甘肅中東部黃土缺水區(qū)地下水開發(fā)利用模式分析

賀兵英

(甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅蘭州 730050)

地處甘肅中、東部的黃土分布區(qū)，總稱為隴中黃土高原，其中以六盤山為界分為兩部分，以西為隴西黃土高原，以東為隴東黃土高原。總面積12.31×104km2。本區(qū)地域廣闊、人口稠密、礦產(chǎn)資源豐富，多年來在甘肅省經(jīng)濟(jì)發(fā)展中一直占有重要位置。但受特定的自然地理?xiàng)l件限制，區(qū)內(nèi)水資源貧乏，供需矛盾非常突出，已嚴(yán)重制約著本區(qū)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。因此，尋找和合理開發(fā)利用有限的水資源，一直是本區(qū)急需解決的問題。本文在收集和分析已有成果資料的基礎(chǔ)上，對(duì)開發(fā)利用地下水的模式進(jìn)行了分析和探討。

1 水文地質(zhì)條件概況

隴西黃土高原地勢(shì)南高北低，大部分海拔在1 200～2 500m左右，受祁連山自西向東余脈的伸入形成了一些“島”狀石質(zhì)山梁，如華家?guī)X、崛吳山、興隆山等，山梁間有多個(gè)山間盆地及一些山前傾斜平原，平原及盆地間沉積有大厚度的第三系紅層，其上黃土廣布，經(jīng)流水長(zhǎng)期侵蝕，地形支離破碎，絕大部分為黃土梁峁構(gòu)成的黃土丘陵，補(bǔ)給和賦存黃土孔隙裂隙地下水的條件極差，水量貧乏，而且許多地帶水質(zhì)復(fù)雜，一般均為微咸水;其間發(fā)育的河流除祖厲河、葫蘆河水質(zhì)較差外，其余水量相對(duì)豐富，水質(zhì)較好，但分布面積有限，并且部分地段遭受污染，超采現(xiàn)象已較為嚴(yán)重;黃土層之下第三系碎屑巖類孔隙裂隙水分布廣泛，并且大多具承壓性，但除永登盆地、靖遠(yuǎn)盆地外，大多盆地因無良好含水層，補(bǔ)給源不足，因而水量貧乏，水質(zhì)也較差;盆地間的“石質(zhì)巖島”多補(bǔ)給較好，碳酸鹽巖類裂隙溶洞水和基巖裂隙水均有賦存，但分布面積較小，地下水分布很不均勻，變化較復(fù)雜，富水性差別大，有一定的開發(fā)難度。綜上所述，本區(qū)地下水類型雖較多，但富水性強(qiáng)、水質(zhì)好、易于開發(fā)利用的地段十分有限。

隴東黃土高原地勢(shì)由東、北、西三面向東南方向緩慢傾斜，形如向南開口的“簸箕狀盆地”，因而也稱隴東盆地。區(qū)內(nèi)構(gòu)造單一，地層除志留系和泥盆系缺失外，其余各時(shí)代地層均有出露，其中以第四系和下白堊系分布最廣，構(gòu)成盆地主體，其余地層主要分布于盆地周邊。區(qū)內(nèi)地下水可分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙溶洞水和基巖裂隙水四大類。其中松散巖類孔隙水主要分布于涇河河谷中，目前已得到了較高程度的利用，潛力較小;碎屑巖類孔隙裂隙水賦存于下白堊系地層中，為一大型自流水盆地，開采潛力較大，宜君～洛河組、華池組和羅漢洞組是主要開采目的層;碳酸鹽巖類裂隙溶洞水分布于盆地西南緣，面積較小，水量有限，僅可解決部分地段供水需求;基巖裂隙水富水性普遍較差，無集中開采利用價(jià)值。

