□靳永強(qiáng)（河南省許昌水文水資源勘測(cè)局）

1.概述

許昌市地處中原腹地。在歷史上是三國(guó)文化發(fā)源地和漢魏古都，在河南省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中占有重要戰(zhàn)略地位。截至2011年市區(qū)建成區(qū)面積63km2，人口55萬(wàn)人，工業(yè)總產(chǎn)值173億元。許昌市也是全國(guó)40個(gè)嚴(yán)重缺水城市之一，引汝補(bǔ)源工程沒(méi)有建設(shè)的2003年以前，由于水資源量嚴(yán)重不足，已明顯成為制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，許昌東區(qū)的發(fā)展，面積達(dá)180km2的許昌新區(qū)規(guī)劃的逐步實(shí)施，許昌市人均水資源占有量將繼續(xù)下降，未來(lái)許昌市區(qū)水資源的供需失衡狀況將更加嚴(yán)峻，這將嚴(yán)重制約許昌市社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)生態(tài)環(huán)境和社會(huì)安定也構(gòu)成一定的危害。許昌市于2003年10月委托設(shè)計(jì)部門完成了《許昌市東區(qū)水系治理及補(bǔ)源工程可行性研究報(bào)告》。該引汝補(bǔ)源工程項(xiàng)目具有防洪、灌溉、改善城市環(huán)境、回補(bǔ)地下水漏斗、防止地面沉陷地質(zhì)災(zāi)害等綜合功效。該工程的實(shí)施不僅有利于緩解許昌市未來(lái)水資源供需矛盾，而且對(duì)于改善城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，逐步恢復(fù)漏斗區(qū)的地下水位，提高城市品位以及提高人民生活水平都具有十分重要的意義，有助于促進(jìn)許昌市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

2.引汝補(bǔ)源工程建設(shè)前許昌新區(qū)地下水狀況

改革開(kāi)放以來(lái)，許昌市區(qū)由于大量開(kāi)采地下水致使地下水位大幅度下降，形成以郊區(qū)半截河鄉(xiāng)和尚集鎮(zhèn)為中心（即補(bǔ)源區(qū)）的淺層地下水漏斗區(qū)，面積200km2，地下水漏斗范圍呈現(xiàn)向外繼續(xù)擴(kuò)展態(tài)勢(shì)。淺層水超采引起地下水位持續(xù)下降，中心水位埋深近20m。同時(shí)地下水漏斗中心水位已降至海平面以下，造成城市地面下沉，最大沉降點(diǎn)達(dá)277mm，已經(jīng)引起部分房屋裂縫倒塌，市區(qū)道路連年塌陷。

3.許昌市東區(qū)引汝補(bǔ)源工程

從2002年起許昌開(kāi)始大規(guī)模開(kāi)發(fā)許昌東區(qū)，引汝補(bǔ)源工程規(guī)劃針對(duì)的主要是許昌東區(qū)水系建設(shè)和補(bǔ)源。工程的實(shí)施使當(dāng)?shù)丶竟?jié)性河流能及時(shí)得到外調(diào)水源的補(bǔ)充，補(bǔ)充地下水，保持河道水質(zhì)潔凈，改善城區(qū)水環(huán)境。通過(guò)大幅度增加市區(qū)水面，以調(diào)節(jié)城市氣候。工程采用北汝河大陳閘控制的河道地表水作為本項(xiàng)目的供水水源，利用潁汝干渠工程調(diào)用北汝河大陳閘以上水量，調(diào)節(jié)補(bǔ)充許昌市東區(qū)地下水和生態(tài)環(huán)境用水。

