山东省近20年来地下水资源变化浅析

收稿日期:2005-10-31

作者简介:李 瑜,女,山东省水文水资源勘测局,高级工程师。

水资源研究 第27卷第2期(总第99期)2006年6月

山东省近20年来地下水资源变化浅析

李 瑜 张 静 吕 红

(山东省水文水资源勘测局,山东济南250014)

摘 要:地下水是山东省重要的水资源,对全省经济社会发展起到举足轻重的作用。由于近年来水资源的外部环境发生了较大变化,导致地下水资源相应发生了很大变化;同时随着对地下水变化规律认识的逐步提高,评价方法的不断完善,也可在一定程度上对地下水资源的变化产生影响。通过对山东省第一、二次地下水资源评价要素及评价成果的对比,对山东省近年来地下水资源的变化进行了浅要分析,旨在为山东省地下水的合理开发利用提供依据。

关键词:地下水资源;评价;变化分析;山东省

从20世纪80年代全国第1次水资源评价至今已经20a 了。20a 来,由于受气候变化、人类活动等因素的影响,区域水循环条件、下垫面条件、水资源补给条件、水环境及生态环境等均发生了较大变化,导致水资源无论在数量、质量和时空分布上都发生了很大变化。第1次评价成果已不能真实反映现状水资源的实际状况。为此,水利部、国家发展计划委员会于2002年统一部署在全国开展水资源综合规划工作。地下水是水资源的重要组成部分,在保障城乡居民生活用水、支持社会经济发展、维持生态平衡等方面具有十分重要的作用。尤其是在地表水资源相对缺乏的山东省,地下水具有不可替代的作用。科学地认识和掌握地下水资源的时空分布及其变化规律,是实施我省水资源可持续利用战略的基础。本文简要介绍了本次地下水资源评价的主要特点及评价成果,并通过与第1次地下水资源评价成果的对比,浅要分析了山东省近20a 来地下水资源发生变化的主要原因,为我省地下水合理开发利用、有效保护和科学管理提供依据。

1 本次地下水资源评价的主要特点

(1)评价对象。本次评价的地下水是指近期下垫面条件下赋存于地表面以下岩土空隙中逐年不断更新的饱和重力水,而且主要是与当地降水及地表水关系密切的浅层地下水。并按照矿化度M !1g L 、15g L 共5个标准分别计算,其中M <2g L 的淡水是本次地下水资源评价的重点。近期下垫面条件的年代为1980~2000年。

(2)采用系列。地下水资源量采用1980~2000年系列。为

计算水资源总量,平原区降水入渗补给量及形成的河道排泄量、山丘区地下水总排泄量(即山丘区降水入渗补给量)、河川基流量采用1956~2000年系列。

(3)评价类型区划分原则。本次地下水资源量计算,评价类型区划分为3级。首先,根据区域地形地貌特征将全省划分为平原区和山丘区2个∀级类型区。在划分时,被平原围裹、面

积小于1000k m 2的残丘,一般划归平原区;反之被群山环抱、面积小于1000km 2的山间平原,一般划归山丘区。其次,根据次级地形地貌特征和地下水类型,将平原区划分为一般平原区1个#级类型区;将山丘区划分为一般山丘区和岩溶山区2个#级类型区。在#级类型区划分的基础上,平原区根据包气带岩性、1980~2000年年平均地下水埋深、水文地质等;山丘区根据地下水补给、径流、排泄的相对独立性,地层分布、地质构造等,进一步划分为122个均衡计算区(又称∃级类型区)。所有成果均按照水资源分区、行政分区、三级区套地市3种类型进行汇总。全省共划分为13个汇总区、4个水资源二级区、17个行政分区、47个套区。