2 地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀及缺水狀況

2.1 地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀

隴中黃土高原區(qū)水系主要為黃河干流、渭河與涇河水系。地表水多年平均徑流量371.153×108m3，出境水量為339.137×108m3/a。地下水天然補(bǔ)給量 47.07 ×108m3/a，可開采資源量18.87 ×108m3/a，開采量為4.4 ×108m3/a，占可開采資源的23.32%。

目前，對(duì)地下水的開發(fā)利用以松散巖類孔隙水為主，開發(fā)地段主要集中于黃河、渭河和涇河河谷含水層厚度較大的地帶以及富水性相對(duì)較好的山間(前)盆地內(nèi)，以水源地集中開采的方式進(jìn)行開采，由于長(zhǎng)期開采，大多地帶已形成降落漏斗，蘭州的“三灘”、天水的三十里鋪、定西的內(nèi)官水源地一帶已處于超采區(qū)。對(duì)黃土層地下水的開發(fā)利用主要集中于隴東較大的塬區(qū)，除西峰塬有集中開采水源地外，其它塬區(qū)均為零星開采井，其它地帶主要利用黃土溝壑區(qū)出露的泉水，目前開采較早的西峰水源地已形成面積較大的降落漏斗，水位下降較快，成井較淺的部分開采井已報(bào)廢。碎屑巖類孔隙裂隙水因水量、水質(zhì)變化較大，大多地段水文地質(zhì)條件仍未查清，目前除隴東盆地石油注水井開采較多外，其余地段以小型水源地和零星開采為主。碳酸鹽巖類裂隙溶洞水分布面積小、研究程度低，目前僅在平?jīng)?、?huì)寧施工有開采井，開采量較小?；鶐r裂隙水的分布嚴(yán)格受構(gòu)造控制，目前主要利用沿?cái)嗔褞С雎兜臒崴?，開發(fā)利用程度較高，部分熱泉附近相繼施工了開采井，開采量逐年不斷增加，其余地段因研究程度低，開采很少。

2.2 缺水狀況

區(qū)內(nèi)大部分地段氣候干旱、降水稀少，且集中于7－8月，地形切割強(qiáng)烈，水土流失嚴(yán)重，歷史上一直處于缺水狀態(tài)，其中景泰、永登、平川、會(huì)寧、定西、通渭、臨夏、靜寧、莊浪、張川、環(huán)縣、華池等地是缺水最嚴(yán)重的地區(qū)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅生活飲用水缺水人口就達(dá)100多萬(wàn)，水資源短缺的問題始終是制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活改善的最主要因素之一。目前主要采用水庫(kù)、澇壩、水窖、雨水集流等方式解決，農(nóng)業(yè)更是“靠天吃飯”，每到干旱季節(jié)和年份，部分地區(qū)人畜飲用水不得不靠異地拉水解決，生存環(huán)境極其艱難。因此，尋找可供開發(fā)利用的水源，一直是本區(qū)急需解決的問題。

3 開發(fā)利用地下水的模式分析

根據(jù)近五十年來本區(qū)開展的水文地質(zhì)工作和積累的相關(guān)資料，同時(shí)結(jié)合隴西和隴東黃土高原區(qū)地形地貌與地質(zhì)水文地質(zhì)條件的差異，現(xiàn)提出如下開發(fā)利用地下水的模式:

