寧夏南部山區(qū)水文地質(zhì)特征及地下水資源評價

敖春來，呂光輝，李少華，梁 棟，鄒連亮，王金橋

（中國人民解放軍68612部隊，寧夏銀川750021）

寧夏南部山區(qū)水文地質(zhì)特征及地下水資源評價

敖春來*，呂光輝，李少華，梁 棟，鄒連亮，王金橋

（中國人民解放軍68612部隊，寧夏銀川750021）

寧夏南部山區(qū)（又稱南部黃土丘陵區(qū)）是指多年平均降水量在400mm以下的黃土丘陵地區(qū)。該區(qū)域地下水水源不足且水質(zhì)差，屬水資源缺乏、工程性缺水地區(qū)，局部地區(qū)分布高氟和苦咸水，也屬于人畜飲水困難地區(qū)。為了查清該地區(qū)的水文地質(zhì)條件，掌握該區(qū)的地下水賦存、分布、水質(zhì)變化的一般規(guī)律及開發(fā)利用條件，對該區(qū)域開展了深入的水文地質(zhì)調(diào)查研究，獲取了豐富的資料。通過調(diào)查研究，為該區(qū)域的自然資源開發(fā)、利用和環(huán)境保護提供必要的科學(xué)依據(jù)，解決回漢民族同胞生活用水問題。

寧夏；南部山區(qū)；水文地質(zhì)特征；水資源評價

寧夏南部山區(qū)（又稱南部黃土丘陵區(qū)）是指多年平均降水量在400mm以下的黃土丘陵地區(qū)。包括固原市的隆德縣、涇源縣全部，原州區(qū)南部、西吉縣東部、彭陽縣南部，總面積為1.45×104km2，占全區(qū)的22%。六盤山、月亮山和南華山等突兀于黃土丘陵之上。區(qū)內(nèi)降水條件較好，氣溫相對較低，水土流失問題突出，自然災(zāi)害頻繁，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)低而不穩(wěn)。1982年中央將其作為專項扶貧地區(qū)，30多年來，區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)條件發(fā)生了較大變化，水土保持工作取得較大進展?？傮w講，該區(qū)域地下水水源不足且水質(zhì)差，也屬水資源缺乏、工程性缺水地區(qū)，局部地區(qū)分布高氟和苦咸水，也屬于人畜飲水困難地區(qū)。

1 地形地貌

寧夏南部黃土丘陵海拔2000m左右，中部山間平原海拔1300～1500m。其余地區(qū)為山地和山前丘陵及沙漠，山地與平原多交錯分布，此起彼伏，高差懸殊。南部在北面衛(wèi)寧北山和東面羅山、青龍山、窯山、云霧山圍限的廣大地區(qū)，展布著三列弧形斷塊山地和兩列斷陷平原。第一列弧形山地包括窯山、煙筒山、泉眼山和衛(wèi)寧北山南緣山地；第二列弧形山地包括清水河西側(cè)山地和香山；第三列弧形山地包括月亮山、南華山、西華山。一、二列弧形山地之間夾持中衛(wèi)平原和清水河平原，二、三列弧形山地之間鑲嵌興仁平原和西安州平原。由南西向北東，孤形山地的曲率逐列增大，長度逐漸降低，并在東南匯聚于六盤山，向西北撒開，弧形山地及山間平原組成弧形地貌格局。

2 水文地質(zhì)特征

寧夏南部山區(qū)屬西北黃土高原的一部分，大部分為干旱、半干旱區(qū)，少雨多風(fēng)，蒸發(fā)強烈，地表溝壑縱橫，水土流失嚴重，苦咸水分布廣泛，為寧夏最缺水的地區(qū)，海拔1300～2400m。面積為19402.51km2。黃土一般不含水或微弱含水，河谷平原洼地中分布有較豐富的第四系孔隙水，如清水河河谷平原、葫蘆河河谷平原、西安州洼地、興仁洼地等。下伏地層主要有新近系、古近系、白堊系、及前白堊系，在適宜的部位可找到水質(zhì)較好的新近系、古近系層間水、白堊系層間承壓水和巖溶裂隙水等。分為清水河河谷平原、西吉粱峁黃土丘陵及河谷平原、海原殘塬狀黃土丘陵、清水河?xùn)|塬梁峁狀黃土丘陵和麻黃山黃土丘陵4個亞區(qū)和16個地段。

2.1 清水河河谷平原亞區(qū)

