(Instituto de Hidrogeología e Ingeniería Geológica de Henan, Xinxiang, 453002)
Basado en el análisis de una gran cantidad de datos relevantes anteriores, este artículo utiliza una evaluación hidrogeológica integral de 1:50.000. estudio, investigación de campo dinámica del agua subterránea, prospección geofísica, prueba de bombeo y prueba de calidad del agua, básicamente entendió las condiciones hidrogeológicas del área del manantial, determinó los límites y la naturaleza del área del manantial, descubrió las condiciones de reposición y descarga del agua del manantial, y se centró en analizar el impacto en el manantial Xiaonanhai de los factores naturales y provocados por el hombre que reducen el flujo.
Palabras clave: extracción de agua subterránea del canal Hongqi, área del manantial de Xiaonanhai, precipitación de manantial.
La ciudad de Anyang está ubicada en la parte media y superior del abanico aluvial del río Huanhe en el norte de Henan. importante ciudad industrial en el norte de Henan. En la actualidad, se ha formado un sistema industrial completo en metalurgia, energía eléctrica, electrónica, industria ligera, textil, medicina, etc. Con el desarrollo de la economía, la demanda de recursos hídricos está aumentando. El manantial Xiaonanhai es una de las principales fuentes de suministro de agua en la ciudad de Anyang. Después de ser regulado por el embalse de Zhangwu, abastece a Anyang Iron and Steel, plantas de energía, plantas de fertilizantes y otras empresas, así como al distrito de riego de Wanjin. También es la principal fuente de agua planificada para el agua doméstica urbana. Debido a la grave perforación de pozos, la extracción de carbón y la minería en el área del manantial, las condiciones hidrogeológicas han sufrido cambios importantes, la vegetación se ha destruido, el entorno ecológico se ha deteriorado y la producción de agua de manantial ha disminuido año tras año. En la década de 1970 era de 8,03 metros cúbicos/año. En la década de 1980, era de 5,62 metros cúbicos/segundo, y en la década de 1990, era de 4,48 metros cúbicos/segundo. Antes de julio de 2000, el clima seguía siendo seco y el caudal de agua del manantial Nanhai era sólo de 1,95 m3/s, lo que provocó una grave escasez de agua en la ciudad de Anyang y representó una grave amenaza para la producción industrial y agrícola de la ciudad.
1 Descripción general de las condiciones hidrogeológicas regionales
El manantial Xiaonanhai está ubicado en la zona de transición entre la zona de elevación de las montañas Taihang y la zona de hundimiento de la llanura del norte de China, a partir de la falla Linzhou Xishan en el al oeste, a la falla de Tangxi en el este y en el medio. El macizo intercalado es un bloque de falla estructural que desciende de oeste a este. De oeste a este, se puede dividir aproximadamente en tres unidades hidrogeológicas relativamente independientes delimitadas por la falla de Linzhou Xishan; al oeste de la falla se encuentra la unidad hidrogeológica de lecho rocoso compuesta por rocas metamórficas arcaicas y arenisca de cuarcita de Sinia. El lado este de la unidad hidrogeológica en el área del lecho rocoso es una unidad hidrogeológica kárstica compuesta por rocas carbonatadas del Cámbrico y Ordovícico. Esta unidad expone localmente diorita intrusiva en la cuenca de Linzhou y la zona de depresión y está cubierta por sedimentos cenozoicos. Limitado por el contacto entre los estratos del Ordovícico, el Carbonífero y el Pérmico que se extiende casi de norte a sur, se divide en conglomerados, areniscas, calizas, lutitas y lutitas en los estratos hidrogeológicos sedimentarios del Carbonífero, Pérmico y Terciario.
