邯鄲市地下水控制水位劃定初探

高靜,陳新美,王利杰

（邯鄲市水利局，河北 邯鄲 056001）

邯鄲市地下水控制水位劃定初探

高靜,陳新美,王利杰

（邯鄲市水利局，河北 邯鄲 056001）

地下水控制水位的確定是實施地下水開采總量控制與水位控制管理的重點和基礎(chǔ)。此次研究以恢復(fù)地下水的原有功能為管理的最終目標(biāo)，通過分析不同管理分區(qū)內(nèi)代表性監(jiān)測孔的地下水動態(tài)變化以及其對周邊環(huán)境的影響，分析確定不同地下水控制性管理分區(qū)內(nèi)的關(guān)鍵水位值。

地下水；控制水位；劃定

地下水是維系良好生態(tài)環(huán)境的重要因素。地下水水位過高或過低都會對地下水資源、生態(tài)維系、環(huán)境地質(zhì)安全等功能造成嚴(yán)重影響。邯鄲地區(qū)水文地質(zhì)條件豐富，有山區(qū)有平原；有淺層地下水，也有深層承壓水；有淡水也有咸水；有過度開發(fā)帶來的資源問題，也有泉水枯竭等生態(tài)環(huán)境問題。因此，邯鄲地下水管理問題具有較好的代表性。此次，研究將邯鄲市東部平原區(qū)作為地下水控制水位劃定研究試點區(qū)，通過分析研究，確定地下水控制水位指標(biāo)，梳理總結(jié)重點難點，為地下水控制水位劃定工作提出推廣應(yīng)用合理化建議。

一、研究區(qū)概況

邯鄲市地處河北省南端，是晉、冀、魯、豫四省交匯處。邯鄲地區(qū)總面積為12047平方千米，其中西部為山地丘陵區(qū)，面積為4460 平方千米，占全市總面積的37.0%；東部為平原區(qū)面積7587平方千米，占全市總面積的63.0%。地理位置優(yōu)越，自然資源豐富。西部山區(qū)煤炭、電力、冶金、陶瓷業(yè)發(fā)達(dá)。東部平原區(qū)以糧、油、棉及禽類養(yǎng)殖為主產(chǎn)業(yè)。四季分明，屬于半濕潤半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。本市多年平均氣溫為12.5-14.2℃。雨季為6～9月份，全年降水量的70-80%集中在這四個月內(nèi)。邯鄲市多年平均降水量為548.9mm。邯鄲平原區(qū)為第四紀(jì)地層。由于基底構(gòu)造以及古地理環(huán)境等因素影響，形成山前沖積洪積物、中部沖積湖積物和東部沖積物三部分。粘土、亞粘土、亞砂土夾砂層，砂礫石層為該地區(qū)呈現(xiàn)的主要巖性。

邯鄲平原區(qū)劃分為：山前洪積區(qū)，中部湖積區(qū)和東部平原區(qū)。山前洪積區(qū)和東部平原水文地質(zhì)區(qū)均為全淡水區(qū)，含水層厚度大，富水性好。中部湖積區(qū)為咸水區(qū)，咸水底板埋深西部一般為0-60m，東部一般為100-140m，最大可達(dá)200m。

包氣帶巖性主要受沉積物成因類型的控制，故包氣帶巖性在水平和垂直方向上各有不同。同時，隨著地下水位的變化，包氣帶厚度和變幅帶厚度也相應(yīng)地改變。其巖性主要為亞砂土和亞粘土夾粘土或砂層，山前傾斜平原巖性顆粒略粗，中部湖積平原、東部平原及扇間地帶巖性顆粒較細(xì)。包氣帶厚度一般5-15m；扇頂和中部有咸水區(qū)的局部地段，厚度小于5m；在地下水位降落漏斗區(qū)，包氣帶厚度一般大于15m。