清水河為黃河的一級支流，河谷平原長175km，寬約7～20km，海拔1300～1900m，面積為1503.4km2，由四級階地及兩側(cè)洪積扇組成，地勢南高北低?；诪樾陆怠⒐沤岛桶讏紫?，平原周邊為新近系、古近系和白堊系組成的山區(qū)，平原區(qū)第四系厚約200m左右，為寧南主要農(nóng)業(yè)區(qū)?？蓜潪轳R家河灣—李旺堡、固原北川、石碑灣黃土殘塬3個地段。

2.1.1 馬家河灣—李旺堡地段

分布于清水河河谷平原七營以北地段，面積為698.09km2，河谷平原由四級階地組成，堆積物主要為沖洪積砂、砂礫石、砂層夾粘性土層。含水層以砂礫石為主，一般為2～5層，單層厚小于20m，累積層厚為50～100m。近山地區(qū)洪積扇部位多為單一潛水，近河地帶則為潛水—承壓水，水位埋深由河床地區(qū)小于10m，增至近山地帶的120余米，富水性李旺以南大于200m3/d，向北減為小于100m3/d。由于受兩側(cè)高礦化度水的補給，水質(zhì)以礦化度大于3g/L的半咸水和咸水為主。

2.1.2 固原北川地段

分布于清水河河谷平原的南段，南、東、西邊界受斷裂控制，為一半封閉的斷陷盆地，盆地北部為出口，面積為715.80km2。河谷平原由四級階地組成，第四系堆積物主要為沖洪積砂、砂礫石、砂層夾粘性土層。含水層以砂礫石為主，一般為2～5層，單層厚小于20m，累積層厚50～100m。西側(cè)山前洪積物發(fā)育，構(gòu)成洪積傾斜平原，地下水類型主要為單一潛水，往東至河床地帶過渡為潛水—承壓水。

2.1.3 石碑灣黃土殘塬地段

分布于固原北部，石碑灣黃土塬區(qū)，面積為89.51km2。下部砂礫石層中的孔隙水具有承壓性，而上部黃土層孔隙水則為潛水，其間夾有黃土和砂粘土層。從發(fā)育在塬區(qū)的清靜溝兩岸可見到兩層水的浸潤線。黃土層孔隙水主要接受大氣降水入滲補給，以滯緩的速度向四周排泄，構(gòu)成獨立的水文地質(zhì)單元。黃土層水量貧乏，單井涌水量為16m3/d，水位埋深為20～40m，含水層厚度為60m左右，水質(zhì)良好，礦化度為l.2g/L，屬HCO3-SO4—Na-Mg水。該層水在塬區(qū)均有分布，水質(zhì)好，水位埋藏較淺，成為塬區(qū)群眾生活用水的主要水源，各村落都以開挖淺井汲取地下水作為生活用水。

2.2 西吉梁峁黃土丘陵及河谷平原亞區(qū)

位于南華山、西華山、月亮山南部，六盤山西側(cè)為黃土丘陵區(qū)，葫蘆河谷平原斜貫其間，海拔2000～2400m，面積為4645.99km2。將其劃分為六盤山西麓、葫蘆河?xùn)|部梁峁狀黃土丘陵、葫蘆河河谷平原、葫蘆河西部梁峁狀黃土丘陵、樹臺洼地5個地段。

2.2.1 六盤山西麓地段

分布于六盤山西麓的紅層丘陵區(qū)，面積為475.37km2。主要由新近系、古近系砂巖、砂礫巖、泥巖和白堊系下統(tǒng)泥巖、泥質(zhì)砂巖組成。在構(gòu)造上為一承壓自流斜地，在陳新、隆德縣城至馬家大莊有一不對稱的傾伏向斜構(gòu)造，向斜樞紐南起山河鄉(xiāng)東側(cè)，向北過隆德縣城至馬家大莊，向原州區(qū)張易方向傾伏。向斜長約30km，寬3.5～7km，古近系始新統(tǒng)伏于漸新統(tǒng)泥巖隔水頂板之下，白堊系之上，共同組成向斜構(gòu)造。向斜構(gòu)造核部為新近系，古近系碎屑巖，單井涌水量為13.2m3/d，礦化度為12.44g/L，水化學(xué)類型是C1-SO4—Na水。核部白堊系埋深為151.92m，單井涌水量為32.96m3/d，礦化度為11.82g/L，水化學(xué)類型為SO4-Cl—Na水；翼部白堊系埋深為139.70m，單井涌水量為65.32m3/d，礦化度為0.85g/L，水化學(xué)類型為HCO3—Na水。翼部好于核部，說明向斜翼部具有開采前景。

