周口市淺層地下水資源評(píng)價(jià)與保護(hù)

呂小凡 殷素娟 雷崇方 夏飛雪 王剛

（1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南鄭州 450053；2.周口市節(jié)約用水辦公室，河南周口 466001）

周口市淺層地下水資源評(píng)價(jià)與保護(hù)

呂小凡1殷素娟2雷崇方1夏飛雪1王剛1

（1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南鄭州 450053；2.周口市節(jié)約用水辦公室，河南周口 466001）

在對(duì)周口市區(qū)淺層地下水賦存條件和開發(fā)利用狀況進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，采用水量均衡法對(duì)淺層地下水的補(bǔ)給量和消耗量進(jìn)行均衡計(jì)算，進(jìn)而求得區(qū)內(nèi)淺層地下水的允許開采量，最后提出周口市城市地下水資源保護(hù)管理的具體措施。

淺層地下水；均衡計(jì)算；保護(hù)措施；周口市

周口市是豫東平原的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，也是淮河流域西部的物資集散中心之一，在中原崛起的大背景下，發(fā)揮著承接?xùn)|南沿海產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移橋頭堡的作用。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)水資源的需求日益增加，其中，地下水作為周口市的主要供水水源，對(duì)周口市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。本文在相關(guān)勘查成果的基礎(chǔ)上，對(duì)周口市淺層地下水的允許開采量進(jìn)行計(jì)算分析，并提出地下水保護(hù)措施。

1 自然地理概況

周口市位于河南省東南部，地處沙河、潁河、賈魯河交匯處。按照河南省地貌區(qū)劃和等級(jí)系統(tǒng)劃分，市內(nèi)以沙潁河為界，以北為黃河沖積平緩平原區(qū)，以南為淮河及其支流沖積湖積平原區(qū)。

周口市屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，年平均氣溫在14.5～15.8℃。據(jù)《周口市農(nóng)業(yè)氣候志》記載，，年平均降水量為790.82mm。多集中在7、8、9三個(gè)月，占全年降水量的53.11%。多年平均蒸發(fā)量為1 735.99mm［1］。

流經(jīng)區(qū)內(nèi)的河流主要有穎河、沙河和賈魯河，均屬淮河水系，三條河分別于城區(qū)西部和中部匯流后穿市區(qū)向東流去，河流自然下切，河床低于地面8m左右，河流多年平均徑流量為35.60億m3，年最大徑流量119億m3，年最小徑流量0.96億m3。

2 淺層地下水水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)淺層地下水埋藏深度在50m以淺，由黃淮河近期沉積物構(gòu)成，含水層巖性以粉砂、粉細(xì)砂層為主，呈上細(xì)下粗的二元結(jié)構(gòu)或粗細(xì)相間的多元結(jié)構(gòu)。含水層頂板埋深5.0～18.0m，厚度5.0～23.70m。地下水類型為潛水（局部為微承壓水），地下水化學(xué)類型多為HC03–Ca·Mg型或HC03–Ca·Na·Mg型［2］。

淺層地下水富水性：在市區(qū)東北部李樓-五里堡一帶為強(qiáng)富水區(qū)，單井涌水量大于2 000m3/d；在穎河、賈魯河兩側(cè)大部地區(qū)為中等富水區(qū)，單井涌水量1 000～2 000m3/d。

表1 周口市2008-2012年城市地下水資源（不包括農(nóng)業(yè)）開發(fā)利用情況

表2 周口市城市評(píng)價(jià)區(qū)各典型年降水入滲補(bǔ)給量計(jì)算成果表

3 水資源開發(fā)及利用現(xiàn)狀

周口市水資源有地表水（主要來(lái)自穎河、沙河、賈魯河等河流）、地下水和南水北調(diào)中線工程受水三部分。

南水北調(diào)中線工程分配給周口市的水量每年是1.03億m3，其中中心城區(qū)年受水量9 180萬(wàn)m3。區(qū)內(nèi)地表水資源較為豐富，但區(qū)內(nèi)有較豐富的地表水和地下水兩種供水水源。據(jù)多年用水量統(tǒng)計(jì)，2008以前，由于地表水污染嚴(yán)重，利用率較低，僅為可供水量為27.70%。2008以來(lái)，地表水利用一直維持在1 200萬(wàn)m3/a左右［3］；地下水逐年增加，區(qū)內(nèi)自備井123眼（不包括農(nóng)用井），2012年開采量達(dá)1 337.97萬(wàn)m3，日開采地下水3.67萬(wàn)m3（見表1）。

4 淺層地下水允許開采量計(jì)算

地下水允許開采量是指通過經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的開采措施，在不引起生態(tài)環(huán)境惡化的條件下，允許從含水層中獲取的最大水量。

4.1 計(jì)算范圍的確定

本文淺層地下水資源評(píng)價(jià)范圍，主要包括周口市城市建成區(qū)及規(guī)劃區(qū)，面積148km2。

4.2 計(jì)算公式

依據(jù)水均衡原理可知，淺層地下水在任意時(shí)段（Δt）內(nèi)的補(bǔ)給量（Q補(bǔ)）和排泄量（Q排）之差，恒等于該時(shí)段淺層地下水水體積的變化水量。用公式表示為：