二、研究區(qū)地下水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

（一）地下水資源量

根據(jù)《河北省邯鄲市水資源評價》計算結(jié)果，邯鄲市多年平均水資源總量16.7億m3，其中地表水資源量6.2億m3，地下水資源量15.7億m3。邯鄲地區(qū)可滿足一次利用條件的淺層地下淡水、微咸水多年平均可開采量為12.4億m3，為邯鄲全市地下水資源量的78.8%。東部平原區(qū)多年平均可開采量為8.95億m3，占全市地下水可開采量的72.1%。

（二）開采狀況

近年來，全市地下水年均開采量占全市總供水量的70%以上。2013年全市地下水開采總量為14.5089億m3，與2012年開采總量14.9821億m3相比減少0.4732億m3。在地下水開采量中，開采深層淡水4.2500億m3，占開采總量的29.3%；開采淺層淡水9.9589億m3，占開采總量的68.6%；開采微咸水0.3000億m3，占開采總量的2.1%。總開采量中農(nóng)業(yè)用水10.6813億m3，占行業(yè)總用水量的73.6%；工業(yè)用水量為1.50億m3，占行業(yè)總用水量的10.3%；生活用水總量為2.3267億m3，占行業(yè)總用水量的16.1%。

（三）地下水超采及危害

近30年，華北平原氣候旱化、地下水過度開發(fā)利用和地表水長期大規(guī)模攔蓄，加劇了該平原地下水系統(tǒng)水量負(fù)均衡，導(dǎo)致區(qū)域性地下水位降落漏斗出現(xiàn)并不斷擴大，出現(xiàn)了地面沉浸和海咸水入侵等問題[1]。

邯鄲東部平原淺層地下水主要為肥鄉(xiāng)區(qū)中型孔隙淺層地下水超采區(qū)、邯鄲市廣平縣小型孔隙淺層地下水超采區(qū)、邯鄲市成安縣小型孔隙淺層地下水超采區(qū)、邯鄲市臨漳縣中型孔隙淺層地下水超采 。地下水超采導(dǎo)致地下水位持續(xù)下降，進而產(chǎn)生一些列環(huán)境水文地質(zhì)問題，主城區(qū)及邯鄲東部平原地面沉降形成了邯鄲市兩個較大的地下水漏斗區(qū)。由于地面沉降是一種累進性地質(zhì)災(zāi)害，雖然目前造成的危害還不十分嚴(yán)重，但其潛在威脅是不可忽視的。

三、地下水控制水位劃定方法

（一）地下水水位管理分區(qū)

根據(jù)研究區(qū)的具體水文地質(zhì)條件、行政區(qū)劃與地下水的資源功能、生態(tài)功能及地質(zhì)環(huán)境功能等特點和存在的問題，并考慮地下水監(jiān)控與管理需求等，以及行政管理的需求，按照地下水開采總量控制方案，將研究區(qū)按照縣級行政管理分區(qū)的原則分為13個區(qū)（見表1）。

表1 地下水各管理分區(qū)名稱及面積 單位：km2

（二）地下水控制水位指標(biāo)的分類

地下水位是進行地下水動態(tài)監(jiān)測與分析的主要項目之一，是反應(yīng)地下水系統(tǒng)狀態(tài)的主要因子。通過分析地下水水位變化能夠?qū)崟r的了解地下水狀態(tài)[2]。地下水控制性水位是指為了保護地下水，促進其可持續(xù)利用，在考慮地下水多種功能的條件下，劃定的標(biāo)志性水位值的集合。地下水控制性水位是一組變動的數(shù)值或閾值，要考慮到地下水的多功能性，應(yīng)是帶有上下限的變動區(qū)間；同時也要兼顧當(dāng)?shù)氐膶嶋H水資源條件，提出現(xiàn)實可行的控制水位，服務(wù)地下水的管理。例如貧水地區(qū)，在沒有外調(diào)水的情況下，為了生存和發(fā)展等民生問題，地下水短期或長期超采往往是被允許的。

