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        遼寧省地下水超采區(qū)劃分及分析

        2020-05-21 12:36:32劉開坤
        黑龍江水利科技 2020年3期
        關(guān)鍵詞:平原邊界水位

        劉開坤

        (遼寧省東港市水利事務(wù)服務(wù)中心,遼寧 東港 118300)

        1 概 述

        遼寧省位于E118°53'-125°46'和N38°43'-43°26'之間,總面積14.75萬km2,占全國的1.5%,它從北到南約530km,從東到西約574km,山地丘陵分列于東西兩側(cè),約占全省總面積的2/3,中部為廣闊的遼河平原,約占全省總面積的1/3,地貌類型大致為“六山一水三分田” 。 遼寧省位于位于亞洲東部海岸和太平洋西北海岸,它屬于溫帶半濕潤半干旱季風(fēng)氣候區(qū),西北與蒙古高原接壤,被遼東半島和山東半島夾持,東部被山區(qū)所阻擋,屬大陸性氣候[1]。

        2 水文地質(zhì)

        2.1 地下水分類

        根據(jù)地下水的賦存巖組(含水巖組)可以將地下水劃分為變質(zhì)巖類裂隙水、碎屑巖類裂隙水和裂隙孔隙水、火成巖類裂隙水、碳酸鹽巖類巖溶裂隙水、松散巖類孔隙水等多種類型。

        變質(zhì)巖類裂隙水主要賦存于變質(zhì)巖地層中,其含水巖組巖性為前震旦系的變粒巖、淺粒巖、片麻巖、片巖及混合巖等,沿構(gòu)造及風(fēng)化裂隙儲水。

        碎屑巖類裂隙水指賦存于碎屑巖含水巖組中的地下水,其巖性為中生界、新生界砂巖、砂礫巖、頁巖及泥巖等,沿構(gòu)造、風(fēng)化與層間裂隙儲水。碎屑巖類裂隙孔隙水主要賦存第三系膠結(jié)、半膠結(jié)含水層之中。

        火成巖類裂隙水是指賦存于火山巖及侵入巖中的地下水,巖性主要為各期花崗巖、安山巖、玄武巖、流紋巖等,成巖、構(gòu)造及風(fēng)化裂隙儲水。

        碳酸鹽巖類巖溶裂隙水賦存于碳酸鹽巖類可溶性含水巖組之中,含水層組巖性主要為震旦亞界、寒武系、奧陶系以及遼河群大石橋組等的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云巖、大理巖等,巖溶溶隙及構(gòu)造、風(fēng)化裂隙儲水[2-4]。

        松散巖類孔隙水主要賦存于第四系各類砂層、卵礫石層等含水層中。

        2.2 地下水的補徑排條件

        地下水補給的來源因地下水的類型而異,丘陵地區(qū)裂隙水的主要來源是大氣降水,除了大氣降水外,平原和山谷平原的松散巖石孔隙水的供應(yīng)還包括農(nóng)田的灌溉滲入和山麓的橫向補給,特別是由于城市地區(qū)地下水的集中以及大規(guī)模開采,地下水水位遠遠低于河流水位,導(dǎo)致大量地表水滲透且補給地下水,從而人為地增加了地下水的滲透和補給。

        由于丘陵地勢陡峭,地下水的水力坡度大,徑流條件好,地下水通過裂縫和孔隙通過徑流排入河谷或平原,平原地區(qū)由于地勢較為平坦,其徑流條件不如丘陵地區(qū),遼寧遼河流域上下平原兩側(cè)的山前地區(qū)的地形要比遼河下游低平原的地形要大,而其遼河下游平原含水層中的顆粒相對較細,地下水徑流相對較慢。

        丘陵地區(qū)的地下水主要以河川基流的形式排放,并且是地表徑流的一部分, 此外,山谷和平原仍然有一些地下水流出和地下蒸發(fā),山脈和平原邊界的山麓也有橫向流出,平原地區(qū)地下水的主要排泄方式是人工開采,占排水的大部分,其次是地下蒸發(fā),沿河道的排水和沿海地區(qū)的側(cè)向排水等[5]。

        3 地下水資源及開發(fā)利用

        3.1 地下水資源量

        根據(jù)遼寧省第二次水資源評估結(jié)果,多年平均水資源總量為341.79億m3,多年均地下水資源為124.68億m3[5],其中丘陵地區(qū)地下水資源為67.42億m3,平原區(qū)資源量為63.99億m3,山前側(cè)向補給量為2億m3,地表水體補給量為4.73億m3,地下水徑流模數(shù)為8.82萬m3/km2,其趨勢是平原大于山脈,東部大于西部。

        流域地下水資源分布情況如下:三級區(qū)地下水資源量最大的地區(qū)是柳河河口以上,有23.13億m3,占全省地下水資源的19.4%,環(huán)渤海,渾河,環(huán)渤海西部和柳河口以下的地下水資源分別占全省資源的10-15%。 渾江上下河口占全省地下水資源的6-8%。 其他流域的地下水資源僅占全省地下水資源的一小部分,均低于1%。

        3.2 地下水開發(fā)利用

        根據(jù)《遼寧省水資源公報》,2017年全省總供水量143.67億m3,其中地下水67.59億m3,占總供水量的47.0%,而淺層地下水為67.13億m3,深層地下水為3900萬m3,微咸水為1.07億m3。在地下水用水量中,農(nóng)業(yè)灌溉、林牧漁畜、工業(yè)、城鎮(zhèn)公共、居民生活及生態(tài)與環(huán)境用水量分別為36.48億m3、5.17億m3、12.07億m3、3.68億m3、9.86億m3及0.33億m3。

