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1、深层水漏斗区开采量组成变化特征与机制张光辉1,费宇红1,杨丽芝2,刘中培1,连英立1(11中国地质科学院水文地质环境地质研究所,河北石家庄050061;21山东省地质调查院,山东济南250013)摘要:为阐明强烈开采条件下华北平原深层水的开采水量来源及组成问题,以德州地区深层水漏斗分布区为重点研究区,通过基于大量钻孔资料对含水层组及其粘性土夹层或透镜体的分析和野外地下水采样、动态监测及地面沉降测量资料等分析,采用分层、分区计算方法对漏斗中心至外围的各分区弹性释水量、粘性土压密释水量、侧向流入和越流补给量进行均衡计算。结果表明:在强烈开采条件下,深层水开采量中弹性释水量和压密释水
2、量所占比率不是常量,随着深层水位下降的幅度和深度增大、超采释压持续时间愈长、开采层中粘性土夹层或透镜体愈多,则区内弹性释水和压密释水的强度及累积地面沉降量愈大;愈靠近漏斗中心,弹性和压密释水强度愈大,相同降深下平均单位降深的地面沉降量愈小。在深层水开采量中粘性土压密释水占3515%～6119%,与地面沉降密切相关。关键词:华北平原;深层水;超采;开采量组成;粘性土压密释水中图分类号:P64118文章编号:100126791(2010)0320370207文献标志码:A本文“深层水”是指第四纪松散地层中承压含水层组内地下水的简称。在大规模强烈开采条件下华北平原深层水呈明显的“非再
3、生性”特征,疏干属性的深层水位(水头)降落漏斗(简称“深层水漏斗”,下同)及伴生的地面沉降日趋严重,已引起广泛关注。但在华北平原中、东部地区,例如衡水、沧州和天津地区的深层水开采量占当地地下水总开采量的4717%～6318%[123],对当地经济社会发展发挥着重要作用。徐建新等从区域水资源系统动力学分析角度,认为大气降水2地表水2浅层地下水2深层地下水系统的开放程度和受外界干扰的程度逐渐减小[4]。刘花台等提出深层地下水的开采主要是消耗其储存量,应分阶段、分层位开采[5]。金光炎认为深层水组成中的弹性释水量和粘土层压密释水量是无后续性水量,浅层向深层的越流补给量为重复水量[6]
4、。陈宗宇等根据大量同位素资料研究结果,得到河北平原承压含水层1985～1995年平均更新率为0109%,1990～2000年平均更新率为0112%,表明大规模开采激发了侧向补给加强[7]。Foster和Kreuzer指出,深层水虽然再生性差,但仍是可利用的[829]。在水资源紧缺地区,深层水开发利用是经济社会发展的重要保障条件[1,10]。因此,探讨深层水漏斗区开采水量组成的空间变化特征与机制,对于正确认识和合理开发利用深层水具有积极意义。本文以德州地区深层水漏斗分布区为重点研究区,基于大量钻孔资料和野外采样、动态监测和地面沉降测量等资料,通过研究漏斗中心至外围的各分区弹性释水
5、量、粘性土压密释水量、侧向流入和越流补给量占开采量比率的空间变化特征,揭示随深层水位下降和超采程度加剧背景下开采水量来源及其组成的变化机制。1德州深层水漏斗概况德州深层水漏斗是华北平原典型深层承压水位降落漏斗,它的中心位于陈庄乡张庄一带,目前中心水位的埋深13416m。1965年德州地区深层水规模开采前,水位埋深210m左右。1970年在德州城区出现深层水漏斗,至1980年区内深层水开采量166913万m3,漏斗中心水位埋深5212m,漏斗面积12117km2,开采层收稿日期:2009207231基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2006CB403401);
6、“十一五”国家科技支撑计划资助项目(2007BAD69B02)作者简介:张光辉(1959-),男,辽宁沈阳人,研究员,博士生导师,主要从事区域水循环演化和水资源可持续利用研究。E2mail:Huanjing@heinfo1net位300～500m深度。自1985年开始,限制在小于500m深度以浅新凿机井。1990年开采量1907万m3,漏斗中心水位埋深下降至76123m,漏斗面积170715km2,德州深层水仍处于严重超采状态。2000年德州城区深层水开采量增至3462万m3,新增机井的开采层位500～800m。随着深层水不断超采,周围吴桥、陵县、平原、武城等局部漏斗与德州城区
7、深层水漏斗连为一体。至2007年,德州深层水开采深度已延深至940m,漏斗面积已达3193918km2,其中德州市辖管范围的漏斗面积1106818km2,漏斗中心水位埋深13611m(表1),全区深层水开采量12560万m3/a。表11965～2007年德州地区深层水漏斗面积及中心水位变化Table1WaterlevelandareaoftheconfinedgroundwaterdepressionconeinDezhoufrom1965to2007-10m等水位线封闭面积/km2-50m
