山東省優(yōu)質地下水資源評價研究

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(山東省地礦局第三水文地質工程地質大隊，山東 兗州 272100)

地下水是水資源的重要組成部分，是人類賴以生存和發(fā)展的寶貴的、不可取代的自然資源[1]。我國的地下水資源量約占全國水資源量的1/3，其中，北方地區(qū)(占全國總面積的64%)地下水資源量為2 458億 m3，約占全國地下水資源量的30%[2]。作為我國北方的文化大省和經濟強省，山東省優(yōu)質地下水資源的評價研究對地區(qū)社會穩(wěn)定、水資源保護和經濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

近年來，隨著人口的增加和經濟的發(fā)展，山東省地下水環(huán)境問題日漸突出[3-14]，主要表現(xiàn)為水質型缺水和水源型缺水兩方面。

(1)水質型缺水

包括人為水質型缺水和天然水質型缺水兩方面。人為水質型缺水是指在人類活動影響下，地下水各組分含量逐漸增加，導致局部地區(qū)地下水水質不符合飲用水標準的現(xiàn)象，如大武水源地現(xiàn)狀[15]；天然水質型缺水是指在天然狀態(tài)下，由于水巖相互作用以及其他水文地球化學反應的影響，地下水水質不符合飲用水標準的現(xiàn)象，如魯西南地區(qū)地氟病現(xiàn)象[16]。

(2)水源型缺水

水源型缺水是指由于地形地貌、地層巖性以及地質構造等的影響，地下水富水性差，從而造成區(qū)域上缺水的現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在魯東低山丘陵變質巖、火成巖分布區(qū)及沂蒙山區(qū)變質巖、火成巖、碳酸鹽巖低山丘陵區(qū)。

基于此，為評價研究山東省優(yōu)質地下水資源現(xiàn)狀，結合山東省不同地區(qū)地下水環(huán)境背景差異，魯中南和魯東低山丘陵區(qū)，將水質符合國土資源部2015年發(fā)布的《地下水水質標準》(DZ/T0290--2015)Ⅲ類水標準的地下水作為優(yōu)質地下水資源；魯西北平原區(qū)，地下水水質背景較差，根據(jù)現(xiàn)狀用水狀況，將TDS小于2 g/L、其它水質指標符合Ⅲ類水標準的地下水，納入本次工作研究范圍。

富水地段是指含水層空間發(fā)育、富水性強，地下水補給、匯集條件較好，適宜集中開采的地段。一般發(fā)育在地形地貌和補給條件有利、且分布區(qū)域性主要含水巖層的區(qū)域或區(qū)段。魯東地區(qū)，以剩余開采量為標準，將剩余開采量大于3 000 m3/d的范圍圈定為富水地段；省內其他地區(qū)，將剩余開采量大于5 000 m3/d的范圍圈定為富水地段。地質構造、地層巖性及地形地貌組合，決定了地下水的補徑排蓄條件和賦存、富集特征，不同的地層巖性直接決定不同地下水類型富水地段。魯西北平原由黃河沖積平原和山前沖洪積平原兩部分組成，地下水類型以孔隙水為主；魯中南中低山丘陵處于魯西北平原與沂沭斷裂帶之間，廣泛分布碳酸鹽巖，地下水類型以巖溶水為主；魯東低山丘陵為沂沭斷裂帶以東的低山丘陵區(qū)，廣泛分布變質巖、巖漿巖和碎屑巖，山間平原分布沖洪積層，地下水類型主要為孔隙水和裂隙水。

1 數(shù)據(jù)獲取

在充分收集利用山東省17地市地質環(huán)境監(jiān)測資料的基礎上，主要進行水化學測試和抽水試驗等原始數(shù)據(jù)獲取方法。

水化學分析的測試是在山東省魯南地質工程勘察院甲級實驗測試中心運用火焰光度計和紫外可見分光光度計測試完成的。取樣之前，先觀察記錄其顏色、氣味等物理指標，再用便攜式水質分析儀測試其pH、EH、TEP、TDS和電導率等指標，用待采水對2 L聚乙烯瓶進行2～3次潤洗，采樣完成后保證取樣瓶內不留氣泡并密封保存，用野外記號筆對其編號并注明取樣日期、取樣地點和化驗項目，HCO3-含量是取樣之后24 h之內用滴定法測定的。

富水性是通過開展簡易抽水試驗獲得的。抽水開始前，觀測其靜止水位，開泵初期1 h進行水位、水量加密觀測，其后每隔30 min觀測一次，抽水靜止后觀測恢復水位，直到完全恢復自然狀態(tài)為止；水位觀測采用電測水位計，出水量使用水表或TDS-100H超聲波流量計計量；抽水結束后，及時進行觀測資料整理，繪制了水位降深、出水量隨抽水時間的變化過程曲線、單位涌水量與水位降深關系曲線，計算含水層水文地質參數(shù)。抽水試驗全程由水文地質技術人員親自參與完成，觀測、記錄數(shù)據(jù)真實、可靠，水位、水量穩(wěn)定延續(xù)時間符合要求，取得了反映含水層客觀富水性的試驗資料，滿足了區(qū)域含水巖組富水性分析和部分水文地質參數(shù)計算要求。

