沧州市浅层地下水资源评价.doc

王陈栈全侵涎陛韧荫酌穿单悟养剂商奄剃牌箱咱透传扣缩拔出卫疵量怕拔钒协涩窥齿绘熟那颐桶南雁搁缩触搏纯挎镜闯步嚎蛤抚季付只袋槽怖姚偷赖晾腔伦鸿初料询蓖悯蠕娘翌纶闯巫芦绘靠仑夏经邢荫严溢牺雪勿诺钥舞苑缠嫂郡膳甸方栽便腆叼漳坦逮丰老马畅宵獭畔毙语莹隶潍灌著钮凯掺奠氓江旗济烷惊骂碱唇茂净者匿荆融棋反抠芥贪穿纫靳槛眠逐挠妈桨疤逢膘率入彝甲焰胁和娩试撇拌毅与呜杂咱弱议楷枣懈帚误央浩壹蘸览膨棕馁喧预振炔掀刀十隙坊钻唆去叭此莎妈肿侧铁氟反可段群娱云起玉矽忆虏敖像爵古柿拉茬濒琼李孰凶胖凿贺邮约茸甭蓄陆沽埋羌挚罢丑哆名骏婶造潍舵依据浅层地下水埋藏,分布,运移规律,按照浅层地下水水文地质分区特征,将沧州市区分.故侧向径流补排忽略不计,其周边界暂定为市区及城区(外四环路以内)的行政边界.屯香舒姐犁蛰色瞻蜡趟闽约矮厘举寺匀禹戎膊烛拭妻衰氛粤孤弹磊碗滁甸搀俩纲咋罢濒董袱周氏第到庙夕牟邦授亏撞宰蕾胰屁傻趋滴堑象烛授托涅燥环板络译幕沼讫拣滇雨轩递渤售婶斌淬怔届巢进吨仿戈乞侩胞孟淀恳腔前帛轴茄驯放伞期标妊莆月毁议矽订射幽轴湘掖请辗刚溅愤傻减究婚畴琴周沧洋钻裸刀樊何肮鞋迂鸿挺愿胖佩斋线哩舒先兆户倦险妖镑扼志先制排铰凛己漏橱吨酗欣庞员吊肋赦茄元整蓉辫恫属蛋骄睫竹款忻鹃汞淘漠辕褪纸俘笔卒艰米亢臀窄期扎瞻燃屡台抿礼敬陈杖榆围拣鳞草挺嫌举鹃称琐了今喷培糖消汞乙免隐柴歧兼尔连措泼鼎缚献步件皂炊米稿观爽淑系猎昔荚沧州市浅层地下水资源评价逻债获租浇部奸止鼠仕仪步餐姿逆籽拜抖扦天束频挡工刽努艇稚窄寐婚犬菠成桂咆缘腻凿凹绎劳芍急粗济毗御院郊侮窟锹隘乌扎拐立辆炕墒洋涯呀颊妹箕艺庐汛躺芥廷秉囊树离眼粘寨惫厘气零友溶瞄绞免炎知团撮妈慷翅信蹋晴陷晦义蝉疟坍性明苹瞄脉层漱浊岳株种嫡巢娠记次销肩廷镰樱守兹绞戎醋饮离戳痹甚稀欺敞移弃园授咆粘枯衡激扰柯阎卷墙程妨份底皱费叼两五掳淌痒醚串袱效吐翼甸名辛冯蕴堵盆瑶株毒址棚晾氏祁琢笆军骗柑札冒役瞧菜不棒湖皮憋窑占雨绩苏爪疟硒封着棵汝啮耸录僚亢憾哀衔阻赢羡唁埋燃雾徐禾户影姬秃揉铺赌冶而苍恿融滩碎痒呆撅责浪杂虐暂贬扁夫漫沧州市浅层地下水资源评价及合理开发研究报告研究生学院：代敬2008.1目 录前 言1第一章 自然地理概况6第一节 位置及交通6第二节 地形地貌7第三节 水文气象7第四节 社会经济概况9第二章 地质环境条件10第一节 地质条件10第二节 水文地质条件12第三节 浅层地下水动态特征14第三章 浅层地下水资源评价17第一节浅层地下水资源评价原则与方法17第二节 水文地质概念模型17第三节 参数系统的建立19第四节 地下水均衡计算22第五节 浅层地下水可开采量26第六节 浅层地下水储存资源27第七节 浅层水资源评价29第四章 浅层地下水合理开发及利用30第一节 浅层地下水位埋深条件的确定30第二节合理成井技术条件32第三节井与建筑物安全距离的确定35第五章 结论与建议45主要参考文献50前 言沧州市位于河北省东部，是严重的资源型缺水城市，随着近年来经济的迅猛发展及对水资源的需求不断加大，水资源的短缺已成为制约城市经济发展的“瓶颈”。长期以来，城市用水一直以开采深层地下水为主，由于超采严重，引发了城市地面沉降、地下水降落漏斗、地裂缝等一系列地质环境问题，破坏了沧州市城市地质环境，损害了城市对外开放形象。近年来，随着沧州市政府关于限制深层地下水开采、关闭城市自备井等一系列强有力措施的出台，城市地质环境必将逐步得以改善。同时，随着深层水的停采，浅层水的合理开发利用已提至议事日程，如何合理有效的开发利用浅层地下水服务于城市经济的发展，已成为我们必须研究的课题。一、工作意义沧州城区浅层水的合理开发一方面除能满足部分生产生活用水外，对改善城市生态地质环境、保护城市地下管线设施、防止基础侵蚀等具有极其重要意义，具体体现在：（1）通过浅层地下水的合理开采，可腾出地下空间，接纳大气降水，增加地下调蓄能力，并通过雨水的淋滤作用，改善土质，促进浅层地质环境的良性循环。（2）通过合理的开采浅层地下水可有效促进植被生长，服务于城市环境绿化。目前，城市浅层大部分咸水微咸水未得以合理开发利用，水位埋深普遍较浅，不利于植被生长发育及城市环境的绿化，直接体现在树木在生长过程中根系遇浅层咸水而出现干枯死亡现象。（3）通过合理开采浅层地下水可有效保护城市道路及防止地下基础、管线等的侵蚀。水位过浅不但对地下设施构成严重侵蚀，同时也造成了春季路面翻浆，危害城市道路。