蒙城縣西南部水資源配置研究

張文平, 韓玉杰

(1.安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)院,安徽合肥 230088;2.安徽省(水利部淮河水利委員會)水利科學(xué)研究院,安徽蚌埠 233000)

蒙城縣西南部水資源配置研究

張文平1, 韓玉杰2

(1.安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)院,安徽合肥 230088;2.安徽省(水利部淮河水利委員會)水利科學(xué)研究院,安徽蚌埠 233000)

摘要以安徽省蒙城縣西南區(qū)三義鎮(zhèn)、籬笆鎮(zhèn)、楚村鎮(zhèn)、樂土鎮(zhèn)、小辛集鄉(xiāng)5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)為研究對向，根據(jù)區(qū)域內(nèi)孔隙承壓水、孔隙潛水、地表水資源的特點(diǎn)，結(jié)合用戶需求，預(yù)測了2020年生活需水量和農(nóng)田灌溉需水量，并制訂了2020年生活用水和農(nóng)田灌溉配置方案。

關(guān)鍵詞地下水超采；孔隙承壓水；需水預(yù)測；水源配置；數(shù)值模擬

受區(qū)域大部分河流污染較嚴(yán)重的影響，安徽省淮北平原西部的城鄉(xiāng)生活集中供水與工業(yè)供水主要開采水質(zhì)較好的深層孔隙承壓水，近10年來，承壓水開采量呈迅速、持續(xù)增長趨勢。其中，阜陽市因集中超采深層地下水，已形成較大范圍的水降落漏斗(蒙城縣處于漏斗邊緣)，甚至誘發(fā)了大范圍的地面沉降。

蒙城縣位于安徽省淮北平原西北部，研究區(qū)位于蒙城縣西南部，包括三義鎮(zhèn)、籬笆鎮(zhèn)、楚村鎮(zhèn)、樂土鎮(zhèn)、小辛集鄉(xiāng)共5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，面積約694.5 km2。研究區(qū)所在位置屬于阜陽新生界盆地東北邊緣，被厚度為500～800 m的新生界松散地層覆蓋，發(fā)育有多套不同水力性質(zhì)的孔隙含水層(組)，地表發(fā)育有茨淮新河、芡河等水系，過境客水豐富。但該研究區(qū)對地表水資源的開發(fā)利用程度不高，大量過境水資源未得到有效利用，地表水的實(shí)際可供水量遠(yuǎn)小于過境的地表水資源總量。沿河灌區(qū)遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)灌溉面積，且提水能力與可供水量相比也存在一定差距。孔隙潛水資源的開采利用程度相對較低，尤其是蒙城南部，仍有較大的利用潛力。研究區(qū)內(nèi)的水資源利用結(jié)構(gòu)存在問題，水資源的配置未綜合考慮用水戶特點(diǎn)和水資源的分布、質(zhì)量等多重特征，供水結(jié)構(gòu)比較單一。筆者以蒙城縣西南部5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)為研究對象，對該地區(qū)的水資源優(yōu)化配置進(jìn)行了研究。

1需水量預(yù)測

以收集統(tǒng)計(jì)資料比較全面的2013年作為現(xiàn)狀水平年，預(yù)測2020年研究區(qū)的需水量。綜合分析研究區(qū)用水結(jié)構(gòu)，主要包括居民生活用水量、村鎮(zhèn)企業(yè)及專業(yè)飼養(yǎng)用水量、公共建筑用水量及農(nóng)田灌溉。研究區(qū)5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)均以農(nóng)業(yè)為主，村鎮(zhèn)企業(yè)及專業(yè)飼養(yǎng)戶零星分布且未來沒有加快發(fā)展的計(jì)劃，其用水量非常小，因此不作考慮。

1.1生活需水量預(yù)測2020年蒙城縣西南區(qū)5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生活需水量見表1。

表12020年研究區(qū)生活需水量預(yù)測

Table 1Prediction of life water demand in five villages and towns in Mengcheng County in 2020

m3/d

1.2農(nóng)田灌溉需水量預(yù)測研究區(qū)多為農(nóng)業(yè)發(fā)展大鎮(zhèn)，農(nóng)業(yè)是其主要經(jīng)濟(jì)來源，按照較高的灌溉設(shè)計(jì)保證率計(jì)算其需水量，取灌溉設(shè)計(jì)保證率75%。按照蒙城縣平均水平，研究區(qū)灌溉需水量年增長率為1.0%，預(yù)計(jì)2020年灌溉用水籬笆鎮(zhèn)577.47萬m3/a，楚村鎮(zhèn)1 181.18萬m3/a，三義鎮(zhèn)866.20萬m3/a，樂土鎮(zhèn)1 102.43萬m3/a，小辛集鄉(xiāng)710.02萬m3/a，總灌溉需水量4 483.23萬m3/a。

