安阳地下水超采评价

古 今

（河南省地矿局第一地质环境调查院，郑州450045）

随着水资源供需矛盾的日益突出，加上缺乏对地表水和地下水的统筹规划，使得水资源无法得到合理的开发和利用，地下水超采问题日益严重［1］。地下水超采评价，旨在为合理开采与保护地下水资源，优化城市供水结构［2］，保障饮水安全，以及为城市地下水压采、限采方案的编制提供科学依据。

1 地质背景条件

评价区第四系广泛覆盖，本次评价只涉及浅层地下水，根据钻孔揭露情况，现将区域第四系地层简述如下。

1.1 地层

第四系（Q）

1）下更新统（Q1）：主要出露于韩陵山和北岗等地，岩性为一套棕红色冰碛泥砾，砾石成分以石英岩、石英砂岩为主间夹少量灰岩。

2）中更新统（Q2）：地表无较大面积出露，主要见于冲沟壁上，上部为棕红色黄土状土，下部为厚度不等的砾岩和砾石层。

3）上更新统（Q3）：上部为灰黄色黄土状土，下部为卵砾石层，砾石成分以灰岩为主，石英砂岩次之。

4）全新统（Q4）：由一套冲积和冲洪积相组成的黄灰、灰黄、灰褐色粉质黏土，局部夹薄砂层和黏土层透镜体。河床部位及其两侧颗粒稍粗，以粉质黏土为主，厚度一般小于10m，局部可达12m。

1.2 构造

主要可分成2个断裂构造体系、4个构造带，分述如下。

1.2.1 北北东向断裂构造体系

1）安阳西断裂带。该断裂带为太行山前断裂带的组成部分，分布在安阳市的西部，总体走向北东30°，断裂带宽度达6km之多，皆向南东倾，均为正断层。

2）安阳东断裂带。该断裂带为复杂断裂带，分布在安阳市的东部，宽度2～3km，它是由近南北或略呈北北西向平行排列的4条断裂组成。

1.2.2 北西西向断裂构造体系

1）安阳南断裂（F1）。本断裂长度约18.6km，走向北西西，倾向北，为正断层。西段出露地表，东段倾伏地下40～100m，顶端地层落差10～40m不等，切割第四系和第四系下更新统部分。

2）安阳北断裂（F2）。该断裂走向120°，倾向210°，长度13.8km，为正断层。该断裂西部露出地表，东部倾伏于地下。

2 水文地质条件

2.1 含水岩组的组成

根据含水介质及其富水性的差异，将评价区划分为4个水文地质区。

1）安阳河冲洪积扇松散层孔隙水区（Ⅰ区）。安阳河冲洪积扇扇顶位于水冶镇西山前地带，三面被丘陵岗地环绕，向东敞开，封闭条件较好，构成一完整的水文地质单元。本次超采区评价就是对该区进行可开采量评价。

2）漳河冲洪积扇松散层孔隙水区（Ⅱ区）。冲洪积扇南半部分布在评价区北部，含水介质亦由中、上更新统砂砾、卵石层组成，由西北向东南颗粒由粗变细。

3）天喜镇—水冶丘陵岩溶裂隙水区（Ⅲ区）。富水性受岩溶发育和地下水径流等因素控制，空间分布极不均匀。强富水区主要分布在岩溶水的排泄区和断裂旁侧裂隙带。

4）西部缓丘地带孔隙裂隙水区（Ⅳ）。含水介质主要为新近系上新统半固结砾岩，砂岩、其富水性受含水层岩性及裂隙发育程度影响，在空间上分布极不均匀，垂向上亦不连续，含水层有2～3层。单层厚度2～20m，水位埋深在3～30m左右。

2.2 地下水补给、径流与排泄条件

评价区地下水的补给、径流、排泄特征明显地表现出受地形地貌、地层岩性、地质构造、水文气象及人为活动的影响。

1）地下水的补给。本区地下水的补给来源以降水入渗和河渠渗漏补给为主，其次还有大面积农田灌溉回渗及侧向径流补给。

2）地下水的径流。本区地下水的总体流向是由西向东流，由于超量集中开采，已在安阳市区形成大面积水位下降漏斗，改变了地下水原来的径流方向，使得周围的地下水集中向漏斗中心径流。

3）地下水的排泄。地下水的排泄方式主要是人工开采。

3 地下水可开采量计算

3.1 计算范围

安阳市城市及邻近地区地下水储藏在安阳河冲洪积扇松散岩类孔隙含水层组之中，该含水层是安阳市城市主要的开采目的含水层组，且安阳河冲洪积扇三面被丘陵岗地环绕封闭，构成了完整的水文地质单元。因此，本文以其为评价对象，评价区面积为221km2。

3.2 计算公式

对于浅层地下水来说，任意时段的补给量和消耗量之差，等于该时段含水层水体积的变化量。

根据地下水补给与消耗项的实际情况有如下均衡方程式：

式中：Q补为Δt时段内综合补给量；Q消为Δt时段内综合消耗量μ为Δt时段内浅层地下水体积的变化量；μ为地下水水位变动带岩层重力给水度；Q侧为侧向径流补给浅层地下水量；Q降为降水入渗补给浅层地下水量；Q河渠为河流及渠系补给浅层地下水量；Q井回为地下水灌溉回渗量；Q渠回为渠灌入渗补给浅层地下水量；Q井为井水厂开采浅层水量；Q自为各厂矿自备井开采消耗水量；Q农为农田灌溉开采浅层水量；Q人畜为郊区人畜用水开采浅层水量。