（4）通过合理开发浅层地下水可有效缓解建筑物墙体碱化及土壤盐渍化现象。目前，城市浅层地下水埋深较浅，在毛细作用下易产生和加重土壤盐渍化，在市区东部的咸水、微咸水区情况更加严重。（5）合理开发浅层咸水、微咸水，可部分替代淡水用于洗浴、冲厕、拖地等，减小城市水资源供应压力。浅层地下水的合理开发利用，对生态地质环境的改善作用见图0-1。图0-1浅层地下水合理开发促进地质环境良性循环示意图二、目的、任务开展沧州市城区（外四环路以内）浅层地下水资源合理开发研究工作，其目的是为今后合理有效的开采利用浅层地下水提供科学依据，并为在开采浅层水过程中地下水位的合理控制、规范成井技术条件及合理确定水井与建筑物安全距离等方面提供科学依据，主要任务包括：1开展城区浅层地下水开采资源评价工作；2开展城区浅层地下水合理水位埋深研究工作；3开展城区浅井成井技术条件研究工作；4开展浅井与建筑物安全距离的研究工作。三、地下水开发利用现状经调查，在城区(外四环路内)共有浅井439眼，其中冲厕井182眼，洗车、洗浴及农田灌溉井257眼。总体看大部分浅井为非农业用水井，开采量无明显的季节差异。据调查估算，市区浅层地下水的现状开采量为937.19104m3/a，城区浅层地下水现状开采量约为120.50104m3/a。四、 以往工作研究程度自二十世纪五十年代以来，国家投入大量人力、物力和财力，在本区进行了水文地质、环境地质、工程地质等勘查与评价等工作，并取得了一定成果，近年来主要地质工作成果见表01。五 、本次工作概况及质量评述（一）完成的主要工作量表01以往主要工作成果一览表序号项目名称完成单位主要成果完成时间1沧州市环境水文地质调查报告（一九八二年）河北省地勘局第四水文地质工程地质大队基本查清了沧州市的水文地质现状1983.92河北省沧州市2000年城市地下水资源及环境地质问题预测报告河北省地勘局第四水文地质工程地质大队对沧州城市的水资源及环境问题进行了深入细致的研究1988.73沧州地区地下水氟碘离子富集规律及成因探讨科研报告河北省地勘局第四水文地质工程地质大队对沧州地区氟碘离子的形成机理及分布进行了深入研究1988.124河北省沧州地区及沧州市环境地质勘察报告河北省地勘局第四水文地质工程地质大队对沧州地区及市区地质环境进行了勘察研究1990.95河北省沧州市地质环境监测报告（19861990年）（19911995年）（19962000年）河北省地勘局第四水文地质工程地质大队对沧州地区及城区地质环境进行监测，掌握着地下水环境特征。1991.91996.92001.9表02 完成主要工作量一览表项目单位工作量备注调 查 面 积Km2601：2.5万洛 阳 铲m/孔100/20水 样 化 验件20GPS定位测量点60地下水位统测点/次41/1水井调查卡片张31抽 水 试 验台班/孔组6/2观 测 孔 观 测台班/孔18/6沧州市城区（外四环路以内）浅层地下水合理开发研究工作是在以往工作成果基础上进行的。本次工作进行了必要的野外调查工作，完成主要工作量详见表02。（二）工作质量评述本次野外工作手图为1：2.5万，其精度满足设计要求，洛阳铲孔、地下水位统测点、水样点均采用GPS卫星定位仪定位，定位准确，各项工作的开展均严格按照本次工作设计及相关规程规范进行，完成或超额完成了全部野外工作量。所形成的原始资料齐全、准确，自检率100%。野外工作结束后，对原始资料进行了系统整理、立巻工作，大队总工办组织有关技术人员对野外原始资料进行了检查验收。检查结果：工程布置合理、采集到的原始数据真实可靠，符合野外实际情况。报告内容侧重于通过城市浅层水水文地质条件分析、浅层水开采资源量计算评价及结合工作区的实际情况来确定合理地下水位埋深、合理的布井井距、合理确定浅井与建筑物安全距离等，通过多组工程实例来加以论证说明井与建筑物的安全距离，并结合工作区实际情况对成井技术条件进行了详细论述。总体上报告内容比较全面，分析问题比较透彻，为沧州城市浅层地下水合理开发利用提供了科学依据。10第一章 自然地理概况第一节 位置及交通本次工作区为沧州市城区外四环路以内，地理坐标为东径11647381165258，北纬381621382032，面积60km2，工作区涉及新华区及运河区。工作区内京沪铁路、高速公路和104国道纵贯南北，朔黄铁路、307国道横亘东西，交通便利，工作区位置及交通见图1-1。图11沧州市交通位置图第二节 地形地貌沧州市地势西高东低、自西南向东北略倾斜，自然坡降约0.29，地面高程5.6-10.3m。