2生活用水配置方案

2.1生活用水現(xiàn)狀開采方案截至現(xiàn)狀水平年，研究區(qū)內(nèi)5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)共建集中供水工程11處，水源選用深層孔隙承壓水，井深300 m左右，采用集中供水方式。研究區(qū)未規(guī)劃的地區(qū)，居民仍使用家用壓井取用淺層孔隙潛水，由于淺層地下水水量、水質(zhì)動態(tài)變化較大，且缺乏相應(yīng)的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)和處理設(shè)施，導(dǎo)致飲水安全得不到有效保障，存在隱患。為了模擬開采條件下的水位變化情況，筆者應(yīng)用Visual Modflow軟件模擬地下水水流動態(tài)變化[1-2]。

根據(jù)地層分布情況及區(qū)域水文地質(zhì)條件，結(jié)合地下水埋藏條件和水力性質(zhì)，將研究區(qū)劃分為3個(gè)含水層和2個(gè)隔水層(圖1)。

注：1.第1含水層組水位及流向；2.第2含水層組水位及流向；3.第3含水層組水位及流向；4.砂層；5.黏性土層；6.越流層水流向；7.地表水。Note: 1. Resistance level of flow direction of the first aquifer; 2. Resistance level of flow direction of the second aquifer; 3. Resistance level of flow direction of the third aquifer; 4. Sand layer; 5. Clay soil; 6. Flow direction of leaky aquifer; 7. Surface water.圖1　研究區(qū)水文地質(zhì)概念模型Fig. 1　Hydrogeology conceptual model in research region

圖1中，第1含水層組為孔隙潛水含水層，埋深為30～50 m；第1隔水層，巖性主要為黏土，埋深為50～90 m；第2含水層組屬于孔隙承壓含水層，埋深為90～100 m，厚度不大；第2隔水層，主要為黏土層，埋深為100～200 m；第3含水層，屬深部孔隙承壓含水層，埋深300 m左右(為農(nóng)飲工程現(xiàn)狀開采的目標(biāo)層位)。因現(xiàn)狀開采深度為300 m左右，取水水源為上述水文地質(zhì)分層中的第3含水層，筆者主要討論第3含水層和與其存在水力聯(lián)系的第2含水層的水位影響情況。

截至2020年，第3和第2含水層的水位變化情況分別見圖2、3。第3含水層孔隙承壓水水位下降，最大降深為14 m左右，研究區(qū)降深為8～14 m。區(qū)域降深不均勻，最大降深速率達(dá)到1.4 m/a。第2含水層2020年的水位降深最大在9 m以上，分布范圍約5～9 m，說明含水層受到第3含水層的影響很大，降深明顯。

圖2　2020年第3含水層水位降深Fig. 2　Drawdown of the third aquifer in 2020

圖3　2020年第2含水層水位降深 Fig. 3　Drawdown of the second aquifer in 2020

2.2孔隙承壓水控制開采方案結(jié)合安徽省地下水超采區(qū)評價(jià)及蒙城縣基本情況，控制研究區(qū)深層承壓水下降速率不得超過1.0 m/a，即控制2020年第3含水層的水位降深為10 m之內(nèi)。通過上述擬合情況良好的模型，利用試算法思想，分別改變各水廠2015～2020年的取水量，模擬2011～2020年孔隙承壓水在第3含水層的水位降深情況。2020年水位降深分布情況預(yù)測見圖4，研究區(qū)三含水位降深最大值在9.8 m以上，但未超過10.0 m，整體降深差異不大。

圖4　2020年第3含水層控制降深等值線Fig. 4　Drawdown contour the third aquifer in 2020

經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)已建水廠控制開采孔隙承壓水水量分別為籬笆鎮(zhèn)2 800 m3/d，楚村鎮(zhèn)5 300 m3/d ，三義鎮(zhèn)2 500 m3/d，樂土鎮(zhèn)2 300 m3/d，小辛集鄉(xiāng)1 200 m3/d。孔隙承壓水控制開采總量為14 100 m3/d，即514.65萬m3/a，小于研究區(qū)2020年各年的生活需水量，因此開采量難以完全滿足生活用水需求。

