临沂市山丘区地下水资源总量与质量特性分析

李红娟,李合海

(1.山东省临沂市罗庄区水务局水政监察大队,山东临沂 276017;2.山东省临沂水文水资源勘测局,山东 临沂 276002)

临沂市山丘区地下水资源总量与质量特性分析

李红娟1,李合海2

(1.山东省临沂市罗庄区水务局水政监察大队,山东临沂 276017;2.山东省临沂水文水资源勘测局,山东 临沂 276002)

针对临沂市山丘区分布的实际特点和特性,采用消退流量比值法、降水综合入渗系数法、单指标评价法等方法,分类分析山丘区地下水资源总量与水资源质量特性,为合理开发、利用、配置地下水资源,以使其达到水资源可持续利用发展的目标提供坚实的科学依据,特别为推行最严格水资源管理制度打下基础。

山丘区;水资源量;质量

0 引言

临沂市山丘区地形、地貌、地质构造、地层岩性比较复杂,水文地质条件差异较大,根据地下水的类型划分为一般山丘区和岩溶山丘区。全市一般山丘区共分 24个地下水资源均衡计算区,岩溶山区划分为 16个地下水资源均衡计算区。山区总面积 14 665 km2,其中一般山丘区 11 400 km2,岩溶山丘区 3 265 km2。

1 一般山丘区地下水资源量

一般山丘区河谷深切,河道坡降大,有利于径流的水平排泄;地下水含水层主要为风化裂隙、构造裂隙及成岩裂隙,富水性差,但有细水长流的特点,补给和排泄机制比较简单;地下水与地表水分水岭基本一致且闭合,各流域间几乎无水量交换,因此可用多年平均地下水总排泄量代表多年平均总补给量。总排泄量扣除开采回归量即为山丘区浅层地下水资源量,在天然情况下山丘区地下水唯一补给源是当地降水,山丘区降水入渗补给量亦即地下水资源量。

一般山丘区浅层地下水排泄量包括河川基流量、山前侧向流出量、浅层地下水实际开采净消耗量和潜水蒸发量。山前泉水溢出量已计入河川径流量中,排泄量中不包括此项。

1.1 河川基流量计算

河川基流量是一般山丘区地下水的主要排泄项。

此次评价根据地表水河川径流量还原情况,采用基流站切割成果 11个。

河川基流过程线分割均采用直线斜割法:自洪峰起涨点至河川径流退水段转折点(又称拐点)处,以直线相连,直线以下部分即为河川基流量。

退水段转折点本次采用消退流量比值法:

式中:Q0为退水段中任意起算流量;j为消退系数;t为任意时间。

在退水曲线上,取连续两点流量之比值,即有:

在分割计算时,当比值接近常数时,此点即为退水转折点。

根据单站 1980～2000年期间的河川基流量分割成果和地表水逐年河川径流还原水量,分别按汛期和非汛期逐年实测基径流比对河川基流量进行逐年还原(对水文站断面以上用水量较小的河流,视为天然型,不进行还原)。建立单站1980～2000年天然河川径流量 R与河川基流量 Rg的关系曲线或降水量 P与天然河川基流量 Rg的关系线。根据 R～Rg的关系曲线查算 1956～1979年河川基流量,无河川径流量的,根据 P～Rg的关系线查算。

全市一般山丘区 1980～2000年多年平均河川基流量为75 175×104m3。

1.2 山前侧向流出量

山前侧向流出量包括河谷潜流量,采用达西公式计算:Q年河补=365K M IL/10 000(104m3)

式中:K为渗透系数(m/d);M为含水层厚度(m);I为水力坡度;L为断面长度(m);

K、M-根据钻孔柱状图及观测井水位埋深资料,断面加权平均;

L-由图中量算;I-由各年地下水位观测资料求得。

1980～2000年一般山丘区多年平均山前侧向流出量为984×104m3。

1.3 浅层地下水实际开采量及开采净消耗量

山丘区浅层地下水实际开采量包括工业城镇生活、农业灌溉、农村生活用水。地下水实际开采净消耗量,采用净消耗系数 1980～2000年逐年计算。

浅层地下水实际开采量通过各县区调查资料统计而得,再分配到有关计算区。净消耗系数根据实际调查及水资源公报综合分析确定。工业城镇生活净消耗系数为 0.28～0.46,农村生活净消耗系数为 0.77～0.83,农业灌溉净消系数为 0.85～0.92。

