盛根來，徐旻天，劉 莉，邢立亭，4

（1.山東省地礦工程勘察院，山東 濟南 250014；2.濟南大學 資源與環(huán)境學院，山東 濟南 250022；3.山東省物化探勘查院，山東 濟南 250013；4.山東省地下水資源與環(huán)境工程研究中心，山東 濟南 250014）

萊蕪市邊王許水源地地下水資源計算*

盛根來1，徐旻天2，劉 莉3，邢立亭2，4

（1.山東省地礦工程勘察院，山東 濟南 250014；2.濟南大學 資源與環(huán)境學院，山東 濟南 250022；3.山東省物化探勘查院，山東 濟南 250013；4.山東省地下水資源與環(huán)境工程研究中心，山東 濟南 250014）

地下水資源是淡水資源的重要組成部分，計算研究地下水資源，對實現(xiàn)地下水的可持續(xù)利用具有重要意義。通過對研究區(qū)的水文地質條件的研究，計算確定水文地質參數(shù)，并用均衡方程和外推法對地下水資源進行計算評價得出，邊王許水源地孔隙水總補給資源量為11.04×104m3/d，儲存資源量為12756×104m3，在現(xiàn)狀開采量為7.67×104m3/d的基礎上，全區(qū)孔隙水可增采3.37×104m3/d。建議建立地下水動態(tài)長期觀測系統(tǒng)，對水質、水量、水位進行長期監(jiān)測，涵養(yǎng)水源，為地下水環(huán)境保護及地下水資源合理開發(fā)利用提供科學依據(jù)，以確保水源地發(fā)揮最積極的作用。

地下水資源；水文地質參數(shù)；外推法；邊王許水源地；水資源評價

1 引言

地下水和地表水是人類生存的兩大主要水源，隨著人類的生產發(fā)展，需水量不斷增加，由于大部分地表水受到了不同程度的污染破壞，地下水作為我國北方地區(qū)生產生活的重要水源，地位日益凸顯［1］。然而，地面下沉、巖溶塌陷、礦井突水等環(huán)境地質問題頻發(fā)，威脅著人類的生產安全。因此，地下水資源的評價研究［2-4］，對水資源的可持續(xù)利用具有重要意義。國內外學者對地下水水量、水質等已做了許多研究［5-6］，采用水均衡法［7］、數(shù)值模擬法［8］、基流分割［9］等方法進行水資源評價［10-11］，本文選用均衡方程和Q-S曲線外推法［12］對萊蕪邊王許水源地地下水資源量進行評價計算。

2 研究區(qū)概況

邊王許村隸屬山東省萊蕪市萊城區(qū)寨里鎮(zhèn)（圖1）。地處魯中山區(qū)萊蕪盆地北緣，為山前丘陵區(qū)及山前河流沖積平原區(qū)、中低山區(qū)，地形為北高南低，東高西低。研究區(qū)地處暖溫帶大陸性季風氣候區(qū)，季節(jié)變化明顯。歷年平均降水量約為657.73mm，降水多集中在6-8月，占全年降雨量的65%。

圖1 研究區(qū)位置圖

研究區(qū)地表水屬汶河水系，主要河流有匯河及其支流黑龍?zhí)逗?、白龍?zhí)逗蛹昂邶執(zhí)逗拥闹Я髦锅P河等（圖2），其中匯河除大旱年份外一般常年流水，黑龍?zhí)逗釉谇?、后枯河村以北為季?jié)性河流，春季一般干枯，枯河村以南，因有地下潛流溢出，大多常年流水。本次評價為孔隙水水資源量，地表水對其的補給較重要。

圖2 研究區(qū)水系分布及測流斷面位置圖

3 研究區(qū)地質及水文地質條件

研究區(qū)內地層由老至新分布有太古界（Art）、寒武系（∈）、奧陶系（O）、第三系（E）和第四系（Q）。第四系分布廣泛，覆蓋于各時代地層之上。第三系全部隱伏于第四系之下，分布于泰安—口鎮(zhèn)斷裂（又稱內弧斷裂）以南地區(qū)，與下伏地層不整合接觸，據(jù)鉆孔揭露，地層巖性主要為泥巖、頁巖、粉砂層、磚紅色鈣質膠結石灰質礫巖，厚度大于700m。