Las fallas profundas regionales no solo controlan la distribución de las unidades hidrogeológicas, sino que también controlan los límites del sistema de manantiales de agua subterránea kárstica, dividiendo el sistema de agua subterránea kárstica en varios sistemas. Por ejemplo, la falla de Linzhou Xishan se extiende desde los sistemas Cámbrico y Ordovícico en el este hasta el Arcaico en el oeste, formando un límite de aislamiento de agua de agua kárstica, que separa este sistema de agua kárstica del sistema de agua kárstica en Xin'an. zona de manantiales en Changzhi, Shanxi. El paquete de fallas en la parte oriental de esta área de trabajo es la intersección del sistema Ordovícico en el área de Xipan y los sistemas Carbonífero y Pérmico en el área de Dongpan, formando el límite de bloqueo de agua en la parte oriental del agua kárstica. El agua kárstica del oeste está bloqueada por arenisca y lutita, se concentra en las partes bajas del valle y drena del suelo para formar manantiales kársticos. De sur a norte, el área de trabajo se puede dividir en cuatro subsistemas de agua kárstica: manantial Shimensi, manantial Xujiagou y manantial Pearl. La mayoría de los manantiales están separados por límites de cuencas subterráneas, límites de cuencas superficiales y límites estratigráficos de bloqueo de agua.
Según el estudio, el área del manantial de Xiaonanhai cubre un área de 934,6 km2, con el límite de aislamiento de agua de roca intrusiva en el norte, el límite de aislamiento de agua estratigráfico en el este, la cresta de agua subterránea límite en el sur, y la cuenca superficial (límite de aislamiento de agua de falla) en el oeste.
Análisis y determinación del flujo de agua de manantial
Toda el agua de manantial en Xiaonanhai desemboca en el embalse de Zhangwu, suministrando producción industrial y riego agrícola a la planta de hierro y acero y a la planta de energía de Anyang. Según el análisis de los datos existentes, el caudal del manantial tiene una tendencia decreciente significativa. Estos datos se basan en el flujo de salida del embalse de Nanhai, el flujo de entrada y salida del embalse de Zhangwu y la curva de relación entre el nivel y el flujo del agua del embalse. El caudal de entrada se reduce y se calcula según el principio del equilibrio hídrico. Debido a la dificultad para calcular con precisión los errores de fugas, sedimentación y control de compuertas en el área del yacimiento, la precisión del cálculo es limitada. Al analizar y compilar los datos originales, también se encontró que cuando el flujo de salida del embalse de Zhangwu es grande, la desviación de cálculo del flujo de entrada es grande.
Teniendo en cuenta los factores anteriores, se utiliza el método de mínimos cuadrados para eliminar valores atípicos en la utilización de datos, y el flujo de salida y la precipitación de los dos embalses se comparan diariamente. El flujo diario de agua de manantial se selecciona del flujo de entrada del embalse de Zhangwu cuando el flujo de salida de los dos embalses es relativamente estable o cuando no hay liberación de agua ni precipitaciones, y el flujo mensual es el flujo de entrada promedio del embalse de Zhangwu. Dado que hay muchos factores que afectan el valor del flujo, inevitablemente habrá diferencias entre el valor del flujo del manantial calculado y el valor real, pero la tendencia general del cambio es consistente con la situación real.
3. Análisis de los factores que afectan el flujo de agua de manantial
Después de esta investigación y un análisis exhaustivo de los datos anteriores, los principales factores de control que afectan el flujo de agua de manantial son los siguientes.
3.1 Factores naturales
3.1.1 Precipitaciones
El impacto de las precipitaciones en el caudal de los manantiales se refleja principalmente en dos aspectos. Una es recargar el agua subterránea en el área del manantial mediante infiltración y luego recolectarla a través de escorrentía subterránea y desbordamiento en el Grupo de Manantiales Xiaonanhai; la otra es recolectarla en el río Huan a través de escorrentía superficial y recargar el agua subterránea en el área del manantial; a través de filtraciones.
Debido a los cambios interanuales e intraanuales en las precipitaciones, el impacto en el caudal de los manantiales también es diferente. Los cambios interanuales en la precipitación, debido a la regulación y el almacenamiento de agua subterránea en el área del manantial, afectan principalmente los cambios promedio anuales en el manantial Xiaonanhai. Los cambios en la precipitación dentro del año conducen a diferencias intraanuales en el caudal del manantial.
3.1.2 Río Huan
El río Huan fluye a través de esta área a lo largo de unos 50 km. La fuga de agua desde el terrazo hasta Xiejiaping es grave. La fuga de agua del río Huan es la principal fuente de suministro. de agua de manantial y agua subterránea en el Mar de China Meridional. El río Huan tiene dos fuentes: una es el flujo descendente; la otra es el remanso del Canal Hongqi que repone continuamente el agua subterránea en el área del manantial. Basándose en los datos medidos por sus predecesores y en este estudio, se especula que las filtraciones en el río Huan son también el factor principal en el flujo de agua de manantial en el Mar Meridional de China.
