鸡西市区地下水资源调查与评价

吕昌斌,王 丹

(1.鸡西市水利勘测设计所,黑龙江 鸡西 158100;2.鸡西市水政水资源管理办公室,黑龙江鸡西 158100)

1 概 况

鸡西市位于黑龙江省东南部,属中温带大陆性季风气候区,具有冬季寒冷漫长,夏季炎热短暂,春季多风干旱,秋季多雨易涝的寒温带大陆季风气候特征。年平均气温 3.9℃,无霜期达140 d,市区多年平均降水量变化在 500～650mm,1956～2007年这52 a平均降水量为527.1mm/a,降水量年内分配不均。

全市总面积2 208.5 km2,鸡西市区共辖梨树、恒山、麻山、滴道、城子河和鸡冠 6个区 10个乡镇,截止 2007年年末,总人口 88.96万人,耕地面积55.6万hm2,国民经济总产值近百亿元。

全市区总地势由西北向东南倾斜,地形总体上北部和南部地势较高,地形切割较大,主要为山区,南北山区海拔高程为 300～670m。中部穆棱河河谷地势低平开阔,亦称河谷冲积平原,西高东低,高程 175～240m;穆棱河河谷平原的两侧为构造盆地,海拔高程 200～520m,地形较为平坦。

鸡西市区属黑龙江流域乌苏里江水系穆棱河上中游,有4条主要河流。其中,穆棱河为主干河流,次一级支流有牤牛河、滴道河及黄泥河。

穆棱河发源于穆棱市窝集岭,流经穆棱市、鸡西市区、鸡东县、密山市、虎林市、于虎林市境内注入乌苏里江。全长834 km,流域面积18 427 km2,多年平均径流量约为24.14亿 m3。流经鸡西市区境内河长72 km,河道坡降 1%,年平均径流量约9亿 m3。

鸡西市区主要的水库有团山子水库,大同水库,龙山水库,山南水库,恒山区的胜利水库,城子河区的向阳水库,鸡冠区的朝阳水库等。另外还有众多的小水库和塘坝。

2 地下水资源量计算

地下水资源计算包括地下水资源总量和地下水可开采资源量计算。

地下水资源总量等于地下水总补给量中扣除井灌回渗补给量。地下水总补给量包括降水入渗补给量、河道渗漏补给量、地下水侧向径流补给量、渠系灌溉渗漏补给量、田间灌溉渗漏补给量和井灌回渗补给量。

2.1 降水入渗补给量

降水入渗补给量就是大气降水渗入到包气带中,并在重力的作用下,渗透补给地下水的水量,按下列公式计算:

式中:Qpr为大气降水年渗入量,m3/a;F为大气降水渗入面积,应扣除大中型水库水面面积,m2;α为多年平均降水渗入系数;P多年平均年降水量,m/a。

2.2 地下水侧向流入补给量

地下水侧向流入量,即山丘区地下水侧向补给平原区松散层地下水的水量,其计算公式为:

式中:Qlr为下水径流流入量,m3/a;K为含水层平均渗透系数,m/d;I为地下水水力坡度;B为垂直地下水流向的计算断面宽度,m;M为天然情况下,潜水或承压水含水层厚度,m;T不地下水径流补给时间,d/a。

2.3 河道渗漏补给量

当河水位高于河岸地下水位时,河水单侧渗入补给地下水的水量,按达西公式计算,其计算公式为:

式中:q为渗流量,cm3/s或 m3/s;v为渗透速度,cm/s或m/s;k为渗透系数,cm/s或 m/s,其物理意义是当水力梯度 i等于1时的渗透速度;A为试样端面面积,cm2或m2。

2.4 渠系渗漏补给量

当灌溉渠水位高于地下水水位时,渠水渗入补给地下水的水量。其计算公式为:

式中:Qcr为灌溉渠系渗入量,m3/a;Qc为渠首引水量,m3/a;m为渠系渗入系数。

2.5 田间灌溉渗漏补给量

田间灌溉渗漏补给量是指灌溉水进入田间后,经包气带渗入补给地下水的水量。按下列公式计算:

式中:Qf为灌溉田间渗入量,m3/a;Qf为渠灌进入田间的水量,m3/a;Qa为灌溉定额,m3/hm2;β为灌溉田间渗入系数;Ff为灌溉面积,hm2。

地下水总量计算成果详见表1。

表1 地下水资源总量计算成果一览表万m3/a

3 地下水可开采资源量计算

地下水可开采资源量,又称地下水可开采量,采用平均布井法和开采系数法计算。地下水可开采资源量计算方法以开采系数法为主,河谷等地段采用平均布井法进行复核。

3.1 开采系数法

由于平原区浅层地下水具有一定的开发利用条件,通过对实际开采量,地下水位特征及现状条件地下水补给量三者之间的关系,确定出合理的开采系数,则多年平均地下水可开采量等于开采系数与多年平均现状条件下地下水补给量的乘积。计算公式为:

式中:Qr为计算区多年平均地下水补给量,万 m3/a;ρ为开采系数。

开采系数是根据不同计算区单井涌水量和地下水降深确定。当单井涌水量大于20m3/h◦m,地下水降深小时,ρ取0.85～0.95;当单井涌水量 10～20m3/h◦m,地下水降深较小时,ρ取 0.75～0.85;当单井涌水量 5～10m3/h◦ m,地下水降深较大时,ρ取 0.65～0.75。

3.2 平均布井法计算地下水可开采量

计算公式采用

式中:Qap为地下水可开采量,万 m3/a;q为单井涌水量,m3/d;N为计算区内平均布井数,眼;t为机电井多年平均开机时间,d/a;R为单井影响半径,m。

地下水可开采资源量计算成果详见表2。

表2 地下水可开采资源量计算成果一览表

4 地下水资源开发利用现状、可持续利用及存在问题

4.1 地下水开发利用现状

现状鸡西市区地下水开采总量为85 887万m3,其中麻山区开采量为808.9万m3,占 9.41%;滴道区开采量为1 509.7万 m3,占 17.58%;城子河区开采量为1 536.4m3,占17.89%;梨树区开采量为 838.3万m3,占 9.76%;恒山区开采量为1 902.0m3,占 22.15%。;鸡冠区开采量为1 993.5m3,占 23.21%。地下水实际开采资源量计算成果详见表3。

表3 地下水实际开采资源量计算成果一览表

4.2 地下水资源可持续利用潜力计算

地下水可开采资源量(Q可采)与现状地下水实际开采量(Q开采)之差称为现状条件下地下水剩余资源量(Q剩余),它是衡量地下水开采潜力的依据。地下水资源数量的单位通常采用万 m3/a;水资源数量与面积的比值称为模数(单位为万 m3/a◦km2),表示单位面积上的水资源数量。地下水实际开采量(Q开采)与可开采资源量(Q可采)之比称为地下水开采系数(Kc),它是衡量地下水开发利用程度的指标之一。剩余资源量(Q剩余)与可开采资源量(Q可采)之比称为地下水剩余系数(Ks),它是衡量地下水开发利用潜力——可持续开发利用的主要指标之一。地下水资源可持续利用潜力为地下水可开采量减去地下水已经开发利用量,计算成果见表4。

由表4中可以看出,现状条件下区内地下水资源的利用已经处于超采状态,从行政分区来看,鸡冠区地下水超采最为严重,次为城子河区。

4.3 地下水资源可持续利用存在的问题

通过表4可以得出地下水资源可持续利用存在以下一系列的问题:

4.3.1 产水量下降

表4 地下水资源潜力计算成果一览表万m3/a

由于各区内地下水过量开采,形成两个降落漏斗。浅层地下水超采量已达300万m3,超采系数 1.25,最大水位下降深度55m。全市区地下水位下降 1.2～2.5m,造成部分机电井产水量下降,甚至报废,农业大口井无水,原有工矿企业不能达产,预期建设的厂矿被迫停建,影响了工农业生产和人们的生活质量。

4.3.2 水质污染

由于过量开采,地下水水质受到污染。据监测,城区内地下水中硫酸根离子、钾、钠离子浓度增大,氨氮值是周围地下水的 4.5倍,个别水井 CODMn值已达5.3mg/L,地下水属Ⅳ类水体。