全市一般山丘区 1980～2000年多年平均地下水实际开采量为 16 004×104m3,开采净消耗量 10827×104m3。

1.4 潜水蒸发量

山丘区中未单独划出山间河谷平原的小型山间河谷平原,地下水位埋深较小,须计算潜水蒸发量。采用系数法计算:即 E=E0CF,潜水蒸发系数 C为本次分析成果,水面蒸发量 E 0采用地表水成果。

全市一般山丘区 1980～2000年多年平均潜水蒸发量 7 994×104m3。

1.5 地下水资源量

河川基流量、山前侧向流出量、浅层地下水实际开采净消耗量、潜水蒸发量之和,即为地下水资源量。本市一般山丘区多年平均地下水资源量为 94 979×104m3,见表 5.4.1。地下水资源量模数为 8.3×104m3/km2。

2 岩溶山丘区地下水资源量

岩溶山丘区主要分布在沂沭断裂带以西的沂河、汶河以及中运河等流域。

采用补给量法,即以降水综合入渗系数法计算岩溶山区地下水资源量,用排泄量法(计算方法同一般山区)进行校核。

岩溶山区降水综合入渗系数法,计算公式 W岩=P·α岩·F式中 P、F为各均衡计算区面平均降水量和计算面积。降水综合入渗系数 α岩根据以往研究成果,并考虑各水文单元自然、水文地质条件综合分析确定,各均衡计算区内奥陶系灰岩 α为 0.20～0.25,寒武系灰岩 α为 0.14～0.23,非灰岩区 α为 0.06～0.10。

通过计算,岩溶山丘区多年平均地下水资源量为 46 884×104m3,见表 5.4.1,岩溶山丘区地下水资源模数为 14.4×104m3/km2。

3 山丘区地下水资源量

山丘区地下水资源量包括一般山丘区和岩溶山丘区水资源量之和。本市山丘区地下水资源量为 141863×104m3,地下水资源量模数为 9.7×104m3/km2。临沂市地下水资源年际、年内和地区分配不均,人均和亩均水资源占有量严重不足,对工农业生产均产生一定程度地影响。

4 水资源质量特性

选用 80余处单井现状水质监测资料,对临沂市山丘区地下水水质进行分析评价。评价依据为《地下水质量标准》(GB/T14848-93)。地下水水质监测井的性质为浅水层。按单指标评价法确定单井水质类别。单井控制面积按泰森多边形法进行计算统计。

临沂市辖山丘区Ⅲ或好于Ⅲ类水、Ⅳ类、Ⅴ类的地下水面积占其总面积的百分比分别为 58%、32%、10%,水资源量占其总量的百分比分别为 51%、40%、9%。

沂沭河流域浅层地下水污染区主要指标为氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、锰等;中运河区浅层地下水污染主要指标为亚硝酸盐氮、锰、硝酸盐氮等;潍弥白浪区沂水县境内水质污染为Ⅴ类水,主要超标项目为氨氮,单井超标倍数为 1.8倍。可看出,临沂市山丘区地下水污染物质主要是氮类,饮水安全受到影响。污染原因与人为活动、农业施肥、工业及生活废污水的排放、城镇面源污染、土壤污染等因素导致浅层地下水存在不同程度的污染有关。

5 结语

随着区域经济社会的发展和科学技术的进步,水资源的研究内容已不能仅仅限于自然界的循环、平衡和变化,因此,为更加科学地分析山丘区水资源特性,需建立地表水、地下水协调一致的试验研究站网,加强对基础资料的收集工作,加强水文循环过程中各要素的直接观测,研究各水文要素和观测区域自然地理因素间的定量关系,设置土壤蒸发和土壤水等观测项目,以便搜集和控制更大范围的水文水资源信息尤为重要。

临沂市地下水污染区氮污染问题目前已很突出,针对地下水污染的现状及成因,应对措施有:提高饮水打井工程的上覆厚层粘性土壤的封闭效果,避免表层土壤污染物质的下渗;划定地下水功能区保护区;遏制污染企业废污水下渗;结合农村卫生厕所建设、环境卫生整治和健康教育工作,编制农村饮水安全总体规划,并做到同步实施。

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1004-1184(2011)01-0050-02

2010-09-06

李红娟(1971-),女,山东临沂人,经济师,主要从事水政监察、水资源研究与管理工作。