黑龍洞泉域地下水資源供需平衡分析研究

摘要：黑龍洞泉域為北方著名的巖溶大泉，水質優良，是重要的供水水源地。隨著經濟的發展，對泉域開采量加大，造成地下水位下降，泉水斷流。本文通過分析60年內泉域地下水資源量及排泄量，研究其供需平衡關系，為泉域保護提供技術支撐。

關鍵詞：黑龍洞;地下資源;供需平衡;水資源保護

中圖分類號：X143 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）10-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.10.131

Abstract：Heilongdong Spring is a well-known karst spring in the north， with excellent water quality and an important water source.With the development of the economy，the exploitation of the spring area has increased，which has caused the groundwater level to drop and the spring water to stop flowing.This paper analyzes the quantity of groundwater resources and discharge in the spring area within 60 years，studies the balance between supply and demand， and provides technical support for the protection of the spring area.

Key words：Heilongdong;Underground resources;Supply-demand balance;Water resources protection

黑龍洞泉域位于太行山東麓，地理坐標為東經113°40′-114°20′，北緯36°13′-36°54′，包括邯鄲地區西南部及河南省安陽地區北部，總面積2 404.45km2，為獨立的封閉程度較高的全排型巖溶水系統[1]。黑龍洞泉域水質優良，是重要的供水水源，承擔著農業、工業、城鎮用水等重要功能[2]。常年的地下水開采，曾一度造成地下水位下降，黑龍洞泉群斷流。因此，研究黑龍洞泉域地下水資源量，分析其供需平衡關系，對于黑龍洞泉域合理開發利用具有重要意義。

1 地下水資源量分析

黑龍洞巖溶水系統為相對獨立封閉程度較高的全排型巖溶水系統。本次采用均衡法評價計算巖溶水系統的巖溶地下水資源量。

1.1 均衡方程的建立

黑龍洞巖溶水系統主要接受大氣降水入滲補給，次為河流滲漏補給，天然狀態下泉群是唯一排泄途徑，現以人工采排為主，次為泉排。據此，建立如下均衡方程：

Q總補=Q總排 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? a

Q總補=Q降補+Q河補 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?b

Q總排=Q泉排+Q人工開采+Q礦井疏排水 ? ? ? ? ? ? ? c

式中： Q總補——巖溶水系統內巖溶地下水多年平均補給量（m3/a）;

Q降補——巖溶水系統內巖溶地下水多年平均降水入滲補給量（m3/a）;

Q河補——巖溶水系統內巖溶地下水多年平均河谷滲漏補給量（m3/a）;

Q總排——巖溶水系統內巖溶地下水多年平均排泄量（m3/a）;

Q泉排——巖溶水系統內巖溶地下水多年平均泉群排泄量（m3/a）;

Q人工開采——巖溶水系統內巖溶地下水多年平均人工開采量（m3/a）;

Q礦井疏排水——巖溶水系統內巖溶地下水多年平均礦井（煤、鐵礦）疏排水量（m3/a）。

1.2 地下水資源量均衡計算

黑龍洞巖溶水系統巖溶水多年平均補給量，以上述巖溶水補給特點為依據，考慮到自1959年以來，氣象觀測資料充足，但缺乏系統的地表水系滲漏等長觀資料，故引進綜合入滲系數α來計算巖溶水的天然資源量[5]。

公式轉化為：

Q總補=Q降補+Q河補=P · α · F ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?d

式中：P—多年平均降水量（mm/a），采用計算時段內平均降水量（mm/a）;

α—降水綜合入滲系數;

F=1 262 km2（灰巖裸露區面積）。

根據多年動態規律，采用水量均衡法推求綜合入滲系數。1959-1976年間，大約包括兩個氣象周期，含枯、平、豐及特大豐水年。根據區內觀測孔的資料統計，盡管地下水位隨大氣降水季節性變化表現出一系列周期性起伏，但由1959年（初水位134.08m）累計至1976年（末水位134.00m），水位總變幅△h≈0，即Q補給≈Q開采=P·α·F，由此得到綜合入滲系數計算公式：

α=Q開采/（P · F） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? e

式中：Q開采—均衡區1959-1979年巖溶水平均開采量，39464.37×104m3/a

P—1959-1979年平均降水量，607.8mm/a;