3.1 開發(fā)利用淺層地下水的模式

淺層地下水主要指賦存于表層第四系松散巖類中的河(溝)谷、山間(前)盆地砂礫卵石孔隙水和黃土孔隙裂隙水以及賦存于基巖表層風(fēng)化和構(gòu)造裂隙中的表層潛水。其中，河(溝)谷、山間(前)盆地砂礫卵石孔隙水目前已得到了較高程度的開發(fā)利用，已有大多供水水源地均建于該類地下水中，開發(fā)利用前景較小，開發(fā)利用方向主要放在水源地開采潛力分析和進(jìn)一步尋找富水地段上(如古河道、山前、山間盆地等)，另外，在含水層厚度較薄，富水性較差的地段可采取大口徑井、集流井等取水方式來解決缺水問題，如隴西黃土高原區(qū)河流的上游地段，隴東黃土高原區(qū)的大部分河流。黃土孔隙裂隙水在隴東黃土高原區(qū)的塬區(qū)有一定的利用價(jià)值，目前在較大的西峰塬、屯子塬等已得到了較高程度的利用，其它塬區(qū)利用程度較低，均有開采潛力，如合水塬、十字塬、草峰塬、獨(dú)店塬等，開采地段首選于面積較大的塬中心?；鶐r表層風(fēng)化和構(gòu)造裂隙中的表層潛水主要分布于黃土高原周邊和高原中的隆起地段，海拔較高、降水量較大，目前主要對(duì)出露泉水進(jìn)行了較好的利用，仍具一定的潛力，可通過擴(kuò)泉的方式增大出水量進(jìn)一步解決缺水問題。

3.2 開發(fā)利用下伏地層地下水的模式

主要指下伏于黃土層之下的地層，在隴西和隴東差異較大，開發(fā)利用地下水的模式也有差異:

3.2.1 隴西黃土高原區(qū)

在隴西黃土高原區(qū)以新近系為主，古近系也有分布。已有成果表明:早第三紀(jì)晚期，甘肅及鄰近地區(qū)處于干燥而炎熱的環(huán)境，普遍形成了湖泊相等鹽類礦產(chǎn)的棕紅色泥巖，而晚第三紀(jì)初期則往往形成以河流相為主的灰白色礫巖、砂礫巖和棕黃色砂質(zhì)泥巖，二者之間往往有沉積間斷或平行不整合。根據(jù)有關(guān)研究成果，本區(qū)第三系是一個(gè)大型沉積盆地，稱為隴中盆地，其包括四個(gè)次級(jí)盆地，除西寧盆地外，其余三個(gè)盆地均在甘肅境內(nèi)，分別為隴西～靜寧盆地、蘭州盆地和臨夏盆地，同時(shí)在構(gòu)造或沉積切割作用下，又各自形成許多局部小型盆地，各盆地分布第三系地層也有較大差異。隴西—靜寧盆地主要分布上甘肅群(N)河湖相砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖、砂礫巖和下第三系固原群(E)礫巖、砂巖互層，另外局部還有臨夏組、咸水河組、徐灣組和楊稍組泥巖、砂質(zhì)泥巖、粗砂巖及砂礫巖等分布。蘭州盆地地層由上至下為臨夏組(N2L)河流相泥巖與礫巖互層;咸水河組(N1X)河流相砂質(zhì)泥巖、砂礫巖;野狐城組(E)湖相泥巖夾砂巖或砂礫巖層;西柳溝組(E)河流相砂巖或砂礫巖層。臨夏盆地主要分布臨夏組泥巖夾泥灰?guī)r及砂礫巖、咸水河組砂質(zhì)泥巖與砂巖互層夾砂礫巖、野狐城組(E)泥巖夾砂巖及砂礫巖、西柳溝組(E)砂巖夾少量砂礫巖、礫巖。該區(qū)黃土下伏地層地下水主要儲(chǔ)存于第三系盆地中，前人勘探資料表明，這些盆地不同程度的賦存有潛水和承壓水，如臨夏第三系盆地中，賦存于臨夏組砂礫巖中的承壓水單井出水量可達(dá)1 000m3/d，水頭高出地表20m，礦化度為1.0 g/L;在蘭州第三系盆地中，承壓水的單井出水量可達(dá)2 000m3/d，礦化度在1～2.0 g/L左右;隴西第三系盆地中的鉆孔揭示，承壓水的單井出水量可達(dá)800m3/d，礦化度在0.5 g/L左右，且水頭高于地表。特別是在西部的上第三系臨夏組、咸水河組及東部的上第三系甘肅群砂巖、砂礫巖中普遍發(fā)現(xiàn)賦存地下水。盡管這些紅層盆地中的地下水水量不是十分豐富，水質(zhì)大多亦欠佳，但在隴西黃土高原這樣嚴(yán)重缺水的地區(qū)，仍然具有一定的開發(fā)利用前景，值得進(jìn)一步勘查開發(fā)。2002～2003年我省在臨夏、康樂、張家川、榆中等地相繼打出了單井出水量上千方的淡水，特別是在榆中盆地北部和東部連塔～定遠(yuǎn)盆地的第三系咸水河組地層中施工了一些200余米深的供水井，為承壓淡水，單井出水量可達(dá)1 000m3/d以上，前景較好。

