黑龙洞泉域地下水资源供需平衡分析研究

摘要：黑龙洞泉域为北方著名的岩溶大泉，水质优良，是重要的供水水源地。随着经济的发展，对泉域开采量加大，造成地下水位下降，泉水断流。本文通过分析60年内泉域地下水资源量及排泄量，研究其供需平衡关系，为泉域保护提供技术支撑。

关键词：黑龙洞;地下资源;供需平衡;水资源保护

中图分类号：X143 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）10-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.10.131

Abstract：Heilongdong Spring is a well-known karst spring in the north， with excellent water quality and an important water source.With the development of the economy，the exploitation of the spring area has increased，which has caused the groundwater level to drop and the spring water to stop flowing.This paper analyzes the quantity of groundwater resources and discharge in the spring area within 60 years，studies the balance between supply and demand， and provides technical support for the protection of the spring area.

Key words：Heilongdong;Underground resources;Supply-demand balance;Water resources protection

黑龙洞泉域位于太行山东麓，地理坐标为东经113°40′-114°20′，北纬36°13′-36°54′，包括邯郸地区西南部及河南省安阳地区北部，总面积2 404.45km2，为独立的封闭程度较高的全排型岩溶水系统[1]。黑龙洞泉域水质优良，是重要的供水水源，承担着农业、工业、城镇用水等重要功能[2]。常年的地下水开采，曾一度造成地下水位下降，黑龙洞泉群断流。因此，研究黑龙洞泉域地下水资源量，分析其供需平衡关系，对于黑龙洞泉域合理开发利用具有重要意义。

1 地下水资源量分析

黑龙洞岩溶水系统为相对独立封闭程度较高的全排型岩溶水系统。本次采用均衡法评价计算岩溶水系统的岩溶地下水资源量。

1.1 均衡方程的建立

黑龙洞岩溶水系统主要接受大气降水入渗补给，次为河流渗漏补给，天然状态下泉群是唯一排泄途径，现以人工采排为主，次为泉排。据此，建立如下均衡方程：

Q总补=Q总排                             a

Q总补=Q降补+Q河补                        b

Q总排=Q泉排+Q人工开采+Q矿井疏排水               c

式中： Q总补——岩溶水系统内岩溶地下水多年平均补给量（m3/a）;

Q降补——岩溶水系统内岩溶地下水多年平均降水入渗补给量（m3/a）;

Q河补——岩溶水系统内岩溶地下水多年平均河谷渗漏补给量（m3/a）;

Q总排——岩溶水系统内岩溶地下水多年平均排泄量（m3/a）;

Q泉排——岩溶水系统内岩溶地下水多年平均泉群排泄量（m3/a）;

Q人工开采——岩溶水系统内岩溶地下水多年平均人工开采量（m3/a）;

Q矿井疏排水——岩溶水系统内岩溶地下水多年平均矿井（煤、铁矿）疏排水量（m3/a）。

1.2 地下水资源量均衡计算

黑龙洞岩溶水系统岩溶水多年平均补给量，以上述岩溶水补给特点为依据，考虑到自1959年以来，气象观测资料充足，但缺乏系统的地表水系渗漏等长观资料，故引进综合入渗系数α来计算岩溶水的天然资源量[5]。

公式转化为：

Q总补=Q降补+Q河补=P · α · F                    d

式中：P—多年平均降水量（mm/a），采用計算时段内平均降水量（mm/a）;

α—降水综合入渗系数;

F=1 262 km2（灰岩裸露区面积）。

根据多年动态规律，采用水量均衡法推求综合入渗系数。1959-1976年间，大约包括两个气象周期，含枯、平、丰及特大丰水年。根据区内观测孔的资料统计，尽管地下水位随大气降水季节性变化表现出一系列周期性起伏，但由1959年（初水位134.08m）累计至1976年（末水位134.00m），水位总变幅△h≈0，即Q补给≈Q开采=P·α·F，由此得到综合入渗系数计算公式：

α=Q开采/（P · F）                                 e

式中：Q开采—均衡区1959-1979年岩溶水平均开采量，39464.37×104m3/a

P—1959-1979年平均降水量，607.8mm/a;