基于以上考慮，本研究提出地下水水位包括地下水紅線水位和地下水管理水位。

1.地下水紅線水位

通過對觀測井的實時監(jiān)控，可以解決地下水開采量精確測量難的問題，直觀掌握水位、水量動態(tài)情況。

紅線上限水位（ZS）：水位過高，會引起地下水潛水的蒸發(fā)量提升，造成資源浪費，同時水體也較容易受污染。因此，提出地下水的控制上限水位。防止土壤鹽漬化的要求和城市建筑基地埋深等要求應(yīng)當(dāng)一并考慮。

紅線下限水位（ZX）：當(dāng)?shù)叵滤贿^低，致使該地區(qū)原有的水功能特性及生態(tài)、地質(zhì)環(huán)境受到破壞時，認(rèn)為地下水存在過度開采問題，會造成資源岌岌可危、瀕臨枯竭狀態(tài)。受“水躍”因素的影響，開采井中的水位降深也不宜過大。愛倫別爾格爾在實驗室條件下的試驗表明，抽水時井壁外的最大降深等于初始含水層厚度的一半，說明水躍對穩(wěn)定供水的顯著影響。主要考慮防止地面沉降、水質(zhì)變差、土地沙漠化等的要求。

2.地下水管理水位

根據(jù)區(qū)域地下水開發(fā)利用總量控制指標(biāo)，綜合考慮地下水功能等因素，按照現(xiàn)實和可能，劃定邯鄲市東部平原水位管理分區(qū)（即邯鄲市行政分區(qū)）2015年-2020年逐年地下水管理水位，包括地下水管理水位上限和地下水管理水位下限。

（1）地下水管理水位上限：同紅線水位上限

（2）地下水管理水位下限：實現(xiàn)階段開發(fā)利用總量控制量及壓采量的要求；敏感點的生態(tài)環(huán)境維系以及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防的要求。

（三）研究區(qū)水位劃定方法選取

地下水控制水位的確定是實施地下水取水（開采）總量控制與控制水位管理的重點和基礎(chǔ)。在地下水控制性管理分區(qū)劃分的基礎(chǔ)上，通過分析不同管理分區(qū)代表性監(jiān)測孔的地下水動態(tài)變化以及其與周邊環(huán)境的影響情況，以實現(xiàn)地下水的各種功能發(fā)揮正常的作用為管理的最終狀態(tài)，通過比對最終選擇適合各地區(qū)實際情況的關(guān)鍵水位值或閾值?？刂扑皇怯脕肀碚鞯叵滤帬顟B(tài)的，因此劃分地下水控制水位時需要綜合考慮當(dāng)前地下水所處狀態(tài)、經(jīng)濟社會發(fā)展對地下水資源的需求、地下水系統(tǒng)特征等因素。

1.地下水紅線水位劃定方法及水位確定

（1）地下水紅線上限水位

結(jié)合試點地區(qū)的特點，選用臨界蒸發(fā)深度法作為本次研究地下水紅線上限水位的確定方法。

根據(jù)《華北平原（河北部分）地下水資源調(diào)查評價報告》，潛水蒸發(fā)系數(shù)隨著地下水位埋深的增加而逐漸減少。一般當(dāng)?shù)叵滤宦裆钚∮?.0m時，潛水蒸發(fā)系數(shù)普遍較大，而地下水位埋大于4m時，潛水蒸發(fā)系數(shù)漸趨于零。

綜合各種因素，確定研究區(qū)地下水紅線上限水位，見表2。

表2 邯鄲東部平原地下水紅線上限水位劃定結(jié)果 埋深（m）

（2）地下水紅線下限水位

結(jié)合試點地區(qū)的特點，選用歷史資料法作為地下水紅線下限的確定方法。根據(jù)區(qū)域歷史開采的水位波動變化，考慮典型年對應(yīng)的埋深值作為地下水紅線下限水位。主要是考慮實際開采量與可開采量接近的年份作為典型年；考慮枯水年景的情況，在未出現(xiàn)水事糾紛、地質(zhì)災(zāi)害等問題的條件下，設(shè)立一個歷史偏低水位值作為下限水位。

