鄒平市北部平原區(qū)地下水資源評(píng)價(jià)及開(kāi)采潛力分析

王明珠，楊亞賓，戰(zhàn)靜華，張航星，劉毅，段曉飛

(山東省地勘局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院)，山東 德州 253072)

0 引言

鄒平市地下水開(kāi)采呈現(xiàn)“南超北余”的不均勻分布現(xiàn)狀。鄒平市小清河以南的地下水開(kāi)采程度大，出現(xiàn)了超采區(qū)，形成了地下水降落漏斗，單井出水量減少。隨著近幾年水資源的優(yōu)化配置，調(diào)整水資源開(kāi)發(fā)利用結(jié)構(gòu)，地下水位有所回升，但仍存在采補(bǔ)失衡現(xiàn)象。而在小清河以北的引黃灌區(qū)，由于利用黃河水方便，地下水資源沒(méi)有得到充分開(kāi)發(fā)利用，機(jī)井?dāng)?shù)量相對(duì)較少，利用率低。部分微咸水區(qū)沒(méi)有得到較好的開(kāi)發(fā)利用。摸清鄒平市地下水資源儲(chǔ)量，進(jìn)行開(kāi)采潛力分析，提出解決水資源供需矛盾和合理開(kāi)發(fā)利用地下水資源的現(xiàn)實(shí)措施[1-8]，對(duì)鄒平市合理高效開(kāi)發(fā)利用地下水資源具有重要意義。

1 研究概況

鄒平市位于山東省中部偏北，屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明。在魯中泰沂山區(qū)北麓與魯西北黃泛平原的疊交地帶，地貌復(fù)雜，南部是中度切割的低山丘陵，東南部是第四紀(jì)形成的山前沖積平原，北部和西北部是廣闊的黃泛平原，地勢(shì)南高北低,呈傾斜式下降。共有大中小型河道566條，總長(zhǎng)1322.5km，主要有黃河、小清河、杏花河、孝婦河。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 地下水類型分區(qū)

根據(jù)含水層介質(zhì)的巖性特征[9]，北部平原區(qū)地下水為松散巖類孔隙水。根據(jù)含水層介質(zhì)的埋藏條件、地下水的補(bǔ)逕排特征等劃分為潛水和承壓水，松散巖類孔隙水受水化學(xué)特征的差異，在垂向上又進(jìn)一步分為淺層潛水-微承壓地下水、中深層承壓地下水及深層承壓地下水3種類型。

依據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌以及含水巖組的分布和地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律等區(qū)域水文地質(zhì)特征，并按山東省水文地質(zhì)類型統(tǒng)一分區(qū)，鄒平北部平原主要為魯北平原松散巖類水文地質(zhì)區(qū)(Ⅰ)，根據(jù)沉積物質(zhì)來(lái)源和成因類型不同，鄒平市北部平原區(qū)將其分為2個(gè)水文地質(zhì)亞區(qū)(圖1)，黃河沖洪積平原孔隙水水文地質(zhì)亞區(qū)(Ⅰ)、山前沖洪積平原孔隙水水文地質(zhì)亞區(qū)(Ⅱ)。

1—淺層淡水單井涌水量2000～3000m3/d；2—淺層淡水單井涌水量1000～2000m3/d；3—淺層淡水單井涌水量750～1000m3/d；4—淺層淡水單井涌水量500～750m3/d；5—淺層淡水單井涌水量250～500m3/d；6—淺層淡水單井涌水量<250m3/d；7—深層淡水單井涌水量1000～3000m3/d；8—深層淡水單井涌水量500～1000m3/d；9—深層淡水單井涌水量<500m3/d；10—基巖；11—全淡水區(qū)(礦化度<2g/L)界線；12—水文地質(zhì)分區(qū)界線圖1 鄒平市北部平原區(qū)水文地質(zhì)分區(qū)簡(jiǎn)圖

2.2 含水層組的發(fā)育規(guī)律及特征

黃河沖洪積平原孔隙水水文地質(zhì)亞區(qū)(Ⅰ)地下水主要賦存于第四系和新近系松散巖類含水層中，按含水層(組)在垂向上的埋藏條件和水化學(xué)特征，0～500m深度內(nèi)的含水層劃分為淺層潛水—微承壓水、中深層承壓水、深層地下水3個(gè)含水層(組)。

山前沖洪積平原孔隙水水文地質(zhì)亞區(qū)(Ⅱ)地下水賦存條件、富水性和水質(zhì)均較好。含水層顆粒粗、厚度大，并具有多層結(jié)構(gòu)。其中，淺層潛水—微承壓水為埋深60m以上的地下水，上部為潛水，由于局部隔水層的存在，下部含水層具有微承壓性。中深層承壓水為埋深60～200m深度范圍內(nèi)的地下水。

