平邑县重点区地下水资源量模拟计算及开发前景预测

班国德

(山东省平邑县农业农村局，山东 平邑 273300)

1 平邑县水源地概况

平邑—温水水源地在平邑县水资源规划中占有重要地位，是水资源规划的重点。平邑县城是全县政治、 经济、文化中心，现有居民人口24.68万，日取水量约3万 m3；温水是该县的重要工业区，有山东易达热电科技有限公司、冠鲁集团水泥厂、山东恒源铝业有限公司等重要工业，也是全县的用水大户，日取水量2.5万 m3；再加上农业灌溉和农村人畜生活取水，全区每年取地下水量在2 000万 m3以上，占全县地下水总开采量的1/3还多。因此，搞好重点区地下水资源的分析研究，加强对该区地下水资源的统一调度及合理规划，解决重点区水资源供需矛盾，促进全县国民经济的持续发展具有重要的指导意义。

2 重点区水源地水文地质特征

平邑—温水水源地位于行政区中西北部， 地处浚河中上游，面积229 km2，平邑、温水处于同一水文地质单元。 本区主要含水层是中奥陶统马家沟组3—6段灰岩，岩性主要为厚层灰岩、 白云质灰岩、 结晶灰岩、 豹皮灰岩及泥质灰岩等。水源地南部和东南部是裸露的寒武系灰岩山区，也是水源地地下水的补给区，北部奥陶系灰岩隐伏于侏罗系地层之下；东部是甘霖—铜石断裂和侏罗系阻水地层；西部与泗水境内灰岩连接，水力联系密切，该区第四系覆盖层较薄，一般为0～10 m，底部为细砂土，透水性较强，由于覆盖层薄，水位埋深大，大部分第四系无含水层，第四系水直接入渗补给灰岩水。

平邑—温水水源地奥陶系灰岩裂隙岩溶发育，含水层厚度10～80 m，含水层顶底板埋深一般为20～220 m，钻孔单位涌水量一般大于200 m3/d·m，温水附近最富水，如造纸钻孔单位涌水量达2 000 m3/d·m。地下水位埋深 15 m左右，水位标高一般为135～140 m。灰岩地下水水质较好，仅平邑城区一带部分钻孔受地表污水影响造成水化学成份含量及矿化度偏高，水质稍差，其余矿化度均低于0.5 g/L，属HCO3-Ca型水，适宜工业、生活用水。

该区地下水除在雨季直接接受降水入渗补给外，主要受南部山区寒武系灰岩地下水的侧向潜流补给，排泄于浚河与泗河。依据地下水动态观测资料表明，平邑附近地段，由于地下开采集中，形成了以平邑为中心小范围的降落漏斗，使周围灰岩地下水向平邑城区径流，并在平邑城区西部形成平邑与泗水两个行政区地下水分水岭。受地下水补给量和本区开采量的影响，两行政区地下水分水岭位置发生一定变化， 枯水季节或枯水年，分水岭位置向西移；而丰水季节或丰水年，分水岭位置将东移至平邑。

3 重点区地下水资源状况

3.1 重点区地下水资源分布特征

本区地下水含水层为石灰岩地层，它是全县具有开采价值的重要含水岩组，地下水资源十分丰富，但其分布很不均匀。根据地下水资源计算成果，全区地下水资源量为 4 535万 m3，可开采最为3 656万 m3，2019年实际开采量为1 883万 m3，占可开采量的51.5%。

该区南部山丘区为地下水的补给区，地势高，起伏大，含水层岩溶裂隙发育弱，水位年变幅大，地下水不易开发利用。北部为地下水的径流—排泄区，地势平缓，含水层岩溶裂隙发育强、厚度大，富水性好，水位埋藏较浅，年变幅较小，易于开采。目前地下水开采除零星分布的农村生活取水和季节性的农田灌溉取水外，地下水的开采均集中于平邑城区和温水工业区，该区以富水面积大、调蓄能力强、富水性均匀、补给来源充分为特点，是良好的供水水源地。

3.2 重点区水源地开采必要性分析

根据平邑—温水地下水开采量的计算结果，该水源地为一大型水源地。进入八十年代以来，该区地下水的开采量逐渐增加。受开采水平的影响，地下水位变化幅度较大。由于平邑、温水处于同一水文地质单元，实际该水源地为两个集中开采区，两地的地下水开采均对地下水位有相同的影响，据动态资料分析，该区地下水位受降水量、开采量及水库灌溉的综合影响。因平邑集中开采区处于温水泉的径流区，考虑到水环境地质问题，在不影响温水一带地下水开采量的情况下，对平邑城集中开采区的开采前景做进一步分析是十分必要的。

4 重点区地下水资源量模拟计算

对平邑城区集中开采区地下水资源开采前景，利用计算机采用Excel数据分析工具库进行分析。根据2010-2019年十年来的平邑城区地下水动态资料，建立水位与降水量、灌溉用水量、开采量关系的多元回归方程，自变量Y为年末水位，因变量X1为降水量，X2为灌溉水量，X3为年地下水开采量。