F=1 262 km2（灰巖裸露區面積）。

經計算：α=0.515

Q補給= Q降補= P×0.515×1262

經計算得黑龍洞巖溶水系統巖溶水多年平均補給量如下：

1959年—1979年平均補給量為38 027.40×104m3/a（12.06m3/s）;

1980年—1989年平均補給量為32 811.07×104m3/a（10.40m3/s）;

1990年—1999年平均補給量為33 522.74×104m3/a（10.63m3/s）;

2000年—2018年平均補給量為37 331.98×104m3/a（11.84m3/s）。

2 地下水資源排泄量計算

黑龍洞巖溶水系統排泄方式包括泉水排泄、人工開采、礦坑排水等幾種形式。1959年—1979年以人工采排量較少，以泉排為主，1980—1989年、1990—1999年、2000年—2018年為人工采排量較大、以人工采排為主或全人工采排。

黑龍洞巖溶水系統巖溶水多年平均排泄量計算：

Q總排=Q泉排+Q人工開采+Q礦坑排水

式中：Q泉排、Q人工開采、Q礦井疏排水（包括煤礦疏排水量）均為前人調查、實際觀測及核實統計的實際資料。

經計算黑龍洞巖溶水系統巖溶水多年平均排泄量如下：

1959年—1979年平均排泄量為39 682.59×104m3/a（12.58m3/s）;

1980年—1989年平均排泄量為33 959.90×104m3/a（10.77m3/s）;

1990年—1999年平均排泄量為33 970.20×104m3/a（10.77m3/s）;

2000年—2018年平均排泄量為35 027.06×104m3/a（11.11m3/s）。

3 地下水資源供需平衡分析

通過對黑龍洞泉域60年地下水資源量及排泄量計算，進行地下水資源供需平衡分析，均衡計算結果如下：

1959年—1979年平均補排差為-1 655.18×104m3/a（-0.52m3/s）;

1980年—1989年平均補排差為-1 148.83×104m3/a（-0.36m3/s）;

1990年—1999年平均補排差為-447.46×104m3/a（-0.14m3/s）;

2000年—2018年平均補排差為2 304.92×104m3/a（0.73m3/s）。

4 黑龍洞巖溶水系統巖溶水多年可采資源量

采用可開采系數法計算黑龍洞巖溶水系統巖溶水多年可采資源量，可開采系數的參考取值范圍 0.875～1.0，根據實測的地下水位動態資料與調查核實的開采量資料分析，最終得到黑龍洞巖溶水系統巖溶平均可開采系數為0.95，通過計算得出黑龍洞巖溶水系統巖溶水多年可采資源量見表1。

由于大氣降水周期一般為十年，均衡計算采用計算時段較長，均達到或超過了一個大氣降水周期，計算結果黑龍洞巖溶水系統不同階段總補給與總排泄量基本均衡，說明均衡方程正確，計算采用的參數合理，調查統計的各種排泄量符合實際。

5 結論

通過采用均衡法對黑龍洞泉域進行60年的地下水資源量計算，開展供需平衡分析，黑龍洞泉巖溶地下水年平均資源量為35 423.30×104m3/a，地下水可開采資源量為33 652.13×104m3/a，能夠滿足泉域內對地下水開采的需求。今后要繼續加強地下水資源管理，嚴格控制泉域內地下水開采，促進地下水資源的可持續利用。

參考文獻

[1]吳旭.邯鄲市黑龍洞泉域地下水超采區評價[J].地下水，2014，36（06）：90-92.

[2]葉小華.銅陵地區地下水資源開發利用與保護研究[J].環境與發展，2018，30（07）：237+239.

[3]王春輝，王冉昕.呼和浩特市地下水資源面臨的問題與對策[J].內蒙古環境保護，2000（01）：44-45+47.

[4]李旭東，全化民.烏海市地下水資源狀況及可持續利用對策[J].內蒙古環境保護，2004（01）：49-51.

收稿日期：2020-08-09

基金項目：河北省研究生創新資助項目資助，171290080015。

作者簡介：馬志敬（1987-），男，漢族，在讀博士，工程師，研究方向為水文地質工程地質。