新郑市浅层地下水资源研究

2015-11-26李玉涛林卫东

水资源开发与管理 2015年2期

李玉涛林卫东

(郑州市水利建筑勘测设计院，河南郑州 450006)

1 概述

新郑市对地下水研究较早，郑州市水利局于1959年完成《河南省郑州市水文调查报告》，郑州大学水利系自然区划普查队于1960年完成《郑州市新郑县水文调查报告》及《郑州市新郑地下水开发利用技术报告》，2008年完成《郑州水资源综合规划》。这些研究成果均把新郑浅层地下水可利用量定在5000万～6000万m3，其中《郑州水资源综合规划》中列出新郑市浅层地下水可利用量仅为5345.77万m3［1］，可开采模数为6.4万m3/(km2·年)［1］。随着气候变化和人类活动的影响，全市地下水系统特征也不断发生变化，地下水的赋存条件、地下水补给、径流和排泄特征、地下水动态特征等均发生了变化。因此，在总结分析已有研究的基础上，从整体观点出发，运用系统工程理论方法，重新开展了新郑市地下水资源评价工作。新郑市2007—2013年浅层地下水开采量分别为1.28亿m3、1.19 亿 m3、1.31 亿 m3、1.48 亿 m3、1.54 亿 m3、1.64 亿 m3、1.68亿m3。虽然近年新郑地下水位有所下降，但平均下降幅度仅为1m左右，故认为原有研究与新郑现地下水可利用量存在出入。

2 研究均衡区划分

根据《新郑县水资源调查及水利化区划报告》，新郑市山丘、平洼地类型兼有，地形比较复杂，地域之间的差异性也明显存在，因此，在划分水利化区划时考虑了以下几项原则:ⓐ地形、地貌、土壤、水文地质、水资源条件的近似性;ⓑ治理上的共同性;ⓒ尽量不打破地区区划界限，保持行政村行政区划的完整性;ⓓ结合水文地质及现场情况合理调整均衡区划分。

在省级区划中新郑市属于I4及I5区，在地区三级区划中，属I4-1和I4-2豫中外方山，嵩箕山山区、丘陵区，以及I5-8豫东贾鲁河、双洎河河间条形岗洼区。在此基础上把新郑市分成四个四级区:I4-1-2(西部潜山区)、I4-2-2(河间高平区)、I4-2-3(丘陵区)、I5-8-1(东部沙岗间洼区)。

地下水调查评价按行政分区合计，全市汇总，水资源分区与水利化区划相同。

a.I4-1-2(西部潜山区)。大部分基岩裸露，在山坡地带，覆盖层薄，冲沟发育。

b.I4-2-2(河间高平区)。属双洎河、沂水河、黄水河冲积平原和二级阶地。

c.I4-2-3(丘陵区)。在新郑市西北部和北部，该地区地面起伏变化大，冲沟发育，切割强烈，沟深20～30m，形成陡峻裸露的谷坡。

d.I5-8-1(东部沙岗间洼区)。在京广线以东，由于受古黄河改道的影响，大都呈南北向的条形岗地，两岗夹一洼，岗岗都是沙，岗地下面掩埋着红色黏土。

各分区的具体面积见表1，具体分区情况见图1。

表1 各分区所包含行政区及面积单位:km2

新郑市地下水均衡计算分区图

3 地下水资源量计算

根据全国水资源综合规划技术细则，将多年平均降水入渗补给量、地表水体补给量、山前侧向补给量三项之和作为此次评价的浅层地下水资源量。根据以往新郑地下水资源评价的计算成果结合资料获取情况，采用补给量法进行分析计算，具体方法是分别计算出多年平均的各项补给量，根据可开采系数计算各分区地下水资源可开采量。

地下水资源量计算公式如下:

式中 Q降补——降水补给地下水量，万m3/a;

Q表补——地表水体补给量，万m3/a;

Q侧补——侧向补给量，万m3/a;

Q河渗——河流渗漏补给量，万m3/a;

Q库渗——水库渗漏补给量，万m3/a;

Q渠系——渠系渗漏补给量，万m3/a;

Q田间——渠灌田间入渗补给量，万m3/a。

3.1 降水入渗补给量

此次降雨入渗计算采用如下概化模型:

式中 F——有效降雨入渗面积，km2，按不同地下水埋深计算;

α——降雨入渗系数，与地下水埋深等有关，不同埋深采用不同系数;

