汝陽縣城區供水水源地開采問題分析

郭立新，王琳琳，毛海辰，楊艷玲，劉長垠

（1.河南省陸渾水庫管理局，河南 洛陽 471003；2.河南智安工程檢測有限公司，河南 南陽 473000；3.靈寶市水利局，河南 靈寶 472500；4.河南水利與環境職業學院，河南 鄭州 450008）

1 基本情況

汝陽縣位于河南省西部、洛陽市西南部，因縣城居汝河之北而得名。縣域東接汝州市，西鄰嵩縣，南與魯山縣毗鄰，北和伊川縣接壤。縣城東距省會鄭州198 km，北距古都洛陽76 km，焦（作）枝（城）鐵路和洛（陽）界（首）高速通過縣境，伊魯路、臨木路貫穿全境。全縣總面積1332 km2，地勢南高北低，呈“七山二陵一分川”分布，轄8 鎮5 鄉和1個工業區，216 個行政村，總人口52 萬人，其中縣城區人口約10 萬人。隨著縣域經濟的發展和縣城規模的不斷擴大，需水量逐漸增加，其中根據縣城區發展規劃，到2030 年，需水規模為8萬m3/d。

1.1 工程地質

1.1.1 地形

開采區屬狹長的山間河谷盆地，四邊為低山丘陵，中間為河谷平地，在河谷與低山丘陵之間的局部地段分布有山前洪積扇（裙），總的地形特征是北、南高，中間低。由于河谷的沖刷，西南、東南沿河谷低，兩邊高。

1.1.2 地貌

區內地貌依其成因、物質組成和形態特征，劃分為流水地貌，又分為侵蝕地流水地貌和堆積流水地貌2種。河谷階地分布于汝河南北兩岸，僅有一級階地；由第四系松散堆積物組成，階面略向河床及下游方向傾斜，其前緣與漫灘呈漸變或陡坎接觸，陡坎高0.50～2.00 m；后緣局部被坡洪積物覆蓋。河谷漫灘沿汝河兩岸展布，地面較為平坦，廣布砂卵石層，漫灘后緣局部變為超漫灘，成為農田。

1.2 地質構造

汝河盆地形成于中新生代，北緣有汝陽－庇山斷裂，南緣有王寨斷裂，盆地內新生代沉積層厚度據區域資料分析200～320 m。汝陽河谷兩側及基地為古近系地層，局部為寒武系、石炭系，河谷屬沖積形成階地與漫灘呈內疊接觸。區內未發現明顯的構造跡象。鉆孔資料分析，在工作區的東南部有一條掩埋的斷裂存在，斷裂方向北東-南西向，斷裂面向北傾。

1.3 水文地質條件

汝陽縣區內河流密布，切割較強烈，地貌類型多樣，地層巖性組合復雜，決定了水文地質條件的特殊性和復雜性。主要表現在2 個方面：一是含水介質的多樣性，既有松散層空隙和基巖裂隙含水介質，又有碳酸鹽巖溶裂隙水和碎屑巖類孔隙裂隙水；二是水流系統的復雜性，受密集的水網和分水嶺控制，區域上沒有統一、連續的地下水流場，地下水順地勢向附近溝谷排泄，形成相互獨立的地下水流系統，地下水總體豐富。

2 地下水資源量計算

2.1 計算參數的確定

根據工作試驗資料計算，結合以前工作成果綜合確定計算的各種參數見表1。

表1 計算參數取值一覽表

2.2 計算方法

2.2.1 均衡法

根據工作區水文地質條件的分析，區內地下水運動的均衡方程式可表示為：

式（1）中：F—均衡區面積（m2）；μ—水位變動帶重力給水度（無量綱）；△H—均衡時段內水位變幅（m）；△t—均衡時段長，取一年為周期；Q 降補—降水入滲補給量（m3/a）；Q 渠漏—渠道滲漏補給量（m3/a）；Q 灌滲—灌溉回滲補給量（m3/a）；Q 河補—河流入滲補給量（m3/a）；Q側補—地下水側向徑流補給量（m3/a）；Q側排—地下水側向徑流排泄量（m3/a）；Q開采—地下水開采量（m3/a）。

2.2.2 均衡時段的確定

根據收集資料分析，取2016 年為現狀均衡計算年。

2.2.3 天然條件下各均衡要素的計算

2.2.3.1 降水入滲補給量多年平均78.23萬m3/a。

其（2）中：Q降補—降水入滲補給量m3/a；α—降水入滲系數；X—多年平均降水量（m）；F—降水入滲補給區面積（m2）。

2.2.3.2 河流測滲補給量

自然狀況下，區內河流均是地下水的排泄通道，不對地下水產生補給，只有在開采情況下，區內河水才會對地下水產生補給。

2.2.3.3 側向徑流補給量88.98萬m3/a。

式（3）中：Q 側補—側向徑流補給量（m3/ a）；K—含水層平均滲透系數（m/d）；J—地下水平均水力坡度；M—含水層平均厚度（m）；t—計算時間，取1年；B—徑流補給斷面的長度（m）。