2.3 地下水徑流排泄條件

根據(jù)2018年北部平原區(qū)淺層地下水枯水期水位統(tǒng)測(cè)資料(圖2)，鄒平市北部水位埋深較小(為方便資源量計(jì)算，本次以行政邊界為限)，沿黃河、小清河地帶水位埋深小于2m。水位埋深往南逐漸加深，至黛溪街辦-黃山街辦一帶，形成區(qū)域性漏斗，南部山區(qū)及明集、韓店等一帶向該處徑流補(bǔ)給地下水。

1—水位埋深<2m；2—水位埋深2～4m；3—水位埋深4～6m；4—水位埋深6～8m；5—水位埋深8～10m；6—水位埋深10～12m；7—水位埋深12～14m；8—水位埋深14～16m；9—水位埋深16～18m；10—水位埋深18～20m；11—水位埋深20～22m；12—水位埋深22～24m；13—水位標(biāo)高等值線；14—基巖圖2 鄒平市北部平原區(qū)淺層孔隙水水位等值線圖

根據(jù)2018年北部平原區(qū)深層地下水枯水期統(tǒng)測(cè)資料(圖3)，受人工開(kāi)采的影響，在九戶鎮(zhèn)、孫鎮(zhèn)及魏橋鎮(zhèn)南部，形成深層地下水降落漏斗，水位埋深最大超過(guò)70m，地下水從四周向漏斗中心運(yùn)移。

2.4 平原區(qū)地下水開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

通過(guò)調(diào)查，鄒平市工業(yè)用水多為地表水庫(kù)供水，部分開(kāi)采淺層地下水。臺(tái)子鎮(zhèn)及碼頭鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)灌溉為黃河水灌溉，有少部分用淺層地下水灌溉；魏橋鎮(zhèn)、九戶鎮(zhèn)、孫鎮(zhèn)小清河流域水渠干流發(fā)達(dá)，多以渠灌為主，在缺水期采用地下水進(jìn)行灌溉；明集鎮(zhèn)、韓店鎮(zhèn)、焦橋鎮(zhèn)等地區(qū)主要為地下水灌溉，部分引渠水澆灌。2014年以來(lái)，為治理鄒平市地下水超采，區(qū)內(nèi)深層地下水開(kāi)發(fā)利用極少，村民生活飲用水為市自來(lái)水公司統(tǒng)一供水(表1)。

1—水位埋深20～24m；2—水位埋深24～28m；3—水位埋深28～32m；4—水位埋深32～36m；5—水位埋深36～40m；6—水位埋深40～44m；7—水位埋深44～48m；8—水位埋深48～52m；9—水位埋深52～56m；10—水位埋深56～60m；11—水位埋深60～64m；12—水位埋深64～68m；13—水位埋深68～72m；14—水位埋深>72m；15—水位標(biāo)高等值線；16—基巖圖3 鄒平市北部平原區(qū)深層孔隙水水位等值線圖

3 地下水資源量計(jì)算

3.1 淺層地下水資源量計(jì)算

采用水均衡法計(jì)算淺層地下水資源量[10-14]。水均衡法是指含水層(組)中地下水在某一時(shí)刻內(nèi)，水體積的變化量△Q等于該時(shí)期內(nèi)補(bǔ)給量Q補(bǔ)與消耗量Q耗之差(表2)。

經(jīng)計(jì)算，孔隙水分布區(qū)總補(bǔ)給量為9682.55萬(wàn)m3/a，總排泄量為9190.89萬(wàn)m3/a，補(bǔ)給量與排泄量之差321.67萬(wàn)m3/a，由水位降幅引起的地下水儲(chǔ)變量為319.04萬(wàn)m3/a，總誤差0.82%。孔隙水分布區(qū)資源量計(jì)算方程基本均衡，各均衡項(xiàng)比較符合實(shí)際。

3.2 深層地下水資源量計(jì)算

以地質(zhì)環(huán)境約束條件及水利部門開(kāi)采需求，設(shè)定深層地下水水位埋深小于70m，開(kāi)采年限20年為本次計(jì)算的約束條件。深層地下水可利用量計(jì)算包括彈性釋水量和壓密釋水量(表3)。

表1 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地下水開(kāi)采量調(diào)查一覽表

表2 淺層地下水資源計(jì)算表

表3 深層地下水資源計(jì)算表

4 地下水資源開(kāi)采潛力評(píng)價(jià)

