武安盆地南部单元岩溶地下水资源均衡分析

金志豪

1 水文地质条件概况

武安盆地地处华北邯邢地区，位于黑龙洞岩溶地下水系统北端。盆地南部呈狭长的槽状地形，西侧为磁山岩体，东为鼓山，南洺河为季节性河流，河床自南向北在区内蜿蜒通过。奥陶系灰岩为该区主要含水层，其上覆石炭～二叠系砂岩及薄层石灰岩，宏观上呈统一的含水体。自上世纪六七十年代以来，随着地下水开采量增大，地下水位大幅下降，在武安盆地南部约30 km2的范围，形成了四周封闭的次一级水文地质单元，单元内奥灰岩地下水与区域岩溶地下水之间基本不联系。

该单元内奥灰岩地下水的补给来源主要为西北部裸露灰岩区降水入渗、闪长岩表层的风化裂隙水、河流垂向渗漏补给和煤系地层垂向补给（见图1）。地下水的开采方式主要为矿山开采过程中的疏干排水。多年来奥陶系灰岩地下水位变幅呈持续下降趋势，奥灰岩溶水资源量呈负均衡状态（奥灰水开采量与地下水位变化相关性见图2）。

2 均衡期的选择

根据该区内奥灰岩含水层多年的排水量及地下水位动态资料，选择2011年1月至2015年12月，共5年，作为均衡期进行分析计算。均衡期年均降水量492.9 mm，略小于多年平均降水量516.6 mm（见图3）。

3 均衡方程

奥灰岩地下水位多年以来处于持续下降趋势，岩溶地下水的开采量大于补给量，地下水处于负均衡状态，均衡方程如下：

其中：Q排为区内奥灰岩年均总排水量（m3/a）；Q补为奥灰岩地下水补给量（m3/a）；Q西为西部边界补给水量（m3/a）；Q河为河流渗漏补给水量（m3/a）；Q煤为煤系地层垂向渗漏补给水量（m3/a）；Q储为奥灰岩消耗静储存量（m3/a）。

4 各源汇项计算

4.1 西部边界补给水量

西部边界流量补给分为两段。西万年至上洛阳段水量来自矿区西北部裸露灰岩区的降水入渗和其周边闪长岩风化裂隙水，上洛阳往南段来自磁山岩体的闪长岩风化裂隙水，分类计算如下：

4.1.1 降水入渗补给量计算

降水入渗系数受地形、地貌、岩性、覆盖层、降水形式及蒸发强度等的控制。据武安水利局相关资料，本区降水入渗系数按岩性分区，如表1。

表1 大气降水入渗系数分区表

计算中降水入渗系取0.22，裸露灰岩面积约5.5 km2，计算得降水入渗补给量为59.64×104m3/a（1634 m3/d）。

4.1.2 闪长岩风化裂隙水补给量

闪长岩风化裂隙水的补给量可按单位宽度补给量与岩体与灰岩接触带的长度计算，计算公式为：Q岩体=q·L。

据统计数据，本区闪长岩单宽补给量为：枯水期0.2 m3/d·m，洪水期为0.4 m3/d·m。其中洪水期按100天计算，枯水期按265天计算。闪长岩风化裂隙水补给量为101.77×104m3/a（2788 m3/d），详见表 2。

表2 闪长岩风化裂隙水补给量计算表

4.2 河流渗漏补给水量

盆地西南角磁山铁路桥处，南洺河河床奥灰岩裸露，是河水补给奥灰岩地下水的通道。南洺河为季节性河流，又受上游水利工程的影响，其表流与河床潜流量在时空上变化差异很大。对河流渗漏补给的计算，参照以往的实际观测资料，按如下公式计算：

式中：Q为河流渗漏量（m3）；λ为单位长度河流渗漏量（0.08～0.14 m3/s·km，平均 0.11 m3/s·km）；L 为河流渗漏段长度（km）；T为渗漏时长（d）。

本次计算均衡期内河水未出现大的洪流，主要是通过河床底部第四系渗漏补给，渗漏时间取为全年，λ取值0.11 m3/s·km（洪流期取 0.14 m3/s·km），计算得河流渗漏补给量为239.8×104m3/a（6570 m3/d）。

4.3 奥灰岩消耗静储存量

奥灰岩地下水主要以承压水形式存在，均衡期内，奥灰岩消耗的静储存量可按以下公式计算：式中：Q 为奥灰岩静储量（m3）；V 为疏干体积（m3）；S为储水系数。

参考《河北地下水》中对区域奥灰岩含水层水文地质参数的计算，储水系数一般为0.001～0.002，富水性较强区储水系数可达0.0036。本区内断裂构造发育，奥灰岩含水层整体富水性较强，计算过程中储水系数取0.0036。统计均衡期内奥灰岩观测孔水位的年均降幅，按照体积分割法计算疏干体积，见表3。

经计算，均衡期奥灰岩地下水静储量的年均疏干量为122.05×104m3/a（3344 m3/d）。

表3 均衡期年均疏干体积计算表

4.4 煤系地层垂向渗漏补给水量

煤系地层的垂向漏补给水量不易通过参数计算求得，可将已知的各源汇项带入水均衡方程，反推求出。

该单元内地下水开采方式主要为各矿山排水，统计各矿山均衡期内对奥灰水的排水量为1578.76×104m3/a。将各源汇项数据带入水均衡方程中计算得，煤系地层垂向渗漏补给水量为1055.5×104m3/a（28918 m3/d）。

武安盆地南部单元奥灰岩溶水均衡计算结果见表4。

表4 奥灰岩溶水均衡计算结果

5 结论

现阶段，武安盆地南部单元岩溶地下水资源量处于负均衡状态，其造成的影响也具有两面性。

（1）从地下水环境保护角度而言，岩溶地下水的过渡开采，造成了地下水环境的破坏。武安盆地南部单元岩溶地下水位大幅度下降，已形成了大范围地下水降落漏斗（见图4），破坏了天然水环境，对当地工农业生产及居民生活用水也造成了很大影响，需要加强监管与重视；

图4 武安盆地南部单元岩溶地下水流场示意图

（2）从本地矿山生产建设角度分析，地下水水位降低，减轻了矿山疏干排水压力。由水均衡分析结果可见，岩溶水资源量长期处于富均衡状态，说明该单元内地下水的开采排泄量已超过补给量。武安盆地南部单元四周封闭，与区域地下水基本无联系，其岩溶地下水的补给量是有限的，这对本地矿山的安全生产而言，是有益的。

[1]陈望和，等.河北地下水[M].地震出版社.1999.

[2]谢森传，平原浅层地下水多年调节水均衡法的若干问题[J].水文地质工程地质.1988（3）.

[3]沈照理，刘光亚，杨成田，等.水文地质学[M].北京：科学出版社.1991.

[4]张先，周亮.许昌麦岭水源地可开采量的水均衡法计算[J].水文地质工程地质.2004（2）.