4.3.3 不良环境地质现象出现

由于各区煤矿等矿山开采大量抽排地下水,加剧了地下水位下降趋势,导致煤矿周边地区地下水位大幅度下降,出现水源枯竭、地面塌陷等不良环境地质现象。

4.3.4 造成水事纠纷,影响社会安定

缺水引起地下水不合理开采,又造成新的超采,往往使原有水井报废,发生水事纠纷。这就造成企业与周围居民都因超采地下水发生水事纠纷。由于枯水季节产水量不足,居民饮用水困难,给当地居民的生产生活造成严重影响。一些企业限产,某些新建项目被迫撤消,给当地经济发展造成严重影响。

5 结论与建议

5.1 结论

鸡西市多年平均地下水资源量为9 459.2万m3/a,地下水可开采资源量为5 393.7万m3/a。评价结果表明,鸡西市属于地下水资源较为贫乏的地区,目前地下水资源处于较为严重的超采状态。特别是鸡冠区形成了较大的地下水位下降漏斗。另外其它各区的矿山开采大量抽排地下水,也加剧了地下水位下降趋势,导致煤矿周边地区地下水位大幅度下降,出现水源枯竭、水质恶化、地面塌陷等不良环境地质现象。

鸡西市这种地下水资源长期处于过量开采和疏干状态,地表水资源没有被有效利用,城市、工矿企业和人们日常生活用水极度缺乏,不得不靠域外调水来维持现状,致使一批重点建设项目,如:电厂扩建项目、青啤扩建项目、石墨深加工扩建项目等不能上马,使整个城市发展因水的匮乏受到极大的限制。

5.2 建议

水是不可缺少、不可替代的特殊资源,科学配置和高效利用有限的水资源是促进鸡西市可持续发展和生态环境保护与建设的基础。本文提出以下合理开发利用地下水资源、科学保护水环境、维护水生态基础及环境平衡的六项措施:

1)由于本地水资源开发潜力有限,除了提高本地区的水资源利用率,还要采取多种有效途径。如引用客水资源、发展污水处理产业、推广节水技术等。

2)加强统一管理机制,建立水资源管理的优化模式,进行地表、地下水的优化配置和科学管理,强化水资源管理制度的制定和实施。建立健全水资源管理与保护机构,完善水质水量监测队伍和系统监测网络,建立和完善水资源管理信息系统,科学、系统地管理水资源,以达到合理开发和持续利用的目的。

3)建议加快穆棱河谷平原地下水库的设计与建设工作;利用雨洪水或提引江河水人工补给地下水,充分利用河谷型地下水库的调节作用,实现地表水与地下水资源联合调度;合理利用地下水资源,腾空地下水库容,以合理提引过境地表水资源,为地下水库补充水源。

4)采取有力措施,合理分布机电井。对于水文地质比较复杂、含水层层数多的地段,在开采地下水时应做到分层取水,制止利用渗井、深坑排放有毒污染物的污水,防止地下水污染。加强鸡西市城区等主要地下水水源的开采量、水质、水位的动态监测工作,注意新建水源的开采情况,同时要对现有病险水库加以改造,提高其蓄水能力;加强观测井的基础设施建设。

5)鉴于人类活动加剧了地下水资源的恶化趋势,因此本区任何水资源开发利用方案,都必须以有利于生态环境的改善为主要出发点,促进自然生态向良性发展。

6)鉴于水资源的形成分布与降水分布具有密切的关系,且更多地受到人类活动的影响,建议开展开展人类活动影响水文循环及水资源演变规律研究,开展水资源精细评价和用水调查的精细研究。

[1] 鸡西市水政水资源管理办公室 .黑龙江省鸡西市城区地下水水资源开发利用规划报告[R].鸡西:鸡西市水政水资源管理办公室,2000.

[2] 鸡西市水利勘测设计所 .黑龙江省水资源综合规划鸡西市部分项目规划[R].鸡西:鸡西市水利勘测设计所,2006.

[3] 鸡西市水利勘测设计所 .黑龙江省鸡西市城市饮用水水源地安全保障规划报告[R].鸡西:鸡西市水利勘测设计所,2006.

[4] 鸡西市水政水资源管理办公室.2003年 ～2007年度水资源年报[R].鸡西:鸡西市水政水资源管理办公室,2003-2007.

[5] 鸡西市水政水资源管理办公室 .黑龙江省鸡西市地下水资源调查[R].鸡西:鸡西市水政水资源管理办公室,2009.