武安盆地南部單元巖溶地下水資源均衡分析

金志豪

1 水文地質條件概況

武安盆地地處華北邯邢地區，位于黑龍洞巖溶地下水系統北端。盆地南部呈狹長的槽狀地形，西側為磁山巖體，東為鼓山，南洺河為季節性河流，河床自南向北在區內蜿蜒通過。奧陶系灰巖為該區主要含水層，其上覆石炭～二疊系砂巖及薄層石灰巖，宏觀上呈統一的含水體。自上世紀六七十年代以來，隨著地下水開采量增大，地下水位大幅下降，在武安盆地南部約30 km2的范圍，形成了四周封閉的次一級水文地質單元，單元內奧灰巖地下水與區域巖溶地下水之間基本不聯系。

該單元內奧灰巖地下水的補給來源主要為西北部裸露灰巖區降水入滲、閃長巖表層的風化裂隙水、河流垂向滲漏補給和煤系地層垂向補給（見圖1）。地下水的開采方式主要為礦山開采過程中的疏干排水。多年來奧陶系灰巖地下水位變幅呈持續下降趨勢，奧灰巖溶水資源量呈負均衡狀態（奧灰水開采量與地下水位變化相關性見圖2）。

2 均衡期的選擇

根據該區內奧灰巖含水層多年的排水量及地下水位動態資料，選擇2011年1月至2015年12月，共5年，作為均衡期進行分析計算。均衡期年均降水量492.9 mm，略小于多年平均降水量516.6 mm（見圖3）。

3 均衡方程

奧灰巖地下水位多年以來處于持續下降趨勢，巖溶地下水的開采量大于補給量，地下水處于負均衡狀態，均衡方程如下：

其中：Q排為區內奧灰巖年均總排水量（m3/a）；Q補為奧灰巖地下水補給量（m3/a）；Q西為西部邊界補給水量（m3/a）；Q河為河流滲漏補給水量（m3/a）；Q煤為煤系地層垂向滲漏補給水量（m3/a）；Q儲為奧灰巖消耗靜儲存量（m3/a）。

4 各源匯項計算

4.1 西部邊界補給水量

西部邊界流量補給分為兩段。西萬年至上洛陽段水量來自礦區西北部裸露灰巖區的降水入滲和其周邊閃長巖風化裂隙水，上洛陽往南段來自磁山巖體的閃長巖風化裂隙水，分類計算如下：

4.1.1 降水入滲補給量計算

降水入滲系數受地形、地貌、巖性、覆蓋層、降水形式及蒸發強度等的控制。據武安水利局相關資料，本區降水入滲系數按巖性分區，如表1。

表1 大氣降水入滲系數分區表

計算中降水入滲系取0.22，裸露灰巖面積約5.5 km2，計算得降水入滲補給量為59.64×104m3/a（1634 m3/d）。

4.1.2 閃長巖風化裂隙水補給量

閃長巖風化裂隙水的補給量可按單位寬度補給量與巖體與灰巖接觸帶的長度計算，計算公式為：Q巖體=q·L。

據統計數據，本區閃長巖單寬補給量為：枯水期0.2 m3/d·m，洪水期為0.4 m3/d·m。其中洪水期按100天計算，枯水期按265天計算。閃長巖風化裂隙水補給量為101.77×104m3/a（2788 m3/d），詳見表 2。

表2 閃長巖風化裂隙水補給量計算表

4.2 河流滲漏補給水量

盆地西南角磁山鐵路橋處，南洺河河床奧灰巖裸露，是河水補給奧灰巖地下水的通道。南洺河為季節性河流，又受上游水利工程的影響，其表流與河床潛流量在時空上變化差異很大。對河流滲漏補給的計算，參照以往的實際觀測資料，按如下公式計算：

式中：Q為河流滲漏量（m3）；λ為單位長度河流滲漏量（0.08～0.14 m3/s·km，平均 0.11 m3/s·km）；L 為河流滲漏段長度（km）；T為滲漏時長（d）。

本次計算均衡期內河水未出現大的洪流，主要是通過河床底部第四系滲漏補給，滲漏時間取為全年，λ取值0.11 m3/s·km（洪流期取 0.14 m3/s·km），計算得河流滲漏補給量為239.8×104m3/a（6570 m3/d）。

4.3 奧灰巖消耗靜儲存量

奧灰巖地下水主要以承壓水形式存在，均衡期內，奧灰巖消耗的靜儲存量可按以下公式計算：式中：Q 為奧灰巖靜儲量（m3）；V 為疏干體積（m3）；S為儲水系數。

參考《河北地下水》中對區域奧灰巖含水層水文地質參數的計算，儲水系數一般為0.001～0.002，富水性較強區儲水系數可達0.0036。本區內斷裂構造發育，奧灰巖含水層整體富水性較強，計算過程中儲水系數取0.0036。統計均衡期內奧灰巖觀測孔水位的年均降幅，按照體積分割法計算疏干體積，見表3。

經計算，均衡期奧灰巖地下水靜儲量的年均疏干量為122.05×104m3/a（3344 m3/d）。

表3 均衡期年均疏干體積計算表

4.4 煤系地層垂向滲漏補給水量

煤系地層的垂向漏補給水量不易通過參數計算求得，可將已知的各源匯項帶入水均衡方程，反推求出。

該單元內地下水開采方式主要為各礦山排水，統計各礦山均衡期內對奧灰水的排水量為1578.76×104m3/a。將各源匯項數據帶入水均衡方程中計算得，煤系地層垂向滲漏補給水量為1055.5×104m3/a（28918 m3/d）。

武安盆地南部單元奧灰巖溶水均衡計算結果見表4。

表4 奧灰巖溶水均衡計算結果

5 結論

現階段，武安盆地南部單元巖溶地下水資源量處于負均衡狀態，其造成的影響也具有兩面性。

（1）從地下水環境保護角度而言，巖溶地下水的過渡開采，造成了地下水環境的破壞。武安盆地南部單元巖溶地下水位大幅度下降，已形成了大范圍地下水降落漏斗（見圖4），破壞了天然水環境，對當地工農業生產及居民生活用水也造成了很大影響，需要加強監管與重視；

圖4 武安盆地南部單元巖溶地下水流場示意圖

（2）從本地礦山生產建設角度分析，地下水水位降低，減輕了礦山疏干排水壓力。由水均衡分析結果可見，巖溶水資源量長期處于富均衡狀態，說明該單元內地下水的開采排泄量已超過補給量。武安盆地南部單元四周封閉，與區域地下水基本無聯系，其巖溶地下水的補給量是有限的，這對本地礦山的安全生產而言，是有益的。

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