P——不同频率的年降水量，mm。

降水入渗补给系数α是降水渗入量与降水量的比值。α值的大小取决于地表土层的岩性和土层结构、地形坡度、植被覆盖情况等，一般情况下地表土层的岩性对α值的影响最显著。结合相关资料和以往经验，I5-8-1区为 0.28，I4-1-2为 0.17，I4-2-2为 0.19，I4-2-3为 0.21。

3.2 河道渗漏补给量

由于资料不足，此次评价河道渗漏补给量部分主要以双洎河补给地下水为主，结合双洎河相关的地下水补给资料与相关规划报告进行推算，河道渗漏补给量为286.24万m3。

3.3 渠系渗漏补给量

此次采用渠系入渗补给系数法，计算模型为

式中 Q引——灌区渠首引水量，亿m3;

α——渠系水利用系数，包括干、支、斗渠综合系数;

β——包气带消耗系数。

3.4 田间入渗补给量

新郑市灌溉水量中基本全部为地下水灌溉水量，此处新郑市田间入渗补给量按井灌回归补给量计算，计算公式为

式中 Q田间——田间入渗补给地下水的水量;

q——灌溉定额;

β——回归系数。

3.5 水库渗漏补给量

2011年，新郑市有老观寨水库和后湖水库2座中型水库、18座小型水库，总库容7288.51万m3，总兴利库容2937.63万m3。此处按水库正常蓄水量的15%进行水库渗漏补给计算。

3.6 侧向补给量计算

根据《新郑县水文地质条件及合理开发地下水的初步意见》并结合新密市水资源的相关规划报告，新郑市西部有侧向地下水补给源，侧向补给断面位置为赵砦—韦沟断面以及大候庄—大樊庄断面［3］。采用地下水稳定流计算方法，计算公式为

式中 T——导水系数，m2/d;

B——断面宽度，m;

I——水力坡度，‰;

t——时段长;

α——地下水流向与断面夹角，由等水位线量算;

M——计算区段含水层厚度，m;

K——计算区段含水层的渗透系数，m/d。

参考数据计算结果见表2、表3。

表2 侧向径流排泄量数据

表3 新郑市各乡镇浅层地下水多年平均补给量单位:万m3

4 地下水资源可开采量

此次评价的地下水可开采量，是指在可预见的时期内，通过经济合理、技术可行的措施，在不致引起生态环境恶化的条件下允许从含水层中获取的最大水量。根据新郑市各乡镇多年平均地下水资源量成果及相应计算区的可开采系数，可计算得到各计算单元地下水资源可利用量。

采用可开采系数法计算新郑市地下水资源可开采量。根据新郑市地下水赋存条件和开采现状、单井单位降深出水量特点等，参考《郑州市水资源综合规划》，平原区含水层颗粒粗、厚度大，调节能力强，开采条件好，可开采系数取0.85;岗区含水层泥质含量高，厚度小，开采条件差，可开采系数取0.7;山区地下水开采比较困难，开采系数取0.6。计算结果见表4。

表4 新郑市地下水多年平均可开采量成果表单位:万m3

5 原因分析

此次新郑市浅层地下水研究与以往成果比较发现，以往地下水补给量计算中，降水入渗补给系数α值取值偏低，而α值对降雨入渗量影响最显著，例如:I5-8-1区中，α值仅取0.22［3］，而根据以往经验I5-8-1区可取到0.28。且在均衡区划分中，将渗透性更好的一部分I5-8-1区及I4-2-2区划分到其他渗透性较小的分区中。以上两种原因直接导致了以往研究中地下可利用量偏小的问题。

6 成果合理性分析

从新郑市水务局提供的资料来看，新郑市地下水从2007年之后开始有下降趋势，2007年之前地下水水位基本保持稳定，2007年之后浅层地下水开采量均大于1.19亿 m3，到2012年已达到1.58亿 m3，而2004年、2005年、2006年浅层地下水开采量分别为0.8亿m3、1.03亿m3、1.09亿 m3，可见开采量在0.8亿～1亿 m3之间地下水水位基本可保持稳定;查《河南省水资源》(2007版)附图22，可知新郑市浅层地下水资源模数多在10万～15万m3/(km2·a)级，东部地区从10万～15万m3/(km2·a)级向15万～20万 m3/(km2·a)级过渡，北部地区从10万～15万 m3/(km2·a)级向20万～25万 m3/(km2·a)级过渡［2］，从计算的浅层地下水资源量看新郑市总水资源模数为16.5万m3/(km2·a)，与《河南省水资源》(2007版)附图22数据相符。故可认为，此次计算的新郑市浅层地下水可开采量为9131.90万m3是可靠合理的数据。