邹平市北部平原区地下水资源评价及开采潜力分析

王明珠，杨亚宾，战静华，张航星，刘毅，段晓飞

(山东省地勘局第二水文地质工程地质大队(山东省鲁北地质工程勘察院)，山东 德州 253072)

0 引言

邹平市地下水开采呈现“南超北余”的不均匀分布现状。邹平市小清河以南的地下水开采程度大，出现了超采区，形成了地下水降落漏斗，单井出水量减少。随着近几年水资源的优化配置，调整水资源开发利用结构，地下水位有所回升，但仍存在采补失衡现象。而在小清河以北的引黄灌区，由于利用黄河水方便，地下水资源没有得到充分开发利用，机井数量相对较少，利用率低。部分微咸水区没有得到较好的开发利用。摸清邹平市地下水资源储量，进行开采潜力分析，提出解决水资源供需矛盾和合理开发利用地下水资源的现实措施[1-8]，对邹平市合理高效开发利用地下水资源具有重要意义。

1 研究概况

邹平市位于山东省中部偏北，属暖温带半湿润季风气候区，四季分明。在鲁中泰沂山区北麓与鲁西北黄泛平原的叠交地带，地貌复杂，南部是中度切割的低山丘陵，东南部是第四纪形成的山前冲积平原，北部和西北部是广阔的黄泛平原，地势南高北低,呈倾斜式下降。共有大中小型河道566条，总长1322.5km，主要有黄河、小清河、杏花河、孝妇河。

2 水文地质条件

2.1 地下水类型分区

根据含水层介质的岩性特征[9]，北部平原区地下水为松散岩类孔隙水。根据含水层介质的埋藏条件、地下水的补迳排特征等划分为潜水和承压水，松散岩类孔隙水受水化学特征的差异，在垂向上又进一步分为浅层潜水-微承压地下水、中深层承压地下水及深层承压地下水3种类型。

依据区域地质构造、地形地貌以及含水岩组的分布和地下水运动规律等区域水文地质特征，并按山东省水文地质类型统一分区，邹平北部平原主要为鲁北平原松散岩类水文地质区(Ⅰ)，根据沉积物质来源和成因类型不同，邹平市北部平原区将其分为2个水文地质亚区(图1)，黄河冲洪积平原孔隙水水文地质亚区(Ⅰ)、山前冲洪积平原孔隙水水文地质亚区(Ⅱ)。

1—浅层淡水单井涌水量2000～3000m3/d；2—浅层淡水单井涌水量1000～2000m3/d；3—浅层淡水单井涌水量750～1000m3/d；4—浅层淡水单井涌水量500～750m3/d；5—浅层淡水单井涌水量250～500m3/d；6—浅层淡水单井涌水量<250m3/d；7—深层淡水单井涌水量1000～3000m3/d；8—深层淡水单井涌水量500～1000m3/d；9—深层淡水单井涌水量<500m3/d；10—基岩；11—全淡水区(矿化度<2g/L)界线；12—水文地质分区界线图1 邹平市北部平原区水文地质分区简图

2.2 含水层组的发育规律及特征

黄河冲洪积平原孔隙水水文地质亚区(Ⅰ)地下水主要赋存于第四系和新近系松散岩类含水层中，按含水层(组)在垂向上的埋藏条件和水化学特征，0～500m深度内的含水层划分为浅层潜水—微承压水、中深层承压水、深层地下水3个含水层(组)。

山前冲洪积平原孔隙水水文地质亚区(Ⅱ)地下水赋存条件、富水性和水质均较好。含水层颗粒粗、厚度大，并具有多层结构。其中，浅层潜水—微承压水为埋深60m以上的地下水，上部为潜水，由于局部隔水层的存在，下部含水层具有微承压性。中深层承压水为埋深60～200m深度范围内的地下水。

