來越大，對地下水資源的開發(fā)利用日趨廣泛。長期以來，由于對地下水的合理開發(fā)缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和管理，造成水源地布局不合理，開采井群在平面和空間上高度集中，不合理的開采狀況改變了區(qū)域地下水的天然流場，形成了以城市水源地和農(nóng)灌井片為中心的大面積地下水降落漏斗，并由此引發(fā)了含水層被疏干、地面沉降、地裂縫、水井枯竭、泉水衰減或斷流、水質惡化等多種環(huán)境地質問題。

由于超采，使地下水位持續(xù)下降，近十多年來，晉中市針對地下水超采區(qū)采取了關井壓采、加倍征收水資源費、水源逐步置換、城區(qū)水源地向其他水源地轉變、嚴格控制審批新井、涵養(yǎng)地下水源等措施。

隨著晉中市對地下水超采區(qū)采取的一系列措施的不斷實施和山西省大水網(wǎng)規(guī)劃的實施以及全面落實中央一號文件精神，實施最嚴格的水資源管理制度、加強地下水管理與保護等，地下水超采狀況會逐步得到改善，地下水位將會逐年上升。當然，地下水位的上升也不是越高越好，當?shù)叵滤簧仙^一定的高度，將會引起另外的災害——土壤鹽漬化、沼澤化、淹沒農(nóng)田、地下水污染等，形成人為的災禍。因此，進行晉中市地下水采補均衡研究具有重要的現(xiàn)實意義。

1 地下水補給量與降水量關系分析

地下水補給是含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量的整個作用過程。補給來源有大氣降水、地表水、凝結水、灌溉回歸水、含水層的越流及專門的人工回灌補給等，在諸多補給來源中，降水入滲補給是主要來源。研究降水量與地下水補給量的關系，可?；癁榈叵滤a給曲線。

當非降水因素不變，降水量發(fā)生變化時，地下水補給量也發(fā)生變化。降水量增加，地下水補給量增加；降水量減少，地下水補給量減少；這種變化稱為補給量的變動。

當降水量不變，非降水因素發(fā)生變化，如：地下水埋深、非飽和帶巖性、地貌特征、引水量等發(fā)生變化時，地下水補給曲線就會發(fā)生位移，這個位移稱之為補給的變動。

晉中市2001～2012年地下水補給量變化(見圖1)。由圖1可以看出，晉中市2001～2012年的地下水補給量可以分為三個時段：2001～2003年、2004～2007年、2008～2012年。每個時段為一個補給水平，即同一時段內，非降水因素不變，地下水補給量只隨降水量的變化而發(fā)生變化。分析各時段內地下水補給量與降水量的關系，將其模型化，得到晉中市12年間的3條地下水補給曲線(見圖2)。圖2中的3條曲線都是從左下方向右上方傾斜的曲線，每一條曲線均可反映補給量的變動。如曲線①，地下水補給量隨降水量的增加而增加，隨降水量的減小而減小。地下水補給曲線從①變動到②，又從②變動到③，則反映了補給的變動。如曲線①和②為相鄰兩個時段的地下水補給曲線，當降水量不變時，由于非降水因素發(fā)生變化，比如引水灌溉量的增加等，地下水補給量增加，導致地下水補給曲線發(fā)生位移，即發(fā)生了補給的變動。圖2說明2001～2012年12年間晉中市發(fā)生了2次補給的變動。

圖1 晉中市地下水補給量變化圖

圖2 晉中市地下水補給曲線

2 地下水開采量與降水量關系分析

地下水開采是指利用取水構筑物從含水層中提取地下水的過程。地下水開采量與降水量、經(jīng)濟社會、自然環(huán)境、產(chǎn)業(yè)結構等有密切關系。研究降水量與地下水開采量的關系，可?；癁榈叵滤_采曲線。

當非降水因素不變，降水量發(fā)生變化時，開采量也發(fā)生變化。降水量增加，開采量減??；降水量減少，開采量增加；這種變化稱為開采量的變動。

當降水量不變，非降水因素發(fā)生變化，如：節(jié)水灌溉、種植結構變化、城市化水平提高、擴大工業(yè)規(guī)模、跨區(qū)域調水、用水戶增加等開采需求變化時，開采曲線就會發(fā)生位移，這個位移稱之為開采需求的變動。

將地下水開采量按取水用途分為城鎮(zhèn)生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)灌溉和農(nóng)村生活開采量四類進行分析。

