武安市巖溶地下水資源評價

袁冰

（河北昕佳工程勘查設計有限公司，河北 石家莊 050000）

1 自然地理

1.1 地形地貌

武安市隸屬于河北省邯鄲市，地處晉、冀、魯、豫四省交界地帶，總面積1 806 km2。全市境內地形起伏、四面環山、中間低洼，但總體地勢西高東低。境內被三河（南洺河、北洺河、馬會河），五川（門道川、常社川、白云川、館陶川、石門川）及80 多處溝壑所切割，地形復雜，主要地貌類型分為中低山區（占總面積的30%）、丘陵區（占總面積的45%）及山間盆地（占總面積的25%）。

1.2 氣象水文

武安市屬大陸性季風氣候區，夏季炎熱，冬季寒冷。多年平均降水量536.58 mm，多年平均蒸發量1 851.7 mm。

2 區域水文地質條件

2.1 區域地下水系統

武安市全境總面積1 806 km2，區域上主要跨屬邯邢地區百泉泉域及峰峰黑龍洞泉域兩大巖溶地下水系統，在西南部，長亭、姚家峧以西的小部分區域屬于涉縣東風湖泉域。區域地下水系統示意圖如圖1 所示。

圖1 區域地下水系統示意圖

2.1.1 峰峰黑龍洞泉域

該泉域總面積2 680 km2，其中碳酸鹽巖裸露區面積1 295.7 km2，天然補給量11.63 m3/s 左右。武安市南部位于峰峰黑龍洞泉域中上游，屬于泉域的補給-徑流區，面積約915.07 km2。

2.1.2 百泉泉域

百泉泉域總面積4 044 km2，其中西部古老巖層（贊皇巖群、甘陶河群與長城系）分布面積2 205.4 km2，中部裸露灰巖（寒武系、奧陶系）面積378.6 km2，東部第四系及煤系地層覆蓋面積1 460 km2。武安市北部位于百泉泉域上游，屬于泉域的補給區，面積約858.42 km2。

2.1.3 東風湖泉域

武安市西南部涉縣—長亭斷裂及地表分水嶺以西部分屬于該泉域，面積約為33.57 km2。

2.2 區域地下水類型

根據武安市地下水含水巖性的不同，可劃分為變質巖裂隙水、碳酸鹽巖巖溶裂隙水、石炭-二疊系薄層灰巖和砂巖裂隙水、巖漿巖裂隙水、第四系孔隙水五種類型。其中碳酸鹽巖巖溶裂隙水是本區主要的地下水類型，也是武安市地下水開發利用的主要對象。

3 地下水資源量評價方法

長期以來，碳酸鹽巖巖溶裂隙水一直是武安市工農業生產與生活的重要水源，全市境內工礦企業、工農業生產和生活用水開采（排水）點眾多，對地下水流場及水位動態的影響明顯，地下水排泄的主要途徑為人工開采。本次地下水資源評價以地下水均衡方法為基礎，通過統計地下水開采量，采用排泄量法計算地下水資源量[1]。

3.1 均衡期

根據收集和統計資料的完整性和精確度，選用2016-01—2020-08 作為均衡計算期。

3.2 均衡方程

統計均衡期內碳酸鹽巖巖溶裂隙水的實際開采量和水位動態資料，排泄量與地下水儲變量之和為均衡期內地下水資源，側向徑流排泄量采用斷面流量法計算，即：

式（1）～（3）中：Q補為均衡期地下水補給量；Q排為均衡期地下水排泄量；ΔQ儲為均衡期地下水儲變量，增加為正值，減小為負值；Q采為均衡期地下水實際開采量；Q側為均衡期地下水側向徑流排泄量；Q蒸發為均衡期地下水蒸發量（由于地下水位埋藏深，此項可忽略不計）；μ為給水度；V為靜儲量變化體積，m3；K為含水層滲透系數，m/d；I為水力梯度；B為計算斷面寬度，m；M為含水層厚度，m。

3.3 評價分區

為便于對地下水資源量評價計算，在一級水文地質單元的基礎上根據地下水含水介質以及補給、徑流、排泄條件并兼顧行政區劃的特點，將全市劃分為9 個亞區。其中屬峰峰黑龍洞泉域范圍分為4 個亞區，分別為I-1～I-4 區；屬百泉泉域范圍分為3 個亞區，分別為Ⅱ-1～Ⅱ-3 區；屬東風湖泉域范圍分為2 個亞區，分別為Ⅲ-1 和Ⅲ-2 區，如圖2 所示。