式（1）中：F表示計(jì)算評(píng)價(jià)區(qū)面積（km2）；Δt表示計(jì)算時(shí)段（a）；Δh表示計(jì)算時(shí)段內(nèi)淺層水位變幅（m）；μ表示淺層水位變動(dòng)帶巖性重力給水度［4］。

各根據(jù)各均衡項(xiàng)目的組成，公式（1）可細(xì)化為：

4.3 補(bǔ)給量的計(jì)算

4.3.1 降水入滲補(bǔ)給（Q雨滲）。降水入滲補(bǔ)給是評(píng)價(jià)區(qū)淺層地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源，年降水量不同，降水頻率各異，地下水的開采程度也不相同。根據(jù)降水量經(jīng)驗(yàn)頻率曲線選擇豐水年和枯水年的特征值進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式為［5］：

式（3）中，Q雨滲表示降水入滲補(bǔ)給淺層地下水量（萬(wàn)m3/a）；x表示年降水總量（mm）；λ表示降水有效入滲系數(shù)；F表示計(jì)算評(píng)價(jià)區(qū)面積（km2）。計(jì)算結(jié)果見表2。

4.3.2 河流側(cè)滲補(bǔ)給（Q河滲）。在沙、潁河大閘及賈魯河大閘蓄水期，上游河段水位抬升4m，該河段由原來(lái)的排泄地下水轉(zhuǎn)換為補(bǔ)給地下水［6］。參考《周口閘試驗(yàn)區(qū)“三水”轉(zhuǎn)化及綜合利用試驗(yàn)研究報(bào)告》資料，根據(jù)河段匯水時(shí)河水的變化對(duì)岸邊地下水位的影響關(guān)系，可以求出各河段的單寬補(bǔ)給量，然后得出計(jì)算區(qū)匯水各河段的總補(bǔ)給量，具體計(jì)算結(jié)果見表3。

4.3.3 地表水、地下水灌溉回滲（Q灌入）。灌溉回滲量包括河渠水灌溉及淺層地下水井水灌溉的回滲量。計(jì)算公式為：

式（4）中：Q灌入表示地表水、地下水灌溉回滲量（萬(wàn)m3/a）；Q灌表示地表水和機(jī)井灌溉用水量（萬(wàn)m3/a）；β表示灌溉回滲系數(shù)。

評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)有效灌溉面積為7 463.33 hm2，灌溉定額為200 m3/（667m2·a），年平均灌溉水量為2 089萬(wàn)m3/a，回滲系數(shù)為0.1。經(jīng)計(jì)算，年平均灌溉回滲量為209萬(wàn)m3/a。

4.4 排泄量計(jì)算

評(píng)價(jià)區(qū)淺層地下水排泄量主要包括城市工業(yè)及生活用水淺層地下水開采量、淺層地下水蒸發(fā)量、河流排泄淺層地下水量［7］。

4.4.1 城市工業(yè)及生活用水淺層地下水開采量（Q開）。按照各年年報(bào)統(tǒng)計(jì)數(shù)（見表1）。

表3 河流側(cè)滲補(bǔ)給量計(jì)算表

表4 地下水向河水的排泄量計(jì)算表

4.4.2 淺層地下水蒸發(fā)量（Q蒸發(fā)）。計(jì)算公式為：

式（5）和式（6）中，Q蒸發(fā)表示淺層地下水蒸發(fā)量（萬(wàn)m3/a）；ε表示淺層地下水蒸發(fā)強(qiáng)度；F表示計(jì)算評(píng)價(jià)區(qū)面積（km2）；S表示地下水實(shí)際埋深（m）；S0表示地下水極限埋深（m），取4m；n是系數(shù)，取2。經(jīng)計(jì)算，多年平均蒸發(fā)量為500萬(wàn)m3/a。

4.4.3 河流排泄量（Q河滲）。沙、穎河在建閘前為排泄地下水，建閘后大閘以上河水補(bǔ)給地下水，但在大閘以下仍為河水排泄地下水。由于周口市地下水的開采，河道兩側(cè)地下水位下降，地下水的排泄能力減弱。由區(qū)域地下水等水位線圖可知，大閘至東環(huán)城路北側(cè)地下水排泄量較大，而河道南側(cè)地下水位平緩，排泄量很少；東環(huán)路至均衡區(qū)東部邊界河段河道西南側(cè)地下水排泄量較大、另一側(cè)排泄量較小。評(píng)價(jià)區(qū)地下水向河流的排泄量具體計(jì)算見表4。

4.5 計(jì)算結(jié)果分析

地下水允許開采量包括開采時(shí)可奪取的天然補(bǔ)給量或排泄量、開采補(bǔ)給增量、可利用的儲(chǔ)存量和人工補(bǔ)給量。現(xiàn)狀條件下，評(píng)價(jià)區(qū)淺層地下水位埋深隨著開采淺層地下水位下降大于4m時(shí)，超過蒸發(fā)極限深度，淺層地下水蒸發(fā)量可忽略不計(jì)。根據(jù)水均衡原理，評(píng)價(jià)區(qū)可開采量計(jì)算公式可轉(zhuǎn)化為：