晉中市2001～2012年城鎮(zhèn)生活開采量的變化見圖3。由圖3可以看出，晉中市2001～2012年的城鎮(zhèn)生活開采量可以分為三個時段：2001～2004年、2005～2010年、2011～2012年。每個時段為一個開采水平，即同一時段內，非降水因素不變，城鎮(zhèn)生活開采量只隨降水量的變化而發(fā)生變化?？紤]到城鎮(zhèn)生活開采量反映的是某一時段的開采需求水平，不會隨降水量的變化而變化，因此在分析各時段內城鎮(zhèn)生活開采量與降水量的關系時，將同一時段的城鎮(zhèn)生活開采量模型化為一條水平直線(取其算數(shù)平均值)，得到晉中市12年間的3條城鎮(zhèn)生活開采曲線，見圖4。圖4中的3條曲線是相互平行的水平直線，每一條曲線均可反映開采量的變動，變動量為零。如曲線①，城鎮(zhèn)生活開采量不隨降水量的變化而變化。城鎮(zhèn)生活開采曲線從①變動到②，又從②變動到③，則反映了開采的變動。如曲線①和②為相鄰兩個時段的城鎮(zhèn)生活開采曲線，當降水量不變時，由于非降水因素發(fā)生變化，比如城鎮(zhèn)人口的增加等，城鎮(zhèn)生活開采量增加，導致城鎮(zhèn)生活開采曲線發(fā)生位移，即發(fā)生了開采的變動。圖4說明2001～2012年12年間晉中市發(fā)生了2次城鎮(zhèn)生活開采的變動。

圖3 晉中市城鎮(zhèn)生活開采量變化圖

圖4 晉中市城鎮(zhèn)生活開采曲線

晉中市2001～2012年工業(yè)開采量的變化見圖5。由圖5可以看出，晉中市2001～2012年的工業(yè)開采量可以分為三個時段：2001～2002年、2003～2005年、2006～2012年。每個時段為一個開采水平，即同一時段內，非降水因素不變，工業(yè)開采量只隨降水量的變化而發(fā)生變化?？紤]到工業(yè)開采量反映的是某一時段的開采需求水平，不會隨降水量的變化而變化，因此在分析各時段內工業(yè)開采量與降水量的關系時，將同一時段的工業(yè)開采量模型化為一條水平直線(取其算數(shù)平均值)，得到晉中市12年間的3條工業(yè)開采曲線，見圖6。圖6中的3條曲線是相互平行的水平直線，每一條曲線均可反映開采量的變動，變動量為零。如曲線①，工業(yè)開采量不隨降水量的變化而變化。工業(yè)開采曲線從①變動到②，又從②變動到③，則反映了開采的變動。如曲線①和②為相鄰兩個時段的工業(yè)開采曲線，當降水量不變時，由于非降水因素發(fā)生變化，比如擴大工業(yè)規(guī)模等，工業(yè)開采量增加，導致工業(yè)開采曲線發(fā)生位移，即發(fā)生了開采的變動。圖6說明2001～2012年12年間晉中市發(fā)生了2次工業(yè)開采的變動。

圖5 晉中市工業(yè)開采量變化圖

圖6 晉中市工業(yè)開采曲線

圖7 晉中市農(nóng)業(yè)灌溉開采量變化圖

圖8 晉中市農(nóng)業(yè)灌溉開采曲線

晉中市2001～2012年農(nóng)業(yè)灌溉開采量的變化見圖7。由圖7可以看出，晉中市2001～2012年的農(nóng)業(yè)灌溉開采量分為兩個時段：2001～2002年、2003～2012年。每個時段為一個開采水平，即同一時段內，非降水因素不變，農(nóng)業(yè)灌溉開采量只隨降水量的變化而發(fā)生變化。分析各時段農(nóng)業(yè)灌溉開采量與降水量的關系，將其模型化，得到晉中市12年間的2條農(nóng)業(yè)灌溉開采曲線，見圖8。圖8中的2條曲線都是從左上方向右下方傾斜的曲線，均可反映開采量的變動，如曲線①反映了農(nóng)業(yè)灌溉開采量隨降水量的增加而減小。農(nóng)業(yè)灌溉開采曲線從①變動到②，則反映了開采的變動。如曲線①和②為相鄰兩個時段的農(nóng)業(yè)灌溉開采曲線，當降水量不變時，由于非降水因素發(fā)生變化，比如采用節(jié)水灌溉技術等，農(nóng)業(yè)灌溉開采量減小，導致農(nóng)業(yè)灌溉開采曲線發(fā)生位移，即發(fā)生了開采的變動。圖8說明2001～2012年12年間晉中市發(fā)生了1次農(nóng)業(yè)灌溉開采的變動。