3.2 Factores humanos
3.2.1 Explotación de aguas subterráneas
Con el desarrollo socioeconómico del área del manantial, la cantidad de extracción artificial de aguas subterráneas ha aumentado año por año, especialmente en la década de 1990, inevitablemente se apoderarán de parte del caudal de primavera. El caudal del manantial Nanhai muestra tres pasos. En consecuencia, la extracción artificial de agua subterránea también muestra tres pasos. Consulte la Tabla 1 para obtener datos específicos.
Tabla 1 Tabla de correspondencia entre el flujo de agua de manantial y la extracción artificial de agua subterránea
Por lo tanto, la extracción de agua subterránea es actualmente el principal factor de control del flujo de agua de manantial. Desde la perspectiva de las tendencias de desarrollo, el. El impacto de la extracción de aguas subterráneas en el flujo de agua de manantial será cada vez más grave.
El canal Hongqi desvía agua
El canal Hongqi conduce el turbio río Zhangjiang hacia Linzhou. Por un lado, el agua subterránea en el área del manantial se recarga directamente a través de fugas del canal y la infiltración del riego del canal; por otro lado, el agua regresa al río Huan y se recarga indirectamente a través de la filtración del río; Se puede ver en la Tabla 2 que entre las tres plataformas de flujo de manantial, la tendencia cambiante del volumen de desviación de agua del Canal Hongqi también es obvia.
3.2.3 La extracción de canteras a lo largo del área de desbordamiento del manantial también tendrá un cierto impacto en el desbordamiento del manantial.
4 Análisis de peso de los factores que afectan el flujo del manantial
4.1 Seleccionar factores que afectan el flujo del manantial
Del análisis anterior, no es difícil ver que los factores principales Los principales problemas que afectan el flujo de manantial son cuatro: precipitación, extracción de agua subterránea, desvío de agua del canal Hongqi y filtración del río Huanhe. Entre ellos, la filtración del río Huan es causada principalmente por la escorrentía (inundación) y el remanso del Canal Hongqi, y está estrechamente relacionada con ellos. En términos relativos, la filtración del río Huanhe es sólo un factor de influencia indirecta, por lo que la precipitación, la extracción de agua subterránea y la desviación de agua del canal Hongqi pueden usarse como factores de control que afectan el flujo de manantial.
4.2 Selección del período de flujo de manantial
Se puede ver claramente en la Tabla 1 que el flujo de manantial presenta tres etapas, correspondientes a tres períodos de tiempo, a saber, antes de 1976 y después de 1977 ~ 1989 y después de 1990. Para facilitar los siguientes cálculos, el período de datos se selecciona como 1976544. Los datos de caudal de manantial, precipitación, volumen de extracción artificial de agua subterránea y volumen de desvío de agua del Canal Hongqi en cada período se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2 Lista de datos para cada período de tiempo
4.3 Análisis de peso de los factores que afectan el flujo de manantial
Aplicar la teoría del sistema gris al análisis de peso de los factores que afectan el flujo de manantial La realización de análisis de correlación multivariada es un problema común en el análisis hidrogeológico y su propósito es descubrir a partir de múltiples factores sus ventajas y desventajas relativas. Cuando la teoría del sistema gris estudia la correlación entre las cosas, utiliza los efectos de comportamiento pasados y presentes de las cosas (factores) como base para el análisis y explora las regularidades de ellos.
Para determinar los factores principales, se propone el valor variable de "grado de correlación" para determinar el peso del impacto de diferentes factores sobre el flujo del manantial en diferentes momentos.
4.3.1 Métodos y principios de análisis de correlación
Existen m subfactores (X1, X2,..., Xm), que están relacionados con el factor principal (X0) hasta cierto punto propiedad, y hay al menos n valores de observación dinámica en el mismo período, y sus valores se abrevian como secuencia.
