保定市一畝泉地下水回灌水文地質(zhì)條件分析

賈占軍，李榮偉

（1.保定市水利水電勘測設(shè)計院，河北 保定 071051；2.保定市江河水利咨詢監(jiān)理有限公司，河北 保定 071051）

由于城市人口劇增，水資源的供需矛盾日益突出，近年來，由于工農(nóng)業(yè)用水技術(shù)落后，水源污染，使原本貧乏的城市地下水資源生態(tài)環(huán)境惡化，而成為城市經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展的瓶頸。

地下水回灌是直接擴大地下水資源的最有效的手段，也是解決當前許多地區(qū)水資源不足和改善水圈的一個重要途徑［1-10］。

1 概況

一畝泉水源地位于保定市西郊一畝泉村附近，是保定市城市地下水主要供水水源，該水源地始建于1958年。1980年以來地下水每年開采量維持在0.6億～0.8億m3/a，由于長期大量超采地下水，形成了一畝泉水源地漏斗，至今漏斗面積已達183km2，漏斗中心水位埋深61m左右。疏干含水層厚度10.53～18.13m，疏干層以卵礫石為主，粗砂次之。過量超采地下水造成了地下水持續(xù)下降和大量環(huán)境地質(zhì)問題。

一畝泉地下水漏斗的形成為儲存地下水資源創(chuàng)造了良好的存儲空間——地下水庫，保定市已經(jīng)實施的王快水庫與西大洋水庫連通工程，為回灌一畝泉地下水提供了充足水源。

2 一畝泉水源地水文地質(zhì)條件

一畝泉水源地地處界河沖洪積扇的中上部，以松散巖類孔隙水為主。界河沖洪積扇由第四系晚更新世界河沖洪積堆積物組成了山前傾斜平原，由新老沖洪積扇疊加而成，在太行山前形成了天然盆底狀獨特儲水構(gòu)造。

新扇的前緣在眺山營—一畝泉—孫家塘—大固店—韓村—南腰山一帶，面積183km2，物質(zhì)組成主要為卵礫石；老扇為中更新世和早更新世地層。扇的頂部為卵礫石，向東顆粒變細，以黃土狀粉土、粉質(zhì)粘土與新扇分界。本區(qū)由上至下分為4個含水巖組。

2.1 第1含水巖組

第1含水層見于界河現(xiàn)代河谷和南伍侯入滲場淺層卵礫石，巖性為第四系全新統(tǒng)卵礫石、砂礫石、砂，顆粒由西向東逐漸變細，厚度5～15m。該含水層局部與下部第2含水層不規(guī)則式連通。

2.2 第2含水巖組

主要分布在山前傾斜平原，該巖組在楊家佐以東分為3個含水層，其1、2含水層均在一畝泉以東尖滅，第3含水層向東延伸至保定市區(qū)以東，含水層頂板埋深14～60m，厚度由西往東變薄，單層厚度5～20m，其下伏有較穩(wěn)定的隔水層，隔水層西部埋深50～60m，東部埋深120m左右，隔水層巖性西部以含礫石粘性土為主，東部以粉土、粉質(zhì)粘土為主，滲透系數(shù)10-5～10-7cm/s，厚度3～18m。

2.3 第3含水巖組

為單一的承壓水，含水層以卵礫石、砂土為主，越流補給只能由下向上補給第2含水層。

本區(qū)地下水流向天然狀態(tài)下，由西北流向東南，由于一畝泉水源地的開采漏斗的形成、漏斗區(qū)周圍地下水均向漏斗中心區(qū)滲流補給。

3 區(qū)域地下水人工回灌地下庫容估算

利用已有的鉆孔資料，對山前沖洪積扇1條橫向及4條縱向剖面進行了分析，初步查明了地下回灌空間分布規(guī)律，進一步計算出一畝泉水源地漏斗區(qū)地下庫容。界河沖洪積扇橫向地質(zhì)剖面見圖1。

總之，在大風降溫前應做好防風保溫準備，為豬只創(chuàng)造良好的生存環(huán)境，以維持豬群的穩(wěn)定，充分發(fā)揮豬只的生產(chǎn)性能，提高豬場的效益。

圖1 水文地質(zhì)剖面

估算庫容為回灌點2001年6月地下水位標高以上最上部采空的連續(xù)穩(wěn)定的卵礫石層。地表范圍北起王各莊、兩漁，東至要莊、一畝泉江城一帶，南至蘇家營、西茍村，西至抱陽、新增莊一帶，面積151km2。

計算范圍內(nèi)采空的砂卵礫石厚度是以地表以下和2001年6月地下水位標高以上的卵礫石層，厚度統(tǒng)計資料以Ⅱ—Ⅱ′、Ⅲ—Ⅲ′、Ⅳ—Ⅳ′、Ⅴ—Ⅴ＇5條剖面為主，在剖面線上適當增加井孔資料。5條剖面上部疏干卵礫石層平均厚度分別為5.4，5.3，10.6，6.5m。統(tǒng)計結(jié)果詳見表1。

表1 上部卵礫石層埋深和厚度 單位：m

根據(jù)水文地質(zhì)資料及本次水文地質(zhì)試驗成果，滲透系數(shù)K為500～600m/d，有效孔隙度n為0.27～0.35。地下庫容量依據(jù)式（1）估算。

