嶧城東郊水源地地下水資源量均衡評價

(山東水利職業(yè)學院，山東 日照 276826)

水是一切生命和環(huán)境的血液,既是人類生命之源、又是自然生態(tài)環(huán)境的主要因素,通過水在生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)，能有效的維系自然生態(tài)系統(tǒng)的自我平衡。水也是經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的生命線,是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。無論在游牧部落時代,還是在農(nóng)耕社會，無論是今天，還是在未來社會中，水總是不可缺少的、不可替代的資源，人不能沒有水，生態(tài)環(huán)境更離不開水，沒有水，就沒有人類社會的今天，更不可能建設(shè)和諧社會。

當代水文地質(zhì)學的研究目標，是從可持續(xù)發(fā)展理念出發(fā)，構(gòu)建人和自然協(xié)調(diào)的、良性循環(huán)的地下水(流動)系統(tǒng)、水文系統(tǒng)、地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)。當良性循環(huán)的天然系統(tǒng)尚未受到人為活動損害時，研究的目的是掌握其演變規(guī)律，警惕與預防人為活動的不良干擾。當良性循環(huán)的天然系統(tǒng)已經(jīng)遭受人為損害時，研究目的是修復其損害，當天然系統(tǒng)存在不利于人類的缺陷時，則需要遵循自然規(guī)律，對系統(tǒng)進行優(yōu)化[1]。只有合理開發(fā)利用和節(jié)約保護水資源，防治水害，充分發(fā)揮水資源的綜合效益，走水資源可持續(xù)利用之路，才能維護人民群眾的生命健康，保持社會經(jīng)濟環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，為構(gòu)建和諧社會打下堅實的基礎(chǔ)，因此研究地下水資源賦存規(guī)律，計算地下水資源量，對于地下水的可持續(xù)開發(fā)利用及水環(huán)境的保護具有重要的意義。

嶧城東郊水源地地下水類型主要是巖溶裂隙水和孔隙水，斷裂構(gòu)造及巖溶的發(fā)育情況影響了巖溶裂隙水分布、運動規(guī)律，因此系統(tǒng)研究嶧城東郊水源地地下水資源量，對實現(xiàn)地下水的可持續(xù)開發(fā)利用，提高人民生活水平，具有現(xiàn)實意義。

1 嶧城東郊水源地水文地質(zhì)特征

嶧城盆地位于魯南，大地構(gòu)造單元屬魯南臺背斜與蘇皖褶皺束的交接部位?；字饕商糯驮糯◢弾r類組成，蓋層由新元古代土門群、寒武系、奧陶系及石炭系構(gòu)成，地表大部分地區(qū)被第四系所覆蓋[2]。

嶧城東郊水源地位于嶧城盆地的東北角，地層主要為第四系坡洪積和沖洪積粘性土、奧陶系馬家溝組石灰?guī)r。第四系粘性土富水性較差，馬家溝組為淺灰、灰、深灰色，中厚層、厚層灰?guī)r、豹皮灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，是主要的含水巖層，上部含燧石結(jié)核，中、下部夾薄層—中厚層泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r、角礫狀泥質(zhì)灰?guī)r及淺灰色中厚層細鮞或似鮞狀灰?guī)r，厚度約470 m，巖溶裂隙較發(fā)育，富水性較好，單位涌水量100～500 m3/(d·m)。

大氣降水、農(nóng)業(yè)灌溉是水源地的主要補給來源，由于石灰?guī)r被第四系覆蓋，大氣降水補給較為緩慢，地下水位變化幅度小。

2 地質(zhì)構(gòu)造分析

主要地質(zhì)構(gòu)造有：東西向的嶧城斷裂、北東向的吳林斷裂、北西向的泥溝斷裂、近南北向的肖橋斷裂。

2.1 嶧城斷裂

位于水源地的北側(cè)，走向呈近東西向，隱伏于第四系以下，傾向南，傾角約65°，為一正斷層。在水源地一帶嶧城斷裂北盤以寒武系的頁巖為主，巖層的透水性差，斷裂兩側(cè)的地下水聯(lián)系較差。

