偃师伊洛河河滩浅层地下水资源分析研究

黄继超，郝学峰

（河南省地质矿产勘查开发矿局第二地质环境调查院，河南 郑州 450053）

0 引言

伊洛河河滩作为偃师主要的工业和农业用水地下水源地，随着近年来气候变化和经济发展，地下水水位持续下降，地下水资源整体处在负均衡状态。因此对该区域浅层地下水资源进行分析研究就显得尤为重要。文章在收集以往历史资料的基础上，对研究区浅层地下水水位进行了调查，对地下水资源量进行了计算和评价，通过研究为地下水资源的保护和合理开发利用提供了科学依据。

1 水文地质条件

1.1 地层条件

1.1.1 中更新统（Qp2）

主要分布于山前洪积扇区，为棕红色、褐红色亚黏土层，含钙质结核及卵砾石，并夹砂、砂卵石及钙质结核富集层，厚5～50 m。

1.1.2 上更新统（Qp1）

主要分布于偃师南缑氏大口、寇店等地区，分布于山前洪积扇群的中部及前缘。为棕黄、浅黄色含钙质结核的黄土状亚黏土夹薄层或透镜体状砂砾石，厚3～10 m；风成黄土（Qp1eol）：零星分布于偃师东蔡庄以南，为灰黄色粉土质轻亚黏土或重亚砂土，含少量钙质结核，质地疏松，一般厚5～20 m。

1.2 地下水含水岩组及富水性

研究区位于伊河以北一带伊洛河阶地及漫滩区和伊洛河主流带，这里全新统、上更新统卵石层厚30～70 m，中部一带达90 m，而下部中更新统、下更新统均以粗粒的砂卵石或泥质砂卵石为主，无好的相对隔水层，使200 m 深度内卵石层厚达150 m 以上，形成巨厚的含水系统。这里的卵石层分选、磨圆好，渗透性能好，渗透系数达100～300 m/d。含水层及水位埋深约1～10 m。降深5m 单井涌水量达7 000～19 000 m3/d，属地下水水量极丰富区。

1.3 地下水补给、径流及排泄条件

1.3.1 补给条件

研究区浅层地下水的主要补给方式有大气降水渗入、灌溉入渗及侧向径流补给等。主要以大气降水渗入为主，河流侧渗次之。

1.3.1.1 大气降水渗入补给

河谷阶地区地形平坦，地面坡降多为0.10‰～1.00‰；潜水位埋藏浅；包气带为粉土、粉质黏土或砂卵石层，质地疏松，植被茂密；构成了大气降水渗入的有利地带。盆地边缘及河谷阶地后缘洪积扇地区，地形坡度稍大，潜水位埋深大于10 m，包气带也多为粉土、粉质黏土及砂卵石层，对大气降水渗入也较有利。黄土丘陵、台塬地区，地势较高，冲沟发育，地下水位埋藏较深，是大气降水渗入补给的不利因素。但这里包气带多为风成黄土，土质疏松，垂直节理及大孔隙发育，垂直渗透性能良好，局部还有黄土溶洞，溶蚀洼地等，对大气降水渗入很有利。

1.3.1.2 灌溉入渗补给

区内地表平坦，潜水位浅埋，很有利于集水的渗漏补给，平原区机井灌溉均引起了对潜水的入渗补给。

1.3.2 径流条件

区内地下水径流的变化与地形等高线的变化相吻合。即潜水由山前的黄土丘陵、台塬、洪积扇，流向河谷阶地；洛河、伊河河谷为潜水位最低处，也即本区潜水径流的相对终点。洪积扇、倾斜平原、河谷阶地及盆地平原地区砂卵石孔隙潜水含水层渗透性较好，因此潜水径流条件较好。而黄土丘陵、台塬地区的黄土孔隙孔洞裂隙潜水虽然水力坡度较大，但由于黄土的水平渗透系数很小，仅为垂直渗透系数的0.13～0.33，因此其水平运动很缓慢，水平径流条件很差。

1.3.3 排泄条件

区内广大松散岩类分布区，也正是人类主要活动区，人口密度较大，人们的生活用水及家畜饮用水多以开采潜水为主。而在盆地及河谷阶地平原区，大量的农田灌溉和工业用水更以开采潜水为主，构成重要排泄方式之一。

