偃師伊洛河河灘淺層地下水資源分析研究

黃繼超，郝學峰

（河南省地質礦產勘查開發礦局第二地質環境調查院，河南 鄭州 450053）

0 引言

伊洛河河灘作為偃師主要的工業和農業用水地下水源地，隨著近年來氣候變化和經濟發展，地下水水位持續下降，地下水資源整體處在負均衡狀態。因此對該區域淺層地下水資源進行分析研究就顯得尤為重要。文章在收集以往歷史資料的基礎上，對研究區淺層地下水水位進行了調查，對地下水資源量進行了計算和評價，通過研究為地下水資源的保護和合理開發利用提供了科學依據。

1 水文地質條件

1.1 地層條件

1.1.1 中更新統（Qp2）

主要分布于山前洪積扇區，為棕紅色、褐紅色亞黏土層，含鈣質結核及卵礫石，并夾砂、砂卵石及鈣質結核富集層，厚5～50 m。

1.1.2 上更新統（Qp1）

主要分布于偃師南緱氏大口、寇店等地區，分布于山前洪積扇群的中部及前緣。為棕黃、淺黃色含鈣質結核的黃土狀亞黏土夾薄層或透鏡體狀砂礫石，厚3～10 m；風成黃土（Qp1eol）：零星分布于偃師東蔡莊以南，為灰黃色粉土質輕亞黏土或重亞砂土，含少量鈣質結核，質地疏松，一般厚5～20 m。

1.2 地下水含水巖組及富水性

研究區位于伊河以北一帶伊洛河階地及漫灘區和伊洛河主流帶，這里全新統、上更新統卵石層厚30～70 m，中部一帶達90 m，而下部中更新統、下更新統均以粗粒的砂卵石或泥質砂卵石為主，無好的相對隔水層，使200 m 深度內卵石層厚達150 m 以上，形成巨厚的含水系統。這里的卵石層分選、磨圓好，滲透性能好，滲透系數達100～300 m/d。含水層及水位埋深約1～10 m。降深5m 單井涌水量達7 000～19 000 m3/d，屬地下水水量極豐富區。

1.3 地下水補給、徑流及排泄條件

1.3.1 補給條件

研究區淺層地下水的主要補給方式有大氣降水滲入、灌溉入滲及側向徑流補給等。主要以大氣降水滲入為主，河流側滲次之。

1.3.1.1 大氣降水滲入補給

河谷階地區地形平坦，地面坡降多為0.10‰～1.00‰；潛水位埋藏淺；包氣帶為粉土、粉質黏土或砂卵石層，質地疏松，植被茂密；構成了大氣降水滲入的有利地帶。盆地邊緣及河谷階地后緣洪積扇地區，地形坡度稍大，潛水位埋深大于10 m，包氣帶也多為粉土、粉質黏土及砂卵石層，對大氣降水滲入也較有利。黃土丘陵、臺塬地區，地勢較高，沖溝發育，地下水位埋藏較深，是大氣降水滲入補給的不利因素。但這里包氣帶多為風成黃土，土質疏松，垂直節理及大孔隙發育，垂直滲透性能良好，局部還有黃土溶洞，溶蝕洼地等，對大氣降水滲入很有利。

1.3.1.2 灌溉入滲補給

區內地表平坦，潛水位淺埋，很有利于集水的滲漏補給，平原區機井灌溉均引起了對潛水的入滲補給。

1.3.2 徑流條件

區內地下水徑流的變化與地形等高線的變化相吻合。即潛水由山前的黃土丘陵、臺塬、洪積扇，流向河谷階地；洛河、伊河河谷為潛水位最低處，也即本區潛水徑流的相對終點。洪積扇、傾斜平原、河谷階地及盆地平原地區砂卵石孔隙潛水含水層滲透性較好，因此潛水徑流條件較好。而黃土丘陵、臺塬地區的黃土孔隙孔洞裂隙潛水雖然水力坡度較大，但由于黃土的水平滲透系數很小，僅為垂直滲透系數的0.13～0.33，因此其水平運動很緩慢，水平徑流條件很差。

1.3.3 排泄條件

區內廣大松散巖類分布區，也正是人類主要活動區，人口密度較大，人們的生活用水及家畜飲用水多以開采潛水為主。而在盆地及河谷階地平原區，大量的農田灌溉和工業用水更以開采潛水為主，構成重要排泄方式之一。