2.2.3.4 農灌回滲量

區內農業灌溉分為井灌和渠灌兩種，根據汝陽縣水利局提供有關資料統計，計算工作區的農灌回滲量102.38 萬m3/a。

根據灌溉定額、灌區面積，利用下式計算灌溉回滲量：

式（4）中：q—灌溉定額（m3/畝·年）；β—灌溉回滲系數；F—灌溉面積（畝）。

2.2.3.5 渠道滲漏量

縣城附近灌溉引水渠主要是從漫流河截流引水，至城東區內引水渠長度約4 km，年引水量取382萬m3，滲漏系數取0.05。

2.2.3.6 開采量

水源地區地下水的開采量主要是水源地生產井的開采，在自然條件下，即水源地投產前的狀態，開采量為0。

2.2.3.7 側向徑流排泄量76.61萬m3/a

式（5）中：Q側排—側向徑流排泄量（m3/ a）；K—平均滲透系數m/d；J—地下水平均水力坡度；M—含水層平均厚度（m）；t—計算時間，取1年；B—徑流排泄斷面的長度（m）。

2.2.4 天然條件下均衡分析

工作區內地下水補給量與排泄量基本處于均衡狀態，天然條件下，地下水的允許開采量就是天然補給量，即水源地21.26萬m3/ a，工作區344.84 萬m3/ a。

2.3 開采條件下的均衡計算

開采條件下，由于開采區地下水位下降，側向徑流排泄將不復存在，地下水的補給量則有開采條件下的降水入滲補給量、側向徑流補給量、河水側滲補給量、農灌回滲量組成。其中，降水入滲補給量和農灌回滲量與天然狀態下的量一致。

開采條件下的計算只計算水源地所在的地段。

2.3.1 河水對地下水的補給301.07萬m3/a。

采用下式計算：

式（6）中：Q 河補—河流側滲補給量（m3/ a）；K—補給地段含水層平均滲透系數m/d；J—河流補給地段的水力坡度；M—補給地段含水層平均厚度（m）；t—計算時間，取300 d；B—河流入滲補給斷面的長度（m）。

2.3.2 側向徑流補給118.15萬m3/a。

計算公式與前相同，但計算斷面長度和水力坡度則有變化，綜合開采條件下的各項補排量，開采條件下水源地內地下水的總補給量（即允許開采量）599.27萬m3/a。

2.4 歷年開采量分析

汝陽縣城區開采井水源地已投產二十余年，根據開采量統計資料分析，年最大開采量約620萬m3，即每天1.65萬m3。

3 地下水資源評價

根據汝陽縣城用水規劃，到2030年需水量將達到8萬m3/d。上層地下水資源量計算，現有水源地的允許開采量為599.27 萬m3/a，即每天1.64 萬m3/d，加上即將建設的玉馬河供水工程（設計2萬m3/d），尚有4.36萬m3/d（即每年1591.40萬m3）的缺口。

4 開采量變化

水源地開采量的變化分幾個階段：2013 年以前，每年開采量＜4 萬m3；2014-2015 年，每年開采量＜4.30～4.90 萬m3；2016年以后，增至6萬m3/a。

2016 年的開采量猛增是因為汝河水面工程運行后，抬高了汝河水位，增大了河水對地下水的補給量。目前水源地的開采量已達到極限，且很大程度上依賴汝河水面工程蓄水的補給，一旦水面工程蓄水停止，水源地的開采量將銳減。根據最近2 年的資料統計，在汝河水面工程塌壩放水期間，水源地的開采量只能維持2014年的水平，即每天1.30 萬m3左右。

4.1 水位變化

與建井初期相比，水源地生產井的水位下降0.50～3.00 m，相當于約四分之一的含水層被疏干。

4.2 水質變化

根據現有資料統計，水源地的水質在逐漸走向惡化見表2。

表2 水源地生產井質量分級檢出樣本統計表

綜上，水源的開采量保障程度差，水質亦逐漸變差，若干年后，供水安全將無法保障。因此，從保證縣城供水安全角度出發，必須未雨綢繆，盡快尋找新的替代水源。

5 結論與建議

5.1 結論

調查區內的地下水分松散巖類空隙潛水、碎屑巖類孔隙裂隙半承壓水和碳酸巖類巖溶裂隙承壓水3 類。松散巖類空隙水含水巖層巖性為第四紀粉土及砂卵石，碎屑巖類孔隙裂隙水含水層巖性以古近系砂礫巖為主，碳酸巖類巖溶裂隙水含水層巖性為寒武系灰巖。松散巖類空隙水的主要補給有降水入滲、側向徑流、渠滲、農灌回滲以及開采期間的河流側滲；碎屑巖類孔隙裂隙水和碳酸巖類巖溶裂隙水的主要補給有降水入滲、側向徑流。松散巖類空隙水水量豐富，為區內的主要開采地段。經計算，天然狀態下，區內地下水的開采資源量為344.84 萬m3/a，即0.94 萬m3/d；開采條件下，水源的開采量為599.27萬m3/a，即1.64萬m3/d。2016年，水源地的開采量為601.21萬m3/a，即1.65 萬m3/d，已達到極限。水源地地下水為無色、無味、透明、礦化度低的淡水，由于汝河水及其他原因的污染，2013 年至今，水質分析資料統計，均有超過三類水的元素存在，有的甚至達到了五類水的標準，供水安全存在隱患。

5.2 建議

加強汝河水、地下水的水質安全保護工作和水源地的開采量、地下水水位及水質監測工作，建立供水安全預防機制，及時發現問題，有效采取措施。現有的水源地已經運行數十年，隨著區內整體地下水位的下降，水源地生產井的供水能力逐年減小。由于水源地距汝河近，水質極易受到汝河水的污染，有逐年變壞的趨勢，水源地的供水量亦不能滿足長期發展的用水需求。建議及早尋找補充水源，以滿足縣城的供水需求。