张建成

(山西省大同市水资源管理委员会办公室，山西 大同 037006)

大同市地下水超采区地下水位回升线性预测分析

张建成

(山西省大同市水资源管理委员会办公室，山西 大同 037006)

地下水是大同市城镇生活及工农业生产的主要供水水源。长期以来，由于大量集中开采地下水，造成大同市地下水位超采严重，形成多处地下水降落漏斗，超采面积506 km2，其中严重地下水超采区达163 km2。对大同市城郊浅层孔隙水中型超采区长系列年动态资料分析计算，建立地下水开采量、超采量、超采区净补给量和水位回升线性关系，在考虑地下水补、径、排基础上，对超采区水位回升变化趋势进行预测，确定大同市地下水超采区漏斗中心水位恢复年限为2017年，通过圆锥模型分析，预测地下水位恢复后能实现地下水良性循环状态。

超采区；地下水位回升；线性预测；大同市

1 地下水超采区现状

引黄北干线供水工程实施前，地下水是大同市城镇生活及工农业生产的主要供水水源。由于大量集中式开采地下水，1982年城西采区首先在大同机车厂和柴油机厂出现两个降落漏斗，1984年城北采区在御河铁路桥一带出现第三个降落漏斗，1988年城北采区在白马城、城南采区在智家堡又相继出现降落漏斗。目前，大同市城郊浅层孔隙水中型超采区包括了御河城北、城南、智家堡水源地；十里河西水磨、平旺、马魏辛庄水源地以及大同县的党留庄、二三十铺水源地等在内的主要供水水源地。超采区面积506 km2，其中严重超采区面积163 km2。

总体看， 70年代，平原区地下水补径排条件处于相对稳定状态，未出现地下水超采及漏斗情况。1984年城北水源地在铁路桥下出现了1.4 km2的降落漏斗，地下水位下降6.28 m。1990年，地下水开采达1.5亿 m3左右，集中开采区地下水位快速下降，漏斗区面积达60.19 km2；1999年，地下水开采达1.6亿 m3，地下水降落漏斗区面积扩大到89.27 km2；2010年，平原区地下水开采量达1.9亿 m3左右，地下水降落漏斗区面积扩大到148.16 km2；2011年，引黄北干线工程供水后，地下水开采量逐年压缩，2014年，漏斗区面积为130.98 km2，较供水前缩减17.18 km2。从上述资料分析可知，地下水水位与开采量及漏斗区容积存在线性关系(见图1)。

《御河流域生态修改与保护》规划，通过5 a建设，10 a自然修复，总计15 a左右的时间，在流域内重现山水相依、林泉相伴、河湖相映、湖光山色的田园风光。为实现流域目标，地下水超采区关井压采及地下水置换工程应基本完成，三大漏斗区面积逐年减少，地下水位逐年回升至地下水良性循环状态。

图1 地下水开采量、漏斗区面积、水源地水位关系图

2 地下水超采区补水量计算

地下水超采区补水量是指向地下水超采区补水，使区域水位达到目标值的总水量，可采用疏干体积法计算。

Q补=μ×F×△H

式中：μ为地下水变幅带岩性给水度；F为地下水位上升区面积；△H为计算区现状年水位与规划年水位差

变幅带岩性给水度μ值依据《大同市第二次水资源评价及水资源总体规划》成果选取，地下水赋存在河湖相沉积中细砂层及粉砂层中，给水度按照不同地层岩性比选，加权平均取值为0.065～0.070(见表1)。

表1 给水度μ值表

2014年度漏斗区总面积130.98 km2，其中，城北漏斗区面积36.07 km2；城南漏斗区面积51.87 km2；城西漏斗区面积43.04 km2。现状年水位与规划年水位差依据地下水水位监测孔资料选取，城北水源地选B2号井，水位埋深58.67 m，城南水源地选K13号井，水位埋深33.15 m，城西水源地选K15号井，水位埋深58.7 m。

经计算，现状年地下水漏斗区需补水量44 534万 m3，地下水超采区需补水量为201 500万 m3。

3 地下水新增渗漏补给量计算分析

地下水补给量包括降雨入渗补给量、山前侧向补给量、河道渗漏量、渠系渗漏量、田间入渗量、井灌区回归量、污渗回归量。规划实施后，地下水补给量增大，增加部分主要为水域湿地渗漏补给和河道径流渗漏补给。

河道径流渗漏补给量计算：

Q河=m河·Q来

m河=A·(e-0.125·Q径+Q径-0.5)

式中：A为系数，A=(1-λ)·(1-φ)L；φ为单位公里损失率；L为河道渗漏段长；Q径为河道来水量

φ单位损失率区取值0.02～0.05，λ取值0.58，A值取值范围0.219～0.144，L取值23 km(十里河湿地及以上段，)， Q径河道来水量取值1 761万 m3。

计算结果：A=0.21，m河=0.573，Q河=1 009万 m3/a

水域入渗漏补给计算

简化公式为：Q补=P·a·F

式中：P为水域平均深度；α为入渗补给系数；F为水域面积

F水域平均深度取值范围2～4 m，α入渗补给系数取值0.18～2.0，F水域面积取值31.77 km2。

计算结果：Q补=2 200万 m3

生态修复工程实施后地下水新增渗漏补给量为3 209万 m3。

4 地下水漏斗区地下水水位回升线性预测

2016年至2020年为生态修复工程实施阶段，该阶段地下水补径排条件基本维持不变。现状年地下水漏斗区需补水量44 534万 m3，按2020年、2030年地下水规划年控制目标3 910万 m3、4 386万 m3与可开采量8 417万 m3建立线性关系，地下水水位回升线性预测结果见表2。

表2 2020年地下水漏斗区水位回升线性趋势预测表

2020年至2030年为生态修复阶段，该阶段地下水补排条件发生变化，漏斗区地下水净补给量(河道渗漏量及十里河湿地渗漏量)增加1 009万 m3，在地下水开采量多年维持在3 910万 m3，到2027年可消除地下水漏斗区(表3)。

表3 2030年地下水漏斗区水位回升线性趋势预测表

5 超采区地下水良性循环状态水位埋深预测

2020年，地下水开采量控制目标为6 517万 m3，蓄变量为6 128万 m3，新增渗漏补给量3 209万 m3，届时，年地下水涵养水量可达9 337万 m3。

经计算得：h1=4.5 m。

通过10 a自然修复阶段，超采区地下水位从993 m上升至1 047.2 m，地下水埋深从58.7 m上升到4.5 m，可实现降水、地表水与地下水三水良性循环状态。

6 结语

通过开采量和可开采量比较，建立开采量、超采量、超采区净补量、水位回升线性关系，预测出大同市超采区漏斗中心水位恢复年限为2017年。通过圆锥模型，预测水位恢复后，能实现地下水良性循环状态。从而，验证地下水控制目标的科学性。

2017-02-22

张建成(1968-)，男，山西大同人，高级工程师，主要从事水资源开发及利用方面工作。

P641.74

B

1004-1184(2017)04-0065-02