Secuencia padre: {x0 (i)} i = 1, 2,..., n
Subsecuencia: {xk (I)} k = 1, 2,.. , m
i=1, 2,…, n
Para facilitar la comparación se estandariza y se convierte en:
X0 (I) y xk (I) está estandarizado, por lo que existen polilíneas en el sistema de coordenadas t0X, {x0 (I)}, {XL (I)},..., {xk (I)}...., todas las cuales tienen un cierto valor en la longitud del eje L. Si estas polilíneas tienen un punto de intersección común (llamado punto de referencia), entonces la distancia entre la k-ésima sublínea L y el autobús al mismo tiempo δ0k(L)= { | | } Esta es la base básica para medir su correlación en ese momento. Evidentemente, cuanto menor sea δ 0k (L), mejor será la correlación entre la sublínea y el bus en el instante L. La correlación de la secuencia desde el instante t=l hasta el instante t=n se expresa mediante el coeficiente de correlación:
Geología, Actas de Economía y Medio Ambiente. Serie 2
ξ0k(i)——El coeficiente de correlación de la k-ésima sublínea y el bus x.I en el momento satisface el valor de 0≤ξ0k≤1. Cuanto más cerca esté ξ0k de 1, más cerca estará ξ0k de 1. mejor su correlación.
min, δmax: los valores mínimo y máximo de la distancia δ0k(I) de la m-ésima sublínea en el intervalo [1, n].
Obviamente, si el punto de referencia se selecciona en un momento determinado (1), entonces δ min = 0, donde δ 0k (min) = min {| x0 (i)-xk (i) |) .
δ0k(max)= max { | = max {δ0k(max)}
ξ - un número real positivo, tomado como un número empírico, y su valor afecta el orden de el coeficiente de correlación [1, n] en cada momento. Este artículo ξ = 0,5, por lo que la correlación entre la k-ésima sublínea y el bus en [l, n] se registra como G0k y ∈ [0, 1].
Datos de aplicación
Según los datos existentes, hay tres factores: el primer factor es la ingesta de agua del Canal Hongqi, el segundo factor es la extracción de agua subterránea en el área del manantial. , y el tercer factor es la precipitación en la zona del manantial.
Ahora establece la matriz [xij]i=1, 2, 3, 4.
j=1, 2,…,13
[xij]-factor madre, caudal de manantial a lo largo de los años;
[xki]-coeficiente parcial, k =2 es el volumen anual de desvío de agua del Canal Hongqi.
K=3 es el volumen anual de extracción de agua subterránea en la zona del manantial.
K=4 es la precipitación anual en la zona del manantial.
Resultados del cálculo
Los resultados del cálculo del producto se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3 Tabla de coeficientes de correlación para cada período de tiempo
Nota: X2——se refiere a la desviación de agua del Canal Hongqi, X3——se refiere a la extracción de agua subterránea, X4——se refiere a la precipitación.
Análisis exhaustivo de las razones de la reducción del flujo de manantial
A partir de los resultados del análisis de peso de los factores que afectan el flujo de manantial mencionados anteriormente, se puede ver que en el primer y segundo período , el tamaño del caudal del manantial está relacionado con su valor positivo. Los factores relevantes (la precipitación y el volumen de desviación de agua del Canal Hongqi están estrechamente relacionados), mientras que los factores de correlación negativos (la minería artificial) sólo ocupan una posición secundaria. Combinado con la Tabla 2, la razón principal del cambio en el caudal de los manantiales en el segundo período es el aumento de la minería artificial y la disminución de la desviación de agua.
En comparación con el segundo período, las precipitaciones en el tercer período (1990 ~ 2003) no son muy diferentes, pero con el aumento de la minería artificial, el volumen de desvío de agua del Canal Hongqi se reduce significativamente, pero ambos se han convertido en los principales factores que influyen en el flujo de agua de manantial en un período. Por tanto, la reducción del caudal de agua de manantial es una consecuencia inevitable.
Entre los volúmenes mineros, el impacto del drenaje de la mina en la reducción del flujo de agua de manantial es más obvio.
6 Conclusión
Con base en los resultados del análisis anterior, en la actualidad, la razón principal de la disminución del flujo de agua de manantial es el aumento de la extracción artificial de agua subterránea y la disminución de la desviación de agua. del canal Hongqi. En los últimos años, con el aumento de la extracción artificial de agua subterránea, se ha convertido en el principal factor que afecta el tamaño del caudal de los manantiales.