此公式认为：由于安阳市城区开采量较大，浅层地下水位下降，评价区浅层地下水位埋深大于4m，均超过蒸发极限深度，故未计算浅层地下水蒸发量。评价区已形成浅层地下水水位降落漏斗，形成地下水分水岭为零通量边界，评价区内浅层地下水已无侧向径流排泄。

3.3 补给量计算

3.3.1 降水入渗补给量

降水入渗是评价区浅层水较主要的补给来源。选择1998年（偏丰水年），1996年（平水年）和2002年（偏枯水年）分别进行降水入渗补给量计算。

计算公式为

Q降＝P·C·α·F，

式中：Q降为降水入渗补给量；P为年降水总量；C为年有效降水系数（取C＝0.75）；α为降水入渗补给系数；F为计算区面积。

3.3.2 侧向径流量

计算公式为

Q侧＝K·M·I·B·t，

式中：Q侧为侧向径流补给量；K为含水层渗透系数，西部断面为350m／d，北部断面为123.22m／d；M 为含水层厚度，西部断面含水层厚度1996年采用18m，1998年采用12m，2003年采用9m，北部断面采用4m；I为水力坡度，1996年、1998年、2002年，西部断面分别为0.006、0.007、0.008，北部断面分别为0.008、0.003、0.003；B 为计算断面长度，西、北部两断面，1996年、1998年、2002年分别为：10.50、7.50，10.75、7.50，10.75、7.50km；t为时间（1a）

3.3.3 河渠水补给量

评价区有安阳河水及万金渠水地表水体，分别计算其渗漏补给地下水量。

3.3.3.1 安阳河水

补给量采用经验公式计算

Q河渠＝0.864·A·q1－m，

式中：Q河渠为单位长度河渠漏失补给地下水量（m3／d·m）；q为河渠输水流量（m3／s）；A、m 为反映河道土壤透水性系数，安阳河道底部岩性为粉质黏土，取A＝1.9，m＝0.4。

安阳河在评价区的径流长度为15km。

3.3.3.2 万金渠

万金渠目前已大部分整修衬砌，渠道漏失量较小，采用1984年实测万金渠漏失量的1／10计算对浅层水的补给量。

3.3.4 灌溉回渗量

3.3.4.1 井灌回渗量

计算公式为

Q井回＝Q农·β，

式中：Q井回为农业灌溉开采浅层地下水回渗量；Q农为农业灌溉开采浅层水量；β为灌溉回渗系数（0.10）。

3.3.4.2 渠灌回渗量

万金渠在历史上是有名的灌渠，解放后经有计划的整修，已遍布安阳河冲洪积平原上，目前已变成排污渠道，其灌溉渗入量是不可忽视的补给源。

采用经验公式计算其入渗补给量：

Q渠回＝V·F·n·β渠，

式中：Q渠回为渠灌入渗补给量；V为亩次灌水量（采用V＝82m3／亩·次）；F为灌溉入渗面积（采用调查资料F＝44.25km2亩）；n为实灌次数（丰水年1998年2次，平水年1996年3次，枯水年2002年6次）；β渠为渠灌入渗系数（β渠＝0.2）。

3.4 消耗量

1）安阳市有开采浅层水的井水厂5个，开采井60眼。其开采量根据安阳市水务总公司及安阳市节水办统计数据。

2）各厂矿自备井开采量，根据安阳市水务总公司统计调查资料。

3）农业开采量。评价区面积1996年、1998年、2002年分别为156、153、221km2；城区面积1996年、1998年、2002年分别为10、14、63km2；渠灌面积66km2。土地有效利用系数按2／3考虑，水利化程度以80%计。灌溉定额丰水年（1998年）250m3／亩，平水年（1996年）350m3／亩，枯水年（2002年）420m3／亩。（1亩 ≈666.7m2）

4）农村人畜用水开采浅层地下水量。1998年、1996年、2002年评价区内农村人畜用水面积分别为139km2、146km2、159km2；人口密度按经验系数1 000人／km2。人口饮用水量（含禽畜）按100L／（人·d）计。

3.5 可开采量计算

评价区为安阳河冲洪积平原，浅层地下水开采水平高，可开采量采用开采系数法评价比较适宜，即总补给量乘以开采系数求得，用公式表示如下：

Q可开＝Q总补·β，

式中：Q总补为浅层地下水总补给量；β为可开采系数，采用β＝0.8。

3.6 计算结果

1998年、1996年和评价年2002年3年的一般超采区浅层地下水补给量、消耗量、可开采量、超采量和超采系数见表1。由表1可见，多年平均浅层水消耗量14 734万m3，可开采量为11 977万m3，平均超采系数0.23。

表1 超采区各典型年浅层地下水可开量评价成果表

4 地下水超采评价

依据《导则》［3］规定原则，划定安阳市城市浅层地下水超采区情况如下：

1）超采区面积221km2，属中型地下水超采区；

2）水位下降的一般超采区，10a年均水位下降速率0.25m／a，超采系数0.23。

超采区长期过量开采地下水，产生浅层水水位下降漏斗，会引发环境地质灾害，使开采区出水量减少，耗能增加，抽水成本加大。为改善和避免由于超采带来的一系列问题，安阳市应优化城市供水水源结构，严格控制城区地下水资源的开采，科学有序地封停自备井，积极开发替代水源，设地下水监测预警系统和多目标动态监测网络，做好地下水、地表水、地质环境的监测和研究工作。

［1］锦绣.水资源匮乏凸显地下水超采问题［N］.大同日报，2007－11－14（002）.

［2］江东，陈佩佩.地下水超采引发的城市环境危机和对策初探［J］.环境保护，1999，33（4）：43－44.

［3］水利部综合事业局.SL286—2003，地下水超采区评价导则［S］.北京：中国水利水电出版社，2003.