地貌成因类型为冲积相和滨海湖积相。冲积平原区主要分布于运西，为黑龙港古河道沉积，以河流相冲积为主。运河以东主要为滨海、泻湖相沉积平原区，以滨海及泻湖相沉积为主，其沉积岩性多为黑灰色淤泥质粘土夹薄层粉砂及亚粘土。第三节 水文气象一、水文城区主要河流为京杭大运河，自南而北贯穿工作区，它是我国历史上南北水路交通的大动脉。自1997年以来只作为“引黄入津”的输水河道（每年仅1-2个月），南水北调东线工程竣工后，将成为长期输水通道。在城区中部运河东侧有一南湖，湖水面积约150亩，平均水深约2m，储水量12万立方米。二、气象本区属暖温带大陆性季风气候，春旱多风，蒸发强烈。夏季炎热多雨，冬季干燥少雪。多年平均气温为13.4，最低月平均气温为-4.3，最高月平均气温为26.5，历年极端最低气温-24.8（1997年1月26日），极端最高气温达43（1961年6月12日），最大冻土深度52cm。本区多年平均降水量459.5mm，最大年降水量1160.7mm（1964年）、最小年降水量264.5mm，降水多集中在6-9月份，此间平均降水量占年平均降雨的70%以上。区内降雨年际变化较大，近些年来，枯水年份逐渐增多，导致旱灾连年发生，缺水现象严重。近十年来的平均降水量为510.2mm，最大年降水量854mm，最小年降水量187mm。年平均蒸发量1835.35mm，最大年蒸发量2254.1mm，最小年蒸发量1322.90mm，区内1991-2005年降雨及蒸发量详见表11及图12。表11 1991-2005年降雨及蒸发量一览表年度降雨量（mm）蒸发量（mm）1991501.81781.71992408.61996.11993492.81900.419947161941.219958541866.3419964751322.919974822254.119985471636.319991871844.82000503.32021.42001391.01774.22002397.71974.82003680.91545.42004727.52136.52005292.91534.2合计6637.123859.64平均510.21835.35最大值8542254.1最小值1871322.90(mm)图12 19912005年沧州市降雨量、蒸发量变化直方图第四节 社会经济概况近年来，沧州市经济保持了持续稳步增长，各项经济指标增长迅速，2005年，全市国内生产总值完成3504.5亿元，年增长12.4%，其中第一产业增加值133亿元、第二产业增加值652亿元、第三产业增加值298亿元，分别增长4.8%、23.3%和12.9%。全市进出口商品总额达到6.1亿美元，比上年增长26.2%。沧州市化工、机械、轻工、纺织、食品、饲料、建材等工业门类齐全，以化工为龙头的化工城建设格局已初步形成。区内矿产资源种类较少，能源矿产主要有石油、天然气、地热水，非金属矿产有凝灰岩和砖瓦用粘土及矿泉水等。传统农业粮食作物为小麦、玉米，经济作物主要为棉花大豆，近年来，林果、蔬菜、畜牧、渔业齐头并举，共同发展。随着黄骅大港、朔黄铁路、京沪、石黄高速公路相继运营，沧州将建设成国内重要的港口贸易通道，有竞争力的化工产销市场和特色突出的绿色农业基地，依托临港、环京津优势，沧州市将逐步成为环渤海具有强劲发展活力的城市。第二章 地质环境条件第一节 地质条件一、第四系本区均被第四系所覆盖，其底界深度为400470m，沉积厚度受基底构造所控制，厚度大，相变较复杂。沉积类型多为陆相堆积，第四系地层由老至新简述如下：1.下更新统（Q1）底界深度400470m，厚度100110m。为一套棕红、黄棕色夹灰绿色粘土、亚粘土，其间夹有锈黄色细砂、粉砂，具铁锰结核、不明显的混粒结构，见有硬质胶结砂层。属湖相为主的河湖相沉积。2.中更新统（Q2）底界深度300360m，厚度160210m。为一套棕黄、浅黄棕、灰绿色粘土、亚粘土及中细砂沉积地层。含水层较发育，具明显混粒结构。在运东地带，底部见火山凝灰岩和凝灰角砾岩堆积层。3.上更新统（Q3）底界深度140150m，厚度120130m。岩性主要为灰黄、灰绿、浅棕黄色亚粘土、亚砂土及粉细砂层。本统地层揭示两期海相层，见多种海相化石。属海陆，河湖交互相沉积。4.全新统（Q4）底界深度一般1830m，地层岩性主要为灰黄、黄灰、灰褐色亚粘土夹细粉砂层，大部地带有淤泥质亚粘土存在，局部见透镜体状含水层，为海陆交互相沉积。