研究區(qū)北緣為萊蕪弧形大斷裂，由內外弧形斷裂組成（圖2）。其中外弧斷裂構成萊蕪凹陷的北邊界。受兩條弧形斷裂控制，寒武系、奧陶系僅在兩條弧形斷裂間分布，內弧斷裂以南僅分布第四系和第三系。

根據(jù)地層巖性組合特征、含水介質的賦水狀況、地下水在含水層中的運移及儲存特征，工作區(qū)可劃分為以下5個含水巖組：松散巖類孔隙含水巖組、碳酸鹽巖裂隙巖溶含水巖組、碳酸鹽巖夾碎屑巖巖溶裂隙含水巖組、塊狀巖類風化裂隙含水巖組和碎屑巖類風化裂隙含水巖組。其中富水性強，具有工業(yè)供水意義的主要含水巖組為松散巖類孔隙含水巖組匯河古河道帶孔隙含水亞組和碳酸鹽巖裂隙巖溶含水巖組，本文計算的含水巖組主要是孔隙含水巖組，其主要補給來源是大氣降水，將“內弧”斷裂以南的區(qū)域作為本次孔隙水均衡計算區(qū)。

研究區(qū)地表巖性主要為粉土、中細砂，接受降水入滲補給能力強。除大氣降水之外，還有河水滲漏補給以及農田灌溉補給孔隙水。邊王許村西的匯河，河床底部巖性為中粗砂夾礫石，滲透性強，白龍?zhí)逗雍导緷B漏補給孔隙水，黑龍?zhí)逗迂S水期大量補給地下水。來自勘探區(qū)以東的第四系孔隙水由東北部及東部進入研究區(qū)，徑流補給地下水。區(qū)內孔隙水為潛水，地下水流向與地形坡向一致，在匯河一帶匯集?？紫端闹饕判狗绞綖楹恿髋判埂⑷斯ら_采排泄和泉水排泄。

4 計算參數(shù)的確定

對于單孔穩(wěn)定流采用裘布依潛水公式（1），根據(jù)抽水試驗單孔抽水資料（表1）可求得水文地質參數(shù)，匯河古河道帶以及主流帶的導水系數(shù)T為508.2～3167.73m2/d，取其算術平均值為1385.94m2/d，在古河道邊緣帶T值為114.06～1313.8m2/d，取其算術平均值為497.87m2/d。

表1 穩(wěn)定流法計算T值一覽表

對于非穩(wěn)定流，利用TC8、TC11號孔抽水資料，按照直線圖解法，求得各參數(shù)見表2。

表2 非穩(wěn)定流直線圖解法求取的參數(shù)

利用TC8號孔抽水資料，用直線圖解法求得T值，接近單孔穩(wěn)定流求得的匯河古河道主流帶T值的算術平均值。所以，匯河古河道主流帶的T值可以選用TC8號孔用直線圖解法求得的T值，為1410.5m2/d。

5 水資源計算與評價

5.1 建立均衡方程

計算區(qū)地下水的補給來源主要為大氣降水入滲補給、河水滲漏補給、地下水徑流補給、灌溉回滲補給。地下水的排泄途徑主要為人工開采排泄、地下水徑流排泄、河流排泄。由此，建立的水均衡方程式為

5.2 均衡計算

5.2.1 補給量

（1）大氣降水入滲補給量。

入滲系數(shù)α取0.35，入滲面積Fi為94.93×106m2。多年平均降水量為0.65773m（王大下站1960-2012年）。代入可得：Q降=94.93×106×0.35×0.65773÷365=5.9872×104m3/d。

（2）灌溉回滲補給量。

農田灌溉以井灌為主，開采地下水有季節(jié)性、分散性的特點。灌溉回滲系數(shù)為0.11。用于農田灌溉的地下水開采量為6.9521×104m3/d，則Q灌=6.9521×104×0.11=0.7647×10 m3/d。