2.3 地下水径流排泄条件

根据2018年北部平原区浅层地下水枯水期水位统测资料(图2)，邹平市北部水位埋深较小(为方便资源量计算，本次以行政边界为限)，沿黄河、小清河地带水位埋深小于2m。水位埋深往南逐渐加深，至黛溪街办-黄山街办一带，形成区域性漏斗，南部山区及明集、韩店等一带向该处径流补给地下水。

1—水位埋深<2m；2—水位埋深2～4m；3—水位埋深4～6m；4—水位埋深6～8m；5—水位埋深8～10m；6—水位埋深10～12m；7—水位埋深12～14m；8—水位埋深14～16m；9—水位埋深16～18m；10—水位埋深18～20m；11—水位埋深20～22m；12—水位埋深22～24m；13—水位标高等值线；14—基岩图2 邹平市北部平原区浅层孔隙水水位等值线图

根据2018年北部平原区深层地下水枯水期统测资料(图3)，受人工开采的影响，在九户镇、孙镇及魏桥镇南部，形成深层地下水降落漏斗，水位埋深最大超过70m，地下水从四周向漏斗中心运移。

2.4 平原区地下水开发利用现状

通过调查，邹平市工业用水多为地表水库供水，部分开采浅层地下水。台子镇及码头镇农业灌溉为黄河水灌溉，有少部分用浅层地下水灌溉；魏桥镇、九户镇、孙镇小清河流域水渠干流发达，多以渠灌为主，在缺水期采用地下水进行灌溉；明集镇、韩店镇、焦桥镇等地区主要为地下水灌溉，部分引渠水浇灌。2014年以来，为治理邹平市地下水超采，区内深层地下水开发利用极少，村民生活饮用水为市自来水公司统一供水(表1)。

1—水位埋深20～24m；2—水位埋深24～28m；3—水位埋深28～32m；4—水位埋深32～36m；5—水位埋深36～40m；6—水位埋深40～44m；7—水位埋深44～48m；8—水位埋深48～52m；9—水位埋深52～56m；10—水位埋深56～60m；11—水位埋深60～64m；12—水位埋深64～68m；13—水位埋深68～72m；14—水位埋深>72m；15—水位标高等值线；16—基岩图3 邹平市北部平原区深层孔隙水水位等值线图

3 地下水资源量计算

3.1 浅层地下水资源量计算

采用水均衡法计算浅层地下水资源量[10-14]。水均衡法是指含水层(组)中地下水在某一时刻内，水体积的变化量△Q等于该时期内补给量Q补与消耗量Q耗之差(表2)。

经计算，孔隙水分布区总补给量为9682.55万m3/a，总排泄量为9190.89万m3/a，补给量与排泄量之差321.67万m3/a，由水位降幅引起的地下水储变量为319.04万m3/a，总误差0.82%。孔隙水分布区资源量计算方程基本均衡，各均衡项比较符合实际。

3.2 深层地下水资源量计算

以地质环境约束条件及水利部门开采需求，设定深层地下水水位埋深小于70m，开采年限20年为本次计算的约束条件。深层地下水可利用量计算包括弹性释水量和压密释水量(表3)。

表1 各乡镇地下水开采量调查一览表

表2 浅层地下水资源计算表

表3 深层地下水资源计算表

4 地下水资源开采潜力评价

根据调查，结合滨州市历年水资源公报统计结果，邹平市地下水开发利用以浅层地下水为主，深层地下水开采极少。浅层地下水南部为主要饮用水水源地，且水质较好，北部主要用于灌溉，水质较差，不易作为饮用水。本文地下水资源开采潜力评价只针对浅层地下水，不对深层地下水进行评价(表4)。

表4 地下水资源开采潜力评价分级表

4.1 潜力分区评价

根据本次评价结果，邹平市地下水开采现状总体上表现为南超北余。浅层地下水开采潜力总体较好，黄河流域的码头镇和台子镇开采潜力均大于10，开采潜力较大；魏桥镇、九户镇、孙镇等地下水开采潜力大于1.2，属弱开采潜力区；在九户镇南部、明集镇北部及韩店镇等地区为采补平衡区，黛溪街办、高新街办、韩店镇南部、焦桥镇及长山镇等均为轻度超采区。由于近年来杏花河中上游经常处于断流，区内多用地下水灌溉，地下水开采程度略高，导致区内地下水开采潜力有所降低(图4)。