2 評價流程

2.1 水質評價

選擇表1所示29項指標作為評價因子，采用《地下水水質標準》中推薦的“單指標評價法”，先進行單指標評價確定特定指標地下水水質類別，然后按其評價結果的最高類別確定地下水的水質類別。

表1 地下水水質評價因子表

通過分析收集及新采集的529個地下水樣品發(fā)現(xiàn)，25個樣品符合地下水Ⅰ類水標準，占4.73%；130個符合Ⅱ類水標準，占24.57%；107個符合Ⅲ類水標準，占20.23%；131個屬于Ⅳ類水，占24.76%；136個屬于Ⅴ類水，占25.71%。水樣超標率達50.47%，主要超標水點集中分布于魯西北地區(qū)，優(yōu)質水主要分布在魯中南山區(qū)和魯東低山丘陵區(qū)。

2.2 可開采量計算

2.2.1 水源地可開采量計算

水源地可開采量的計算主要用到水量均衡法(如清泥溝水源地、羊里水源地和望城水源地等)、數(shù)值法(如孔村水源地、桓臺水源地、劉征水源地和沭河水源地等)和補償疏干法(如大南鋪水源地、濰寒水源地和大沽夾河水源地等)等方法，各計算結果準確可靠。

2.2.2 富水地段可開采量計算

富水地段可開采量是在充分開展水文地質基礎工作的基礎上，用水量均衡法及水位動態(tài)法(如麻蘭富水地段、馬牧池富水地段、姚店子富水地段、泉頭富水地段和稅郭富水地段等)計算獲取的。

2.3 實際開采量計算

主要統(tǒng)計了各水源地實際開采量、工礦企業(yè)生產生活用水開采量、農業(yè)灌溉用水開采量以及農村分散式用水開采量。

各水源地實際開采量和工礦企業(yè)生產生活用水開采量在山東省17地市地下水環(huán)境監(jiān)測站及水利主管部門獲?。晦r業(yè)灌溉用水開采量和農村分散式用水開采量的獲取是在野外實際調查資料的基礎上，通過灌溉面積、灌溉定額以及人口數(shù)量、人均定額計算獲取。

2.4 開采程度評價

在計算可開采量和實際開采量的基礎上，按照《水文地質調查規(guī)范(1:50 000)》(DZ/T0282—2015)規(guī)定方法，進行評價指標計算和開采程度分級，分級標準見表2。計算公式為：

式中：Q潛為地下水開采潛力，(m3/d)；Q可為地下水可開采資源量，(m3/d)；Q開為地下水實際開采量，(m3/d)；β為地下水開采程度。

表2 地下水開采程度分級表

分析發(fā)現(xiàn)，具開采潛力地區(qū)主要分布在魯中南、魯東及魯北地區(qū)的山前平原區(qū)、沿黃地帶。以水文地質區(qū)來看，魯西北平原區(qū)優(yōu)質地下水開采潛力為7.51×108m3/a，魯中南中低山丘陵區(qū)地下水開采潛力為23.63×108m3/a，魯東低山丘陵區(qū)開采潛力為9.81×108m3/a；以行政區(qū)來看，臨沂市、煙臺市剩余可采資源量較大，分別達到了9.62×108m3/a、6.43×108m3/a，東營市最小，開采潛力僅為0.03×108m3/a。

3 綜合評價

在綜合考慮水質和開采潛力的基礎上，共圈定富水地段及具開采潛力水源地88處，其中富水地段28處，具開采潛力水源地60處，見表3。

表3 水文地質亞區(qū)優(yōu)質地下水富水地段/水源地開采潛力評價表 104 m3/d

續(xù)表3

續(xù)表3

注：表中加黑字體為有潛力水源地，其它為新增富水地段

由上述可知，全省88處新圈定富水地段及具開采潛力水源地地下水允許開采資源量為339.099×104m3/d，其中孔隙水富水地段(水源地)26處，允許開采量135.516×104m3/d，裂隙水富水地段10處，允許開采量18.49×104m3/d，巖溶水富水地段52處，允許開采量185.098×104m3/d。富水地段剩余開采量為184.095×104m3/d，其中孔隙水剩余開采量為57.342×104m3/d，裂隙水剩余開采量11.62×104m3/d，巖溶水剩余開采量為115.133×104m3/d。Ⅰ～Ⅱ類水剩余開采量42.36×104m3/d，Ⅲ類水剩余開采量141.735×104m3/d。全省優(yōu)質地下水富水地段(水源地)剩余開采量可滿足一千余萬人生活飲用需求，應急情況下富水地段(水源地)允許開采量為434.299×104m3/d，應急開采潛力為279.295×104m3/d，可解決兩千余萬人生活用水困難。

4 結語

(1)山東省水質超標率達50.47%，主要超標水點集中分布于魯西北地區(qū)；優(yōu)質水占49.53%，主要分布在魯中南山區(qū)和魯東低山丘陵區(qū)。

(2)新圈定優(yōu)質地下水富水地段及有開采潛力水源地共計88處，評價優(yōu)質地下水允許開采量184.095×104m3/d，可滿足一千余萬居民生活用水需求。