2 地下水資源量分析

2.1 計算模型的確定

地下水資源量計算方法采用水量均衡法進行。

式（1）（2）（3）中：Q補-地下水總補給量（萬m3/a）；Q排-地下水總排泄量（萬m3/a）；μ-水位變動帶給水度；F-均衡區面積（km2）；Δt-均衡時間段長（a）；ΔH-與Δt 對應的水位變幅（m）；Q河-洛河、伊河側滲補給量（萬m3/a）；Q降-降水入滲補給量（萬m3/a）；Q回--灌溉回滲量（萬m3/a）；Q側補-側向徑流補給量（萬m3/a）；Q生-生活用水開采量（萬m3/a）；Q側排-側向徑流排泄量（萬m3/a）；Q工-工業用水開采量（萬m3/a）。

2.2 均衡區的建立及均衡期的選取

均衡法評價分現狀年、多年平均分別對淺層地下水資源進行計算評價。均衡區即為取水影響范圍區，面積60.13 km2。本區地下水補給項為大氣降水入滲補給、河道滲漏補給、河流側向徑流補給、灌溉回滲補給，排泄項主要有側向排泄、生活飲用水開采、農田灌溉開采、工業開采。

2.3 地下水資源量計算

研究區淺層地下水含水層參數利用野外工作中抽水試驗成果（圖1）。利用抽水試驗實測資料，求參采用Aquifer test 求參軟件，利用泰斯配線法，擬合計算結果見圖1。可求得滲透系數K=116 m/d；彈性釋水系數μ=0.39×10-2。

圖1 配線法求參圖

地下水資源包括地下水補給量和排泄量，通過計算研究區地下水補給量和排泄量，得到多年平均及現狀年的地下水均衡結果，詳見表1。

表1 淺層地下水均衡計算表

由表1 可以看出：區域在多年平均呈現負均衡，但水量虧差不大，與區域長觀井有一定程度的下降趨勢一致（圖2），說明以上計算成果較為真實地反映了區域淺層地下水資源變化情況。從均衡表上可以看出，河道測滲是淺層地下水的最主要補給來源，而農業灌溉開采則是地下水主要排泄形式。

圖2 地下水長觀井水文變化曲線圖

3 地下可開采量

研究區天然補給資源量以多年平均均衡狀態下的總補給量表示，可開采資源量指通過技術經濟合理的取水構筑物所能取出的水量，與補給和排泄形成的地下水動平衡相關，不動用含水層儲存量。研究區天然補給資源量為總補給量除去灌溉回滲補給量，計算可得多年平均淺層地下水天然補給資源量1 929.18萬m3/a。地下水可開采資源量為資源量扣除天然凈消耗量，其中天然凈消耗量包括潛水蒸發量、河道排泄量、地下水側向徑流排泄量等，區內可開采資源量為天然補給資源量扣除側向徑流排泄量，計算可得可開采資源量1 691.40萬m3/a。

4 開采后的地下水水位預測

研究區域內地下水總補給量小于地下水排泄量，多年平均地下水均衡差為24.60萬m3/a，根據地下水均衡計算結果，計算地下水年均水位變幅（表2）。

表2 多年平均地下水位變幅表

根據表2計算結果，多年平均狀態下年均地下水水位下降0.12 m，基本與圖2中地下水水位下降速率一致。盡管區域地下水在多年平均狀態下處于負均衡，但均衡差較小；同時根據在研究區內地下水位統調結果，研究區內淺層地下水井由于接受河水補給較多，地下水水位下降較小，普遍下降速率＜0.10 m/a，少部分出現水位上升，故研究區內地下水資源盡管多年平均處于負均衡，但由于大量接受河水補給，地下水水位下降較為緩慢。

5 結語

研究區以松散巖類孔隙含水巖組為主，地下水含水巖組及富水性屬水量極豐富的松散巖類孔隙含水巖組。地下水補給主要以大氣降水入滲為主，河流側滲次之。排泄主要為開采及水平徑流排泄；通過計算研究區淺層地下水天然補給資源量1 929.18萬m3/a；開采資源量1 691.40萬m3/a。多年平均地下水均衡差為24.60萬m3/a，多年平均呈現負均衡，多年平均狀態下年均地下水水位下降0.12 m，基本與長觀井地下水水位下降速率一致，但由于大量接受河水補給，地下水水位下降較為緩慢。建議今后，應繼續采取謹慎和科學合理適當的方式開采地下水，嚴格防止長期大規模超采地下水資源。