F=1 262 km2（灰岩裸露区面积）。

经计算：α=0.515

Q补给= Q降补= P×0.515×1262

经计算得黑龙洞岩溶水系统岩溶水多年平均补给量如下：

1959年—1979年平均补给量为38 027.40×104m3/a（12.06m3/s）;

1980年—1989年平均补给量为32 811.07×104m3/a（10.40m3/s）;

1990年—1999年平均补给量为33 522.74×104m3/a（10.63m3/s）;

2000年—2018年平均补给量为37 331.98×104m3/a（11.84m3/s）。

2 地下水资源排泄量计算

黑龙洞岩溶水系统排泄方式包括泉水排泄、人工开采、矿坑排水等几种形式。1959年—1979年以人工采排量较少，以泉排为主，1980—1989年、1990—1999年、2000年—2018年为人工采排量较大、以人工采排为主或全人工采排。

黑龙洞岩溶水系统岩溶水多年平均排泄量计算：

Q总排=Q泉排+Q人工开采+Q矿坑排水

式中：Q泉排、Q人工开采、Q矿井疏排水（包括煤矿疏排水量）均为前人调查、实际观测及核实统计的实际资料。

经计算黑龙洞岩溶水系统岩溶水多年平均排泄量如下：

1959年—1979年平均排泄量为39 682.59×104m3/a（12.58m3/s）;

1980年—1989年平均排泄量为33 959.90×104m3/a（10.77m3/s）;

1990年—1999年平均排泄量为33 970.20×104m3/a（10.77m3/s）;

2000年—2018年平均排泄量为35 027.06×104m3/a（11.11m3/s）。

3 地下水资源供需平衡分析

通过对黑龙洞泉域60年地下水资源量及排泄量计算，进行地下水资源供需平衡分析，均衡计算结果如下：

1959年—1979年平均补排差为-1 655.18×104m3/a（-0.52m3/s）;

1980年—1989年平均补排差为-1 148.83×104m3/a（-0.36m3/s）;

1990年—1999年平均補排差为-447.46×104m3/a（-0.14m3/s）;

2000年—2018年平均补排差为2 304.92×104m3/a（0.73m3/s）。

4 黑龙洞岩溶水系统岩溶水多年可采资源量

采用可开采系数法计算黑龙洞岩溶水系统岩溶水多年可采资源量，可开采系数的参考取值范围 0.875～1.0，根据实测的地下水位动态资料与调查核实的开采量资料分析，最终得到黑龙洞岩溶水系统岩溶平均可开采系数为0.95，通过计算得出黑龙洞岩溶水系统岩溶水多年可采资源量见表1。

由于大气降水周期一般为十年，均衡计算采用计算时段较长，均达到或超过了一个大气降水周期，计算结果黑龙洞岩溶水系统不同阶段总补给与总排泄量基本均衡，说明均衡方程正确，计算采用的参数合理，调查统计的各种排泄量符合实际。

5 结论

通过采用均衡法对黑龙洞泉域进行60年的地下水资源量计算，开展供需平衡分析，黑龙洞泉岩溶地下水年平均资源量为35 423.30×104m3/a，地下水可开采资源量为33 652.13×104m3/a，能够满足泉域内对地下水开采的需求。今后要继续加强地下水资源管理，严格控制泉域内地下水开采，促进地下水资源的可持续利用。

参考文献

[1]吴旭.邯郸市黑龙洞泉域地下水超采区评价[J].地下水，2014，36（06）：90-92.

[2]叶小华.铜陵地区地下水资源开发利用与保护研究[J].环境与发展，2018，30（07）：237+239.

[3]王春辉，王冉昕.呼和浩特市地下水资源面临的问题与对策[J].内蒙古环境保护，2000（01）：44-45+47.

[4]李旭东，全化民.乌海市地下水资源状况及可持续利用对策[J].内蒙古环境保护，2004（01）：49-51.

收稿日期：2020-08-09

基金项目：河北省研究生创新资助项目资助，171290080015。

作者简介：马志敬（1987-），男，汉族，在读博士，工程师，研究方向为水文地质工程地质。