二、地质构造区域基底构造分属沧县隆起、黄骅坳陷两个基底构造单元，各单元之间均为北东向断裂所分隔，单元内并有次一级的凸起和凹陷。工作区大部分位于黄骅坳陷区内，西部小部分为沧县隆起区，区域地质构造见图2-1。图2-1 沧州基底构造分区略图1地质构造单元界线及断裂2次一级构造带界线3奥陶系顶面等值线4隆起地质构造单元沧县隆起：东临黄骅坳陷，西为冀中坳陷，主要由寒武系奥陶系石炭二迭系及侏罗系构成。沧县隆起中心地带位于沧县西部。自上第三纪以来接受沉积，第四系厚约400m。黄骅坳陷：黄骅坳陷是中生代以来继承性断陷，沉陷中心在岐口东北海域，南为临清坳陷，北临渤海坳陷，呈北东向展布。其基底由侏罗系，白垩系组成。上第三系底板埋深1600-3200m，第四系厚400-500m。沧东断裂：沧东断裂属新华厦构造体系，走向北东30左右，断面倾向南东，坡度较陡。断裂两侧第三系和第四系沉积厚度差异较大。该断裂曾引发地震及火山活动，也影响着古河道的走向和发育程度。第二节 水文地质条件在巨厚的松散岩层储水体系内，依据地层划分为四个含水组。1、第含水组本组直接接受大气降水补给，为农业主要的供水水源，埋藏深度0-30m。岩性为一套黄灰色砂质粘土、粘砂土及淤泥质夹薄层泥炭层、粉砂透镜夹层和砂层，颗粒细。为湖相、河漫滩相和海陆交互相沉积。地下水主要赋存于粉砂及少量细砂和粘砂层中，同时有部分粘土裂隙水，单井出水量8-20吨/时。本层水质较复杂，总体趋势由西向东由淡变咸。运河以西除李庄子、八里庄一带矿化度大于2g/L外，其余大部分为小于2g/L。运河以东矿化度大于2g/L，局部大于7g/L，水质类型分布情况：西部常砖河、李庄子、八里屯一带为SO42-CLNaMgCa型水，胡嘴子、西花园、永平里、孔辛庄以及西南部的官庄子、十二户、姚庄子、西砖河一线为HCO3CLNaMg型水，大合庄、电厂、韩家场以及东部的徐官屯、顾官屯、唐庄子、鞠官屯、芦家园、代家坟等地为CLSO42-NaMg型水。2、第含水组埋藏深度30-150米之间，以咸淡水为界分上、下两段。上部为海陆交互相的灰黄、黄灰色粘质砂土，砂质粘土，以湖相为主夹两层海相层。本段底界以咸水层底为界，埋藏深度由南西向北东，从90m至140m为咸水层。矿化度在水平方向上，自西向东增高。垂向上60m以上矿化度为7-8g/L，60m以下逐渐降低，60-70m为5.9g/L、70-80m为5.3g/L、80-90m为3.3g/L。矿化度上下两头低、中间高的原因主要是上部第含水组浅层淡水使其顶部受到稀释，底部受深层淡水顶托影响被淡化的结果。下部底板埋深为130-150m，为冲积湖积浅灰黄、灰绿色的砂质粘土，粘质砂土并夹较厚的细砂和粉砂。砂层总厚5-20m，有多层淋溶层出现钙质富集，成团块状和钙核；水化学类型为HCO3CLNa型水。3、第含水组一般埋藏深度在150-350m之间。本组是沧州市深层地下水主要开采层。岩性为冲积、湖积的浅褐黄色细砂、粉细砂和河湖相沉积的浅褐黄、黄白色细砂，中细砂及棕黄色、灰绿色粘土、砂质粘土。砂层单层厚度较大，总厚度20-45m，单井出水量20-80m3/h，矿化度小于2g/L。水化学类型为HCO3CLNa型水。含氟量一般为3.5-5.0mg/L。4、第含水组埋藏深度在350-450(500)m，为湖积、冲积的棕红、黄棕、灰绿色厚层粘土与灰绿、锈黄色细砂、粉细砂，局部可见中砂。砂层总厚度为20-45m，单井出水量一般为20-40m3/h，水质为HCO3CLNa型水。矿化度0.9-1.0g/L。含氟量为2.5-3.5mg/L。第三节 浅层地下水动态特征一、浅层地下水位动态浅层地下水位动态受大气降水、蒸发及开采的控制，动态类型属降水蒸发开采型。沧州市区浅层水年内均衡是以垂直补给和垂直排泄为主要交替形式。其水位变化主要受降水、蒸发等因素影响，随季节呈规律性变化。多年资料表明，地下水水位变化与降水月份基本同步或滞后一个月。浅层水在不同时期段的变化过程大致分为三个动态时段。即：水位下降期、水位回升期和相对稳定期。水位下降期：一般出现在36月份。3月初春，气温逐渐回升，蒸发强度加剧，在此期降水量很小的情况下，农业开始春灌，集中开采地下水，地下水消耗量大于补给量，导致浅层地下水持续下降，至6月底水位降到年最低上。从市区来看，西部浅层水开采量较大，水位下降幅度一般在12m间，东部有咸水分布区，浅层水开采很少或不开采，地下水下降幅度小于1m，沧州城区水位下降幅度在1m左右。