根據(jù)調(diào)查，結(jié)合濱州市歷年水資源公報(bào)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，鄒平市地下水開(kāi)發(fā)利用以淺層地下水為主，深層地下水開(kāi)采極少。淺層地下水南部為主要飲用水水源地，且水質(zhì)較好，北部主要用于灌溉，水質(zhì)較差，不易作為飲用水。本文地下水資源開(kāi)采潛力評(píng)價(jià)只針對(duì)淺層地下水，不對(duì)深層地下水進(jìn)行評(píng)價(jià)(表4)。

表4 地下水資源開(kāi)采潛力評(píng)價(jià)分級(jí)表

4.1 潛力分區(qū)評(píng)價(jià)

根據(jù)本次評(píng)價(jià)結(jié)果，鄒平市地下水開(kāi)采現(xiàn)狀總體上表現(xiàn)為南超北余。淺層地下水開(kāi)采潛力總體較好，黃河流域的碼頭鎮(zhèn)和臺(tái)子鎮(zhèn)開(kāi)采潛力均大于10，開(kāi)采潛力較大；魏橋鎮(zhèn)、九戶鎮(zhèn)、孫鎮(zhèn)等地下水開(kāi)采潛力大于1.2，屬弱開(kāi)采潛力區(qū)；在九戶鎮(zhèn)南部、明集鎮(zhèn)北部及韓店鎮(zhèn)等地區(qū)為采補(bǔ)平衡區(qū)，黛溪街辦、高新街辦、韓店鎮(zhèn)南部、焦橋鎮(zhèn)及長(zhǎng)山鎮(zhèn)等均為輕度超采區(qū)。由于近年來(lái)杏花河中上游經(jīng)常處于斷流，區(qū)內(nèi)多用地下水灌溉，地下水開(kāi)采程度略高，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)地下水開(kāi)采潛力有所降低(圖4)。

1—有潛力區(qū)；2—采補(bǔ)平衡區(qū)；3—輕度超采區(qū)；4—中度超采區(qū)；5—基巖山區(qū)圖4 鄒平市地下水資源潛力分區(qū)圖

4.2 潛力分區(qū)符合性評(píng)價(jià)

采用多年地下水動(dòng)態(tài)對(duì)潛力分區(qū)的符合性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，根據(jù)多年水位-降雨量統(tǒng)計(jì)資料，位于有潛力區(qū)的臺(tái)子鎮(zhèn)趙家村多年水位(圖5)呈波動(dòng)平衡趨勢(shì)，即補(bǔ)給量可均衡開(kāi)采量。位于輕度超采區(qū)的明集鎮(zhèn)水利站多年水位(圖6)呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)，即補(bǔ)給量較開(kāi)采量小，導(dǎo)致水位下降。根據(jù)對(duì)比分析，區(qū)內(nèi)多年水位變化趨勢(shì)與潛力評(píng)價(jià)等級(jí)相符。

圖5 鄒平市臺(tái)子鎮(zhèn)趙家村多年降水量及水位標(biāo)高變化圖

5 淺層地下水合理開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)

5.1 調(diào)整開(kāi)采布局合理調(diào)控地下水水位

根據(jù)地下水開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀和地下水潛力分布，通過(guò)調(diào)整開(kāi)采布局，最終實(shí)現(xiàn)采補(bǔ)平衡，是解決水資源供需矛盾，合理開(kāi)發(fā)利用地下水資源的措施[15-18]。調(diào)整開(kāi)采布局是以環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題為約束條件，最大限度地發(fā)揮地下水資源潛力。遵循以調(diào)控淺層地下水合理水位為中心的資源開(kāi)發(fā)利用總方針，依據(jù)淺層地下水開(kāi)采資源潛力和開(kāi)采現(xiàn)狀等，主要分為強(qiáng)化開(kāi)采、穩(wěn)定開(kāi)采、控制開(kāi)采、補(bǔ)源開(kāi)采和半咸水改造利用5個(gè)大區(qū)(表5，圖7)。

圖6 鄒平市明集鎮(zhèn)水利站多年降水量及水位標(biāo)高變化圖

5.1.1 強(qiáng)化開(kāi)采區(qū)

在沿黃河、小清河及山前溝谷水系發(fā)育地帶，地下水資源尚未得到充分地開(kāi)發(fā)利用，表現(xiàn)為水位埋深淺、開(kāi)采資源大于現(xiàn)狀開(kāi)采量，具有一定的地下水開(kāi)采資源潛力?？梢赃M(jìn)一步擴(kuò)大開(kāi)采，根據(jù)地下水開(kāi)采資源潛力大小、水文地質(zhì)條件和開(kāi)采技術(shù)條件等，分別進(jìn)行集中開(kāi)采和分散開(kāi)采。