(4)水文地质参数的确定。本次评价重点对与下垫面条件变化关系密切的有关参数进行分析研究。%给水度:采用地下水位动态资料分析法,结合20世纪80年代以来山东省均衡试验场研究成果及有关单位科研成果,确定了黄泛平原区、山前平原区不同岩性的给水度。&降水入渗补给系数:采用地下水位动态资料分析法,利用1980~2000年地下水位动态及降水观测资料系列,按粘土、亚粘土、亚砂亚粘互层、亚砂土、粉细砂5种不同岩性分别建立了 年~P 年~ 年关系曲线。∋潜水蒸发系数:采用1980~2000年地下水埋深资料系列,应用阿维里扬诺夫公式,逐月分析潜水蒸发系数,由月值推年值分析不同岩性潜水蒸发系数,建立了C 均~Z 均关系曲线。(渗透系数:根据抽水试验、野外同心环试验及同位素示踪试验成果进行综合分析,分别确定了不同岩性的渗透系数。

(5)一致性处理。为计算1956~2000年水资源总量系列,对降水入渗补给量(山丘区为地下水总排泄量)、河川基流量进

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行一致性处理。即利用各计算区1980~2000年逐年降水量P和降水入渗补给量Pr建立的P~Pr关系曲线,修正1956~1979年降水入渗补给量;利用单站1980~2000年还原后的河川径流量R和河川基流量分割成果Rg建立的R~Rg关系曲线,修正1956~1979年河川基流量。得到具有一致性且能反映近期下垫面条件的1956~2000年水资源总量系列。

(6)先进技术手段应用。本次评价充分应用计算机先进技术,在数据处理、水文地质参数分析、河川基流切割、区域水量计算、成果图编制、成果合理性分析等方面发挥巨大作用,大大提高了评价精度和工作效率。

2 本次地下水资源评价的主要成果

(1)平原区地下水资源量。平原区采用补给量法计算地下水资源量。各项补给量包括:降水入渗补给量、河道渗漏补给量、灌溉入渗补给量、山前侧渗补给量、平原水库渗漏补给量、人工回灌补给量、井灌回归补给量。各项补给量之和为地下水总补给量;地下水总补给量扣除井灌回归补给量为地下水资源量。计算结果:全省平原区多年平均地下水总补给量为95.99亿m3 a,多年平均地下水资源量为90.56亿m3 a,多年平均地下水资源模数为16.3万m3 (km2)a)。

(2)山丘区地下水资源量。山丘区采用排泄量法计算地下水资源量。各项排泄量包括:河川基流量、山前侧向流出量(包括出山口河床潜流量)、浅层地下水开采净消耗量、潜水蒸发量。各项排泄量之和为总排泄量。计算结果:全省山丘区多年平均地下水资源量为80.90亿m3 a,多年平均地下水资源模数为10.2万m3 (km2)a)。其中一般山丘区多年平均地下水资源模数为9.4万m3 (k m2)a),岩溶山丘区多年平均地下水资源模数为20.3万m3 (km2)a)。

(3)分区及全省地下水资源量。分区地下水资源量为山丘区和平原区地下水资源量之和扣除重复量,重复量包括山前侧渗补给量和本水资源一级区河川基流量形成的地表水体补给量。计算结果:全省多年平均地下水资源量为165.46亿m3,其中山丘区为80.90亿m3,平原区为90.56亿m3,重复量为6.01亿m3;多年平均地下水资源模数为12.2万m3 km2。

3 与第1次评价成果对比

(1)平原区成果对比。本次评价全省平原区计算面积为55628k m2,较第1次评价增加9.2%;地下水资源量为90.55亿m3,较第一次评价增加0.5%;地下水资源量模数为16.3万m3 km2,较第1次评价减少7.9%。本次评价中降水入渗补给量占地下水资源量的67.3%,地表水体补给量占23.6%;第1次评价中降水入渗补给量占地下水资源量的76.3%,地表水体补给量占20.9%。

(2)山丘区成果对比。本次评价全省山丘区计算面积为79475k m2,较第1次评价减少4.8%;地下水资源量为80.90亿m3,较第1次评价增加5.1%;地下水资源量模数为10.2万m3 km2,较第1次评价增加10.3%。其中山丘区基流量为46.29亿m3,较第1次评价减少35.9%。本次评价山丘区基流量占地下水资源量的57.2%,第1次评价山丘区基流量占地下水资源量的93.7%。

