溫洪啟胡 萌何 鵬

青島市大沽河地下水資源量研究

溫洪啟1胡 萌1何 鵬2

青島市是我國(guó)嚴(yán)重缺水的城市之一，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)用水量的不斷增長(zhǎng)，水資源供需矛盾日趨突出。大沽河水源地是青島市穩(wěn)定的地下水水源地，在保障城市飲水安全中發(fā)揮著不可替代的作用。本文選取大沽河地下水富水區(qū)進(jìn)行研究，評(píng)估該區(qū)域地下水資源量及開(kāi)采潛力，為青島市地下水資源開(kāi)發(fā)利用和管理保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

一、大沽河水系水文地質(zhì)

1.地下水富水區(qū)范圍

大沽河地下水富水區(qū)主要沿大沽河古河道分布，橫跨膠州、即墨、平度及萊西四個(gè)市，北界姜格莊村—呂戈莊村—樸木村，西界姜格莊村—云盤頂—崖頭村—南村—南膠萊河—運(yùn)糧河—?jiǎng)⒓业甏?，南界大麻灣村—G204國(guó)道，東界樸木—棲鳳臺(tái)村—移風(fēng)店鎮(zhèn)后古城村—藍(lán)村—G204國(guó)道。區(qū)域總面積383.6km2，其中強(qiáng)富水性區(qū)域面積206.6km2，中等水源地面積 177.0km2。

2.含水層類型及賦存條件

大沽河地下水富水區(qū)地下水主要賦存在第四系沖積—沖洪積層下的砂和砂礫石層中。在平面上砂層分布受大沽河古河谷形態(tài)的控制，呈現(xiàn)出近似南北向的狹長(zhǎng)帶狀，寬度一般5～7km，在縱向上多為雙層構(gòu)造，上覆土層一般為2～5m，南北兩端土層較厚為3～5m。土層之下為不同粒徑的砂及砂礫石，厚度為4～8m，根據(jù)含水層富水性及巖性可分為三個(gè)帶：

①以中粗砂和粗砂礫石層為主的強(qiáng)富水區(qū)

主要沿大沽河、小沽河古河道主流帶分布，寬度 2～6km，堆積物8～20m，一般為雙層結(jié)構(gòu)，上部為0～3m砂質(zhì)粘土或粘質(zhì)砂土，下部為4.5～3m的中粗砂。現(xiàn)代河床新老砂層連成一體，為單層結(jié)構(gòu)。含水砂層顆粒較粗，厚度4.5～8m，透水性和富水性較強(qiáng)，滲透系數(shù)一般為150m/d，單井涌水量大于1000m3/d。地下水埋深1～3m，具有微承壓性。

②以粗中砂為主、中粗砂及含礫中砂次之中等富水區(qū)

主要分布于古河道主流帶兩側(cè)，呈不對(duì)稱雙帶狀，寬度1～1.5km，雙層結(jié)構(gòu)，砂粘或粘砂蓋層厚3～4m，下部砂層以粗中砂為主，中粗砂及含礫中砂次之，厚度2～6m，富水性中等，單井涌水量一般500～1000m3/d。

③以中砂、中細(xì)砂為主弱富水區(qū)

主要分布于河谷沖積平原的邊緣，堆積物全為雙層結(jié)構(gòu)，蓋層中含有大量鈣質(zhì)結(jié)核，下部砂層中以中砂、中細(xì)砂為主，分選性較差，含粘土質(zhì)較多，偶爾夾粘性土薄層，厚度變化1～4m，富水性不均勻，一般小于500m3/d。

二、補(bǔ)給量分析

1.降雨入滲補(bǔ)給（Q降）

降水量采用青島市多年平均降雨量691.6mm，降雨入滲系數(shù)參照《青島市第四系孔隙水資源評(píng)價(jià)》選取。根據(jù)公式：

式中：Q降—日平均降水入滲補(bǔ)給量（萬(wàn)m3/d）；

F—降水入滲面積（km2）；

α—年平均降水入滲系數(shù)；

X—年降水量（mm）。

計(jì)算得大沽河地下水富水區(qū)年降水入滲補(bǔ)給量為15.31萬(wàn)m3/d，詳見(jiàn)表1。

2.地下水徑流補(bǔ)給（Q徑流）

大沽河地下水富水區(qū)地下水徑流補(bǔ)給量由以下三部分組成：第一部分來(lái)源于大沽河上游（B1斷面）地下水徑流補(bǔ)給；第二部分來(lái)源于小沽河下游（B2斷面）地下水徑流補(bǔ)給；地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給（左、右兩側(cè)）。按公式：

式中：

Q徑流—地下水徑流量（萬(wàn)m3/d）；

K—滲透系數(shù)（m/d）；

I—自然狀態(tài)或開(kāi)采條件下的地下水水力坡度；

B—計(jì)算斷面的寬度（m）；

M—含水層的厚度（m）。

計(jì)算得大沽河地下水富水區(qū)地下水徑流補(bǔ)給量為0.49萬(wàn)m3/d，詳見(jiàn)表2。

3.河流入滲補(bǔ)給（Q河）

大沽河地下水富水區(qū)建有攔河閘、橡膠壩11座，其中程家小里攔河閘與孫洲莊攔河閘之間地下水與地表水補(bǔ)給關(guān)系表現(xiàn)為地下水補(bǔ)給地表水，其余各閘壩間地下水與地表水補(bǔ)給關(guān)系表現(xiàn)為地表水補(bǔ)給地下水（引黃濟(jì)青攔河閘與賈疃橡膠壩條件相近，合并一起計(jì)算；南莊橡膠壩段地表水補(bǔ)給量小可忽略不計(jì)）。按公式：