2 地下水资源量分析

2.1 计算模型的确定

地下水资源量计算方法采用水量均衡法进行。

式（1）（2）（3）中：Q补-地下水总补给量（万m3/a）；Q排-地下水总排泄量（万m3/a）；μ-水位变动带给水度；F-均衡区面积（km2）；Δt-均衡时间段长（a）；ΔH-与Δt 对应的水位变幅（m）；Q河-洛河、伊河侧渗补给量（万m3/a）；Q降-降水入渗补给量（万m3/a）；Q回--灌溉回渗量（万m3/a）；Q侧补-侧向径流补给量（万m3/a）；Q生-生活用水开采量（万m3/a）；Q侧排-侧向径流排泄量（万m3/a）；Q工-工业用水开采量（万m3/a）。

2.2 均衡区的建立及均衡期的选取

均衡法评价分现状年、多年平均分别对浅层地下水资源进行计算评价。均衡区即为取水影响范围区，面积60.13 km2。本区地下水补给项为大气降水入渗补给、河道渗漏补给、河流侧向径流补给、灌溉回渗补给，排泄项主要有侧向排泄、生活饮用水开采、农田灌溉开采、工业开采。

2.3 地下水资源量计算

研究区浅层地下水含水层参数利用野外工作中抽水试验成果（图1）。利用抽水试验实测资料，求参采用Aquifer test 求参软件，利用泰斯配线法，拟合计算结果见图1。可求得渗透系数K=116 m/d；弹性释水系数μ=0.39×10-2。

图1 配线法求参图

地下水资源包括地下水补给量和排泄量，通过计算研究区地下水补给量和排泄量，得到多年平均及现状年的地下水均衡结果，详见表1。

表1 浅层地下水均衡计算表

由表1 可以看出：区域在多年平均呈现负均衡，但水量亏差不大，与区域长观井有一定程度的下降趋势一致（图2），说明以上计算成果较为真实地反映了区域浅层地下水资源变化情况。从均衡表上可以看出，河道测渗是浅层地下水的最主要补给来源，而农业灌溉开采则是地下水主要排泄形式。

图2 地下水长观井水文变化曲线图

3 地下可开采量

研究区天然补给资源量以多年平均均衡状态下的总补给量表示，可开采资源量指通过技术经济合理的取水构筑物所能取出的水量，与补给和排泄形成的地下水动平衡相关，不动用含水层储存量。研究区天然补给资源量为总补给量除去灌溉回渗补给量，计算可得多年平均浅层地下水天然补给资源量1 929.18万m3/a。地下水可开采资源量为资源量扣除天然净消耗量，其中天然净消耗量包括潜水蒸发量、河道排泄量、地下水侧向径流排泄量等，区内可开采资源量为天然补给资源量扣除侧向径流排泄量，计算可得可开采资源量1 691.40万m3/a。

4 开采后的地下水水位预测

研究区域内地下水总补给量小于地下水排泄量，多年平均地下水均衡差为24.60万m3/a，根据地下水均衡计算结果，计算地下水年均水位变幅（表2）。

表2 多年平均地下水位变幅表

根据表2计算结果，多年平均状态下年均地下水水位下降0.12 m，基本与图2中地下水水位下降速率一致。尽管区域地下水在多年平均状态下处于负均衡，但均衡差较小；同时根据在研究区内地下水位统调结果，研究区内浅层地下水井由于接受河水补给较多，地下水水位下降较小，普遍下降速率＜0.10 m/a，少部分出现水位上升，故研究区内地下水资源尽管多年平均处于负均衡，但由于大量接受河水补给，地下水水位下降较为缓慢。

5 结语

研究区以松散岩类孔隙含水岩组为主，地下水含水岩组及富水性属水量极丰富的松散岩类孔隙含水岩组。地下水补给主要以大气降水入渗为主，河流侧渗次之。排泄主要为开采及水平径流排泄；通过计算研究区浅层地下水天然补给资源量1 929.18万m3/a；开采资源量1 691.40万m3/a。多年平均地下水均衡差为24.60万m3/a，多年平均呈现负均衡，多年平均状态下年均地下水水位下降0.12 m，基本与长观井地下水水位下降速率一致，但由于大量接受河水补给，地下水水位下降较为缓慢。建议今后，应继续采取谨慎和科学合理适当的方式开采地下水，严格防止长期大规模超采地下水资源。