根據(jù)邯鄲市近年來降水量統(tǒng)計分析，近年來屬2006年降水量偏枯，為394.2mm，為了使得劃定結(jié)果更加合理，通過分析，大部分管理分區(qū)2006年淺層地下水開采量接近于可開采量，這樣可使得劃定結(jié)果控制在非超采范圍之內(nèi)。

因此原則上采用2006年對應(yīng)的地下水埋深作為地下水紅線下限水位；另外，按照水位埋深變化趨勢，將地下水位開始持續(xù)下降的臨界點所處的水位埋深作為地下水紅線下限水位。

綜合以上分析，經(jīng)歷史資料法對研究區(qū)各管理分區(qū)地下水紅線下限水位埋深見表3。

表3 邯鄲東部平原地下水紅線下限水位劃定結(jié)果（歷史資料法） 埋深（m）

2.地下水管理水位劃定方法及水位確定

（1）地下水管理水位上限

1）對于未發(fā)生土壤鹽漬化地區(qū)：管理水位上限=紅線水位上限

2）已發(fā)生土壤鹽漬化地區(qū)：根據(jù)鹽漬化防治需求，以及階段地下水開采量控制指標(biāo)確定控制水位上限。

本次研究不涉及土壤鹽漬化，因此地下水管理水位上限選用紅線水位上限作為管理水位上限。

（2）地下水管理水位下限

1）對于非超采地區(qū)：管理水位下限=紅線水位下限

2）對于超采區(qū)，可采用區(qū)域水均衡法、歷史動態(tài)分析法、數(shù)學(xué)模型等方法測算。

①區(qū)域水均衡法：

根據(jù)區(qū)域地下水開發(fā)利用總量控制階段指標(biāo)，利用Q-s關(guān)系計算相應(yīng)的區(qū)域平均水位。

地下水蓄變量與降深關(guān)系根據(jù)管理需要可以簡化為線性關(guān)系，由開采量控制推求地下水降深。計算公式為：

式中：△Q-----計算區(qū)地下水開采量與可開采量差值；

△s------地下水降深；

μ------潛水變幅給水度；

F------計算面積。

參考《黃淮海平原（河北部分）水文地質(zhì)綜合評價》及《邯鄲市水資源評價》相關(guān)數(shù)據(jù)，具體參數(shù)見表4。

表4 邯鄲東部平原各縣潛水含水層給水度一覽表

四、結(jié)論

本次研究工作主要以邯鄲市東部平原區(qū)作為先行試點地區(qū)，研究地下水控制性關(guān)鍵水位的劃定。通過地下水控制水位指標(biāo)選取，劃定方法的確定，劃定出研究區(qū)地下水紅線水位,為實現(xiàn)地下水水位控制管理提供了科學(xué)依據(jù)。今后為保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性，各個管理分區(qū)應(yīng)進一步加強地下水開采量統(tǒng)計、維護監(jiān)測井正常運行，增加地下水監(jiān)測頻率。

[1]張光輝，楊麗芝，聶振龍.華北平原地下水的功能特征與功能評價[J].資源科學(xué),2009.

[2]葉勇,謝新民.地下水控制性水位管理分區(qū)研究[J].黑龍江水專學(xué)報,2009.

[責(zé)任編輯陶愛新]

Study on delineation of groundwater control water level in Handan city

GAO Jing, Chen Xin-mei, Wang Li-jie
(Water Conservancy Bureau of Handan, Handan 056001,China)

The determination of groundwater control level is the key and foundation for the implementation of the total amount of groundwater exploitation control and water level control management. The final objective of the study is to restore the original function for groundwater. Based on the analysis of the dynamic changes of groundwater in the representative monitoring holes in different management zones and their impact on the surrounding environment, this study discusses the key water level values in different groundwater controlled management zones.

groundwater; water level control; delineation

10.3969/j.issn.1673-9477.2017.01.011

C931.2

A

1673-9477(2017)01-036-04

[投稿日期]2016-11-29

2016水利部水利水電規(guī)劃項目-河北省試點地區(qū)地下水控制水位規(guī)劃。

高靜（1982-），女，河北邯鄲人，助理工程師，研究方向：水資源管理。