汝阳县城区供水水源地开采问题分析

郭立新，王琳琳，毛海辰，杨艳玲，刘长垠

（1.河南省陆浑水库管理局，河南 洛阳 471003；2.河南智安工程检测有限公司，河南 南阳 473000；3.灵宝市水利局，河南 灵宝 472500；4.河南水利与环境职业学院，河南 郑州 450008）

1 基本情况

汝阳县位于河南省西部、洛阳市西南部，因县城居汝河之北而得名。县域东接汝州市，西邻嵩县，南与鲁山县毗邻，北和伊川县接壤。县城东距省会郑州198 km，北距古都洛阳76 km，焦（作）枝（城）铁路和洛（阳）界（首）高速通过县境，伊鲁路、临木路贯穿全境。全县总面积1332 km2，地势南高北低，呈“七山二陵一分川”分布，辖8 镇5 乡和1个工业区，216 个行政村，总人口52 万人，其中县城区人口约10 万人。随着县域经济的发展和县城规模的不断扩大，需水量逐渐增加，其中根据县城区发展规划，到2030 年，需水规模为8万m3/d。

1.1 工程地质

1.1.1 地形

开采区属狭长的山间河谷盆地，四边为低山丘陵，中间为河谷平地，在河谷与低山丘陵之间的局部地段分布有山前洪积扇（裙），总的地形特征是北、南高，中间低。由于河谷的冲刷，西南、东南沿河谷低，两边高。

1.1.2 地貌

区内地貌依其成因、物质组成和形态特征，划分为流水地貌，又分为侵蚀地流水地貌和堆积流水地貌2种。河谷阶地分布于汝河南北两岸，仅有一级阶地；由第四系松散堆积物组成，阶面略向河床及下游方向倾斜，其前缘与漫滩呈渐变或陡坎接触，陡坎高0.50～2.00 m；后缘局部被坡洪积物覆盖。河谷漫滩沿汝河两岸展布，地面较为平坦，广布砂卵石层，漫滩后缘局部变为超漫滩，成为农田。

1.2 地质构造

汝河盆地形成于中新生代，北缘有汝阳－庇山断裂，南缘有王寨断裂，盆地内新生代沉积层厚度据区域资料分析200～320 m。汝阳河谷两侧及基地为古近系地层，局部为寒武系、石炭系，河谷属冲积形成阶地与漫滩呈内叠接触。区内未发现明显的构造迹象。钻孔资料分析，在工作区的东南部有一条掩埋的断裂存在，断裂方向北东-南西向，断裂面向北倾。

1.3 水文地质条件

汝阳县区内河流密布，切割较强烈，地貌类型多样，地层岩性组合复杂，决定了水文地质条件的特殊性和复杂性。主要表现在2 个方面：一是含水介质的多样性，既有松散层空隙和基岩裂隙含水介质，又有碳酸盐岩溶裂隙水和碎屑岩类孔隙裂隙水；二是水流系统的复杂性，受密集的水网和分水岭控制，区域上没有统一、连续的地下水流场，地下水顺地势向附近沟谷排泄，形成相互独立的地下水流系统，地下水总体丰富。

2 地下水资源量计算

2.1 计算参数的确定

根据工作试验资料计算，结合以前工作成果综合确定计算的各种参数见表1。

表1 计算参数取值一览表

2.2 计算方法

2.2.1 均衡法

根据工作区水文地质条件的分析，区内地下水运动的均衡方程式可表示为：

式（1）中：F—均衡区面积（m2）；μ—水位变动带重力给水度（无量纲）；△H—均衡时段内水位变幅（m）；△t—均衡时段长，取一年为周期；Q 降补—降水入渗补给量（m3/a）；Q 渠漏—渠道渗漏补给量（m3/a）；Q 灌渗—灌溉回渗补给量（m3/a）；Q 河补—河流入渗补给量（m3/a）；Q侧补—地下水侧向径流补给量（m3/a）；Q侧排—地下水侧向径流排泄量（m3/a）；Q开采—地下水开采量（m3/a）。

2.2.2 均衡时段的确定

根据收集资料分析，取2016 年为现状均衡计算年。

2.2.3 天然条件下各均衡要素的计算

2.2.3.1 降水入渗补给量多年平均78.23万m3/a。

其（2）中：Q降补—降水入渗补给量m3/a；α—降水入渗系数；X—多年平均降水量（m）；F—降水入渗补给区面积（m2）。

2.2.3.2 河流测渗补给量

自然状况下，区内河流均是地下水的排泄通道，不对地下水产生补给，只有在开采情况下，区内河水才会对地下水产生补给。

2.2.3.3 侧向径流补给量88.98万m3/a。

式（3）中：Q 侧补—侧向径流补给量（m3/ a）；K—含水层平均渗透系数（m/d）；J—地下水平均水力坡度；M—含水层平均厚度（m）；t—计算时间，取1年；B—径流补给断面的长度（m）。

