陈越超;张庆;李玉嵩;赵丽
自制自慰器
【摘 要】为查明万方工业园区及周边区域浅层地下水资源状况,利用均衡法分析评价浅层地下水开采潜力.计算结果表明:研究区域的补给量为2.463×104 m3/d,排泄量为0.7635×104 m3/d,平均开采潜力为1.700×104 m3/d,区内浅层地下水水量充沛,水质良好,适合生产生活使用.为区域内水资源管理、开发利用提供科学依据. 【期刊名称】《地下水》
【年(卷),期】2017(039)006
【总页数】洗手液机4页(P14-16,135)
【关键词】万方工业园区;浅层地下水;资源评价;水均衡法
【作 者】陈越超;张庆;李玉嵩;赵丽
【作者单位】河南理工大学资源环境学院,河南 焦作454003;河南理工大学资源环境学院,河南 焦作454003;河南省地矿局第二地质矿产调查院,河南 郑州 450001;河南省地矿局第二环境地质调查院,河南 郑州450000;河南理工大学资源环境学院,河南 焦作454003
【正文语种】中 文
【中图分类】TV211.1+2
浅层地下水资源是焦作市的主要供水水源，随着城市人口增加和工业的发展，对水资源的需求量与日俱增。万方工业园区作为焦作市六大产业园区之一，未进行园区的总体供水规划，因此园区内各项目需自行解决项目取水水源问题。研究区水文调查资料较多，但没有完整的地下水资源评价，本文充分利用焦作市多年来的水文及水文地质资料、前人的研究成果[1]，以为研究区生产生活供水为目的，对园区及周边区域的浅层地下水资源进行评价，为区域内各项目制定水资源开发利用规划提供科学依据。
研究区西、南以山门河为界，东、北以万方工业园区边界为界，研究区面积22.4 km2(见图1)。研究区处在南北气候过渡带，属暖温带大陆性季风型气候，多年平均降水量584.7 mm，
受地形及区域性气候条件影响，降水量由山区到平原逐渐减少；降水量年内分配不均，一般多集中在七、八月份，其次为六、九月份，汛期6—9月降水量占全年的64.8%～70.5%；降水量的年际变化较大，年最大降水量935.1 mm，年最小降水量327.4 mm，丰水年降水量达枯水年降水量的3倍以上。多年平均蒸发量1 700～2 000 mm，年平均气温14.2℃～14.8℃，无霜期年平均为216～240 d。
研究区地处山前平原，分布大面积第四系堆积物。地层由老至新依次为：奥陶系、石炭系、二叠系、新近系、第四系。焦作市处于太行山隆起的南端与晋东南山字型构造东翼反射弧的前缘和东秦岭东西向构造带之北缘相交联合弧地带，加之基底岩性刚性极强，故本区以断裂构造为主要形态。
研究区内含水层是多期冲洪积作用而形成的，因此整个含水层组在空间的分布不稳定，自山前向平原区由单一结构逐步过渡到多层结构。含水层单层厚度约2～7 m，累计总厚度变化较大，一般在20～50 m之间，其富水性差异也较大。按推测降深5 m时单井涌水量(m3/d)的大小，论证区内浅层含水层划分为极强富水区、中等富水区。
极强富水区:涌水量大于5 000 m3/d，处于山门河冲洪积扇轴部区，主要位于焦作市马村区
西韩王村--待王镇--北孔庄一带，论证区内面积8.2 km2。
中等富水区：涌水量1 000～3 000 m3/d·5 m。北部主要分布马村区待王镇，修武县周庄乡、五里源乡的山前坡洪积裙、冲洪积扇的扇间及扇前地带，论证区内面积14.2 km2。
