河南濮阳市傍河水源地地下水资源评价

２０１８年７月　地下水　Ｇｒｏｕｎｄ　ｗａｔｅｒ　Ｊｕ１．，２０１８　Ｖｏ１．４０　Ｎ０．４　第４０卷　第４期　河南濮阳市傍河水源地地下水资源评价　王瑞龙，孙丽苹，陶宗涛，马斐　（河南省地质矿产勘查开发局第一地质环境调查院，河南郑州４５００４５）　［摘要］　为摸清河南濮阳市傍河水源地浅层地下水资源状况，对地下水资源总量进行计算和评价。结果表　明．利用水均衡法计算区内地下水补给量为６．１２２×１０　ｍ　／ｄ，排泄量为６．１２６　Ｘ　１０　ｍ　／ｄ，排泄量略大于补给量，均　衡差为０．００４　Ｘ　１０　ｍ　／ｄ，计算水位与实测水位基本接近，表明计算所选参数比较合理，计算的补给量和排泄量比较　可靠；采用数值法计算和评价新增水源地允许开采量，水源地地下水补给量与排泄量基本平衡，水位达到稳定状态，　水位降深在约定范围之内，说明水源地设计新增１．６　Ｘ　１０　ｍ　／ｄ是可靠的。　［关键词］　濮阳；傍河水源地；地下水；允许开采资源量　［中图分类号］Ｐ６４１．８　［文献标识码］　Ａ　［文章编号］　１００４一ｌ１８４（２０１８）０４—００３６—０３　Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｆｅｎｈｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｗａｔｅｒｓｈｅｄ　ｉｎ　Ｆｕｙａｎｇ　Ｃｉｔｙ，Ｈｅｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　ＷＡＮＧ　Ｒｕｉ—ｌｏｎｇ，ＳＵＮ　Ｌｉ—ｐｉｎｇ，ＴＡＯ　Ｚｏｎｇ—ｔａｏ，ＭＡ　Ｆｅｉ　（Ｆｉｒｓｔ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ，Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐ—　ｍｅｎｔ，Ｈｅｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５００４５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｓｈａｌｌｏｗ　ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｗｅｉｈｅ　Ｒｉｖｅｒ　ｗａｔｅｒ　ｓｏｕｒｃｅ　ａｒｅａ　ｉｎ　Ｈｅｎａｎ．ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｗａｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ　ｒｅ—　ｃｈａｒｇｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｒｅａ　ｗａｓ　６．１２２　Ｘ　１０　Ｉｌｌ　／ｄ．ｔｈｅ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｗａｓ　６．１２６×１０　ｍ　／ｄ，ｔｈｅ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｗａｓ　ｓｌｉｇｈｔｌｙ　ｌａｒｇｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｒｅｃｈａｒｇｅ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ　ｄｉｉｆｅｆｅｎｃｅ　ｗａｓ　０．００４×１０　ｍ　／ｄ．Ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｗａｔｅｒ　ｌｅｖｅｌ　ａｎｄ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｗａｔｅｒ　ｌｅｖｅｌ　ｗｅｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｂａｌａｎｃｅ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｉｔ　ｉｓ　ｂａｓｉｃａｌｌｙ　ｃｌｏｓｅ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｒｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｒｅｃｈａｒｇｅ　ｖｏｌｕｍｅ　ａｎｄ　ｅｘｃｒｅｔｉｏｎ　ｖｏｌｕｍｅ　ａｒｅ　ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｒｅｌｉａｂｌｅ；ｔｈｅ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｔｈｅ　ａｌｌｏｗａｂｌｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｖｏｌｕｍｅ　ｏｆ　ｎｅｗ　ｗａｔｅｒ　ｓｏｕｒｃｅｓ；ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ　ｒｅｃｈａｒｇｅ　ａｎｄ　ｅｘｃｒｅｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｂａｓｉｃａｌｌｙ　ｂａｌａｎｃｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｓｏｕｒｃｅ　ａｒｅａ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｌｅｖｅｌ　ｒｅａｃｈｅｓ　ａ　ｓｔａｂｌｅ　ｓｔａｔｅ．Ｔｈｅ　ｄｅｅｐｅｎｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｌｅｖｅｌ　ｉｓ　ｗｉｔｈｉｎ　ｔｈｅ　ａｇｒｅｅｄ　ｓｃｏｐｅ，　ｗｈｉｃｈ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｓｏｕｒｃｅ　ａｒｅａ　ｉｓ　ｎｅｗｌｙ　ａｄｄｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　１．６　Ｘ　ｌ　０　ｍ　／ｄ．ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｒｅｌｉａｂｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｐｕｙａｎｇ；Ｗｅｉ　Ｒｉｖｅｒ　ｗａｔｅｒ　ｓｏｕｒｃｅ；ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ；ａｌｌｏｗａｂｌｅ　ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　河南省濮阳市位于河南省东北部，下辖１区５县，是国　家重要的石油化工基地、石油机械装备制造基地、国家重要　的商品粮生产基地。截止２０１２年，濮阳市完成探明并开发　了６个地下水水源地，供水规模达到２３×１０　ｍ　／ｄ，仅台前　高漫滩和低漫滩。农业灌溉以引黄渠灌为主，辅以少量井　灌。地势自西南向东北方向微倾，海拔高度在４２—４８　ｍ，坡　降约１／１　０００～１／３　０００。　研究区浅层含水砂层有６～８层，厚度一般４０～６０　ｍ，底　县未实现城市自来水供水。