隴西黃土高原下伏第三系地層地下水的開發(fā)利用主要有兩種模式。一是在盆地中尋找相對(duì)富水、水質(zhì)較好的含水巖組或顆粒較粗的層位。如徐灣組、楊稍組和鳳凰組就是區(qū)域上相對(duì)富水、水質(zhì)較好的含水巖組，另外，區(qū)內(nèi)第三系地層總體上以泥巖為主，但均夾有一定厚度的砂礫巖、礫巖等粗粒相沉積，其間賦存地下水水量相對(duì)富水、水質(zhì)較好。但總體上該類地下水除局部地段富水性較好外，大部分地段富水性較弱，因此，在開發(fā)利用時(shí)可采取與上覆松散層地下水混合取水的方式。如榆中鋼廠蔣家營(yíng)水源地第四系砂礫卵石含水層富水性較弱，單井涌水量多小于500m3/d，下伏第三系含水層富水性也較弱，單井涌水量一般小于500m3/d，二者混合取水單井涌水量均在1 000m3/d左右，較好的解決了鋼廠的用水問題。又如臨夏市位于臨夏盆地近中心一帶，巖性為以粉砂巖、泥巖為主的湖心相堆積，第三紀(jì)后期，盆地處于一個(gè)較為平靜的時(shí)期，沉積物普遍以細(xì)碎屑的粉砂巖及泥巖為主，含水層富水性較弱，單井涌水量多小于500m3/d，上覆第四系砂礫卵石含水層厚度較薄，一般在3.7～6.3m之間，富水性也較弱，單井涌水量也多小于500m3/d，二者混合抽水最大涌水量為2 600m3/d;二是在盆地邊緣碎屑巖中尋找水量相對(duì)富水、水質(zhì)較好的含水層組，因?yàn)榕璧剡吘壋练e物顆粒較粗，補(bǔ)給與徑流條件較好，水量相對(duì)富水，水質(zhì)大部分地段均好。如張川～龍山盆地中，在恭門一帶靠近山前地區(qū)砂礫巖居多，水質(zhì)普遍較好，礦化度多小于1 g/L，至縣城近盆地中心附近以泥質(zhì)砂巖、泥巖為主，水質(zhì)變差。2002年我局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院在靠近山前的馬關(guān)鄉(xiāng)西臺(tái)施工探采結(jié)合孔1眼，含水層巖性為上第三系泥巖所夾的薄層礫巖、砂巖、砂礫巖，含水介質(zhì)為孔隙裂隙，含水層單層厚度0.3～9.2m，共13 層，總厚度50.2m，承壓水頭 +16.00m，自流量43m3/d，推算最大出水量 467.77m3/d，礦化度 0.98 g/L。

3.2.2 隴東黃土高原區(qū)