經(jīng)計(jì)算，淺層地下水年平均允許開采量（Q允許）為74 995萬(wàn)m3/a。

5 地下水資源保護(hù)措施

①嚴(yán)格劃區(qū)保護(hù)。穎河以南、周商路以東地區(qū)以及區(qū)內(nèi)北部（市園藝場(chǎng)）一帶，可劃為一級(jí)保護(hù)區(qū)。穎河以南、周商路以西地區(qū)，淺層地下水受大閘及干渠的影響，補(bǔ)給條件充沛，是目前較好的水源地，可劃為二級(jí)保護(hù)區(qū)，經(jīng)計(jì)算，補(bǔ)給能力達(dá)1.5萬(wàn)m3/d，開采水量宜控制在1.10萬(wàn)m3/d以內(nèi)。

②嚴(yán)防地下水污染。在保護(hù)范圍內(nèi)，禁止建設(shè)污染企業(yè)，禁止所修排污渠道通過，改變現(xiàn)有排污渠道的位置，無(wú)法改變位置的應(yīng)進(jìn)行防滲處理，杜絕廢水和生活污水沿途下滲，污染淺層地下水；嚴(yán)格控制農(nóng)牧活動(dòng)和農(nóng)藥化肥施用量，嚴(yán)禁使用劇毒農(nóng)藥。

在保護(hù)區(qū)范圍外部，禁止新建污染嚴(yán)重的企業(yè)，已建成的排污企業(yè)要達(dá)標(biāo)排放，禁止污水灌溉。同時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)水質(zhì)的監(jiān)測(cè)，防止任何單位和個(gè)人利用滲井、滲坑、滲溝及報(bào)廢井等排放和傾倒含有毒污染的廢水。

③強(qiáng)化開采管理。要嚴(yán)格控制私采地下水；利用南水北調(diào)水后，要有計(jì)劃地封停自備井，減少地下水的開采量；對(duì)工業(yè)開采的淺層地下水要實(shí)現(xiàn)地表水或中水替代；農(nóng)業(yè)開采應(yīng)推廣農(nóng)灌新技術(shù)（如改漫灌為噴灌、滴灌等）的應(yīng)用，減少農(nóng)灌浪費(fèi)。

④加強(qiáng)節(jié)水宣傳。充分利用“世界水日”“中國(guó)水周”和“城市節(jié)水宣傳周”等宣傳平臺(tái)，通過電視、報(bào)紙、網(wǎng)絡(luò)等新聞媒介，以“水與可持續(xù)發(fā)展”“發(fā)展水利，改善民生”和“人水和諧”等為主題，多角度、全方位地宣傳《水法》和水資源狀況，增強(qiáng)全民的節(jié)水意識(shí)和地下水資源的管理意識(shí)，并大力推廣先進(jìn)的節(jié)水潔具，提高用水效率。

［1］周口市發(fā)改委.周口市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要［EB/OL］.（2012-09-14）［2017-07-01］.https:// wenku.baidu.com/view/87c25816cc7931b765ce15c7.html.

［2］周口市水利局.周口市節(jié)水型社會(huì)建設(shè)“十二五”規(guī)劃［R］.2011.

［3］河南省地礦局環(huán)境水文地質(zhì)總站.周口閘試驗(yàn)區(qū)“三水”轉(zhuǎn)化及綜合利用試驗(yàn)研究報(bào)告［R］.1984.

［4］河南省地礦建設(shè)工程（集團(tuán)）有限公司.周口市供水水文地質(zhì)詳查報(bào)告［R］.2004.

［5］河南省水利廳.河南省周口市城市地下水超采區(qū)評(píng)價(jià)成果報(bào)告［R］.2012.

［6］周口市節(jié)約用水辦公室.周口市城市地下水觀測(cè)報(bào)告［R］.2009.

［7］河南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院.周口幅水文地質(zhì)普查（1∶10萬(wàn)）報(bào)告Ⅰ-50-86［R］.2013.

Evaluation and Protection of Shallow Groundwater Resources in Zhoukou City

Lv Xiaofan1Yin Sujuan2Lei Chongfang1Xia Feixue1Wang Gang1
（1.No.2 Institute of Geological&Mineral Resources Survey of Henan，Zhengzhou Henan 450053；2.Water-saving Office of Zhoukou City，Zhoukou Henan 466001）

Basingon the comprehensive analysis of the storage conditions and exploitation of shallow groundwater in Zhoukou city,the water balance method is used to calculate the recharge and consumption of shallow groundwater, and then the allowable withdrawl of shallow groundwater is calculated,and finally put forward the specific measures of Zhoukou city groundwater resources protection and management.

shallow groundwater；water balance method；protection measures；Zhoukou city

TV213

A

1003-5168（2017）08-0112-03

2017-07-02

呂小凡（1983-），男，碩士，工程師，研究方向：水文地質(zhì)、地下水環(huán)境。