圖2 地下水資源量計算分區圖

4 地下水資源量計算

I-4、Ⅱ-3、Ⅲ-1 和Ⅲ-2 區地層巖性主要為前寒武系變質巖類，無巖溶地下水分布[2]。其他各分區計算過程如下。

4.1 I-1 區

該區屬黑龍洞泉域上游補給區，面積187.18 km2。近年來，該區巖溶地下水開采量較大，形成一個相對獨立的地下水單元。邊界條件如下：①北部和東部以南北兩大泉域邊界為界。②西部邊界。以南叢井、龍霧—活水斷層為界。南叢井、龍霧—活水斷層斷距在200～400 m，西盤下降，東盤抬升，使寒武系下統紫色頁巖、鈣質泥巖與奧陶系中統石灰巖對接。寒武系下統的紫色頁巖與鈣質泥巖為良好的隔水層，使東西兩側奧陶系石灰巖地下水失去聯系。③西南部邊界。隨著區域巖溶地下水流場的變化，沿固鎮巖體北側向東，經峰店、順義一帶，已形成地下分水嶺，為該單元的西南部邊界。

4.1.1 地下水開采量（Q采）

該區工礦企業較多，均衡期內地下水位呈小幅下降趨勢。根據統計，均衡期內巖溶水開采總量為10 203.31 m3，如表1 所示。

表1 I-1 區巖溶水開采量統計表

4.1.2 側向徑流排泄量（Q側）

該區為一相對獨立的水文地質單元，與周邊系統地下水水力聯系小，側向徑流排泄量可忽略不計。

4.1.3 地下水靜儲量（ΔQ儲）

均衡期內靜儲量體積減少90 837.14 萬m3，取給水度μ=0.002 1，地下儲變量ΔQ儲=-190.76 萬m3。

綜上，計算得I-1 區均衡期內巖溶地下水補給量為10 012.55 萬m3。

4.2 I-2 區

該區位于武安市西南部，邊界條件如下：①北部和東北部邊界。北部以南叢井、龍霧—活水斷層位置地表分水嶺和柳家河村至杏花村地表分水嶺為界；東北部邊界為沿著固鎮巖體北側向東，經峰店、順義一帶形成的地下分水嶺至磁山巖體。②西部邊界。西部以地層界限為界，西側山區地層主要為寒武系，富水性、透水性弱。③南部和西南部邊界。以地表分水嶺為界。

4.2.1 地下水開采量（Q采）

該區主要為2672水源地及西北部工業廠區抽取地下水，在下游2672 水源地一帶形成降落漏斗。均衡期內地下水總開采量為14 272.51 萬m3，如表2 所示。

表2 I-2 區巖溶水開采量統計表

4.2.2 側向徑流排泄量（Q側）

側向徑流排泄主要通過南部楊二莊—崔爐口以地下水徑流的形式向區外排泄，徑流量采用斷面流量法計算，K取值22.69 m/d；I根據地下水流場，計算得0.001 5；B經測量為2 300 m；M平均厚度為320 m。經計算，地下水側向徑流排泄量為4 269.85 萬m3。

4.2.3 地下水靜儲量（ΔQ儲）

均衡期內靜儲量體積增加454 613.84 萬m3，給水度取值μ=0.001 5，地下儲變量ΔQ儲=681.92 萬m3。

綜上，計算得I-2 區均衡期內巖溶地下水補給量為19 224.28 萬m3。

4.3 I-3 區

該區位于鼓山以東，邊界條件如下：北部以紫山巖體為隔水邊界；南部邊界為地下分水嶺；西部邊界以鼓山斷層為隔水邊界；東部邊界以胡峪斷層等一系列斷層為界，為隔水邊界。

4.3.1 地下水開采量（Q采）

該區巖溶地下水排泄主要為南鼓山水源地及周邊村鎮開采，形成以南鼓山水源地為中心的降落漏斗，均衡期內地下水位略呈有下降。

均衡期地下水總開采量為9 876.24 萬m3，如表3所示。

表3 I-3 區巖溶水開采量統計表

4.3.2 側向徑流排泄量（Q側）

側向徑流排泄主要通過武安市南部行政邊界以地下水徑流的形式向區外排泄，徑流量采用斷面流量法計算，K取值25.0 m/d；I根據地下水流場，計算得0.001 2；B經測量為2 200 m；M平均厚度為210 m。經計算，地下水側向徑流排泄量為2 362.51 萬m3。