2.2.3.4 农灌回渗量

区内农业灌溉分为井灌和渠灌两种，根据汝阳县水利局提供有关资料统计，计算工作区的农灌回渗量102.38 万m3/a。

根据灌溉定额、灌区面积，利用下式计算灌溉回渗量：

式（4）中：q—灌溉定额（m3/亩·年）；β—灌溉回渗系数；F—灌溉面积（亩）。

2.2.3.5 渠道渗漏量

县城附近灌溉引水渠主要是从漫流河截流引水，至城东区内引水渠长度约4 km，年引水量取382万m3，渗漏系数取0.05。

2.2.3.6 开采量

水源地区地下水的开采量主要是水源地生产井的开采，在自然条件下，即水源地投产前的状态，开采量为0。

2.2.3.7 侧向径流排泄量76.61万m3/a

式（5）中：Q侧排—侧向径流排泄量（m3/ a）；K—平均渗透系数m/d；J—地下水平均水力坡度；M—含水层平均厚度（m）；t—计算时间，取1年；B—径流排泄断面的长度（m）。

2.2.4 天然条件下均衡分析

工作区内地下水补给量与排泄量基本处于均衡状态，天然条件下，地下水的允许开采量就是天然补给量，即水源地21.26万m3/ a，工作区344.84 万m3/ a。

2.3 开采条件下的均衡计算

开采条件下，由于开采区地下水位下降，侧向径流排泄将不复存在，地下水的补给量则有开采条件下的降水入渗补给量、侧向径流补给量、河水侧渗补给量、农灌回渗量组成。其中，降水入渗补给量和农灌回渗量与天然状态下的量一致。

开采条件下的计算只计算水源地所在的地段。

2.3.1 河水对地下水的补给301.07万m3/a。

采用下式计算：

式（6）中：Q 河补—河流侧渗补给量（m3/ a）；K—补给地段含水层平均渗透系数m/d；J—河流补给地段的水力坡度；M—补给地段含水层平均厚度（m）；t—计算时间，取300 d；B—河流入渗补给断面的长度（m）。

2.3.2 侧向径流补给118.15万m3/a。

计算公式与前相同，但计算断面长度和水力坡度则有变化，综合开采条件下的各项补排量，开采条件下水源地内地下水的总补给量（即允许开采量）599.27万m3/a。

2.4 历年开采量分析

汝阳县城区开采井水源地已投产二十余年，根据开采量统计资料分析，年最大开采量约620万m3，即每天1.65万m3。

3 地下水资源评价

根据汝阳县城用水规划，到2030年需水量将达到8万m3/d。上层地下水资源量计算，现有水源地的允许开采量为599.27 万m3/a，即每天1.64 万m3/d，加上即将建设的玉马河供水工程（设计2万m3/d），尚有4.36万m3/d（即每年1591.40万m3）的缺口。

4 开采量变化

水源地开采量的变化分几个阶段：2013 年以前，每年开采量＜4 万m3；2014-2015 年，每年开采量＜4.30～4.90 万m3；2016年以后，增至6万m3/a。

2016 年的开采量猛增是因为汝河水面工程运行后，抬高了汝河水位，增大了河水对地下水的补给量。目前水源地的开采量已达到极限，且很大程度上依赖汝河水面工程蓄水的补给，一旦水面工程蓄水停止，水源地的开采量将锐减。根据最近2 年的资料统计，在汝河水面工程塌坝放水期间，水源地的开采量只能维持2014年的水平，即每天1.30 万m3左右。

4.1 水位变化

与建井初期相比，水源地生产井的水位下降0.50～3.00 m，相当于约四分之一的含水层被疏干。

4.2 水质变化

根据现有资料统计，水源地的水质在逐渐走向恶化见表2。

表2 水源地生产井质量分级检出样本统计表

综上，水源的开采量保障程度差，水质亦逐渐变差，若干年后，供水安全将无法保障。因此，从保证县城供水安全角度出发，必须未雨绸缪，尽快寻找新的替代水源。

5 结论与建议

5.1 结论

调查区内的地下水分松散岩类空隙潜水、碎屑岩类孔隙裂隙半承压水和碳酸岩类岩溶裂隙承压水3 类。松散岩类空隙水含水岩层岩性为第四纪粉土及砂卵石，碎屑岩类孔隙裂隙水含水层岩性以古近系砂砾岩为主，碳酸岩类岩溶裂隙水含水层岩性为寒武系灰岩。松散岩类空隙水的主要补给有降水入渗、侧向径流、渠渗、农灌回渗以及开采期间的河流侧渗；碎屑岩类孔隙裂隙水和碳酸岩类岩溶裂隙水的主要补给有降水入渗、侧向径流。松散岩类空隙水水量丰富，为区内的主要开采地段。经计算，天然状态下，区内地下水的开采资源量为344.84 万m3/a，即0.94 万m3/d；开采条件下，水源的开采量为599.27万m3/a，即1.64万m3/d。2016年，水源地的开采量为601.21万m3/a，即1.65 万m3/d，已达到极限。水源地地下水为无色、无味、透明、矿化度低的淡水，由于汝河水及其他原因的污染，2013 年至今，水质分析资料统计，均有超过三类水的元素存在，有的甚至达到了五类水的标准，供水安全存在隐患。

5.2 建议

加强汝河水、地下水的水质安全保护工作和水源地的开采量、地下水水位及水质监测工作，建立供水安全预防机制，及时发现问题，有效采取措施。现有的水源地已经运行数十年，随着区内整体地下水位的下降，水源地生产井的供水能力逐年减小。由于水源地距汝河近，水质极易受到汝河水的污染，有逐年变坏的趋势，水源地的供水量亦不能满足长期发展的用水需求。建议及早寻找补充水源，以满足县城的供水需求。