北汝河河川徑流量較為充沛，河流水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)為II類，水質(zhì)較好。攔蓄的北汝河地表徑流適宜作為許昌市補(bǔ)源工程的供水水源，通過(guò)武灣渠首閘將北汝河水以自流方式引至許昌市北部的石梁河，然后分兩支進(jìn)入東區(qū)。該建設(shè)項(xiàng)目位于許昌東城新區(qū)及周邊區(qū)域，項(xiàng)目工程分布在107國(guó)道以東的清潩河與小洪河之間的河道、人工開(kāi)挖渠道上。建設(shè)工程為東城新區(qū)河湖水系整治工程和小洪河流域地下水補(bǔ)源工程，包括渠道開(kāi)挖、河道治理、閘壩及橋涵施工建設(shè)。該補(bǔ)源工程涉及許昌市東城區(qū)面積約19.5km2，東城區(qū)周邊的補(bǔ)源區(qū)面積約190km2，耕地面積1.27萬(wàn)hm2?？偼顿Y（人民幣）8914.84萬(wàn)元。東區(qū)水系治理及補(bǔ)源工程分3期3年施工，2004-2006年，每年秋季10月開(kāi)工，次年5月竣工。2006年底全部完工投入使用。

4.補(bǔ)源水量及地下水埋深變化對(duì)比分析

4.1 河湖補(bǔ)水量

許昌市城區(qū)現(xiàn)有清潩河、小西湖、護(hù)城河、運(yùn)糧河、清泥河等水域，蓄水庫(kù)容約146萬(wàn)m3；清潩河呼沱閘庫(kù)容120萬(wàn)m3，馬崗閘蓄水29萬(wàn)m3，健康路橡膠壩庫(kù)容75萬(wàn)m3，陳村攔河閘庫(kù)容60萬(wàn)m3，上述清潩河支流4處蓄水工程總庫(kù)容284萬(wàn)m3。東城區(qū)的河渠庫(kù)容150萬(wàn)m3，許昌縣補(bǔ)源區(qū)蓄水容積372萬(wàn)m3。全市總蓄水庫(kù)容達(dá)952萬(wàn)m3。調(diào)水量進(jìn)入補(bǔ)源區(qū)，一部分蒸發(fā)消耗，平時(shí)不向下游河道退水。河渠換水量是指當(dāng)城市河渠自身水體不能凈化輸入的污染物，而需要人工換水的河渠需水量。為保證補(bǔ)源水體的質(zhì)量符合要求，定期更新補(bǔ)源區(qū)河槽蓄水量。河渠1年換水4次，按槽蓄量計(jì)算次換水量為265萬(wàn)m3，年換水1060萬(wàn)m3。河渠補(bǔ)水量為河渠水體損失水量扣除掉降水因素影響后的影響水量之差值。河渠水體損失水量主要包括河渠水面蒸發(fā)損失量、形成或補(bǔ)充河渠兩岸浸潤(rùn)帶的水量和河渠河床滲漏補(bǔ)給地下水的水量。同時(shí)為保證河渠內(nèi)保持1.5m以上的蓄水水深，尚須進(jìn)行補(bǔ)水。按不同保證率典型年降水量逐月調(diào)算，年補(bǔ)水量在126～227萬(wàn)m3之間。河渠換水量加上河渠補(bǔ)水量，即為東城補(bǔ)源區(qū)引汝水源的用水量，根據(jù)補(bǔ)源工程引水方案及用水量，并考慮渠道供水損失，東區(qū)補(bǔ)源需水量為：偏豐年1483萬(wàn)m3，平水年1555萬(wàn)m3，偏枯年1584萬(wàn)m3，枯水年1609萬(wàn)m3。

4.2 地下水補(bǔ)源量

補(bǔ)源區(qū)回滲補(bǔ)給地下水的河渠主要有：天寶渠、東環(huán)渠、新城渠、許扶運(yùn)河、小洪河、清潩河及引水渠，通過(guò)滲漏回補(bǔ)地下水。

河渠滲漏量計(jì)算分兩種情況考慮。首先是大埋深情況下的河渠滲漏量計(jì)算：當(dāng)?shù)叵滤裆钶^大（>6m）時(shí)，河渠的水可以自由入滲補(bǔ)給地下水，計(jì)算河渠滲漏補(bǔ)給量采用以下自由入滲計(jì)算公式：