本次计算所选参数主要参照《河南省焦作市幅1:10万区域水文地质普查报告》和本次进行的抽水试验确定。水文地质参数主要取值为：渗透系数(k)取值为23.92 m/d、重力给水度(μ)为0.13、山门河冲洪积扇：降水入渗系数(α)为0.25、山前倾斜平原：降水入渗系数(α)为0.20、灌溉回渗系数(β)为0.15、潜水蒸发系数(c)为0.100。 利用均衡法原理[2]，在开采条件下，建立如下均衡式：
Q补-Q排=μ·F·金菠萝
其中：Q补=Q降+Q河+Q回渗+Q径补
Q排=Q开采+Q径排+Q蒸发
式中：Q补为地下水总补给量(104 m3/a)；Q排为地下水总排泄量(104 m3/a)；μ为水位变
纳米硬盘动带给水度；F为均衡区面积(km2)；Δt为均衡时间段(a)；ΔH为与Δt对应的水位变幅(m)；Q降为降水入渗补给量(104 m3/a)；Q回渗为灌溉与渠道回渗量(104 m3/a)；Q河为山门河补给量(104 m3/a)；Q径补为侧向径流补给量(104 m3/a)；Q开采为工农业及生活用水开采量(104 m3/a)；Q径排为侧向径流排泄量(104 m3/a)。
2.3.1 降雨入渗量计算
Q降渗=P×α×F
式中：Q降渗为大气降水入渗量(104 m3/a)；P为大气降水量(mm/a)；根据焦作市水资源公报，焦作市区2014年降水量为541.6 mm；修武县2014年降水量为543.0 mm。α为大气降水入渗系数；F为计算区面积(km2)。本区降水入渗补给量计算结果见表1。
2.3.2 灌溉回渗量
归元胶囊区内农业灌溉采用井灌方式，根据灌溉定额、灌溉面积及有关农业开采量资料，利用下式计算灌溉回渗补给量。
Q回渗=β·F·A
式中：F为灌溉面积(亩)，研究区内机井灌溉农田地主要在卧龙岗村、磨台营村、王母泉村、张弓铺村、郜屯村、北孔庄、秦庄村东孔庄，井灌面积约1.06万亩；A为灌溉定额(m3/亩)，调查区内灌溉定额约为200；β为为灌溉系数，调查区内灌溉系数约为0.15。
火车鹤管计算结果为：灌溉入渗日补给量0.088(104 m3/d)；灌溉入渗年补给量31.8(104 m3/a)。
2.3.3 地下水侧向径流补给
计算公式如下。
Q径排=K·B·H·I
式中：K为渗透系数(m/d)，调查区内渗透系数约为23.92(m/d)；B为径流补给边界长度(km)，调查区内径流补给边界长度约为7.25(km)；H为含水层平均厚度(m)，调查区内含水层平均厚度约为27(m)；I为水力坡度(无量纲)，调查区内水力坡度约为0.21(%)。
计算结果为：调查区内侧向径流补给量约为0.983(104 m3/d)；
2.3.4 河流补给量计算
山门河是山区流入平原区的主要河流，其潜流补给量可用断面法估算，河流补给量计算结果为：河道宽度300(m)；含水层厚度15(m)；渗透系数150(m/d)；水力坡度0.040；补给天数90 d；山门河日补给量0.666(104 m3/d)；山门河年补给量243(104 m3/a)。
区内浅层地下水的排泄方式主要为人工开采，地下侧向径流排泄[3]等。
2.4.1 侧向径流排泄量
据所选的断面位置、断面长度、含水层平均厚度、平均水力坡度、平均渗透系数、利用达西公式计算地下水径流量，计算公式如下。
Q径排=K·B·H·I
式中：K为渗透系数(m/d)，研究区内渗透系数约为23.92(m/d)；B为径流排泄边界长度(km)，研究区内径流排泄边界长度约为4.37(km)；H为含水层平均厚度(m)，研究区内含水层平均厚度约为27(m)；I为水力坡度(无量纲)，研究区内水力坡度约为0.27(%)。
计算结果为：Q径排—侧向径流排泄量(104 m3/a)，研究区内侧向径流排泄量约为0.762(104 m3)。