台前县原生地质环境，带来了水　板埋深７０～９０　ｍ，主要由粉砂、细砂、中细砂组成，富水性较　好，绝大部分地区为强富水区。地下水水化学类型为　质型缺水，造成了该地水资源短缺的问题…，仍然是制约经　济发展、实现脱贫的重要因素。前人对濮阳市黄河沿岸地带　远景水源地进行过预测和评价工作　Ｊ，其中范县一台前应急　地下水水源地，提出町供水１０　Ｘ　１０　ｍ　／ｄ的规模　Ｊ。因此，　针对濮阳市台前一带，开展傍河水源地地下水资源评价研究　工作，可为当地饮水安全保障提供科学依据，可提供城市供　水水源地，更好地为经济发展服务。　ＨＣＯ　一，矿化度小于１　ｇ／Ｌ。地下水补给来源有黄河侧渗、灌　渠渗漏、大气降水及灌溉回渗等４种方式；排泄有蒸发、人工　开采及径流等３种方式。地下水径流由南向北、由西南向东　北，埋深１～４　ｍ。因浅层含水层是水源地开采目的层，故本　文仅对浅层水进行研究。　２地下水资源量计算　依据黄河傍河水资源评价的特点　，以２０１１年１０月地　ｌ研究区概况　研究区位于濮阳市台前县马楼黄河滩地，分为现代黄河　［收稿日期］２０ｌ８一Ｏ１—１６　［作者简介］　王瑞龙（１９８２一），男，河南郑州人，工程师，主要从事地下水资源评价、污染调查与治理研究工作。　３６　第４０卷　第４期　地下水　ｍ　／ｄ。　２０１８年７月　下水等水位线图以及垂直黄河的地下水观测剖面可以看出，　现状条件下，黄河以侧渗形式补给地下水。依据水力坡度及　黄河河床分布，将黄河补给断面划分为２段。　根据水均衡原理　，结合本区地下水的补径排条件，建　立均衡方程如下：　Ｑ　Ｑ　．Ｆ．　２．２补给量计算　研究区地下水排泄量为人工开采量、蒸发排泄量与侧向　径流排泄量之和。　２．２．１　人工开采量　人工开采量（Ｑ开采）含农业井灌开采量（Ｑ农）、人畜饮用　量（Ｑ饮）。本区因位于黄河漫滩区，限制各类厂矿企业的建　立，故区内工业开采量基本为零。　农业开采量按统计的井灌面积乘以灌溉定额，计算的农　业开采量为１．７６２　Ｘ　１０　ｍ　／ｄ。人畜用水量根据调查资料，　其中：Ｑ补＝Ｑ降＋Ｑ河渗＋Ｑ回渗＋Ｑ槊漏，Ｑ排＝Ｑ开采＋Ｑ蒸发＋　Ｑ径排，式中：Ｑ补表示地下水总补给量（ｍ　／ｄ），Ｑ排表示地下水　总排泄量（Ｉｎ　／ｄ），　表示水位变动带给水度，Ｆ表示均衡区　面积（ｋｍ　），△ｔ表示均衡时间段长（ｄ），ＡＨ表示与△ｔ对应的　水位变幅（ｍ），Ｑ降表示降１水人渗补给量（ｍ　／ｄ），Ｑ河渗表　示黄河侧渗补给量（ｍ　／ｄ），Ｑ目渗表示灌溉回渗补给量　（ｒｌｆ　／ｄ），Ｑ渠漏表示引黄灌渠渗漏补给量（１ＴＩ。／ｄ），Ｑ开采表示工　农业及生活用水开采量（ｉｎ。／ｄ），Ｑ　发表示蒸发排泄量　（Ｉｎ　／ｄ），Ｑ径排表示侧向径流排泄量（ｍ　／ｄ）。　２．１补给量计算　研究区地下水补给量为降水补给量、黄河侧渗补给量、　灌溉回渗补给量与渠渗漏补给量之和。　２．１．１　降水补给量　降水补给量利用下式：　Ｑ降＝Ｐ　‘仅‘Ｆ　式中，Ｐ效表示年有效降水量（Ｉ１１），　表示降水入渗系数，　Ｆ表示均衡区面积（ｍ　）。　经计算，本区降水入渗补给量（Ｑ隆）为２．３４３　Ｘ　１０　ｍ　／ｄ。　２．１．２黄河侧渗补给量　黄河侧渗补给量利用达西公式：　Ｑ河补＝Ｋ·Ｍ·Ｉ·Ｌ　式中：Ｋ表示计算断面的平均渗透系数（ｍ／ｄ），Ｍ表示计　算断面的平均含水层厚度（ｍ），Ｉ表示计算断面的平均水力　坡度，Ｌ表示计算断面长度（ｍ）。　经计算，本区黄河侧渗补给量（Ｑ河补）为１．６６５　Ｘ　１０　ｍ　／ｄ。　２．１．３　灌溉回渗补给量　灌溉回渗补给量利用下式：　Ｑ目　＝ｐ·Ｆ·Ａ　式中：Ｂ表示回渗系数，Ｆ表示灌溉面积（亩），Ａ表示灌　溉定额（Ｉｎ　／亩）。　经计算，本区灌溉回渗补给量（Ｑ日渗）为０．９７９×１０　ｎｌ　／ｄ。　２．１．４　灌溉回渗补给量　灌渠渗漏补给量利用下式：　Ｑ　褥＝ｑ。Ｌ。