2.3水源補(bǔ)充方案已建水廠控制開采量以后，研究區(qū)第3含水層的承壓水水位降深均為9～10 m，新建水廠不宜繼續(xù)取用第3層的孔隙承壓水。

對現(xiàn)狀開采的影響預(yù)測發(fā)現(xiàn)，第2含水層與第3含水層水力聯(lián)系密切，在上述控制三含降深的開采方案下，2020年第2含水層降深分布在5.5～7.0 m。因該含水層厚度不大，且開采利用程度已經(jīng)很高，因此不作為優(yōu)先考慮的水源。

孔隙潛水含水層厚度較大，與承壓水之間存在連續(xù)穩(wěn)定的隔水層，且孔隙潛水能夠得到外界水量補(bǔ)充，水質(zhì)較地表水體優(yōu)良，考慮將孔隙潛水作為首先選擇的補(bǔ)充水源。根據(jù)研究區(qū)生活需水量預(yù)測及孔隙承壓水的可控開采量， 2020年生活用水仍需補(bǔ)充的水量為籬笆鎮(zhèn)710.47 m3/d，楚村鎮(zhèn)441.18 m3/d，三義鎮(zhèn)2 297.05 m3/d，樂土鎮(zhèn)3 074.93 m3/d，小辛集鄉(xiāng)3 185.70 m3/d，總需補(bǔ)水量9 709.33 m3/d。

參考蒙城縣水務(wù)局采用P-III型曲線適線法對各分區(qū)的降雨量進(jìn)行的頻率計(jì)算結(jié)果，研究區(qū)降雨保證率Py=95%的降雨入滲量為籬笆鎮(zhèn)1 137.35萬m3，楚村鎮(zhèn)1 866.66萬m3，三義鎮(zhèn)1 270.37萬m3，樂土鎮(zhèn)1 951.86萬m3，小辛集鄉(xiāng)1 383.90萬m3，總降雨入滲量7 610.14萬m3/a。蒙城縣地下水可開采系數(shù)0.57，保守估計(jì)潛水允許開采量為7 610.14×0.57=4 337.78萬m3/a。允許可開采量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生活用水量的需求，可以保障水量。

孔隙潛水的水資源量豐富，可以適當(dāng)開采利用，但是單井取水量不宜過大，否則可能造成局部水位驟減的現(xiàn)象。籬笆鎮(zhèn)、三義鎮(zhèn)、楚村鎮(zhèn)單井取水規(guī)模可達(dá)1 000 m3/d，最大降深不超過10 m，且逐漸趨于穩(wěn)定；小辛集、樂土鎮(zhèn)單井取水量不超過500 m3/d時(shí)，水位最大降深也保持在10 m以內(nèi)。

3農(nóng)田灌溉配置方案

2013～2020年研究區(qū)內(nèi)孔隙承壓水的開采程度很大，上述生活用水配置方案下，可控制利用的孔隙承壓水水量有限，不能作為農(nóng)田灌溉的水源。孔隙潛水利用度不高，在供給生活用水后仍有可開采的潛力。地表水資源的開發(fā)利用程度較低，大量過境水資源尚未得到有效利用。因農(nóng)田灌溉對水質(zhì)要求較低，地表水水質(zhì)可以滿足其要求，因此農(nóng)田灌溉考慮充分利用地表水，在供水量不足的情況下再考慮使用孔隙潛水進(jìn)行補(bǔ)充。

3.1地表水可利用量借鑒《安徽省水資源評價(jià)》和《亳州市水資源綜合規(guī)劃》最新成果，采用地表水資源可利用率為41%。其中在P0=95%頻率年的不可利用系數(shù)尚需用河流的最小生態(tài)環(huán)境需水量進(jìn)行校核，即水資源可利用量=河川徑流量-河流最小生態(tài)環(huán)境需水量，P0=95%年型河流的最小生態(tài)環(huán)境需水量取多年平均徑流量的10%，其他年型按15%計(jì)。

根據(jù)對2020年農(nóng)田灌溉需水量的預(yù)測可知(表2)，只有在豐水年(P水=20%)，地表水體資源量可以完全滿足灌溉需求。當(dāng)遭遇平水年(P水=50%)、偏枯年(P水=75%)以及特枯年(P水=95%)，農(nóng)田灌溉不能完全依靠地表水資源。

表22020年研究區(qū)地表水資源可利用量預(yù)測

Table 2Available quantity of surface water resources in research region in 2020

萬 m3/a

3.2孔隙潛水可利用量由上述生活用水配置方案，計(jì)算得出孔隙潛水的允許開采量為4 337.78萬m3/a，其中有一部分水量需供給生活用水，剩余可利用量3 983.39萬m3/a。若遭遇豐水年， 2020年研究區(qū)的農(nóng)田灌溉全部引地表水體。筆者分別分析了5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)測年份遭遇平水年、偏枯年及特枯年的水量配置情況。