2.2.2 葫蘆河?xùn)|部梁峁狀黃土丘陵地段

位于月亮山西南麓，葫蘆河?xùn)|岸地區(qū)，面積為1457.87km2。含水層主要為新近系、古近系砂礫巖。含水層巖性為粉砂巖、中粗砂巖、含礫砂巖和砂礫巖，結(jié)構(gòu)疏松，呈薄層狀夾于泥質(zhì)砂巖和砂質(zhì)泥巖之中。富水性遠離山前由強變?nèi)酰诮降貛尉克窟_700m3/d，位于北部和遠離山前地帶，單井涌水量為16～210m3/d。礦化度一般小于1g/L，局部地段大于2g/L，屬HCO3-Ca-Mg和HCO3-SO4-Cg-Mg水。

2.2.3 葫蘆河河谷平原地段

位于月亮山西麓西吉縣境內(nèi)，呈狹長樹枝狀，面積為372.815km2。上覆第四系厚度小于50m，一般為30m左右，下伏新近系、古近系紅層，含水層主要為新近系。第四系巖性具有明顯的二元結(jié)構(gòu)，上部為黃土狀亞砂土、亞粘土，厚10～20m，下部為砂、砂礫石層夾粘性土層。下部砂層與砂礫石層一般都含水，潛水水位埋深主要取決于地勢的高低，一般為5～30m。礦化度多為1～3g/L，局部為小于1g/L或3～5g/L。

2.2.4 葫蘆河西部梁峁狀黃土丘陵地段

分布于黃土梁峁丘陵地區(qū)，面積為1659.15km2。上部黃土在微地貌適宜地段有局部小型淡水透鏡體外，表層大多無水，下伏為古近系砂巖、砂礫巖，富含孔隙承壓水。含水層底板埋藏深度，自當?shù)睾庸榷夒A地算起，在蘇堡—將臺一線以南，埋藏深度為100～300m，硝河以北的蘆河上游與濫泥河之間一帶，埋藏深度為300～500m，田坪地區(qū)埋藏深度為350～550m。水位埋深由西向東有逐漸增高的趨勢，南坪、興坪一帶水位埋深為50～100m，大坪—三合鎮(zhèn)一帶水位埋深為100～200m，田坪一帶水位埋深大于200m。單井涌水量一般在100m3/d以下。礦化度在葫河西部1～3g/L，個別地區(qū)小于1g/L。往西至三合鎮(zhèn)北部田家坪一帶礦化度一般為3～5g/L，個別處大于5g/L。

2.2.5 樹臺洼地地段

位于南華山、西華山西南，為黃土梁峁丘陵區(qū)，面積為680.78km2。上部黃土廣泛分布，主由粉砂質(zhì)亞砂土和粉土組成，一般厚度為20～60m，具大孔隙，垂直柱狀節(jié)理發(fā)育，地下水資源貧乏，分布也不均勻。在樹臺至大咀溝谷地帶分布有第四系地下水，第四系厚為40～75m，地下水埋深為7～23m，含水層巖性為砂礫石和砂層，厚為0.5～25m，由于基底凹凸不平，局部呈滯流狀態(tài)，單井涌水量為50～200m3/d，為SO4-Cl—Na-Ca和SO4-Cl—Na-Mg水，礦化度為1～3g/L。

2.3 海原殘塬狀黃土丘陵亞區(qū)

位于香山以南，清水河以西，南華山、西華山、月亮山北東地區(qū)，海拔1600～2000m，面積為4479.46km2，為黃土層潛水及下伏紅層咸質(zhì)承壓水分布區(qū)。分為南華山北麓古洪積扇、西安州洼地、南西華山東北麓山前沉降帶、蒿川—關(guān)橋—賈埫梁峁狀黃土丘陵、興隆—羅川紅層丘陵、興仁洼地6個地段。

2.3.1 南華山北麓古洪積扇地段

位于南華山東北麓海原縣附近一帶，面積為226.03km2，為黃土殘塬，地面坡度大于1/50，第四系厚度大于500m，巖性結(jié)構(gòu)具有一般洪積扇的特點，扇頂至前緣由單一的砂礫石層變?yōu)槿澜诲e的粘性土與砂礫石互層。地下水同巖性結(jié)構(gòu)相應(yīng)亦由單一的潛水變?yōu)闈撍袎核?。在洪積扇前緣鴨兒澗溝切割到承壓水含水層，使地下水呈泉群涌出，流量達12000m3/d，水質(zhì)良好，礦化度小于1g/L。山前扇頂?shù)叵滤宦癫剌^深，可達200m，中、北部水位埋深為80～140m。含水層均為砂礫石層，中下部一般有5～10個含水層，累積厚度可達130m，單井誦水量為1000～2000m3/d，礦化度除個別地帶大于1g/L外，其他地區(qū)均小于1g/L。