4.3.3 地下水靜儲量（ΔQ儲）

均衡期內靜儲量體積減少91 255.51 萬m3，取給水度μ=0.004，地下儲變量ΔQ儲=-365.02 萬m3。綜上，計算得I-3 區均衡期內巖溶地下水補給量為11 873.73 萬m3。

4.4 Ⅱ-1 區

該區位于武安市北部，邊界條件如下：南部以北洺河地下水分水嶺為界；西部以寒武系下統相對隔水層為邊界；東部以武安盆地西緣上泉—礦山斷裂束為界，其多為高角度正斷層，最大斷距超過200 m，東盤下降，灰巖地層埋深超過600 m，深部巖溶裂隙不發育，與西部水力聯系弱；北部以武安市行政區劃為邊界。

4.4.1 地下水開采量（Q采）

該區位于百泉泉域上游補給區，天然狀態下，巖溶水自西向東、東北向邢臺百泉排泄。20 世紀70 年代以來，隨著工農業發展及礦山開采排水，在泉域內由南至北已形成北洺河鐵礦、云駕嶺鐵礦、王窯鐵礦等數個大小不一的地下水降落漏斗。地下水接受補給后向東流動至礦山一帶，幾乎全部被各礦山排水截流，向北方向基本無地下水排泄出市境。

本區的地下水開采方式主要為礦山排水、工農業灌溉和生活用水，均衡期內地下水位略呈下降趨勢。均衡期內巖溶地下水總開采量為11 155.93 萬m3，如表4 所示。

表4 Ⅱ-1 區巖溶水開采量統計表

4.4.2 側向徑流排泄量（Q側）

根據現狀條件下地下水開采以及流場特征，該區地下水側向徑流排泄量很小，可忽略。

4.4.3 地下水靜儲量（ΔQ儲）

均衡期內靜儲量體積減少59 509.87 萬m3，取給水度μ=0.002 9，地下儲變量ΔQ儲=-172.58 萬m3。

綜上，計算得Ⅱ-1 區均衡期內巖溶地下水補給量為10 983.35 萬m3。

4.5 Ⅱ-2 區

該區位于武安盆地內，西部以磁山巖體和郭二莊—玉泉嶺斷層為界，南部以南洺河斷層為界，東部以鼓山斷層為界，北部至大賀莊—下白石一帶，形成相對獨立的小單元。

4.5.1 地下水開采量（Q采）

該區形成以南洺河、萬年礦為中心的降落漏斗，均衡期內地下水位呈下降趨勢。均衡期內巖溶地下水總開采量為7 165.95 萬m3，如表5 所示。

表5 Ⅱ-2 區巖溶水開采量統計表

4.5.2 側向徑流排泄量（Q側）

該區為一相對獨立的水文地質單元，與周邊地下水水力聯系小，基本無側向徑流。

4.5.3 地下水靜儲量（ΔQ儲）

均衡期內靜儲量體積減少96 840.28 萬m3，取給水度μ=0.003 6，地下儲變量ΔQ儲=-348.63 萬m3。綜上，計算得Ⅱ-2 區均衡期內巖溶地下水補給量為6 817.32 萬m3。

4.6 小結

對上述計算結果進行匯總，得出武安市均衡期內巖溶地下水總補給量為58 911.23 萬m3，年均補給量為12 614.84 萬m3，如表6 所示。

表6 均衡期地下水補給量匯總

5 結論

武安市全境總面積1 806 km2，區域上主要跨屬邯邢地區百泉泉域及峰峰黑龍洞泉域兩大巖溶地下水系統，在西南部，長亭、姚家峧以西的小部分區域屬于涉縣東風湖泉域。地下水類型分為碳酸鹽巖巖溶裂隙水、碎屑巖裂隙水、巖漿巖裂隙水、第四系孔隙水和變質巖裂隙水。其中，碳酸鹽巖巖溶裂隙水為主要的開發利用對象。采用排泄量法計算得出武安市巖溶地下水年均補給量為12 614.84 萬m3。