圖9 晉中市農(nóng)村生活開采量變化圖

圖10 晉中市農(nóng)村生活開采曲線

圖11 晉中市地下水開采量變化圖

圖12 晉中市地下水開采曲線

晉中市2001～2012年農(nóng)村生活開采量的變化見圖9。由圖9可以看出，晉中市2001～2012年的農(nóng)村生活開采量可以分為三個時段：2001～2007年、2008～2010年、2011～2012年。每個時段為一個開采水平，即同一時段內，非降水因素不變，農(nóng)村生活開采量只隨降水量的變化而發(fā)生變化?？紤]到農(nóng)村生活開采量反映的是某一時段的開采需求水平，不會隨降水量的變化而變化，因此在分析各時段內農(nóng)村生活開采量與降水量的關系時，將同一時段的農(nóng)村生活開采量模型化為一條水平直線(取其算數(shù)平均值)，得到晉中市12年間的3條農(nóng)村生活開采曲線，見圖10。圖10中的3條曲線是相互平行的水平直線，每一條曲線均可反映開采量的變動，變動量為零。如曲線①，農(nóng)村生活開采量不隨降水量的變化而變化。農(nóng)村生活開采曲線從①變動到②，又從②變動到③，則反映了開采的變動。如曲線①和②為相鄰兩個時段的農(nóng)村生活開采曲線，當降水量不變時，由于非降水因素發(fā)生變化，比如農(nóng)村生活水平提高等，農(nóng)村生活開采量增加，導致農(nóng)村生活開采曲線發(fā)生位移，即發(fā)生了開采的變動。圖10說明2001～2012年12年間晉中市發(fā)生了2次農(nóng)村生活開采的變動。

將晉中市模型化的城鎮(zhèn)生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)灌溉和農(nóng)村生活開采量的總和作為相應年份的地下水開采量，見圖11。由圖11可見，晉中市2001～2012年的地下水開采量可以分為三個時段：2001～2004年、2005～2010年、2011～2012年。分析各時段地下水開采量與降水量的關系，將其模型化，得到3條地下水開采曲線及其對應的開采模型，見圖12。圖12中的3條曲線都是從左上方向右下方傾斜的曲線，均可反映開采量的變動，如曲線①反映了地下水開采量隨降水量的增加而減小。地下水開采曲線從①變動到②，又從②變動到③，則反映了開采的變動。如曲線①和②為相鄰兩個時段的地下水開采曲線，當降水量不變時，由于非降水因素發(fā)生變化，比如采用節(jié)水灌溉技術等，地下水開采量減小，導致地下水開采曲線發(fā)生位移，即發(fā)生了開采的變動。圖12說明2001～2012年12年間晉中市發(fā)生了2次地下水開采的變動。

開采模型：

① 2001～2004 K(P)= -5485.20ln(P)+66803

② 2005～2010 K(P)= -5485.20ln(P)+65883

③ 2011～2012 K(P)= -5485.20ln(P)+66383

3 結語

通過對晉中市的地下水開采量及補給量與降水量關系進行分析，得出了晉中市地下水開采量及補給量與降水量呈對數(shù)關系，并建立了晉中市地下水開采量及補給量與降水量模型，為晉中市控制地下水超采，合理配置水資源及水資源保護提供了科學依據(jù)。在保證經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展和災害年份安全用水的條件下，在保證地下水位止降回升并且不引起人為災害的條件下，合理規(guī)劃晉中市的地下水開采量具有指導性的意義。

[1]范堆相，等.山西省水資源評價.北京:水利水電出版社.2005.

[2]山西省水利廳.山西省控制地下水開采規(guī)劃報告.2006.

[3]山西省水利廳.山西省地下水超采區(qū)評價報告.2013.

The relationship between Ground water mining quantity and rainfall in Jinzhong city

YANG Xiao-jun

(Hydrology and water resources in Shanxi Province survey TaiGu equilibrium experiment stations, Taigu 030800,China)

Jinzhong cityof Shanxi province is heavy chemical and agricultural production base, water demand is huge in recent years, for the development and utilization of groundwater resources are becoming more and more widely. And reasonable development of groundwater is a lack of unified planning and management, due to layout of water is not reasonable, unreasonable mining condition change the natural flow field of regional groundwater, formed with city water and agricultural irrigation Wells as the center of large area drawdown funnel, and thus caused aquifer unwatering、land subsidence、Ground fissure、wells dry up、spring damping or water quality deterioration and other environmental geological problems. In this paper, the jinzhong city during 2001 ～ 2001 groundwater monitoring data in statistics, established Jinzhong city groundwater resources and recharge and precipitation model,research the relationship between recharge and precipitation. The results showed that, Jinzhong city groundwater resources and recharge a logarithmic relation with rainfall, provides a scientific basis for Jinzhong city control of groundwater and rational allocation of water resources and water resources protection, ensure sustainable utilization of water resources, has the very important role in supporting economic and social development and to maintain the ecological environment.

Ground water mining quantity；Precipitation；research

2016-12-28

楊曉俊(1980-)，男，山西平遙人，工程師，主要從事水均衡實驗研究工作。

P641.74

A

1004-1184(2017)02-0045-04