ｔ’８６　４００／３６５　式中：Ｑ　表示灌渠渗漏补给量（Ｉｎ　／ｄ），ｑ表示灌渠渗　漏强度（１１１　／ｓ·ｋｍ），Ｌ表示灌渠长度（ｋｍ），ｔ表示灌渠行水　时间（ｄ）。　经计算，本区灌渠渗漏补给量（Ｑ　）为１．１３５×１０　按人均每天用水量０．０５　ｎｌ　／ｄ计算人畜用水量，计算的人畜　饮用量为０．２７５　Ｘ　１０　ｍ　／ｄ。　本区人工开采地下水量（Ｑ　采）为２．０３７　Ｘ　１０　ｍ　／ｄ。　２．２．２蒸发排泄量　地下水蒸发排泄量利用Ｑ蒸＝８·Ｆ来计算，本区蒸发排　泄量（Ｑ蒸）为３．０３６　Ｘ　１０　ｎｌ　／ｄ。　２．２．３　侧向径流排泄量　利用达西公式计算地下水径流量，本区侧向径流排泄量　（Ｑ径排）为１．０５３　Ｘ　１０　ｎｌ　／ｄ。　２．３现状条件下均衡分析　现状条件下，研究区内地下水补给量为６．１２２　Ｘ　１０　ｍ　／ｄ，排泄量为６．１２６　Ｘ　１０　ｍ　／ｄ，排泄量略大于补给量，均　衡差为０．００４×１０　Ｉｎ　／ｄ，相应计算区内地下水年下降０．００４　ｍ。根据监测资料，马楼乡大寺张地下水位２００５—２０１２年平　均每年下降０．００３　ｍ，实际水位下降与计算水位下降相差　０．００１　ｍｍ。　总体来看，区内地下水处在一个动态平衡状态，计算水　位与实测水位基本接近，表明计算所选参数比较合理，计算　的补给量和排泄量比较可靠。　２．４含水层的容积储存量　以含水层组厚度的二分之一（３０　ｍ）为最大疏干深度，研　究区地下水埋深取平均值２．５　ｎｌ，浅层含水层的容积储存量　按下式计算：　Ｑ储＝　‘Ｆ·Ｈ　式中：　表示含水层平均给水度（取经验值０．１），Ｆ表示　含水层分布面积（ｍ　），Ｈ表示含水层平均厚度（Ｉｎ）。　研究区内含水层的地下水容积储存量为１．７８７　５　Ｘ　１０　ｎｌ　，是现状年平均资源量的８倍，具有较大的调蓄能力，合理　地动用部分储存量是可行的。即在枯水时期动用的储存量　只要在丰水期得以偿还，不会造成地下水位的持续下降或水　资源的枯竭。　３地下水允许开采量评价　地下水可开采资源量是指在一定经济技术条件下，可以　持续开采利用的地下水量，并在开采过程中不发生严重的环　境问题的地下水量。本文采用数值法对水源地拟新增１．６　Ｘ　１０　ｍ　／ｄ条件下的地下水允许量进行计算评价。　３７　第４０卷　第４期　地下水　２０１８年７月　３．１数值法介绍　数值法是将系统连续的函数在时间、空间上离散化，求　该函数在有限的离散点的近似值，目前常用的方法可分为有　通过模拟计算，开采情况下水源地水位持续下降，且下　降速率很快，至３．６　ａ后趋于稳定。地下水位整体下降幅度　很小，在集中开采地段形成小的降落漏斗，最大水位降深２．８　限单元法和有限差分法。数值方法能够更好地反映复杂条　件下的地下水流动状况，模拟程度高，成为当前地下水资源　评价中的重要方法。目前，数值模拟软件数量众多，且功能　强大而广泛使用，主要有ＭＯＤＦＬＯＷ、Ｖｉｓｕａｌ　ＭＯＤＦＬＯＷ、ＦＥ—　ＦＬＯＷ和ＧＭＳ等。　本次研究利用Ｖｉｓｕａｌ　ＭＯＤＦＬＯＷ软件进行地下水数值模　拟。该系统是由加拿大Ｗａｔｅｒｌｏｏ　Ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃ　Ｉｎｃ．在ＭＯＤＦ—　ＬＯＷ软件基础上，应用现代可视化技术开发研制的高度集成　的软件包。该系统的主要特点是无缝连接数值模拟过程中　的各个步骤，从开始建模、输入和修改各种类型的水文地质　参数和几何参数、运行模型，反转校正参数直到输出的输出，　使整个过程从始至终系统化，标准化　。　３．２　模型离散　３．２．１　空间离散　根据研究区内流场特征、系统的结构特征、水力特征和　边界条件，采用等间距有限差分的离散方法，进行自动矩形　网格剖分。将全区剖分为６０行、６Ｏ列，采用５００　ｍ×５００　Ｉｌｌ　的剖分格式，垂向剖分１层，剖分时对观测井及抽水井附近　适当加密，采用２５０　ｉｎ×２５０　ｍ的剖分格式，有效计算区面积　６５　ｋｍ　。　