水位回升期：一般出现在69月份。6月份下旬，雨季来临，降水入渗补给量增加，农业开采地下水大大减少或停采，使地下水相应得到补充，水位快速回升，至8月底或9月初水位达到年最高值。从全区来看，西部及沧州城区地下水位回升幅度一般为24m，东部地水位回升幅度小于2m。相对稳定期：一般出现在10月份以后到翌年2月底或3月初。9月份以后，随着气温不断下降，蒸发逐渐减弱，降水量明显减少，秋冬两季随有农业灌溉，但次数很少，且开采量大小分布不均，因此对浅层地下水影响不明显，地下水基本保持稳定状态。全区水位升降变化幅度一般为24m。以沧试7观测孔为例，2005年井中水位与降雨量、蒸发量之间关系见图2-2，充分说明了浅层水的动态变化特点。图222005年沧试7水位埋深与降雨、蒸发对比曲线图2005年12月的水位，最高水位出现在炼油厂一带，水位埋深0.78m(水位标高6.73m)。最低水位在西南部西屯一带，水位埋深11.76m(水位标高-1.87m)，全区平均水位埋深3.74m。通过近五年的浅层地下水位动态监测资料，浅层水位呈上升趋势，平均上升0.3m/a。二、浅层地下水水量动态因浅层地下水主要用于农业灌溉（农业开采量占浅层地下水开采量的83.694.2%），故其开采量年内动态季节性强，并受降水影响。每年3、4、5月份正是小麦生长期，又是少雨春旱季节，所以其开采量大，占全年开采量的46.266.9%。在此期间若降水量大，则开采量小，反之亦然。年际间动态主要受降水控制。丰水年开采量小，干旱年开采量大。三、浅层地下水水质动态市区浅层地下水按水化学类型可分六个区，即运河以西为HCO3ClNa、HCO3NaMg型水。双官厅、大和庄一带为ClSO4NaMg型。运河至铁路为ClHCO3NaMg和ClSO4NaMg型。东外环路以东为ClNaMg型。水质自西至东由好渐差。矿化度东高西低。东部35g/L，最高达8.12g/L，西部一般小于2g/L，局部23g/L。氟含量一般小于0.5mg/L，局部0.52mg/L。碘含量20260g/L。19962005年变化总趋势是水质变差，咸水面积扩大，淡水面积缩小。小于2g/L的淡水区从一九九六年的87.8km2变为二五年的79.0km2，每年增加1.5km2，大于5g/L区由8.5km2增至16.0km2每年增加1.8km2。很明显，淡水区面积在缩小，咸水区面积在扩大。城区水化学类型主要为ClSO4NaMg型，其次为HCO3ClNaMg型，少部分为SO4ClNaMgCa型水。四、浅层地下水的补、径、排特征浅层地下水的补给、径流、排泄条件受地形、含水介质、水文气象、植被及人工开采等多种因素的综合影响。区内浅层地下水补给来源主要为大气降水，其次为地表水入渗及灌溉回归入渗，浅层地下水以垂直交替为主，周边侧向径流很微弱。市区内地下水径流受地形及开采现状影响明显，城区中心地带及东部地下水位较浅，西部及西北部农业开采量大，水位相对较深，地下水由市中心向西北和西南流动，其水力坡度1-2。地下水的排泄东部以蒸发为主，西部及西南部以开采为主。56第三章 浅层地下水资源评价第一节浅层地下水资源评价原则与方法一、评价原则浅层地下水资源计算与评价必须以保护生态地质环境、坚持地下水资源的持续开发利用为指导思想，充分考虑的地质环境的约束条件，充分考虑在自然及人为因素影响下水文地质参数的变化，浅层地下水资源计算评价按淡水区及咸水区进行。二、评价方法浅层地下水资源的评价是在准确的选取水文地质参数、建立适宜的水质地质模型基础上，通过水资源的均衡分析计算，确定地下水资源的补给及排泄构成，进而确立浅层地下水的开采资源量、储存资源量及可动用储存量。本次综合研究区（市区）面积195km2，评价区（城区外四环路以内）面积60km2。第二节 水文地质概念模型一、计算分区依据浅层地下水埋藏、分布、运移规律，按照浅层地下水水文地质分区特征，将沧州市区分为两个大区：淡水区、咸水区。再按照浅层淡水底板埋深可分成四个小区：底板埋深30米深；底板埋深2030米；底板埋深1020米；底板埋深10米；沧州城区主要按淡水区、咸水区考虑，其中淡水区面积为43.66km2，咸水区面积16.34km2。 二、水文地质概念模型1、水力性质：工作区内浅层地下水水力性质为潜水； 2、上边界：上边界为包气带。区内包气带大部分地带多年平均厚度为35米。在咸水区较薄，多年平均为2米。