大规模开采条件下地下水位动态特征与开发评价<br/>——以山东双村岩溶水系统为例

大规模开采条件下地下水位动态特征与开发评价
——以山东双村岩溶水系统为例

2021-08-30周亚醒朱凤娜付一夫许鹤鹏

资源环境与工程 2021年4期

周亚醒，朱凤娜，付一夫，陈芳，许鹤鹏

(1.山东省鲁南地质工程勘察院(山东省地勘局第二地质大队)，山东济宁 272100；2.济宁市岩溶地质重点实验室，山东济宁 272100)

21世纪以来随着经济社会的发展、人口的增加以及生活水平的不断提高，人类对水资源的需求越来越大；地下水因分布范围广、使用方便、水质优良以及动态要素稳定等特点，成为工农业生产和居民生活的主要供水水源。由于地下水资源的不合理开采，造成了区域性地下水水位持续下降、水质恶化以及各类环境地质问题，制约了地下水资源的可持续开发利用[1]。本文以山东双村岩溶水系统为例，在长期监测数据的基础上，详细刻画地下水水动力特征，分析大规模开采对含水系统的影响，旨在为地下水资源的合理调控提供依据。

1 研究区概况

双村岩溶水系统地处山东省西南部，以奥陶纪马家沟群灰岩为主要含水介质，是典型的单斜构造型岩溶水系统，该含水系统地下水资源丰富，是区内工业生产、居民生活以及农业灌溉的主要供水水源，为中国北方特大型岩溶水源地。1985年，邹县电厂一号机组建成投产，区内第一个集中供水水源地开始运行，全区开采量达到6.48×104m3/d[2]，之后随着双村、太阳纸业、北亢阜、谢庄、两城、西毛堂等多个水源地建成运行，现状开采量已达39.848×104m3/d(2017年)。自20世纪70年代起，研究区先后开展了多期水文地质勘查和长期地下水动态监测工作，为本研究提供了详细的数据基础。

2 岩溶水水动力特征

双村岩溶水系统在大气降水、地下水开采和自身调节的共同作用下[3]，经历了自然均衡、采补均衡和超采等3个不同的时期。

2.1 自然均衡期水动力特征

1986年以前，岩溶地下水开采量较小，平均开采量约2×104m3/d，水位标高在33～35 m(图1)，地下水由南北两侧向白马河径流，以渊源泉和两城泉排泄为主，在黄路屯—泉上西南地段岩溶水水位高出孔隙水水位0.15～1.56 m，岩溶水向上层孔隙水顶托排泄，最终在马坡镇向西南方向排泄于南四湖(图2)。该阶段降水量是控制岩溶地下水动态变化的主导因素，岩溶水系统处于自然均衡状态。

图1 自然状态下的岩溶水水位动态特征

图2 自然状态下的岩溶地下水流场

2.2 采补均衡期水动力特征

1986—2007年，随着岩溶水开采量的逐渐增加至逐步稳定，研究区水动力场经历了水位降落漏斗形成、发展和稳定的发展过程。

该阶段岩溶水水位多年动态基本平衡(图3)，最高水位在30 m左右波动，但年内水位变幅较大，尤其在2002—2004年特枯年、特丰年的衔接年份，最低水位14.42 m，最高水位31.65 m，水位变幅17.23 m，说明该含水系统连通性好、调节能力较强。1986—1988年岩溶水开采量相对较小，平均开采量5.76×104m3/d，初步形成了以唐村镇驻地为中心，泉上、黄路屯一带为边缘的降落漏斗，水位标高31.6 m，水位下降幅度不大(图4)；该阶段岩溶水水位低于孔隙水水位，不再向上层孔隙水顶托排泄，岩溶水开采袭夺了大部分的泉排泄量和向上层孔隙水的顶托排泄，降水量仍是控制岩溶水动态变化的主导因素[4]。1989—1997年为漏斗发展期，此时的岩溶水开采量呈阶梯式增加，水位动态表现为下降幅度增大、漏斗加深、影响范围扩大(图4)。在1998—2007年，多年平均开采量25×104m3/d，逐渐形成了以唐村、双村为漏斗中心[5]，以夹道、石墙镇为边缘的较为稳定的地下水流场，水位标高26 m，与自然状态相比下降约8 m(图4)。通过自身调节，在袭夺泉流量、激发上层孔隙水越流补给、地表水补给以及侧向径流补给的共同作用下，双村岩溶水系统建立了新的补径排平衡。

图3 采补均衡下的岩溶水水位动态特征

2.3 超采期水动力特征

该阶段岩溶水水位多年持续下降(图5)，岩溶水水位由27.60 m(2008年)下降至在1.82 m(2017年)，水位降幅25.78 m，岩溶地下水处于超采状态。2008年以来，岩溶水开采量明显增加，平均开采量达到30.2×104m3/d，同时在多个集中供水水源地相互叠加作用下，岩溶水水位整体平盘下降，漏斗边缘扩散至系统边界，水位标高15 m，与自然状态相比下降约20～25 m(图6、图7)。此时，岩溶水系统开采量大于各项补给量之和，系统在消耗静态水资源量。因此开采量是控制岩溶水水位的主要因素，降水具有一定的调节作用。