表5 淺層地下水資源潛力合理開(kāi)發(fā)利用說(shuō)明表

1—集中開(kāi)采區(qū)；2—分散開(kāi)采區(qū)；3—穩(wěn)定開(kāi)采區(qū)；4—控制開(kāi)采區(qū)；5—補(bǔ)源開(kāi)采區(qū)；6—半咸水利用區(qū)；7—基巖山區(qū)圖7 淺層地下水資源合理開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)區(qū)劃圖

(1)集中開(kāi)采

沿黃地帶，主要分布于碼頭鎮(zhèn)一帶，區(qū)內(nèi)補(bǔ)給資源豐富，開(kāi)采資源潛力大，開(kāi)采資源潛力模數(shù)大于10×104m3/a·km2。該地帶一般含水砂層厚度大于15m，開(kāi)采技術(shù)條件良好，可大力開(kāi)采淺層地下水。根據(jù)開(kāi)采技術(shù)條件和地下水資源條件，由于地下水水質(zhì)達(dá)不到生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，以增加城鎮(zhèn)非飲用水供水水源以及相對(duì)較大密度的農(nóng)灌機(jī)井開(kāi)采為途徑。但是，開(kāi)采井布局和開(kāi)采量增加均應(yīng)以地下水開(kāi)采資源潛力為依據(jù)，以環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題為約束條件。

(2)分散開(kāi)采

集中開(kāi)采區(qū)以外的地下水資源潛力區(qū)域，引黃利用相對(duì)較少，地下水開(kāi)發(fā)利用增加，相對(duì)的地下水資源潛力減小，開(kāi)采資源潛力模數(shù)小于10×104m3/a·km2，可以進(jìn)行分散開(kāi)采。該地帶含水層砂層厚度一般10～15m；由于含水層砂層厚度、淺層淡水底界面和地下水資源潛力變化大，局部又近鄰淺層咸水地段，因此需要合理開(kāi)采布局、配套挖潛和井渠結(jié)合，根據(jù)具體地下水條件分別采取不同井徑、井型、井深等不同取水技術(shù)方法，因地制宜地合理開(kāi)發(fā)利用地下水。

5.1.2 穩(wěn)定開(kāi)采區(qū)

在小清河以南，杏花河北部區(qū)域，淺層地下水位埋深4～6m，接近合理水位埋深，機(jī)井密度較大，開(kāi)采程度較高，地下水資源潛力系數(shù)介于0.8～1.2之間，處于地下水采補(bǔ)基本平衡狀態(tài)。在局部井群布設(shè)不合理地段，可以適度調(diào)減開(kāi)采量；若區(qū)內(nèi)年季調(diào)節(jié)量比較豐富，在有利地段還可以適度調(diào)增開(kāi)采量。該區(qū)原則上不宜再擴(kuò)大開(kāi)采，以保持現(xiàn)狀、穩(wěn)定持續(xù)開(kāi)采為宜，將重點(diǎn)放在開(kāi)源節(jié)流，改進(jìn)灌溉技術(shù)等措施上。

5.1.3 控制開(kāi)采區(qū)

韓店南部-焦橋鎮(zhèn)-長(zhǎng)山鎮(zhèn)一帶，淺層地下水漏斗區(qū)，地下水開(kāi)發(fā)利用程度高，開(kāi)采量大于地下水可采資源量，出現(xiàn)了不同程度的地下水超采，地下水資源潛力系數(shù)介于0.6～0.8之間。地下水位埋深在10m左右。以加強(qiáng)引黃引江水的利用、適度控制開(kāi)采及相應(yīng)調(diào)減地下水開(kāi)采量等措施，使其逐步恢復(fù)到采補(bǔ)平衡狀態(tài)，促進(jìn)地下水環(huán)境良性發(fā)展為宜。

5.1.4 人工補(bǔ)源開(kāi)采區(qū)

自來(lái)水公司地下水水源地分布區(qū)，地下水集中高強(qiáng)度開(kāi)采，開(kāi)采量已超出地下水開(kāi)采資源量，地下水資源潛力系數(shù)介于0.4～0.6之間，達(dá)到了中等超采程度，地下水位埋深大于15m，屬淺層地下水漏斗區(qū)中心區(qū)，具備了地下水人工調(diào)蓄的可能性。宜利用地下水漏斗庫(kù)容空間，進(jìn)行引滲調(diào)蓄補(bǔ)源開(kāi)采，增加地下水資源量和改善地下水環(huán)境。