式中 Q為地下水采空區(qū)庫容量（m3）；F為計算區(qū)面積（m2）；M為卵礫石含水層采空區(qū)平均厚度（m）；n為有效孔隙度。

經(jīng)計算，地下含水層采空庫容量2.67～3.46億m3。根據(jù)本區(qū)近幾年地下水觀測資料分析，由于華北地區(qū)持續(xù)干旱，本區(qū)地下水位仍在不斷下降，下降速率1～2m/a，因此地下庫容還有繼續(xù)增大的可能。

4 回灌水流失可能性分析

4.1 向第3含水組滲漏的可能性

由前述可知，回灌含水層為第1含水組及第2含水組中的第1、2含水層。其中第1含水組僅分布于界河河床及山前南伍侯入滲場周圍，第2含水組分布廣泛，在楊家佐以東細分為3個含水層，其中1、2含水層在均在一畝泉漏斗區(qū)以東尖滅，第3含水層向東延伸至保定市區(qū)以東，含水層頂板埋深14～60m，厚度由西往東變薄，單層厚度5～20m。

4.2 回灌水向外流域流失的可能性

由于一畝泉水源地開采漏斗的形成，在西南部南五侯村—吳莊地下水由西南流向東北一畝泉方向；東莊地下水反漏斗和平原水庫反漏斗地下水向四周擴散、往西流向一畝泉方向。

回灌水唯一可能流至外流域的通道為蘇家營—疙疸屯一線，此區(qū)為界河沖洪積老扇的延伸方向，回灌水可能沿第3含水巖組向東南清苑方向補給。

回灌后反漏斗地下水位上升高度及影響范圍可由估算公式估算，估算公式的理論基礎(chǔ)是熱流理論和Dupit～Forrchheimer假說，假說條件：一是滲漏水向下流動到達地下水或隔水層時，地下水沿水平流線流動，其流速與地下水深度無關(guān)；二是水平流線流動的速度與自由水面的坡度成正比，估算距回灌區(qū)不同距離地下水位抬升值如公式（2）。

式中 S為向無限地層中壅水滲透時的地下水位（m）；t為灌注時間（d）；μ為給水系數(shù)；a為壓力傳導系數(shù)或水位傳導系數(shù)（m2/d）；M為水的濁度 （kg/m3）；r、k0為淤填沉積物的容量和滲透系數(shù)（kg/m3、m2/d）；H軓為水源的已知水頭（m）；x為距回灌中心的距離；b為渠道的半寬度（m）。

計算結(jié)果如表2。

表2 回灌時間與水位上升高度關(guān)系

計算可知，地下水位變化不大，這與含水層巖性有關(guān)。回灌區(qū)巖性以卵礫石為主，地下水流速較快，不易造成壅水過高，加之下游一畝泉水源地大量集中開采，加速了回灌水的擴散。因此，回灌區(qū)地下水位不會高過疙疸屯一帶地下水位，回灌區(qū)補給的地下水向外流域流失的可能性很小。

5 南伍侯入滲場水文地質(zhì)條件

南伍侯入滲場位于南伍侯與新增莊之間，地勢平坦開闊，表部覆蓋薄層粘性土，厚度1～2m，下部為厚層卵礫石，具有良好的自然回灌入滲條件。往東北一畝泉方向地勢逐漸增高，覆蓋層逐漸增厚，不利于引渠及回灌工程布置。

2002年回灌試驗區(qū)共布設(shè)2個勘探孔，勘探結(jié)果兩孔地層情況基本一致，60m以上透水層以卵礫石為主，中粗砂次之，卵礫石粒徑一般2～15cm，大者30cm以上。以由上至下砂卵礫石大致分為4層，埋深依次為2.0～11.0m、15.3～22.0m、27.1～30.0m、47.0～52.3m，砂卵礫石總厚度23.9m，其中30m以上砂卵礫石厚度18.6m，約占地層總厚度的62%，30.0m以下砂卵礫石強透水層厚度5.3m，其余地層為粘性土，或膠結(jié)中粗砂等，具中等～弱透水性。

6 回灌方式的選擇

根據(jù)回灌場地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，地下水回灌應以淺層渠灌為主，輔以大口井灌的聯(lián)合運行方式。

6.1 淺層渠灌

淺表層砂卵礫石埋深1～2m，首先剝?nèi)ド喜客翆?，以卵礫石為基底修建入滲渠。淺層渠灌方式具有回灌效果好，易于清淤等優(yōu)點。由于場區(qū)地下含水層層位多，之間存在相對弱透水層，為直接補給較深含水層，還需考慮采用大口井做為回灌入滲通道。

6.2 大口井回灌

大口井回灌具有占地面積小，不受季節(jié)影響等優(yōu)點，但需定期進行洗井，以防止產(chǎn)生淤塞。根據(jù)現(xiàn)場井灌試驗，井深60m直徑0.6m的單井回灌量為40～60m3/h，且回灌量將隨井陘的增大而顯著增大。

7 結(jié)語

一畝泉水源地超采地下水漏斗區(qū)面積已達183km3，具有獨特的盆底式儲水構(gòu)造，約有3億m3的儲水空間，具備回灌地下水的良好地質(zhì)條件。為達到同時向淺層和中層含水層補水的目的，地下水人工回灌以淺層渠灌為主，輔以大口井回灌的方法。實踐說明地下水回灌方法可行，回灌效果良好。

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