1—有潜力区；2—采补平衡区；3—轻度超采区；4—中度超采区；5—基岩山区图4 邹平市地下水资源潜力分区图

4.2 潜力分区符合性评价

采用多年地下水动态对潜力分区的符合性进行分析评价，根据多年水位-降雨量统计资料，位于有潜力区的台子镇赵家村多年水位(图5)呈波动平衡趋势，即补给量可均衡开采量。位于轻度超采区的明集镇水利站多年水位(图6)呈现波动下降趋势，即补给量较开采量小，导致水位下降。根据对比分析，区内多年水位变化趋势与潜力评价等级相符。

图5 邹平市台子镇赵家村多年降水量及水位标高变化图

5 浅层地下水合理开发利用与保护

5.1 调整开采布局合理调控地下水水位

根据地下水开发利用现状和地下水潜力分布，通过调整开采布局，最终实现采补平衡，是解决水资源供需矛盾，合理开发利用地下水资源的措施[15-18]。调整开采布局是以环境地质问题为约束条件，最大限度地发挥地下水资源潜力。遵循以调控浅层地下水合理水位为中心的资源开发利用总方针，依据浅层地下水开采资源潜力和开采现状等，主要分为强化开采、稳定开采、控制开采、补源开采和半咸水改造利用5个大区(表5，图7)。

图6 邹平市明集镇水利站多年降水量及水位标高变化图

5.1.1 强化开采区

在沿黄河、小清河及山前沟谷水系发育地带，地下水资源尚未得到充分地开发利用，表现为水位埋深浅、开采资源大于现状开采量，具有一定的地下水开采资源潜力。可以进一步扩大开采，根据地下水开采资源潜力大小、水文地质条件和开采技术条件等，分别进行集中开采和分散开采。

表5 浅层地下水资源潜力合理开发利用说明表

1—集中开采区；2—分散开采区；3—稳定开采区；4—控制开采区；5—补源开采区；6—半咸水利用区；7—基岩山区图7 浅层地下水资源合理开发利用与保护区划图

(1)集中开采

沿黄地带，主要分布于码头镇一带，区内补给资源丰富，开采资源潜力大，开采资源潜力模数大于10×104m3/a·km2。该地带一般含水砂层厚度大于15m，开采技术条件良好，可大力开采浅层地下水。根据开采技术条件和地下水资源条件，由于地下水水质达不到生活饮用水卫生标准，以增加城镇非饮用水供水水源以及相对较大密度的农灌机井开采为途径。但是，开采井布局和开采量增加均应以地下水开采资源潜力为依据，以环境地质问题为约束条件。

(2)分散开采

集中开采区以外的地下水资源潜力区域，引黄利用相对较少，地下水开发利用增加，相对的地下水资源潜力减小，开采资源潜力模数小于10×104m3/a·km2，可以进行分散开采。该地带含水层砂层厚度一般10～15m；由于含水层砂层厚度、浅层淡水底界面和地下水资源潜力变化大，局部又近邻浅层咸水地段，因此需要合理开采布局、配套挖潜和井渠结合，根据具体地下水条件分别采取不同井径、井型、井深等不同取水技术方法，因地制宜地合理开发利用地下水。

5.1.2 稳定开采区

在小清河以南，杏花河北部区域，浅层地下水位埋深4～6m，接近合理水位埋深，机井密度较大，开采程度较高，地下水资源潜力系数介于0.8～1.2之间，处于地下水采补基本平衡状态。在局部井群布设不合理地段，可以适度调减开采量；若区内年季调节量比较丰富，在有利地段还可以适度调增开采量。该区原则上不宜再扩大开采，以保持现状、稳定持续开采为宜，将重点放在开源节流，改进灌溉技术等措施上。

