通过预测地下水埋深变化实现指导地下水安全开采的探讨

苏伟杰，王兵兵

(1.河北省张家口水文水资源勘测局，河北 张家口 075000;2.河北省邢台水文水资源勘测局，河北 邢台054000)

通过预测地下水埋深变化实现指导地下水安全开采的探讨

苏伟杰1，王兵兵2

(1.河北省张家口水文水资源勘测局，河北 张家口 075000;2.河北省邢台水文水资源勘测局，河北 邢台054000)

分析目前邢台地区面临的地下水超采问题，提出安全开采量的概念，并通过枯季(11月－次年5月)和汛期(6月－9月)分别预测地下水埋深变化的方法预测地下水未来一个月甚至一年的埋深变化，从而达到在地下水开采过程中根据降雨补给控制开采量，实现指导地下水安全开采。

地下水;安全开采;地下水预报

邢台市地表水资源严重匮乏，地下水是主要的供水水源。过量开采地下水，直接导致原有地下水系统的平衡遭受破坏，地下水资源供给危机的现象越来越明显。不合理的开采地下水，终究将直接导致区域地下水位下降、地下水质恶化、地面沉降等一系列问题，这些问题将严重制约社会经济的发展。基于此原因，研究地下水安全开采量的问题对经济社会的可持续发展具有重要的指导意义。

1 邢台地区目前地下水的取水现状

统计2001—2010年10年间的资料，邢台地区 2001—2010年间平均地下水开采量为16.4亿 m3，占总用水量的84.6%(具体数据见附表一)。根据邢台地区水文地质条件，浅层地下水补给来源主要是大气降水入渗补给;地表水入渗、灌溉回归及上游的侧向补给;深层水的补给来源主要靠其上部含水层的越流补给和侧向补给。由现有资料整理发现邢台浅层地下水漏斗区宁(晋)隆(尧)柏(乡)漏斗面积由2001年的590 km2增加到2010年的1 310 km2，深层地下水漏斗南宫市焦旺、琉璃庙至广宗董里集漏斗区面积由2001年的3 218 km2增加到2010年的4 430 km2，浅层漏斗区地下水埋深由2001年的52.10 m 增加到2010年67.31 m。［1］

以上数据表明邢台地区面临着严重的地下水超采问题。

2 地下水安全开采量的提出

根据质量和能量守恒定律，地下水可开采量取决于地下水的补给量。综合考虑可持续开采量和允许开采量的定义，考虑到现实有规律的开采地下水不应导致对地下水储存资源量、水质的破坏，本文在总结前人研究的基础上针对邢台地区目前取用水现状及超采情况提出地下水的开采应实现安全开采。

表1 邢台地区历年地下水开采量及用水量统计表

在不破坏环境为前提的情况下，开采量应小于等于补给量，考虑经济、社会、水利工程等影响因素的关系，综合允许开采量、可持续开采量和安全开采量已有的内涵，将安全开采量定义为:在一定时期内，通过技术经济合理的取水方案，在不产生不能承受的生产环境问题，满足地下水资源、生态环境和地质环境等工程的前提下，达到地下水资源可持续开发利用的最大开采量［2］。在这一定义下，地下水安全开采量涵义可以理解为1、地下水安全开采量一方面取决于当代技术能力、经济水平和自然循环条件，另一方面则受制于社会可持续发展和维持生态坏境健康的最低要求;2、地下水安全开采量是动态的，上述要素任意其一发生改变，安全开采量都有可能随之发生变动。因此实现地下水安全开采需要严格监控地下水埋深变化及地下水水质变化。

3 通过预测地下水埋深变化指导地下水安全开采

邢台地区地下水的补给源于降雨入渗，降雨通过在土壤中的入渗到达地下水面。地下水的排泄最主要的是补给河道基流和人为开采，但是邢台地区绝大部分平原地区地下水位已低于河底，不存在地下水对河流的补给，因此影响地下水位变化最主要的因素是降雨和人为开采。这两个主要影响因素中，由于开采量由人口数量、耕地面积等因素决定，与降雨相比年际变化较小，特别是90年代以来人口、耕地和耕作方式变化较小，因此开采量相对而言对水开采属于稳定影响因素;由降雨量的年际变化及地下水监测资料情况分析，降雨量为主要因素影响地下水位的变化，根据邢台地区降雨年内变化规律，以为枯季和汛期分别将地下水位变化与降雨量建立关系。

3.1 枯季各月多年平均地下水埋深预测

根据邢台地区目前积累地下水埋深监测数据变化研究，邢台地区每年11月至次年5月由于降水量稀少，地下水位的月变幅与降水量几乎没有什么关系，地下水变化主要受开采量影响，以公式(1)预测区域地下水平均变化幅度。

式中:Hi+1为下月末区域平均埋深(m);Hi为本月末区域平均埋深(m);为本月末—下月末历年区域平均埋深变幅(m)。

以邢台地区沙河市为例，统计1991－2005年沙河地区枯季各月多年平均地下水位变幅如表2。

表2 区域月平均埋深变幅表

根据附表二计算11月区域平均地下水埋深实测和模拟对比(见附表一)发现，根据上述预报方法计算多年平均相对误差为0.02 m，绝对误差为0.13%。同理计算12－5月地下水埋深实测值和预报值比较。发现其误差均未符合预报精度需求。因此，以此方法根据预报地区多年地下水观测资料可以预测未来6个月地下水埋深变化趋势。

表3 11月区域平均地下水埋深实测和模拟对比

3.2 汛期各月多年平均地下水埋深预测

由于邢台地区6－10月降雨量占全年降雨量的75%～80%因此在这四个月降雨能够渗入下层土壤补给地下水，6～10月的地下水位变化趋势受降雨影响比较明显，降雨量与地下水位变化值的相关系数较大，如图1为邢台沙河地区5、6月合计降雨量与6月末－5月末地下水埋深变幅图，其相关关系较好;所以建立区域面平均降雨量与区域面平均月地下水位变幅的相关图来预测6－10月份地下水埋深变化

图1 5、6月合计降雨量与6月末－5月末地下水埋深变幅相关图

4 结语

地下水超采最直观的体现是地下水位持续下降，因此，采用地下水预报的方法，动态的预报地下水埋深变化过程，同时通过考虑取水层水文地质情况、取水层岩性，及该层水质情况达到对地下水开采量及开采程度的指导作用。

［1］邢台水文水资源勘测局.邢台市水资源公报［M］.2001－2010.

［2］王振龙等.地下水安全开采量的概念与评价方法研究［J］.水文.2010，2.

P641.74

B

1004－1184(2012)03－0081－02

2012－01－04

苏伟杰(1982－)，男，河北宣化人，助理工程师，主要从事水资源开发利用。