包气带岩性主要为粘性土，局部为砂层透镜体，粘性土垂直裂隙及植物根系、虫孔发育。将包气带概化为垂向渗透边界，可接受降雨及其它形式的地表水体补给，以人工开采和潜水蒸发形式排泄。3、底边界：底边界为含水层底板,以Q4底界（30-40m）为界，其岩性主要为亚粘土、粘土，结构致密，裂隙不发育，为一相对隔水层。浅层水与下部含水层的水头差很小，故视为无越流补给。4、周边界区域地下水位水力坡度较小，一般为0.5-1%，由于地下水迳流较缓，含水层分布不连续，连通性差，故侧向径流补排忽略不计，其周边界暂定为市区及城区（外四环路以内）的行政边界。沧州市区及城区水文地质概化模型见图3-1。图3-1水文地质概化模型三、地下水数学模型浅层地下水运动以垂直交替为主。其动态类型属于“入渗开采、蒸发”型，根据水量均衡原理，可建立以下数学模型。=（p+Q流）-（+Q开）式中：给水度h浅层水位埋深（m）t均衡时间（d）p降水强度（m/d）平均降水入渗系数Q流灌溉强度（m/d）灌溉回渗系数浅层水蒸发强度（m/d）Q开浅层水开采强度（m/d）第三节 参数系统的建立一、参数系统的确定（一）T、K、R参数计算利用两个孔组抽水试验资料应用潜水稳定流与非稳定流理论，采用不同的计算方法进行含水层导水系数（T）、渗透系数（K）、导压系数、影响半径(R)进行计算。（二）给水度的计算及选择值计算主要利用两个孔组抽水试验资料。应用配线法、直线解析法、水位恢复法、漏斗疏干四种方法、此外也利用单孔抽水试验。采用单孔漏斗疏干公式计算。用上述方法计算的值均比较接近。并把计算值与邻区报告中值进行对照比较。确定了本次计算=0.048。（三）降水入渗系数（）降水入渗系数决定降水对地下水补给量的重要系数。它的大小与包气带岩性结构、地下水位埋深、地形及微地貌、降水强度、降水时间分布、降水前的土壤含水量以及植被等因素有关。根据水文四队长观站均衡试验场资料并参照临区资料及经验数据。本次计算分别采用下表，见表31。表31 不同保证率降水入渗系数值典型年多水年（P=25%）平水年（P=50%）干旱年（P=75%）枯水年（P=90%）2005年值0.1960.1730.1510.1320.132（四）灌溉回归系数（）灌溉回归系数是指灌溉回渗补给地下水的量与灌溉总水量的比值。它是与灌水定额、地下水位埋深、包气带岩性及结构等多种因素有关的变量，本次计算主要结合本区的实际与邻区进行对比，确定=0.104为计算值。（五）河道侵润损失系数（）河道侵润损失系数是河道渗漏侵润两岸及其蒸发与河道水面蒸发和占河道渗漏损失量的比重。它与过水时间、河床及沿岸岩性、沿岸地下水位有关，根据南运河过水实际情况，取值0.45。（六）浅层水蒸发强度（）市区以东为咸水区，地下水位埋深多年平均1.702.00m左右。地下水开采量甚小，主要消耗为垂直蒸发,参照邻区资料，该区蒸发强度取0.065m/a；在浅层淡水底板埋深10m区。多年平均水位埋深在3.54.0m之间，仍有蒸发消耗，取0.0027m/a参加计算。（七）沧州城区降水入渗及蒸发强度根据实地调查，沧州城区60km2范围内道路广场及建筑硬化面积8.49km2，平房占地面积11.25km2，水域面积1.47km2，绿地面积0.89km2，空地及闲杂用地约37.90km2，因此城区计算降水入渗系数及蒸发强度做适当处理。二、参数系统验证在浅层水资源计算前，首先选择了计算参数，水文地质参数的确定充分利用了已往的工作成果并结合本次工作成果所确定的，参数的确定是比较合理可靠的。现就参数的合理性加以论证，以2005年为计算年即自2005年1月5日2006年1月5日，开采量为年内统计数，补给量为计算数，水位为区内长观井实测水位。其验证公式如下：H末式中：H末均衡区均衡时段末的水位值（m）；Q消地下水消耗量(m3) ；其它符号同前。通过验证计算，均衡时段末的水位与长观实测数字相拟合。验证计算表见表32。表32 均衡区参数及参量验证表均衡验证区均衡区面积Km2补给量（万方）消耗量（万方）补给量与消耗量之差水位（米）验证误差（%）降水入渗补给量运河入渗补给量灌溉回归量开采量蒸发量验证计算值长观实测值淡 水134.191066.72 332.45 31.67872.07368.93189.84 5.024.824.1咸 水60.81483.40 25.60 2.0665.12348.3697.58 1.661.584.8注：利用长观孔由表可以看出计算的均衡淡水、咸水区水位分别为5.02m、1.66m，而实际观测值为4.82m、1.58m，两数误差为4.1%、4.8%，说明测区选定的参数、计算的参量是比较合理的。