2.2 吳林斷裂

隱伏于第四系以下走向北東，傾向南東，為一逆斷層，以泥溝斷裂為界分為南北兩段，南段西盤為奧陶系灰?guī)r，東盤為寒武系灰?guī)r，吳林斷裂影響帶巖溶、裂隙較發(fā)育，形成一相對強的導水帶，且兩側(cè)具有統(tǒng)一的水動力場。北段的西盤為奧陶系石灰?guī)r，而東盤為寒武系饅頭組頁巖夾薄層灰?guī)r，該段地層阻水。

2.3 泥溝斷裂

隱伏于第四系以下，走向北西，為平推斷層， 以李莊斷裂為界分為南北兩段，北段兩側(cè)地層均為奧陶系石灰?guī)r，西盤單井涌水量較大，東盤單井涌水量較小，斷裂兩側(cè)水位差不大，該段具有弱透水性；南段東西兩盤地層均為寒武系，且褶皺發(fā)育，兩側(cè)頁巖接觸部位形成阻水地層，在局部地段兩側(cè)寒武系中、上統(tǒng)灰?guī)r直接接觸，兩側(cè)地下水有一定的水力聯(lián)系。

2.4 肖橋斷裂

隱伏于第四系以下，走向近南北向，為平推斷層，肖橋斷裂兩盤均為寒武系中統(tǒng)—奧陶系石灰?guī)r，斷裂帶裂隙、巖溶發(fā)育，肖橋斷裂具有透水性，斷裂兩側(cè)巖溶水具有統(tǒng)一的水動力場。

水源地地下水的流動受到斷裂構(gòu)造的控制，地下水流向見圖2。

3 地下水資源量均衡計算

3.1 均衡方程式的建立

地下水計算目的層為碳酸鹽裂隙巖溶含水巖組，據(jù)其補、徑、排條件及分布范圍，確定均衡區(qū)范圍為：北以嶧城斷裂為界，西部以南北向的肖橋斷裂為界，東部、東南部以吳林斷裂為界，面積10.00 km2。大氣降水入滲、農(nóng)業(yè)灌溉入滲及河流滲漏是本區(qū)的補給來源，工農(nóng)業(yè)開采及河流排泄是本區(qū)的主要排泄方式，此外還有側(cè)向徑流排泄及蒸發(fā)等，據(jù)此建立均衡方程為：

由于嶧城多年平均降水量834.4 mm與2006年降水量912.6 mm(2007年為1 022.4 mm，2008年為1 032.7 mm)，比較接近，故均衡時段選在2006年。

3.2 均衡計算

3.2.1 補給量

1)大氣降水入滲補給量的計算。該區(qū)為第四系覆蓋區(qū)，第四系厚度4.0～13.4 m，飽氣帶巖性主要為粉質(zhì)粘土、粘土。該區(qū)地勢低平，有利降水的補給，入滲系數(shù)的大小采用0. 25。

計算公式：Q降=F×P×α/365

式中：F為計算區(qū)面積(m2);P為降水量(mm)，取2006年降水量912.6 mm。

Q降=10×106×0.912 6×0.25/365=6.25×103(m3/d)

2)灌溉入滲補給量Q灌計算。(1)灌溉入滲系數(shù)(β)的確定。農(nóng)田灌溉入滲系數(shù)的大小取決于土壤巖性、灌溉方式、定額及地下水位埋深等因素，該區(qū)農(nóng)田灌溉用水均取巖溶地下水，而且采用井灌，灌溉入滲系數(shù)取0.11；(2)灌溉入滲量的計算。截止2008年底均衡區(qū)糧田及菜田地下水灌溉面積2 586.6畝，而且以菜田灌溉為主，菜田灌溉定額按300 m3/a計算，均衡區(qū)糧田灌溉及菜田灌溉開采地下水為2.12×103m3/d，則灌溉入滲量：Q灌=Q開×β=2.12×103×0.11=2.33×102(m3/d)；(3)大沙河滲漏補給量。大沙河的滲漏段為賈莊以上到嶧城城區(qū)滲漏時段為l—6月份及12月份，滲漏量為9.3×103m3/d。