表1 多年平均降雨入滲補(bǔ)給量計(jì)算表

表2 徑流補(bǔ)給量計(jì)算表

表3 河流入滲補(bǔ)給量計(jì)算表

表4 地下水補(bǔ)給量（Q補(bǔ)）統(tǒng)計(jì)表（萬(wàn)m3/d）

表5 潛水蒸發(fā)量計(jì)算表

表6 河流排泄量計(jì)算表

表7 地下水排泄量統(tǒng)計(jì)表（萬(wàn)m3/d）

表8 地下水儲(chǔ)存量計(jì)算表

式中：Q河—河流入滲量，（萬(wàn)m3/d）；

L—河道長(zhǎng)度，（km）；

K—滲透系數(shù)，（m/d）；

M—含水層厚度，（m）；

I—水力梯度；

T—補(bǔ)給時(shí)間（d）。

計(jì)算得大沽河地下水富水區(qū)河流滲漏補(bǔ)給量為5.53萬(wàn)m3/d，詳見(jiàn)表3。

4.灌溉回滲補(bǔ)給（Q灌）

根據(jù)青島地下水開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀調(diào)查，大沽河地下水富水區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水量為5.45萬(wàn)m3/d。灌溉入滲系數(shù)β取0.15。按公式：

計(jì)算得大沽河地下水富水區(qū)灌溉回滲補(bǔ)給量：

Q灌=β·Q采=0.15×5.45=0.82萬(wàn)m3/d。

綜合以上計(jì)算結(jié)果，多年平均條件下大沽河地下水富水區(qū)地下水補(bǔ)給量為22.15萬(wàn)m3/d，詳見(jiàn)表4。

三、排泄量

1.人工開(kāi)采

根據(jù)地下水開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀調(diào)查，大沽河地下水富水區(qū)生活用水量為10.3萬(wàn)m3/d，工業(yè)用水量5.06萬(wàn)m3/d，農(nóng)業(yè)灌溉量為5.45萬(wàn)m3/d，大沽河地下水富水區(qū)實(shí)際人工開(kāi)采量為20.54萬(wàn)m3/d。

2.潛水蒸發(fā)

按潛水蒸發(fā)公式：

式中：Q蒸發(fā)—潛水蒸發(fā)量（萬(wàn)m3/d）；

C—潛水蒸發(fā)系數(shù)；

F—蒸發(fā)區(qū)面積（km2）；

ε—水面蒸發(fā)強(qiáng)度。

計(jì)算得大沽河地下水富水區(qū)潛水蒸發(fā)量為0.97萬(wàn)m3/d，詳見(jiàn)表5。

3.河流排泄

大沽河地下水富水區(qū)上游程家小里攔河閘與孫洲莊攔河閘間地下水向河水排泄。按公式（3）計(jì)算，大沽河水源地河水排泄量為0.33萬(wàn)m3/d，詳見(jiàn)表6。

由于下游修建有截滲墻，地下水徑流排泄幾乎為零。綜合以上計(jì)算結(jié)果，多年平均條件下大沽河地下水富水區(qū)地下水總排泄量為21.84萬(wàn)m3/d，詳見(jiàn)表7。

四、儲(chǔ)存量

1.承壓水含水層儲(chǔ)存量

根據(jù)承壓水含水層的彈性儲(chǔ)存量公式：

式中：Q儲(chǔ)—地下水的彈性儲(chǔ)存量，（萬(wàn) m3）；

F—含水層的面積，（km2）；

S—彈性釋水系數(shù)；

h—承壓水含水層自頂板算起的壓力水頭高度，（m）。

計(jì)算得大沽河地下水富水區(qū)地下水儲(chǔ)存量為36660萬(wàn)m3，詳見(jiàn)表8。

2.可調(diào)節(jié)儲(chǔ)存量

根據(jù)儲(chǔ)水層的分布規(guī)律，并結(jié)合大沽河地下水富水區(qū)地下水開(kāi)采實(shí)踐，動(dòng)用大沽河地下水富水區(qū)2/3的儲(chǔ)存量24440萬(wàn)m3，以四枯一豐做為調(diào)節(jié)周期，年均可調(diào)節(jié)儲(chǔ)量Q動(dòng)=24439.85/4=6110萬(wàn)m3/a，折合16.74萬(wàn) m3/d。

五、可開(kāi)采量

1.允許開(kāi)采量

根據(jù)Q允=Q補(bǔ)-Q蒸發(fā)，計(jì)算大沽河水源地多年平均條件下地下水允許開(kāi)采量：Q允=22.15-0.97=21.18萬(wàn)m3/d。

2.應(yīng)急開(kāi)采量

在特枯年份可進(jìn)行應(yīng)急性疏干開(kāi)采：Q應(yīng)急=Q允+Q動(dòng)=21.18+16.74=37.92萬(wàn)m3/d。

六、結(jié)論

大沽河地下水富水區(qū)地下水儲(chǔ)存量為36660萬(wàn)m3，年均可調(diào)節(jié)儲(chǔ)量6110萬(wàn)m3/a，多年平均條件下地下水允許開(kāi)采量21.18萬(wàn)m3/d，特枯年份應(yīng)急性疏干開(kāi)采量37.92萬(wàn)m3/d■

（作者單位：1.青島市水資源辦公室266000 2.青島地礦巖土工程有限公司266000）