(3)全省成果对比。本次评价全省计算面积为135103km2 (M<2g L面积),较第1次评价增加0.5%;地下水资源量为165.46亿m3,较第1次评价增加1.3%;地下水资源量模数为12.2万m3 km2,与第1次评价基本相同。

4 地下水资源发生变化的主要原因

(1)基础不同。第1次评价要求提供的是现状条件下的地下水资源量,即以当时现有的水利工程设施、引水灌溉方式和地下水开发利用水平为评价基础。本次评价要求提供的是近期下垫面条件下的地下水资源量。20世纪80年代以来,由于我省社会经济的快速发展,人类活动影响加剧,土地利用状况和水资源开发利用方式都发生了很大变化。至20世纪末,我省水土流失治理面积超过20000km2,城市用地和道路用地快速增加,社会对水资源的需求急剧增长。另外,降水系列的偏枯、地表水资源的衰减、地下水开采量的逐年上升、地下水位的持续下降、地下水漏斗区面积的不断扩大、引黄水量的增加、平原水库、地下水库的修建及节水灌溉、人工回灌措施的实施等都会对地下水资源的变化产生影响。

(2)系列不同。第1次评价系列1956~1979年属偏丰系列,降水较长系列(1916~2000年)偏大12.3%;本次评价系列1980~2000年属偏枯系列,降水较长系列偏小2.8%。本次评价全省多年平均降水量627.3mm,较第1次评价减少13.5%。区域降水量的减少是造成全省地表水资源量、平原区降水入渗补给量减少的重要原因之一。

(3)计算面积不同。本次评价全省采用面积为156675 km2,而第1次评价为153300km2。由于划分原则不同,本次评价全省平原区计算面积为55628km2,较第1次评价增加9.2%;全省山丘区计算面积为79475km2,较第1次评价减少4.8%。

(4)计算项目不同。本次评价计算山丘区地下水资源量排泄项时增加了实际开采净消耗量、潜水蒸发量两项,合计26.37亿m3。这是造成本次山丘区地下水资源量增加的主要原因之一。计算平原区补给项时增加了平原水库渗漏补给量及人工回灌补给量等项量,使本次评价的地表水体补给量由18.8亿m3增加到22.7亿m3,增幅20.5%。

(5)供水结构不同。20世纪80年代以来,由于降水量和地表水源的不足,使山东省供水结构发生很大变化。1980~2000年全省地表水供水量减少约20%,而地下水供水量增加约39%;地下水供水量占总供水量的比重由1980年的38.6%上升到2000年的53.6%;此外,黄河水量实行统一分配以来,我省引黄水量由1971年引黄复灌以来的年均52亿m3增加到80年代以后的年均72亿m3。由于引黄水量的增加,使本次评价的引黄灌溉入渗补给量由9.2亿m3增加到11.7亿m3,增幅27.2%。

(6)下垫面条件不同。下垫面条件的变化主要是指水利工程的修建,大规模的开发利用地下水等。20世纪80年代以前,山东省虽然修建了大量的蓄水工程,但由于工程配套率低,水资源开发利用程度不高,河道基本上不断流。80年代以后,随着水资源的大量开发利用,河道断流时间不断延长,使河流对地下水的补给相应减少。本次评价全省河川径流量较第1次评价减少42.1%。由于河川径流量的减少,使山丘区河川基流量、平原区河道渗漏补给水量、引河补给水量也大幅度减少。本次评价全省河川基流量较第1次评价减小35.9%,平原区河道渗漏补给量较第1次评价减小33.6%,引河补给水量较第1次评价减少4.8%。80年代以来,山东省地下水开采量逐年增加(从1980年的91亿m3增加到2000年的132亿m3),造成地下水位

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