5.1.3 控制开采区

韩店南部-焦桥镇-长山镇一带，浅层地下水漏斗区，地下水开发利用程度高，开采量大于地下水可采资源量，出现了不同程度的地下水超采，地下水资源潜力系数介于0.6～0.8之间。地下水位埋深在10m左右。以加强引黄引江水的利用、适度控制开采及相应调减地下水开采量等措施，使其逐步恢复到采补平衡状态，促进地下水环境良性发展为宜。

5.1.4 人工补源开采区

自来水公司地下水水源地分布区，地下水集中高强度开采，开采量已超出地下水开采资源量，地下水资源潜力系数介于0.4～0.6之间，达到了中等超采程度，地下水位埋深大于15m，属浅层地下水漏斗区中心区，具备了地下水人工调蓄的可能性。宜利用地下水漏斗库容空间，进行引渗调蓄补源开采，增加地下水资源量和改善地下水环境。

5.1.5 半咸水利用区

半咸水区位于黄泛平原台子镇—魏桥镇—九户镇一带，分布有矿化度2～4g/L的半咸水区253.46km2。自70年代以来，地矿、水利、农业等部门相继进行了许多实验研究，并已探索出一套利用咸水灌溉的成熟方法，效果明显。经评价分析，该区地下水资源开采潜力较大，估算该区半咸水可开采资源约1370万m3/a，地下水资源除部分牲畜、建筑、农业等用水外，开发利用程度较低。宜作为地下水应急资源潜力，如能充分利用，不但可以缓解平原中东部水资源供需矛盾突出的状况，而且可以扩大降水入渗，促进水的循环交替。

5.2 优先开发浅层地下水合理而科学调度地下水与地表水资源

邹平市近年来浅层地下水平均开采量5406万m3/a，开采重心分布在小清河以南的山前冲洪积平原和南部低山丘陵区，由黄河河道带向外围开采强度逐渐增加；而地下水开采资源潜力的分布与地下水开采分布相反。在地下水资源条件较好的黄河河道带及其近侧地带，由于近靠黄河、引黄条件好，而大量引用黄河水进行农田灌溉，地下水资源开发利用程度相对低，从而使地下水位埋深过浅，并引起土壤次生盐碱化，矿化度逐年升高[19-21]。

黄河客水变率较大，相对地下水资源较为稳定。浅层地下水资源潜力大，再生能力强，易补易采，具有充分地调节能力和补给保证。应以浅层地下水开采资源潜力为依据，以合理调控浅层地下水位为中心，优先开发利用浅层地下水。在沿黄及其近侧具有较大地下水资源潜力的地带，应禁止或减少引黄量，将减少的引黄量向小清河以南地区输送，从而减轻这些地区的供水压力。

在沿黄地区大量开发利用浅层地下水资源的结果，可以降低地下水位，并能防治土壤次生盐碱化的发生，从而促进生态地质环境良性发展，同时还可以激励黄河侧渗补给而增加地下水资源量。

6 结论

(1)根据计算，区内浅层孔隙水总补给量为9682.55万m3/a，总排泄量为9190.89万m3/a，补给量与排泄量之差321.67万m3/a，由水位降幅引起的地下水储变量为319.04万m3/a，总误差0.82%；区内深层孔深水在约束条件(深层地下水水位埋深小于70m，开采年限20年)下，深层地下水可利用量为810.98万m3/a，开采模数0.84万m3/a·km2。

(2)根据本次评价结果，邹平市地下水开采现状总体上表现为南超北余。由于近年来杏花河中上游经常处于断流，区内多用地下水灌溉，地下水开采程度略高，导致区内地下水开采潜力有所降低。

(3)遵循以调控浅层地下水合理水位为中心的资源开发利用总方针，依据浅层地下水开采资源潜力和开采现状等，主要分为强化开采、稳定开采、控制开采、补源开采和半咸水改造利用5个大区。