2.3.2 西安州洼地地段

位于南華山與西華山之間的山前地帶，為新生代斷陷洼地，面積為89.66km2。第四系厚為100～300m，含水層主要為砂礫石層，分布于河床下部及兩側(cè)，頂板埋深為70～80m，厚為30～40m,具承壓性，水頭埋深為50m左右，單井涌水量大于2000m3/d，礦化度在1～3g/L。由河床向兩側(cè)含水層變薄，粒度變細，富水性變差。

2.3.3 南西華山東北麓山前沉降帶地段

位于南西華山東北麓，屬山前沉降帶，面積為934.53km2。上覆主要為第四系，厚為85～500m不等，在地貌上形成黃土殘塬，在蒿子川至西安州一線以東地區(qū)和曹家洼北部地區(qū)為單一潛水區(qū)，其他地區(qū)均為潛水—承壓水區(qū)。單一潛水區(qū)，在蒿子川至西安州一線以東地區(qū)水位埋深小于50m,在西安州北部為30～ 100m，單井涌水量小于100m3/d。

2.3.4 篙川—關(guān)橋—賈埫梁峁狀黃土丘陵地段

位于海原縣北部蒿川—關(guān)橋一帶梁峁狀黃土丘陵區(qū)，面積為2092.40km2。上部為黃土潛水，下部為新近系、古近系承壓水。下伏新近系、古近系含水層為中、細砂巖和含礫砂巖，單井涌水量為100～500m3/d，水質(zhì)差，礦化度大于5g/L。

2.3.5 興隆—羅川紅層丘陵地段

位于清水河河谷平原同心—李旺堡的西側(cè)一帶，面積為589.49km2。出露的主要地層為新近系、古近系砂層、砂巖、砂礫巖，局部地段被黃土覆蓋，承壓水單井涌水量為100～500m3/d,水質(zhì)差，礦化度均大于5g/L。

2.3.6 興仁洼地地段

位于香山南麓，面積為547.345km2。為新生代形成的地塹式斷陷洼地，地勢自東南向西北傾斜，最低處位于郝家集西北約2km。洼地內(nèi)充填了較厚的第四系沉積物，巖性主要為洪積粘性土夾砂層和砂礫石層。含水層巖性主要為砂層和砂礫石層，一般有3～6個含水層，累積厚度可達100m。含水層按水力性質(zhì)可分上下兩段：下段（100～300m）為承壓含水層，水頭埋深為8.7～28.42m，單井涌水量大于2000m3/d，礦化度為2～4g/L，水化學(xué)類型為SO4-Cl—Na-Mg水；上段為潛水含水層，水位埋深為12～85m，由南北兩側(cè)向洼地中心變淺，南側(cè)水位最深達85m，北側(cè)為40m，單井涌水量為100～600m3/d，水質(zhì)較差，礦化度為3～5g/L，屬Cl-SO4—Na-Mg水。

2.4 清水河?xùn)|塬梁峁狀黃土丘陵亞區(qū)

位于清水河?xùn)|部，為黃土塬、梁、峁狀黃土丘陵區(qū)，海拔1500～2000m，面積為7377.3km2。分為草廟—孟塬、南北古脊梁、官廳—古城、窯山—張家塬—炭山和予旺洼地5個地段。

2.4.1 草廟—孟塬地段

分布于王洼、彭陽縣城東部，面積為1357.37km2。沉積了巨厚的白堊系，白堊系中地下水水質(zhì)好，礦化度為0.88～0.972g/L，氟含量在0.88～1.00mg/L，水化學(xué)類型為HCO3-SO4—Na-Mg水。

2.4.2 南北古脊梁地段

南北古脊梁位于大羅山、青龍山以南為黃土覆蓋的中低山，面積為1235.186km2，是寧南缺水地區(qū)找水最有前景的地段。主要含水層為寒武系、奧陶系、青白口系碳酸鹽巖。碳酸鹽巖溶隙發(fā)育程度較低，屬巖溶裂隙水。水位埋深182～387m，中等富水，水質(zhì)為微咸水，水化學(xué)類型為HCO3-Cl-SO4—Na-Mg水和SO4-Cl—Na-Mg水，氟離子含量1～3mg/L。