3.2.1平水年水源利用方案(P水=50%)。當(dāng)預(yù)測年份遭遇平水年，根據(jù)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田灌溉需水量預(yù)測及地表水可供給量， 2020年5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)田灌溉水量配置情況見表3。由表3可知，2020年平水年研究區(qū)地表水資源總配置水量為3 882.00萬m3/a。預(yù)測年份孔隙潛水利用量為555.30萬m3/a，水量上能夠得到滿足。

表32020年研究區(qū)平水年灌溉用水量分配情況

Table 3Distribution of irrigation water capacity in normal year in 2020

萬m3/a

3.2.2偏枯年水源利用方案(P水=75%)。遭遇偏枯年，2020年5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)田灌溉水量配置情況見表4。由表4可知，2020年偏枯年研究區(qū)用于農(nóng)田灌溉的地表水資源量為2 133.00萬m3/a，2020年孔隙潛水利用量2 304.30萬m3/a，水量上能夠得到滿足。

表42020年研究區(qū)偏枯年灌溉用水量分配情況

Table4Distributionof23irrigationwatercapacityindryyearin2020萬m3/a

鄉(xiāng)鎮(zhèn)Villagesandtowns總需水量Totalwaterdemand地表水利用量Utilizedquantityofsurfacewater孔隙潛水利用量Utilizedquantityofporousunconfinedgroundwater籬笆鎮(zhèn)LibaTown577.47323.00254.47楚村鎮(zhèn)ChucunTown1181.18518.00663.18三義鎮(zhèn)SanyiTown866.20351.00515.20樂土鎮(zhèn)LetuTown1102.43557.00545.43小辛集鄉(xiāng)XiaoxinjiVil-lage710.02384.00326.02合計(jì)Total4437.302133.002304.30

3.2.3特枯年水源利用方案(P水=95%)。遭遇特枯年，2020年5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)田灌溉水量配置情況見表5。由表5可知，2020年特枯年研究區(qū)用于農(nóng)田灌溉的地表水資源量為606.00萬m3/a， 2020年孔隙潛水利用量3 831.30萬m3/a，水量上能夠得到滿足。

表52020年研究區(qū)特枯年灌溉用水量分配情況

Table5Distributionofirrigationwatercapacityinextraordinarydryyearin2020萬m3/a

鄉(xiāng)鎮(zhèn)Villagesandtowns總需水量Totalwaterdemand地表水利用量Utilizedquantityofsurfacewater孔隙潛水利用量Utilizedquantityofporousunconfinedgroundwater籬笆鎮(zhèn)LibaTown577.47108.00469.47楚村鎮(zhèn)ChucunTown1181.18145.001036.18三義鎮(zhèn)SanyiTown866.2090.00776.20樂土鎮(zhèn)LetuTown1102.43165.00937.43小辛集鄉(xiāng)XiaoxinjiVil-lage710.0298.00612.02合計(jì)Total4437.30606.003831.30

參考文獻(xiàn)

[1] 孫從軍，韓振波，趙振，等．地下水?dāng)?shù)值模擬的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J]．環(huán)境工程，2013(5)：9-13．

[2] 薛禹群．中國地下水?dāng)?shù)值模擬的現(xiàn)狀與展望[J]．高校地質(zhì)學(xué)報(bào)，2010(1)：1-6．

Water Resource Allocation in Southwest Area of Mengcheng County

ZHANG Wen-ping1, HAN Yu-jie2

(1. Anhui Survey and Design Institute of Water Conservancy and Hydropower, Hefei, Anhui 230088; 2. Anhui & Huaihe River Institute of Hydraulic Research, Bengbu, Anhui 233000)

AbstractWith Sanyi Town, Liba Town, Chucun Town, Letu Town, Xiaoxinji Village in southwest area of Mengcheng County as the research direction, life water demand and irrigation water requirement were forecasted in 2020 according to the characteristics of porous confined water, porous unconfined groundwater and surface water resources. According to the user requirement, we established the allocation plan of domestic water and farm irrigation.

Key wordsGroundwater overdraft; Porous confined water; Water-demand prediction; Water resource allocation; Numerical simulation

作者簡介張文平(1981- )，女，湖北武漢人，工程師，從事水資源與水環(huán)境保護(hù)工作。

收稿日期2016-03-21

中圖分類號S 181

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)12-056-03