式中:Q河渠補(bǔ)—河渠的滲漏補(bǔ)給量（萬(wàn)m3/a）；

L—河渠長(zhǎng)度（m）；

B—河渠水面寬度（m）；

t—河渠過(guò)水時(shí)間（d）；

K—滲透系數(shù)（m/d）；

A—選用系數(shù)，一般取2～3；

h—河渠水深（m）。

本工程補(bǔ)源區(qū)河渠將常年蓄水，新開(kāi)渠的底部土質(zhì)按粉質(zhì)粘土選用滲透系數(shù)，原河流河床按粘土考慮，水深統(tǒng)一按2m設(shè)計(jì)。計(jì)算時(shí)將補(bǔ)源區(qū)劃分為3個(gè)小區(qū)：東城區(qū)、北區(qū)（天寶渠以北）、南區(qū)（許扶運(yùn)河以南）。根據(jù)上述自由入滲公式計(jì)算河渠的總滲漏補(bǔ)給量為1445萬(wàn)m3/a。

其次是考慮小埋深情況下的河渠滲漏量計(jì)算：當(dāng)河渠的水長(zhǎng)期滲漏使得地下水埋深回升到<5m以后，由于地下水位的頂托，河渠的滲漏量將減少。按補(bǔ)源工程可行性研究報(bào)告，折減系數(shù)取0.42，通過(guò)計(jì)算可得，規(guī)劃補(bǔ)源區(qū)河渠的總滲漏補(bǔ)給量為607萬(wàn) m3/a。

4.3 補(bǔ)源區(qū)地下水位演變趨勢(shì)預(yù)測(cè)

根據(jù)水均衡原理，對(duì)補(bǔ)源區(qū)進(jìn)行地下水多年調(diào)節(jié)計(jì)算，即選取具有代表性的降水量過(guò)程和作物灌溉制度，以月為時(shí)段，計(jì)算地下水的各項(xiàng)補(bǔ)給量和排泄量，預(yù)測(cè)補(bǔ)源區(qū)規(guī)劃條件下的地下水位變化趨勢(shì)。調(diào)算公式如下：

式中：Ht+1—t+1時(shí)段地下水位；

Ht—t時(shí)段地下水位；

Q補(bǔ)—t+1時(shí)段地下水總補(bǔ)給量；

Q排—t+1時(shí)段地下水總排泄量；

F—計(jì)算面積；

μ—給水度，一般亞砂土為0.045。

補(bǔ)源區(qū)河渠常年蓄水，河、渠的底部土質(zhì)分別按粉質(zhì)粘土和粘土考慮，水深統(tǒng)一按2m設(shè)計(jì)。以2002年末地下水埋深值為起調(diào)基準(zhǔn)點(diǎn)。當(dāng)?shù)叵滤裆?6m時(shí)，河、渠補(bǔ)給量采用大埋深時(shí)的滲漏量；當(dāng)?shù)叵滤裆钤?～6m時(shí)，河、渠補(bǔ)給量采用小埋深時(shí)的滲漏量；當(dāng)?shù)叵滤裆?5m時(shí)，河渠停止補(bǔ)給；當(dāng)?shù)叵滤裆?4m以后，開(kāi)始有潛水蒸發(fā)。