３．２．２　时间离散　考虑研究区范围和精度的要求，模拟期为２０１１年１０月　至２０１２年３月，总共历时１８０　ｄ。根据地下水动态监测及降　水特征将模拟期以一个月为一个应力期，步长３　ｄ，每个应力　期１０个步长。　３．２．３　模型的输入　利用２０１１年１０月１日的浅层统调点观测水位进行插值　计算生成初始流场，以ＡＳＣ　ＩＩ文件赋给模型。含水层顶、底　标高，由ｍａｐｇｉｓ利用计算区内２０个钻孔资料插值计算，生成　含水层顶、底等值线图，再转换成ｓｈｐ格式文件输入Ｖｉｓｕａｌ　ＭｏｄＦｌｏｗ。源汇项采用地下水数值模拟软件Ｖｉｓｕａｌ　ＭｏｄＦ—　ｌｏｗ４．３中相应模块Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｈｅａｄ、Ｒｅｃｈａｒｇｅ、Ｅｖａｐ０ｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ　及Ｗｅｌｌｓ输入。　３．３模型校正与识别　通过拟合２０１２年３月１日地下水统测流场及长观孔的　历时曲线，识别水文地质参数、边界和其它均衡项，模型识别　取得了较好效果，拟合结果显示较理想（见图１）。所建立的　水文地质概念模型和数学模型比较正确的，可以满足允许资　源量计算和水位预测工作的需要。　３．４　地下水允许开采资源量评价　３．４．１　水位预测　利用已识别的地下水流模型，参照确定的双排布井开采　方案，对研究区连续开采２０年后的地下水降深值进行了模　拟计算，其初始流场为２０１１年１０月１日统测流场。　３８　ｉｎ，位于ＴＣ２开采井附近。　４４　２　器　４　２　４　时间　图１　长观点历时曲线拟合图　３．４．２地下水均衡分析　在开采条件下，研究区地下水补给量为５．８７８×１０　ｍ　／ｄ，排泄量为５．８７６×１０　ｍ　／ｄ，补给量与排泄量基本平　衡。地下水补给量中，黄河侧渗和降水在补给量中占大多　数。排泄量中，边界流出在排泄量中最多，其次是水源地开　采、人工开采和蒸发排泄。水源地开采组成部分，主要为减　少的蒸发量以及激发的黄河侧渗补给量。　３．４．３　允许开采资源量评价　研究区允许开采资源量的预报，应在现有开采技术条件　下，以不影响已有工、农业用水等为原则。通过模拟计算得　出水源地开采２０　ａ后，水位达到稳定状态，水位降深在约定　范围之内，地下水允许开采资源量完全可以满足１．６×１０　ｎｑ　／ｄ的要求。　４　结语　为了对濮阳市傍河水源地地下水资源状况进行评价，首　先采用水均衡法，分析地下水动态平衡状态，计算水位与实　测水位基本接近，所选参数比较合理。采用数值法计算和评　价新增水源地允许开采量，计算结果显示，水源地地下水补　给量为５．８７８×１０　ｍ　／ｄ，排泄量为５．８７６×１０　Ｉｎ　／ｄ，补给　量与排泄量基本平衡，水位达到稳定状态，水位降深在约定　范围之内，说明水源地设计新增１．６×１０　ｍ　／ｄ是可靠地。　参考文献　［１］仝长水，张连胜，王瑞龙，等．金堤河流域台前段地下水水化学特　征［Ｊ］．人民黄河．２Ｏ１２．３４（１１）：５７—５９．　［２］赵云章，邵景力，崔亚莉，等．黄河悬河段影响带远景水源地可采　资源评价［Ｊ］．人民黄河．２００３．２５（５）：２２—２４．　［３］赵云章，闫震鹏，焦红军，等．河南省沿黄城市后备地下水水源地　普查［Ｒ］．河南省地质调查院．２０１１．　［４］赵云章，邵景力．黄河Ｆ游影响带地下水资源评价及可持续开　发利用［Ｍ］．北京：中国大地出版社．２００２．　［５］薛禹群．地下水动力学［Ｍ］．北京：地质出版社．１９９７．　［６］武强，董东林，武钢，等．水资源评价的可视化专业软件（Ｖｉｓｕａｌ　Ｍｏｄｆｌｏｗ）与应用潜力［Ｊ］．水文地质工程地质．１９９９．５：２１—２３．