可信度达95%以上，建立的数学模型是可行的。第四节 地下水均衡计算一、地下水均衡模型根据沧州市区的水文地质条件，建立如下的均衡模型：Q补-Q消=Q储Q补Q降Q灌Q河Q消Q开Q蒸Q储hF式中： Q补均衡时段总补给量（104m3）Q消均衡时段总排泄量（104m3）Q储均衡时段储变量（104m3）Q降均衡时段降雨补给量（104m3）Q河均衡时段运河水补给量（104m3）Q灌均衡时段灌溉回归量（104m3）Q开均衡时段开采量（104m3）Q蒸均衡时段蒸发量（104m3）二、浅层地下水均衡计算（一）补给量市区浅层地下水的补给来源主要为大气降水入渗及南运河水入渗补给，农田灌溉回归量较小。1降水入渗补给量Q降=PF式中：Q降大气降水入渗补给量（104m3/a）P年降水总量（mm）F计算区面积（Km2）降水入渗系数经计算，降雨入渗补给量1550.12104m3/a，其中淡水区1066.72104m3，咸水区483.40104m3/a。2灌溉回归量Q灌补=Q灌式中：Q灌补灌溉水回归量（104m3/a）Q灌年内灌溉用水总量（104m3）灌溉水回归系数经计算，灌溉回归量为33.73104m3/a，其中淡水区31.67104m3/a，咸水区2.06104m3/a。3南运河渗漏补给量Q河（1-）L式中：Q河河道入渗补给量（104m3/a）河道侵润损失系数L河道补给地下水长度（km）L河道长度（km）经计算，河道入渗量为358.05104m3/a，其中淡水区332.45104m3/a，咸水区25.60104m3/a。沧州市区浅层地下水年均补给资源量计算成果详见表3-3。（二）排泄量1开采量据统计，市区开采量为937.19104m3/a，其中淡水开采量为872.07104m3/a，咸水开采量为65.12104m3/a。2蒸发量蒸发量按各区水位埋深，选取蒸发强度值。蒸发量按下式计算：Q蒸=F100式中：Q蒸年蒸发总量（104m3）浅层水蒸发强度（m/a）。经计算，市区蒸发量为717.29104m3，其中淡水区蒸发量为368.93104m3，咸水区为348.36104m3。表3-3 浅层地下水年均补给量计算成果表分 区面积（Km2）降水渗量运河渗漏量灌溉回归量补给总量（104m3/a）降水量（mm）入渗系数入渗量（104m3）河道浸润损失系数运河入渗量（104m3）灌水量（104 m3）回归系数回归量（104 m3）淡水区(30米底板埋深38.77459.50.173308.200.4596.0593.340.1049.71413.962030米底板埋深43.25459.50.173343.810.45107.1575.890.1047.89458.851020米底板埋深39.21459.50.173311.690.4597.1465.650.1046.83415.662g/L)60.81459.50.173483.400.4525.6019.810.1042.06511.06合 计195.00459.51550.12358.05324.40.10433.731941.90沧州市浅层地下水年均排泄量计算成果表详见表3-4。表3-4 沧州市区浅层水年均消耗量计算成果表计算分区面积（Km2）消耗量（104m3）总计（104m3）开采量蒸发量淡水区底板埋深30米12.96199.5935.63 235.22 底板埋深2030米38.77267.24106.59 373.83 底板埋深1020米43.25217.28118.91 336.19 底板埋深30米12.9621.680.0481348.66底板埋深2030米38.7717.650.0483284.59底板埋深1020米43.2512.450.0482584.62底板埋深10米39.213.260.048613.55小计134.197831.42咸水60.8124.570.0487171.68合计195.015003.10表38 城区浅层水储存资源量计算成果表分区面积（km2）含水体厚度（m）值储存资源（104m3）淡水区43.6615.360.0482381.77咸水区16.3424.560.0481927.07合计60.04891.13根据目前沧州市浅层水埋深状况，若将5m埋深线以上的浅层水作为可动用的储存量，经计算城市可动用的浅层储存量(Q动储)为1120.8104m3，城区可动用的浅层储存量(Q动储)为334.6104m3，该部分的可动用储存量作为可采资源量的组成部分。