2.4.2 浅层地下水人工开采量计算
区内浅层地下水开采量主要包括工业开采量，生活开采量，农灌开采量等[4]。(1)井灌开采量。根据论证区内井灌面积，现状年的灌溉定额，算出井灌开采量，结果为：井灌面积约为1.06(万亩)；现状年灌溉定额为200；井灌溉日开采量约为0.581(104 m3/d)；井灌溉年开采量约为212(104 m3/a)。(2)工业开采量。焦作市健康元生物制品有限公司年开采量约317×104 m3/a；万方铝业股份有限公司、东星氟化铝厂、金冠电厂、万方电厂等企业开采浅层松散岩类孔隙水开采量约32×104 m3/a。区内浅层地下水工业开采量为349×104 m3/a，即0.956×104 m3/d。(3)生活开采量。均衡区内人口约为2.1万人，用水定额按每人每天100 L计；区内大牲口较少，本次计算不再纳入[5]。仅计算人口生活用水量：Q饮=0.21×104 m3/d
2.4.3 浅层地下水蒸发排泄量计算
潜水蒸发系数与地下水位埋深有关[6]，水位埋深大于4 m时，蒸发很微弱视为不蒸发。区内浅层地下水位埋深一般大于4 m，仅在研究区东南部水位埋深小于4米，地表岩性多为粉土，地下水蒸发作用强烈，其蒸发量按下式计算：
Q蒸=10-5·ε0·c·F
式中：ε0为水面蒸发量，研究区内水面蒸发量约为1 248.7(mm)；c为潜水蒸发系数，研究区内潜水蒸发系数约为0.100；F为计算区面积，计算区面积约为4.5(km2)。
计算结果为：研究区内浅层地下水日蒸发量约为0.001 5(104 m3/d)；研究区内浅层地下水年蒸发量约为0.562(104 m3/a)
通过均衡计算得出以下结论：现状条件下，地下水的总补给量为2.463×104 m3/d，总排泄量为2.510×104 m3/d。地下水补给量小于排泄量，均衡差为-470 m3/d。地下水资源量总体负均衡，地下水位略有下降。论证范围内实际每年平均下降0.06m；根据均衡计算[7]，论证范围内每年下降0.059 m，两者相差0.002 m，说明均衡计算区水文地质模型概化及相关参数选择正确。均衡计算结果见表2。
地下水的可开采量是与补给和排泄所形成的地下水动平衡有关的[8]，它不包括含水层中得不到补偿的储存量。现状开采条件下，地下水的补给主要为大气降水入渗，灌溉回渗，山门河渗漏补给，地下水侧向径流补给等。地下水的排泄量主要为地下水的可开采量、蒸发量、地下水侧向径流排泄量。开采条件下地下水位达到稳定时均衡方程为：
(Q降+Q径补+Q河渗+Q灌渗)-(Q可+Q径排+Q蒸)=0
即：Q可=(Q降+Q径补+Q河渗+Q灌渗)-(Q径排+Q蒸)
式中：降雨入渗为0.726(万m3/d)；灌溉回渗为0.088(万m3/d)；河流补给为0.666(万m3/d)；径流补给为0.983(万m3/d)，补给量小计为2.463(万m3/d)。径流排泄为0.762(万m3/d)；蒸发排泄为0.001 5(万m3/d)，排泄量小计为0.763 5(万m3/d)。
计算结果为：现状条件下，浅层地下水可开采量为1.700×104 m3/d。
开采的浅层地下水要作为生产生活用水使用，因此本次评价选用GB/5749-2006《生活饮用水卫生标准》[9]作为评价标准，使用标准对比评价法，对水中的各种组分、单项指标进行取样分析计算，在此基础上进行分类、评判。根据本次地下水取样，进行地下水水质评价。具体结果见表3。
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