        4 地下水超采區(qū)劃分

        4.1 劃分步驟

        地下水超采區(qū)劃分由確定工作分區(qū)、監(jiān)測井選用、地下水類型劃分、地下水超采區(qū)量算、圖件繪制、邊界劃定與校核、超采區(qū)范圍劃定等步驟組成。

        1)評價分區(qū)。結(jié)合黃渤海沿岸平原區(qū)實際情況,確定劃分地下水超采區(qū)的評價分區(qū)。

        2)監(jiān)測井選用。按照全面收集,典型篩選的原則,同時考慮選用監(jiān)測井的密度滿足相應(yīng)成圖比例尺,較均勻分布在工作區(qū)內(nèi)的要求,在全面分析平原區(qū)監(jiān)測井的基礎(chǔ)上,選取代表性強、資料連續(xù)性好、監(jiān)測設(shè)施先進的監(jiān)測井歷年的監(jiān)測資料為主要劃分依據(jù),進行超采區(qū)劃分。地下水水質(zhì)監(jiān)測井(站)盡量從正常使用的開采量監(jiān)測井中選取,作為分析依據(jù)。

        3)地下水類型劃分,地下水劃分為淺層地下水和深層承壓水。

        4)地下水超采區(qū)量算與圖件繪制。分別采用水位動態(tài)法、開采系數(shù)法以及引發(fā)問題法三種方法進行量算,分別劃定其超采區(qū)邊界,并繪制成圖。

        5)邊界劃定、校核與范圍確定。對采用三種計算方法劃定的超采區(qū)邊界進行疊加,圈出三個邊界的外包線,綜合考慮水文地質(zhì)條件、開采條件、評價期間地下水超采情況、繼承性等因素,合理劃定超采區(qū)分布范圍,分為一般超采區(qū)和嚴(yán)重超采區(qū),當(dāng)三種方法所確定的超采面積的邊界相差較大時,應(yīng)重新檢查每種方法采用的基本數(shù)據(jù),并應(yīng)綜合分析各種影響因素以合理界定超采區(qū)邊界[6]。

        4.2 劃分方法

        采用水位動態(tài)法、開采系數(shù)法和引發(fā)問題法相結(jié)合劃定超采區(qū)。

        1)水位動態(tài)法,基于年平均地下水位下降率的過度開發(fā)區(qū)劃定。

        2)開采系數(shù)法,以地下水開采系數(shù)為評價指標(biāo)進行超采區(qū)劃定。

        3)引發(fā)問題法,以地下水開采所引起的生態(tài)和環(huán)境地質(zhì)問題作為評價指標(biāo),圈定過度開發(fā)區(qū)。主要計算參數(shù)包括:年均地面沉降速率、地下水水質(zhì)類別、地質(zhì)災(zāi)害等。

        4)將水位動態(tài)法、開采系數(shù)法和引發(fā)問題法分別圈定的超采區(qū)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ進行疊加(圖1),圈出三個邊界的外包線,先將共同的交集部分劃定為超采區(qū)(圖1中陰影部分面積),對于兩種方法的交集部分和非交集部分(圖1中非陰影部分面積),綜合考慮水文地質(zhì)條件、開采條件、基礎(chǔ)資料及超采等情況劃定邊界。最后,分析并對三法圈定的超采邊界進行分析,劃定最終超采區(qū)范圍。

        對于基礎(chǔ)資料無法同時滿足三種方法的地區(qū),優(yōu)先采用水位動態(tài)法劃定,開采系數(shù)法和引發(fā)問題法作為參考。例如,某地區(qū)超采邊界可同時滿足水位動態(tài)法和開采系數(shù)法(引發(fā)問題法),但不滿足引發(fā)問題法(開采系數(shù)法),則以水位動態(tài)法為主,開采系數(shù)法或引發(fā)問題法為參考,再考慮繼承性、數(shù)據(jù)代表性等因素最終劃定超采區(qū)邊界。

        圖1 地下水超采區(qū)邊界劃定方法示意圖

        4.3 劃分標(biāo)準(zhǔn)

        4.3.1 按超采程度分級

        分析計算評價期內(nèi)年均地下水水位持續(xù)下降速率、年均開采系數(shù)、引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害、生態(tài)環(huán)境惡化的程度等,劃分出一般超采區(qū)和嚴(yán)重超采區(qū)。具體劃分標(biāo)準(zhǔn)詳見表1。

        4.3.2 按超采范圍分級

        按照超采區(qū)面積(F)大小劃分為四級:

        特大型超采區(qū):F≥5000 km2

        大型超采區(qū):1000 km2≤F<5000 km2

        中型超采區(qū):100km2≤F<1000 km2

        小型超采區(qū):F<100 km2

        4.4 地下水超采區(qū)劃分

        按超采區(qū)規(guī)模劃分,超采區(qū)面積<100km2的小型地下水超采區(qū)47個,超采面積1258 km2,超采面積介于100km2和1000km2之間的中型地下水超采區(qū)8個,超采面積1963.6 km2,無大型及以上超采區(qū)。按超采區(qū)類型劃分,淺層淡水超采區(qū)面積為2254.7 km2,其中沈陽市超采面積最大,超采893.2 km2。海水入侵超采區(qū)面積為966.9 km2,其中大連市海侵區(qū)面積最大,為624.3 km2。

        表1 地下水超采區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)

        5 結(jié) 語

        經(jīng)分析評價, 2018年,全省淺層地下水超采面積3221.6km2,深層承壓水超采面積5870.1km2[10],淺層與深層超采區(qū)垂直交疊面積為227.5km2,省過度開發(fā)區(qū)總面積為8864.2km2。

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