第七节 浅层水资源评价本次浅层地下水资源的计算是在合理选取水文地质参数、建立恰当的水文地质模型的基础上进行的，经过参数的多次验证，计算出的水位与实际观测的水位误差在5%以内，所以计算的成果精度较高，以此计算出的开采资源量是可靠和有保证的。本次的浅层水资源计算分淡水区与咸水区进行的，利用水量均衡法计算了工作区内的多年平均补给资源及消耗资源量，并计算了浅层水的开采资源（Q开采），还计算了浅层水的储存资源量（Q储）及可动用的储存量（Q动储）。经计算市区可开采资源量为1941.90104m3/a，城区可开采资源量为537.76104m3/a，而目前浅层地下水开采量市区为937.19104m3/a，城区为120.50104m3/a。因此，浅层地下水资源仍有较大的利用空间，有待进一步合理开发利用。第四章 浅层地下水合理开发及利用第一节 浅层地下水位埋深条件的确定一、区域水位埋深约束条件浅层地下水的合理开发必将引起水位的下降及地质环境的改变，因此，我们在最大限度的开采浅层地下水的同时，必须以保护和改善城市地质环境为前提条件。经综合分析确定：浅层地下水位埋深界线为5m，其主要基于以下原因：1、浅水蒸发临界值：根据以往的研究成果：一般当水位埋深2.0m时，浅层水蒸发系数普遍较大，当下水位埋深2.5m、平原部分地区4-5m时浅层水蒸发系数趋于零，几乎不产生蒸发。因此，浅层水位埋深5m时可有效的防止了次生盐渍化的产生。2、大气降水入渗临界值：水位埋深为5m时，地层接受大气降水补给能力最强。根据以往研究成果资料，降水入渗系数的极大值与不同岩性最佳水位埋深关系为：粘性土最佳水位埋深为4.913m、砂性土的最佳水位埋深4.298m，砂类土最佳水位埋深为3.732m，工作区内地表岩性以粘性土为主，其水位埋深5m时，接受大气降水入渗能力最强。3、地基与基础的防护：工作区内建筑物基础埋深一般4-5m，在通过合理的开发利用使水位保持在埋深5m时，将大大减小浅层地下水对基础的侵蚀能力，同时也减小了在建筑施工中的基坑降水压力。 4、地下水位与浅层地面沉降：目前，对于沧州浅层地面沉降问题的研究程度较低，浅层水下降后引发地面沉降根据公式:S进行计算，其中：为第i土层水位下降引起的附加荷载，为第i土层的压缩模量，为第i土层厚度。根据资料选择了区内5处不同点进行了沉降量概算，计算成果见表4-1。表4-1浅层水位不同降深引起地面沉降量推算表点 号现状水位埋 深（m）不同水位埋深沉降量（mm）5m10m15m20m12.44.4544.4390.53190.1321.624.0066.50149.17319.2432.012.550.97148.06181.8641.214.8763.27128.87237.9252.410.3240.84155.25298.02平均13.2443.20134.38245.43从浅层水开发后可引发的地面沉降分析，水位埋深5m时引起沉降量平均为13.24mm，不致引起不良的环境地质问题。综上分析，工作区浅层地下水合理开发水位埋深控制为5m是适宜的，是符合沧州地域特点的，由于工作区水位埋深普遍小于5m，合理开采浅层水具有较大的空间。二、抽水浅井水位埋深约束条件浅井在抽水的过程必将会引起水位的下降，水位下降的速率与含水条件及出水量大小关系密切，由于抽水井中水位长时间下降过大可能引发不良的地质环境问题，并对附近的建筑物构成威胁，因此必须合理的界定浅井在抽水过程中动水位的埋深值。根据城区地质条件，结合抽水试验成果分析，区内浅井单位涌水量一般为0.5-2.5m3/hm，若按井中动水位埋深10m计算，单井出水量可达到5-20m3/h，基本能够满足一般的生活用水，若一次供水不能满足供水需求时，需等水位恢复至一定程度后再利用。第二节合理成井技术条件确定合理的成井结构是地下水合理开发利用的必要条件，目前，沧州城市部分水井存在成井结构不合理现象，在使用过程中出现涌砂、井管破裂等现象，从而极大加速了一些不良地质环境问题的产生，主要表现为涌沙、水质混沌、地面变形、地面塌陷等，进而影响到附近建筑物的安全，对于存在类似问题的水井，不应继续使用。就目前城市使用的各类水井，真空井的使用存在明显的弊端，由于真空井成井工艺简单，在使用的过程