選取2006-2011年6年的調(diào)節(jié)計(jì)算：東城區(qū)地下水起調(diào)埋深9.72m，一期工程補(bǔ)源10個(gè)月后，地下水埋深回升至4.39m，以后地下水埋深穩(wěn)定在4.39～3.44m之間，補(bǔ)源1年之后的多年平均埋深為3.82m。調(diào)節(jié)計(jì)算的末時(shí)段與初始時(shí)段相比，水位上升6.20m。北部補(bǔ)源區(qū)地下水起調(diào)埋深8.34m，三期工程補(bǔ)源實(shí)施后，在保證尚集工業(yè)區(qū)用水和農(nóng)業(yè)正常灌溉用水需求的情況下，地下水位基本能保持穩(wěn)定，補(bǔ)源1年之后，區(qū)域多年地下水平均水位略有下降，埋深范圍在7.49～10.85m之間。調(diào)節(jié)計(jì)算的末時(shí)段與初始時(shí)段相比，水位上升0.63m。南部補(bǔ)源區(qū)地下水起調(diào)埋深6.89m，三期工程補(bǔ)源實(shí)施后，在保證農(nóng)業(yè)正常灌溉的情況下，地下水位上升趨勢(shì)明顯。補(bǔ)源1年之后的多年平均埋深為4.30m。調(diào)節(jié)計(jì)算的末時(shí)段與初始時(shí)段相比，水位上升3.62m。

4.4 補(bǔ)源區(qū)2006-2011年6年地下水埋深觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

選取引汝補(bǔ)源工程竣工運(yùn)行實(shí)施后的2006-2011年連續(xù)6年地下水埋深觀測(cè)數(shù)據(jù)分析。

許昌市多年平均降水量為703mm，除2000年降水量偏大20%以上屬偏豐年份外，其他年份年降水量均為平水年份，因此可以看出降水對(duì)地下水位變化的影響有限。選取補(bǔ)源區(qū)包括的東城區(qū)和南區(qū)的代表站地下水觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行前后對(duì)比，從實(shí)測(cè)埋深過(guò)程線圖（見(jiàn)圖1）可以看出從2006年起地下水位逐步得到回升，2011年底地下水平均水位比補(bǔ)源前地下水平均水位普遍上升3～6m，與計(jì)算補(bǔ)源預(yù)測(cè)效果一致，說(shuō)明工程補(bǔ)源措施是得當(dāng)?shù)摹?/p>

圖1 2006～2011年補(bǔ)源區(qū)代表站地下水埋深過(guò)程線圖

5.結(jié)論及建議

5.1 通過(guò)計(jì)算2006-2011年6年地下水埋深變化與實(shí)際觀測(cè)值對(duì)比分析表明，引汝補(bǔ)源工程的實(shí)施使當(dāng)?shù)丶竟?jié)性河流能及時(shí)得到外調(diào)水源的補(bǔ)充，補(bǔ)充地下水，保持河道水質(zhì)潔凈，改善城區(qū)水環(huán)境。通過(guò)大幅度增加市區(qū)水面，以調(diào)節(jié)城市氣候。補(bǔ)源區(qū)地下水水位明顯回升，達(dá)到了預(yù)期的補(bǔ)源效果。

5.2 建議保護(hù)好北汝河水源，嚴(yán)格限制上游“三小”污染企業(yè)發(fā)展；嚴(yán)禁向河道兩岸傾倒各種廢物。大力發(fā)展節(jié)水灌溉，減少水資源浪費(fèi)現(xiàn)象，控制農(nóng)藥化肥的使用。

5.3 建議執(zhí)法部門運(yùn)用法律、行政、經(jīng)濟(jì)等綜合措施，加強(qiáng)對(duì)清潩河上游沿岸工礦企業(yè)廢污水排放的監(jiān)督檢查。政府應(yīng)繼續(xù)加大宏觀調(diào)控力度，積極發(fā)展低耗水、少排污的高新企業(yè)，限制高耗水高污染工業(yè)項(xiàng)目的再建審批。

5.4 加強(qiáng)水資源統(tǒng)一管理和優(yōu)化配置，規(guī)劃好引汝水源、地下水源、南水北調(diào)水源及城市污水處理后中水的合理配置和高效利用。在工程運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)沿渠引水量的調(diào)查工作，對(duì)補(bǔ)源區(qū)引水、換水和補(bǔ)水進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并做好記錄，實(shí)時(shí)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)地表水量和水質(zhì)的變化。并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)補(bǔ)源區(qū)未來(lái)水質(zhì)、水位發(fā)展演變趨勢(shì)。