（3）地下水徑流補給量。

①北部裂隙巖溶水補給量為0.3475×104m3/d。

②地下水徑流補給來自東北部及東部，用達西公式（3）計算。

東北部選取郭王石—三官廟—東留一線為計算斷面；東部則選取東留—郝家中榮—魏家莊一線。

表3 孔隙水地下徑流補給量計算結果

加上裂隙巖溶水通過第四系孔隙水的排泄量，第四系孔隙水地下徑流總補給量為Q補給=0.3475×104+2.3236×104=2.6711×104m3/d。

（4）河水滲漏補給量。

根據(jù)2013年白龍?zhí)逗?、黑龍?zhí)逗印㈦p龍河以及匯河斷面的測流資料，可分別計算出這四個斷面全年平均滲漏補給量為0.4399×104m3/d、0.5952×104m3/d、0.0222×104m3/d、0.5597×104m3/d。相加可得到孔隙水地下水總補給量Q補=11.04×104m3/d。

5.2.2 排泄量

（1）地下水開采量。

均衡區(qū)內地下水開采主要為生活用水、農田灌溉及小型工廠工業(yè)用水，地下水總開采量為7.6705×104m3/d。

（2）地下水徑流排泄量。

均衡區(qū)西南部，地下水排出區(qū)外的方式為地下徑流，排泄量用達西公式計算，斷面選取周家洼—小埠頭南一線，導水系數(shù)T=1470.29m2/d，地下水周邊徑流補給帶的周長B=4750m，水力坡度I=0.0016，可得Q徑=1.1174×104m3/d。

（3）河流排泄量。

白龍?zhí)逗?、黑龍?zhí)逗?、雙龍河以及匯河斷面平均排泄量分別為0.1659×104m3/d、1.3131×104m3/d、0.4315×104m3/d、0.3638×104m3/d，相加可得研究區(qū)河流排泄地下水總量為2.2743×104m3/d。

綜合以上人工開采量、地下徑流排泄量和河流排泄量的計算結果，各排泄量相加得出孔隙水地下水總排泄量為11.0622×104m3/d。

5.2.3 均衡計算結果

通過計算可得，總補給量為11.04×104m3/d，總排泄量為11.0622×104m3/d?？偣炕镜扔诳偱判沽?，表明在計算參數(shù)上的選取是合理的，符合研究區(qū)的水文地質條件。

5.3 地下水允許開采量計算

根據(jù)開采試驗法原理，穩(wěn)定時的抽水流量等于地下水徑流補給量，可用其直接評價允許開采量。邊王許水源地的開采性抽水試驗在枯水期進行，并且在很短時間內就達到穩(wěn)定，說明該水源地還有增大開采量的潛力。

根據(jù)枯水期的抽水試驗資料，采用外推法可以確定研究區(qū)的地下水允許開采量。邊王許地段開采性抽水試驗穩(wěn)定期間，邊王許村西井組的TC11抽水井抽水流量為2203.8m3/d，水位降深1.87m，利用該井單井抽水試驗穩(wěn)定時數(shù)據(jù)建立Q-S曲線方程，作為試驗外推和水位預測的依據(jù)。

5.3.1 Q-S曲線類型的確定

根據(jù)公式（4），將參數(shù)（表4）代入計算可得：m=1.3473＜2，因此Q-S曲線為指數(shù)型。

表4 計算參數(shù)表

5.3.2 Q-S曲線方程

5.3.3 外推出水量

邊王許地段TC11號井為潛水含水層，枯水期含水層厚度9.3m，外推水位下降值小于潛水含水層厚度的1/3，即最大外推降深在3m左右，因此將3m作為外推水位降深值，同時也滿足最大外推降深最多為1.5S2～2S2的要求，則Q=1384.8×30.7422=3129.7m3/d。

5.3.4 干擾降深的計算

開采井之間的干擾降深可用裘布依潛水穩(wěn)定井流公式計算：

當抽水試驗趨于穩(wěn)定時，實測到各抽水主井的水位降深包含了在試驗條件下的相互影響值，在其它條件不變時，只有TC11號井抽水流量增大，因此，只計算TC11號井對其它抽水井干擾降深的增加值。

