中东部典型区深层地下水埋深与开采量关系分析

段现辉

(河北省沧州水文水资源勘测局，河北 沧州 061000)

“三条红线”是指围绕水资源的配置、节约和保护三个核心领域，明确水资源开发利用红线，严格实行用水总量控制;明确水功能区限制纳污红线，严格控制入河排污总量;明确用水效率控制红线，坚决遏制用水浪费。水利部积极探索“三条红线”划定和考核办法。沧州市沧县是一个以开采深层地下水为主在北方平原区具有较好的代表性的典型区域。因此，本文选取沧县为典型区探讨研究深层地下水实际开采量与地下水埋深的关系。为“三条红线”的制定提供参考依据。

1 典型区概况

典型区沧县处于冀中平原东部，沧州市中部，东临黄骅市，西靠献县，南接泊头市、南皮县，北界青县，东南与孟村县毗邻，中间环抱沧州市区。东西长66 km，南北宽47 km，面积1 520 km2，总耕地面积140万亩。

沧县属暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明。全区多年平均气温12.7℃，多年平均降水量 553.3 mm(1956～2005年系列)，降水时空分布不均。

深层地下水的开发利用始于上世纪60年代中期。到1980年，全区深机井总数为760眼，1985年为754眼，1990年达到875眼，到1999年深井数量达到1 622眼，2011年深井数量已达2 050眼。随着深机井建设的快速发展，深层地下水开采量也随之快速增加。据水行政主管部门统计，2010年全区开采深层地下水7 833万 m3，用于农业灌溉的深层地下水4 922万 m3，占深层地下水开采量的64%，工业用水量1 598万 m3，占总量的20%，农村人畜用水1 313万 m3，占总量的16%。

2 分析数据的来源

2.1 站网

1)深层地下水站网。根据深层地下水的开发利用现状和均匀布设原则，在典型区区共设深层地下水动态监测井57眼，站网密度为37眼/1 000 km2，每月20日对深层地下水埋深进行监测。

2)典型点站网。区内不同地域选择10个村庄作为典型点，开展地下水开采量监测工作，其中运东区6个村庄，含26眼机井;运西4个村庄，含深机井20眼。对每眼机井的开采量进行跟踪监测。

2.2 数据监测

1)埋深数据。每月20日采用超声波或测绳对全区地下水埋深进行监测。

2)开采量数据。开采量数据的获得采用两种方式:一、把全区分成10个区，每个区内有一个典型点，采用以点带面的方式计算开采量;二、通过抽水试验计算机泵效能(出水量和耗电量的关系)，再通过电量计算开采量。

3 埋深与开采量相关分析

埋深与开采量的关系利用一元线性回归分析法对各月开采量与相应埋深进行相关分析。

典型区深层地下水的开发利用以第三含水组为主，第三含水组机井数量约占深井总数的94%，同时部分深井为第三、第四含水组混采。从每月的埋深监测成果看，同一地域第三、第四、第五含水组监测井的埋深(水位)大小没有明显差异。因此，区域埋深的计算不再分组计算，将第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ含水组地下水作为一个系统计算其综合埋深，即

3.1 分区

区内不同地域农业种植结构和农业灌溉习惯、方式有一定差异，甚至部分地域差异较大，造成不同地域深层地下水开采量、地下水埋深有较大差异。因此，依据种植结构、农业灌溉习惯、方式兼顾乡镇行政区划的完整，将全区分为4个分区，分别为运西Ⅰ区、运西Ⅱ区、运东Ⅲ区、运东Ⅳ区。

3.2 各分区相关分析

1)运西Ⅰ区。运西Ⅰ区包括杜生、崔尔庄、高川、黄递铺4个乡镇，面积287 km2，该区农业以种植枣树为主，兼有玉米的种植，几乎没有小麦种植。因此，深层地下水开采量较小，深层地下水的开采主要是用于人畜饮用及工业用水。区内设深层地下水动态监测井8眼，深层地下水年内变化幅度小。深层地下水月开采量与埋深一元相关关系见图1。

图1 运西Ⅰ区埋深——开采量相关图

2)运西Ⅱ区。运西Ⅱ区包括大褚村、纸房头、官厅、杜林4个乡镇，面积311 km2，该区有一定面积的枣树，玉米种植面积大，小麦种植面积小，深层地下水开采量较运西Ⅰ区大，区内设有监测井13眼。深层地下水月开采量与埋深一元相关关系见图2。

图2 运西Ⅱ区月开采量——埋深相关图

3)运东Ⅲ区。运东Ⅲ区包括捷地、张官屯、刘家庙、仵龙堂、旧州、汪家铺、风化店、李天木8个乡镇，面积645 km2，人口25.8万，该区农业以种植小麦、玉米为主，深层地下水开采强度大，该区域是沧州漏斗的中心区，区内设监测井22眼。该区深层地下水月开采量与埋深一元相关关系见图3。

图3 运东Ⅲ区月开采量——埋深相关图

4)运东Ⅳ区。该区包括姚官屯、薛官屯、兴济3个乡镇，面积277 km2，人口10.4万，该区农业种植以小麦、玉米为主，但由于地势低，该区小麦灌溉利用深层水较少，大部分利用地表水灌溉，甚至不灌溉，深层地下水开采强度相对较小，区内设监测井10眼，深层地下水月开采量与埋深一元相关关系见图4。

图4 运东Ⅳ区月开采量——埋深相关图

图5 试验区深层地下水月开采量——埋深相关图

4 结语

从分区及全区月开采量与埋深相关图看，虽然数据点有些分散，但数据点总体呈带状分布，说明月开采量与埋深还是有一定相关关系的，只是开采期(大埋深)数据点偏少，对线型有一定影响。全区及4个分区回归方程、相关系数以及误差分析可知，相关系数检验临界值 r0为0.456(α=0.05，n－2=17)，所有相关系数 R均大于此值，呈显著相关。相关系数最小的为运西Ⅱ区0.660 2，最大的为运东Ⅲ区0.815 0，详见表 1。

表1 深层地下水埋深(x)与月开采量(y)回归方程表

本文分析数据以实际监测的深层地下水埋深和开采量数据为基础，采用一元线性回归法分析了4个分区及整个典型区深层地下水埋深与开采量的关系，得出了相关系数及回归方程，证实了埋深和开采量存在着显著的相关关系。沧县作为北部平原区具有代表性的典型区域，其试验数据和方法进一步推广，可为“三条红线”的制定和考核提供技术和方法参考。