3.2.2 排泄量

1)地下水開采量。由地下水開采現(xiàn)狀可知，均衡區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉開采量為2.12×103m3/d，工業(yè)企業(yè)開采量200 m3/d，則總開采量為2.32×103m3/d。

2)蒸發(fā)量。根據(jù)公式Q蒸=Ea·β·F/365計算蒸發(fā)量

式中：Ea為年平均蒸發(fā)量(mm);β為地下水蒸發(fā)系數(shù)；F為蒸發(fā)面積(km2)

據(jù)嶧城站多年統(tǒng)計結(jié)果：Ea=1 222.98 mm，本區(qū)的地下水蒸發(fā)系數(shù)的經(jīng)驗值為β=0.14代入公式，則：

Q蒸=Ea·β·F/365=1.22298×0.14×10×106/365=4.69×103(m3/d)

3)側(cè)向徑流排泄量。計算區(qū)巖溶水向西南方向徑流，選擇均衡區(qū)西南作為計算斷面，斷面長取B=3.0×103m,導水系數(shù)T=1.37×103m2/d,水力坡度采用J=2.0×10-4，則=TJB=1.37×103×2.2×10-4×3.0×103=9.04×102(m3/d)。

3.3 地下水儲存量計算

水源地為主徑流微承壓區(qū)，根據(jù)鉆孔揭露的情況，水位埋深平均9.08 m，深度30 m以上第四系覆蓋層的厚度一般在9.00～13.00 m，石灰?guī)r的厚度17.00～21.00 m，且石灰?guī)r裂隙發(fā)育較差，在深度35.00～158.00 m裂隙、溶洞和溶隙較為發(fā)育,而且以裂隙、溶隙最為發(fā)育，富水情況良好，地下水位降深達20 m時可避免出現(xiàn)環(huán)境地質(zhì)問題，地下水位降深取20 m計算。根據(jù)抽水試驗資料，給水度取0.007 2，其彈性釋水系數(shù)s為4.40×10-4，計算面積10 km2。

彈性儲存量：Q彈=s×F×ΔH

靜儲量：Q靜=μ×F×M

式中：s為彈性釋水系數(shù)；F為計算區(qū)面積(m2)；ΔH為確定的水位降深(m)；μ為給水度；M為含水層厚度(m)。

將資料代入上式計算結(jié)果見表1。均衡計算結(jié)果匯總見表2。

表1 巖溶水儲存量計算結(jié)果表

表2 均衡計算成果表

4 結(jié)語

嶧城東郊水源地上部為第四系粘性土層，下部為奧陶系馬家溝組石灰?guī)r，其裂隙、溶洞和溶隙較為發(fā)育，富水性較好，是該水源地的供水含水巖組。大氣降水、農(nóng)業(yè)灌溉是水源地的主要補給來源，水源地地下水運動受到嶧城斷裂、吳林斷裂、泥溝斷裂和肖橋斷裂的影響，根據(jù)水源地的水文地質(zhì)條件，建立均衡方程式，經(jīng)計算水源地地下水的補給量為1.58×104m3/d、排泄量為7.91×103m3/d，地下水位降深20 m時靜儲量為1.06×107m3、彈性儲量為8.80×104m3。

[1]張人權(quán),梁杏,靳孟貴，等. 當代水文地質(zhì)學發(fā)展趨勢與對策[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì).2005.1：52.

[2]趙書泉,梁鳳英.山東嶧城盆地巖溶發(fā)育的基本規(guī)律及與水源地形成的關(guān)系[J].山東地質(zhì).2002.18(2)：29-30.