3 地下水資源評價

地下水天然補給資源，指地下水系統(tǒng)中參與現(xiàn)代水循環(huán)和水交替，可以恢復(fù)、更新的重力地下水。地下水可開采資源量，指在一定技術(shù)、經(jīng)濟條件下，開采過程中不會誘發(fā)嚴重的環(huán)境問題，可以持續(xù)開采利用的地下水量。地下水天然補給資源量、可開采資源量，按淡水（礦化度小于1g/L）、微咸水（礦化度小于1～3g/L）、半咸水（礦化度小于3～5g/L）分配水量，地下水資源總量中不包括礦化度大于5g/L的咸水量。

3.1 地下水天然補給資源量

3.1.1 大氣降雨入滲法

采用大氣降雨入滲法計算補給資源量。計算公式如下：

式中：а——滲入系數(shù)；

A——年降水量，108m3/a；

F——計算區(qū)面積，km2。

3.1.2 地下水徑流模數(shù)法

采用地下水徑流模數(shù)法計算其天然補給資源量。計算公式如下：

式中：QM——地下水天然補給資源，108m3/a；

M——徑流模數(shù)，L/（s·km2）；

F——計算區(qū)面積，km2。

3.1.3 計算各項補給量之和

（1）以多年平均降水入滲補給量與田間灌溉入滲補給量之和作為天然補給資源量，天然入滲補給資源均以平均降水入滲補給量與田間灌溉入滲補給量之和作為其天然補給資源量。計算公式：

式中：Q補——潛水補給量，即天然補給資源量，108m3/a。

（2）以徑流量與田間入滲補給量之和作為天然補給資源量，天然補給資源量以徑流量與田間入滲補給量之和作為其天然補給資源量。計算公式：

式中符號意義同前。

3.1.4 大氣降雨入滲法和斷面法斷面法計算公式：

式中：Q——斷面徑流量，108m3/a；

Ki——計算分斷面內(nèi)平均滲透系數(shù)，m/d；

Mi——計算分斷面內(nèi)平均含水層厚度，m；

Li——計算分斷面長度，m。

3.1.5 大氣降雨入滲法和排泄量法排泄量法計算公式如下：

式中：Q排——地下水天然排泄量，108m3/a；

∑Q上——上游各河谷測流斷面處地表水總徑流量，108m3/a；

∑Q下——下游各河谷測流斷面處地表水總徑流量，108m3/a。

3.1.6 參數(shù)選取

（1）有效降水系數(shù)（Y）。有效降水系數(shù)（Y）即有效降水量與年總降水量之比。有效降水量與雨量的大小、歷時長短、前期雨量的影響、含水層及表土的巖性、地下水埋藏條件等因素密切相關(guān)，因此有效降水定比較困難。在寧夏南部山區(qū)以雨季（7～9月份）降水量或全年總降水量的70%作為有效降水量。

（2）降水入滲補給系數(shù)（а）。降水入滲補給系數(shù)（а）的取值與年降水量大小及年內(nèi)變化特點、地下水埋深變化、巖性等因素有關(guān)。

3.1.7 計算結(jié)果分析

寧夏南部山區(qū)天然補給資源量為9.9912×105m3/d。

3.2 地下水可開采量

3.2.1 山區(qū)可開采資源量計算

（1）山區(qū)基流量法。采用山區(qū)基流量的20%作為其開采資源，計算公式：

式中：Q山——山區(qū)可開采資源量，108m3/a；

Q——山區(qū)基流量，108m3/a；

ф——系數(shù)，取0.2。

（2）平均布井法。采用水位降深15m，管徑為12寸時的單井涌水量，按含水層厚度的1/2計算。計算公式為：

式中：Q開——地下水開采量，108m3/a；

Q——統(tǒng)一管徑12寸，降深15m時的單井涌水量，m3/d；

F——計算區(qū)面積，km2；

R——影響半徑，m；

t——開采時間，d。

（3）以允許開采量與散井開采量及泉天然排泄量之和作為可開采資源量，計算方法如下：

彈性儲存量計算公式：

式中：Q儲——承壓含水層地下水彈性儲存量，108m3；

S*——彈性釋水系數(shù)；

F——含水層的計算面積，km2；

H——承壓含水層自頂板算起的壓力水頭高度，m。

可開采資源量采用下式計算：

P641

A

1004-5716（2015）05-0063-05

2014-05-22

2014-06-25

敖春來（1978-），男（漢族），重慶人，工程師，現(xiàn)從事野戰(zhàn)給水地質(zhì)研究工作。