5.1.5 半咸水利用區(qū)

半咸水區(qū)位于黃泛平原臺(tái)子鎮(zhèn)—魏橋鎮(zhèn)—九戶鎮(zhèn)一帶，分布有礦化度2～4g/L的半咸水區(qū)253.46km2。自70年代以來(lái)，地礦、水利、農(nóng)業(yè)等部門相繼進(jìn)行了許多實(shí)驗(yàn)研究，并已探索出一套利用咸水灌溉的成熟方法，效果明顯。經(jīng)評(píng)價(jià)分析，該區(qū)地下水資源開(kāi)采潛力較大，估算該區(qū)半咸水可開(kāi)采資源約1370萬(wàn)m3/a，地下水資源除部分牲畜、建筑、農(nóng)業(yè)等用水外，開(kāi)發(fā)利用程度較低。宜作為地下水應(yīng)急資源潛力，如能充分利用，不但可以緩解平原中東部水資源供需矛盾突出的狀況，而且可以擴(kuò)大降水入滲，促進(jìn)水的循環(huán)交替。

5.2 優(yōu)先開(kāi)發(fā)淺層地下水合理而科學(xué)調(diào)度地下水與地表水資源

鄒平市近年來(lái)淺層地下水平均開(kāi)采量5406萬(wàn)m3/a，開(kāi)采重心分布在小清河以南的山前沖洪積平原和南部低山丘陵區(qū)，由黃河河道帶向外圍開(kāi)采強(qiáng)度逐漸增加；而地下水開(kāi)采資源潛力的分布與地下水開(kāi)采分布相反。在地下水資源條件較好的黃河河道帶及其近側(cè)地帶，由于近靠黃河、引黃條件好，而大量引用黃河水進(jìn)行農(nóng)田灌溉，地下水資源開(kāi)發(fā)利用程度相對(duì)低，從而使地下水位埋深過(guò)淺，并引起土壤次生鹽堿化，礦化度逐年升高[19-21]。

黃河客水變率較大，相對(duì)地下水資源較為穩(wěn)定。淺層地下水資源潛力大，再生能力強(qiáng)，易補(bǔ)易采，具有充分地調(diào)節(jié)能力和補(bǔ)給保證。應(yīng)以淺層地下水開(kāi)采資源潛力為依據(jù)，以合理調(diào)控淺層地下水位為中心，優(yōu)先開(kāi)發(fā)利用淺層地下水。在沿黃及其近側(cè)具有較大地下水資源潛力的地帶，應(yīng)禁止或減少引黃量，將減少的引黃量向小清河以南地區(qū)輸送，從而減輕這些地區(qū)的供水壓力。

在沿黃地區(qū)大量開(kāi)發(fā)利用淺層地下水資源的結(jié)果，可以降低地下水位，并能防治土壤次生鹽堿化的發(fā)生，從而促進(jìn)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境良性發(fā)展，同時(shí)還可以激勵(lì)黃河側(cè)滲補(bǔ)給而增加地下水資源量。

6 結(jié)論

(1)根據(jù)計(jì)算，區(qū)內(nèi)淺層孔隙水總補(bǔ)給量為9682.55萬(wàn)m3/a，總排泄量為9190.89萬(wàn)m3/a，補(bǔ)給量與排泄量之差321.67萬(wàn)m3/a，由水位降幅引起的地下水儲(chǔ)變量為319.04萬(wàn)m3/a，總誤差0.82%；區(qū)內(nèi)深層孔深水在約束條件(深層地下水水位埋深小于70m，開(kāi)采年限20年)下，深層地下水可利用量為810.98萬(wàn)m3/a，開(kāi)采模數(shù)0.84萬(wàn)m3/a·km2。

(2)根據(jù)本次評(píng)價(jià)結(jié)果，鄒平市地下水開(kāi)采現(xiàn)狀總體上表現(xiàn)為南超北余。由于近年來(lái)杏花河中上游經(jīng)常處于斷流，區(qū)內(nèi)多用地下水灌溉，地下水開(kāi)采程度略高，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)地下水開(kāi)采潛力有所降低。

(3)遵循以調(diào)控淺層地下水合理水位為中心的資源開(kāi)發(fā)利用總方針，依據(jù)淺層地下水開(kāi)采資源潛力和開(kāi)采現(xiàn)狀等，主要分為強(qiáng)化開(kāi)采、穩(wěn)定開(kāi)采、控制開(kāi)采、補(bǔ)源開(kāi)采和半咸水改造利用5個(gè)大區(qū)。