4.1 采用数据

通过查询县气象局2010-2019年降水资料、平邑县唐村水库管理处灌区灌溉用水量统计年报、平邑县水资源统计公报地下水开采量数据，进一步查询平邑县城区地震观测井地下水动态观测资料，上述数据经多方核查，较为可靠，可作为原始数据进行预测。数据统计结果见表1。

表1 平邑城区地下水水位、 降水量、上游灌溉水量和开采量数据

4.2 建立回归方程

计算因变量Y(年末水位)和自变量X1(降水量)之间的相关系数，确定回归模型类型，绘制散点图。通过电子表格中数据分析—相关系数分析，计算年末水位降水量之间的相关系数为0.894 476，为强相关，可建立年末水位降水量等相关因素的多元回归方程(见图1)。绘制年末水位和年降水量散点图，见图2，由图看出相关性非常强。

图1 年末水位降水量等相关因素的多元回归方程

图2 年末水位-年降水量散点图

4.3 回归分析

用Excel电子表格中数据分析库里的回归来做分析(见图3)。

图3 回归分析

Y是因变量，为2010-2019年末水位，X值是自变量，分别是2010-2019年各年末降水量X1、灌溉水量X2、年开采量X3，选定并输入数据(见图4)。

图4 输入变量数据

选择确定后，电子表格运行结果见图5。

图5 运行结果

4.4 回归方程的检验

(1)回归统计表(表格1)中，Multiple R为相关系数R值，R大于0.8表示强正相关。本次模拟计算相关系数R值为0.995 114 265，复相关系数之大， 充分说明地下水位与当年降水量、水库灌溉用水量和地下水年开采量关系极为密切。

回归统计表(表格1)中，R Square为判定系数，取值范围是[0，1]，R Square值越大，表示模型拟合的越好。一般大于70%就算拟合的较好，60%以下的需要修正模型了。本次模拟计算R Square值为0.990 252 4，模型拟合相当好。

回归统计表(表格1)中，Adjusted RSquare是调整后的R方，这个值是用来修正因自变量个数增加而导致模型拟合效果过高的情况，用于衡量多重线性回归。本次模拟计算方案Adjusted R数值为0.985 378 6，相当不错。

(2)方差分析表(表格2)中， Significance F是回归方程总体显著性检验值。Significance F值主要反映了因变量与自变量之间的线性关系是否显著，关系是否恰当。其值越小越显著。本模拟计算模型计算结果为2.018 59E-06，趋于0，说明该方程因变量与自变量之间线性关系十分显著。

(3)回归系数表(表格3)中， P-value(P值)主要用来检验回归方程系数的显著性。如果P值>0.05，则结果不具有显著的统计学意义，如果0.01

(4)残差输出表(表格4)中，得到预测值，计算其残差和标准残差，该回归方程标准残差最大为1.94%，小于允许值5%；且残差图符合正态分布，可用该模型进行预测。

4.5 多元回归方程模型

根据(表格3)中数据，从而得到回归方程式为：

Y=128.39+0.008 203X1+0.001 214X2-0.002 005X3

式中：Y为年末水位(m)；X1为年降水量(mm)；X2为灌溉用水量(万m3)；X3为地下水年开采量(万m3)。

用这个方程式较好地描述平邑集中开采区地下水位变化与影响因素的关系，故此，可用此方程做模型来预测平邑城区开采前景。

4.6 多元回归方程计算值与实测值比较曲线图

根据残差输出表(第4个表格)，得到计算值，与实际观测值进行比较，用上述回归方程计算的十年内水位曲线与实测水位曲线拟合极好，更直观地说明这种关系(见图6)。

图6 多元回归方程计算值与实测值比较曲线图

5 平邑县城区水位水量预测

据多年降水资料和唐村水库灌区灌溉面积，依不同保证率的降水量和灌溉用水量，按不同开采方案分别预测，预测结果见表2。从表中看出：

表2 平邑城区水位水量预测

(1)同一开采方案里降水保证率越高，预测的年末水位值越低。

(2)几个开采方案里，按不同保证率计算的年末水位都未低于限制的最低水位。

(3)因预测的水位是年末水位值，考虑到下一年雨季到来之前还有2～3 m的下降幅度，平均降幅按2.5 m计算，方案III既能充分开采地下水，又有较大的保险系数， 是较好的预测方案。

因此平邑城区今后的地下水开采量可以达到4万 m3/d， 比目前的开采水平3万 m3/d 还有较大的潜力。

6 结语

平邑-温水重点区地下水资源丰富，水质较好，取水前景广阔。在该区建立年末水位、年降水量和年开采量之间的多元回归方程，用该方程做模型来预测重点区地下水开采前景，提出地下水开采合理方案，进一步提高了地下水开发利用规划的可靠性，保证了重点区地下水资源的合理、有效、持续利用，为今后指导地下水开发利用和实施有效管理提供科学依据，有力保障了该县国民经济持续发展。