抽水流量：Q=3129.7-2203.8=925.9m3/d

水位降深：S=3-1.87=1.13m

H取9.3m，K為TC11號井單井抽水試驗計算值，為145.73m2/d，抽水井半徑rω=0.213m。干擾降深增加值見表5。

表5 干擾降深增加值

5.3.5 水源地總開采量及抽水主井降深的確定

TC11號井以試驗外推出水流量抽水，其余的5眼井以開采性抽水試驗穩(wěn)定時的抽水流量抽水，試驗顯示總出水量為12170m3/d。此時，抽水主井的穩(wěn)定水位下降值等于實測水位降深與干擾降深增加值之和（見表6）。由此可知，邊王許開水源地可以以12170m3/d總流量抽水，穩(wěn)定時抽水主井的最大水位降深為4.54m（TC8號井）。

表6 外推出水量與水位降深一覽表

6 結論

通過地下水資源計算，孔隙水總補給資源量為11.04×104m3/d，儲存資源量為12756×104m3，現(xiàn)狀開采量為7.67×104m3/d，全區(qū)孔隙水可增采3.37×104m3/d。

（1）合理布置供水井，控制總開采量和單井抽水流量，達到控制水位降深的目的。邊王許地段增加開采量不宜超過1.2×104m3/d，單井抽水量以60～80m3/h為宜，抽水主井水位標高不宜低于150m，以防止水位下降過大，形成地下水降落漏斗，影響抽水井正常取水。

（2）區(qū)內河水是邊王許水源地地下水的重要補給來源之一，也是地下水的主要排泄帶，河水與地下水水力聯(lián)系密切。目前，白龍?zhí)逗蛹半p龍河均遭受了不同程度的污染，河水的感觀性狀指標及某些有害化學成份時有檢出，嚴重影響了地下水質量。因此，必須關停周邊小型造紙廠及化工企業(yè)，治理“三廢”的排放，改善河水的質量。

（3）建議建立地下水資源保護區(qū)，在邊王許水源地范圍內，建立起衛(wèi)生防護帶，嚴格按照各級保護區(qū)的要求，禁止建設污染嚴重的工礦企業(yè)，在補給區(qū)周邊植樹造林，提高植被覆蓋度，改善生態(tài)環(huán)境，涵養(yǎng)水源。

（4）研究區(qū)河道內嚴禁挖砂，特別是匯河河床必須立即停止挖砂，并采取必要的截流增滲措施，保護地下水資源，減少地下水的徑流，確保水資源的正常使用。

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Calculation on Groundwater Resource of the Bianwangxu Water Resources in Laiwu

SHENG Gen-lai1， XU Min-tian2， LIU Li3， XING Li-ting2， 4
（1.Shandong Geological Engineering Investigation Institute， Jinan 250014， Shandong， China； 2.School of Resources and Environment，University of Jinan， Jinan 250022， Shandong， China； 3.Shandong Institute of Geophysical&Geochemical Exploration， Jinan 250013，Shandong， China； 4.Research Center of Groundwater Resources and Environment Engineering， Jinan 250014， Shandong， China）

Groundwater is an important part of freshwater resources.The calculation and research has important significance in the sustainable use of groundwater resources.Through the research of study area hydrogeological conditions， the hydrogeological parameters can be calculated and defined.Using the Equilibrium equation and extrapolation to calculate groundwater resources， total amount of pore water supply resources of Bianwangxu is 11.04×104m3/d and storage resource is 12756×104m3.Situation extraction volume is 7.67×104m3/ d and pore water collected of the region can increase 3.37×104m3/d.Recommend to establish long-term observations of groundwater dynamic systems monitoring the water quality， the amount of water and the water level.These can provide the scientific basis for groundwater environment protection and the rational exploitation of groundwater resources， and then ensure that the water source has great positive effect.

groundwater resources；hydrogeological parameters；extrapolation；Bianwangxu water source；water resources assessment

P641.8

A

1009-3842（2015）06-0005-05

2015-09-07

山東省地下水資源與環(huán)境工程研究中心開放基金項目；濟南市科技計劃項目（201303082）

盛根來（1962-），男，江蘇漣水人，研究員，從事巖土工程及地下水勘察技術工作。E-mail： sky405686@163.com