隴東黃土高原區(qū)下伏地層以下白堊系為主，分布廣泛，以平?jīng)觥~城大斷裂為界，分為六盤山群和保安群，以西為六盤山群，以東為保安群。六盤山群地層自下而上為:三橋組(K1s)灰色、紫紅色礫巖、角礫巖，厚850m以上;和尚鋪組(K1h)砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖夾青灰色泥巖、頁(yè)巖及薄層泥灰?guī)r;李洼峽組(K1lw)厚層礫巖，粉砂巖、泥巖及頁(yè)巖;馬東山組(K1m)泥巖及泥灰?guī)r;乃家河組(K1n)泥巖夾少量泥灰?guī)r。保安群地層自下而上為:宜君組(K1y)礫巖，厚75～100m;洛河組(K1l)中粗砂巖夾薄層砂質(zhì)泥巖，厚50～300m;華池組(K1hc)厚層細(xì)砂巖夾薄層泥巖、砂質(zhì)泥巖，厚100～300m;環(huán)河組(K1h)泥巖夾細(xì)砂巖，或互層，厚90～390m;羅漢洞組(K1lh)細(xì)砂巖及砂巖，厚100～320m;涇川組(K1j)砂質(zhì)泥巖與泥質(zhì)砂巖互層厚300m。該區(qū)白堊系構(gòu)成了一個(gè)大型盆地(隴東盆地)，黃土下伏地層地下水主要儲(chǔ)存于該盆地中，以承壓水為主，六盤山群含水層主要為三橋組礫巖，單井涌水量為100～1 000m3/d，礦化度0.5～1 g/L，水頭在平?jīng)鍪袥芎雍庸雀叱龅孛婕s20m;保安群各組中均賦存有承壓水，各組水文地質(zhì)要素既有聯(lián)系又有區(qū)別(表1)，但綜合而言，宜君～洛河組、華池組和羅漢洞組具有水頭高、水量豐富，水質(zhì)較好的特點(diǎn)，是該盆地自流水開采的主要目的層。

隴東黃土高原下伏地層地下水的開發(fā)利用模式與隴西基本一致。一是在盆地中尋找相對(duì)富水、水質(zhì)較好的含水巖組或顆粒較粗的層位，如宜君－洛河組、華池組和羅漢洞組，以及洪沖積扇相、河流相和沙漠相等顆粒較粗的沉積巖相。目前該盆地中大部分地段和用水單位均開采這三個(gè)含水巖組地下水，日開采量已近10萬(wàn)方;二是在盆地邊緣或盆地中尋找補(bǔ)給、徑流條件較好的地段，這些地段相對(duì)富水、水質(zhì)較好。如我省2002年在西峰巴家咀蒲河邊羅漢洞組砂巖中施工探采結(jié)合井5眼，評(píng)價(jià)水源地1處，日允許開采量1萬(wàn)方。又如2002年實(shí)施大調(diào)查項(xiàng)目《鄂爾多斯盆地地下水勘查》時(shí)，在寧縣馬蓮河谷地下水徑流相對(duì)暢通區(qū)施工鉆孔水量豐富、水質(zhì)較好，而在馬蓮河西側(cè)塬邊鉆孔水質(zhì)較差，水量較小。

表1 保安群承壓水水文地質(zhì)要素一覽表

3.3 開發(fā)利用盆地周邊基巖隆起區(qū)地下水的模式

盆地周邊基巖隆起區(qū)地下水的找水模式為:即首先選擇降水量相對(duì)大區(qū)，其次尋找?guī)r層破碎、易于入滲區(qū)或是地下水集中排泄區(qū)，然后選擇易于富水的地段或巖層，也即有利的蓄水構(gòu)造或儲(chǔ)水空間，盆地周邊的基巖隆起區(qū)就是這種模式。因?yàn)榛鶐r隆起區(qū)海拔較高，降水量大，植被較好，利于補(bǔ)給，構(gòu)造發(fā)育，山前常有阻水?dāng)嗔?或斷裂破碎帶)，并且出露老地層多(多有砂巖、灰?guī)r)，有利于地下水的儲(chǔ)存和富集、水量豐富，而且徑流途徑短，水質(zhì)較好，如天水、武山、清水、通渭溫泉和會(huì)寧龍王峽、西和二郎壩、景泰正路巖溶水、平?jīng)鎏y(tǒng)山水源地等都是這種模式。下面以太統(tǒng)山水源地為例表述:

平?jīng)鎏y(tǒng)山水源地位于平?jīng)鍪心喜可絽^(qū)的太統(tǒng)山一帶，巖溶水沿太統(tǒng)山背斜呈條帶狀展布，北部邊界為太統(tǒng)山北斷裂，灰?guī)r以此斷裂為界與下白堊系碎屑巖接觸;南邊界為太統(tǒng)山南麓灰?guī)r與二疊系碎屑巖的接觸帶，南北邊界均為隔水邊界;東西邊界為太統(tǒng)山背斜的兩傾伏端，即東到甘溝以東，西至后溝，總面積約16 km2。

該區(qū)降水豐富，降水量大于550 mm，基巖裸露，山大溝深，植被較好。太統(tǒng)山為灰?guī)r裸露區(qū)，地貌特征表現(xiàn)為常態(tài)山，地表石芽、溶溝、溶槽比較發(fā)育，干溶洞也有零星分布。本區(qū)位于祁呂賀山字型構(gòu)造體系的脊柱～賀蘭褶帶的南段與隴西系旋卷構(gòu)造六盤山旋回褶帶的復(fù)合部位，在兩者的相互作用下呈棋盤格式構(gòu)造格局，主體構(gòu)造表現(xiàn)為一系列的北西向壓性斷裂和褶皺。出露碳酸鹽巖地層為奧陶系中統(tǒng)三道溝組純灰?guī)r和豹皮狀灰?guī)r，以及平?jīng)鼋M頁(yè)巖、角礫狀灰?guī)r，其中平?jīng)鼋M因巖性不均勻的影響，巖溶不發(fā)育，基本不含水，其相對(duì)于三道溝組為隔水層，三道溝組灰?guī)r質(zhì)純層厚性脆，巖溶發(fā)育，富水性強(qiáng)，是系統(tǒng)內(nèi)的主要含水層位。銀洞官莊以西，三道溝組灰?guī)r裸露地表，為裸露型巖溶水，銀洞官莊以東，三道溝組上覆平?jīng)鼋M和二疊系碎屑巖，為埋藏型巖溶水，并具有承壓性，在甘溝的部分地段還可自流，如甘溝自流孔勘探初期水頭高9m，自流量高達(dá)8 200m3/d，評(píng)價(jià)中型水源地一處，填補(bǔ)了我省城市供水中無巖溶水水源地的空白，緩解了平?jīng)鍪泄┧o張局面。

4 結(jié)語(yǔ)

隴中黃土高原是甘肅省最為缺水的地區(qū)，供需矛盾非常突出，目前對(duì)地下水的開發(fā)主要集中于河谷、山間盆地的第四系松散巖類地下水，黃土區(qū)下伏碎屑巖類孔隙裂隙水和周邊基巖裂隙水多為點(diǎn)狀開采，地下水仍具一定的開發(fā)潛力。本文指出淺層地下水主要放在水源地開采潛力分析和進(jìn)一步尋找富水地段上，黃土區(qū)下伏碎屑巖類深層水及周邊基巖裂隙水主要尋找富水性好的含水巖組和有利于儲(chǔ)水的構(gòu)造。通過進(jìn)一步挖掘潛力和尋找新的富水地段，可不同程度地緩解部分地段的缺水問題。

［1］甘肅省地質(zhì)調(diào)查院.甘肅省嚴(yán)重缺水地區(qū)找水示范成果總結(jié)報(bào)告.1997.

［2］甘肅省地質(zhì)調(diào)查院.鄂爾多斯盆地(甘肅)地下水勘查報(bào)告.2007.

［3］張彥林、李生永，等.隴東盆地西部巖溶地下水形成機(jī)制研究.中國(guó)地質(zhì).2006.