嘉峪關市北大河南岸第二水源地對區(qū)域地下水的影響研究

張 玲，尹 政，馬小全

(甘肅省地礦局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 張掖 734000)

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嘉峪關市北大河南岸第二水源地對區(qū)域地下水的影響研究

張 玲，尹 政，馬小全

(甘肅省地礦局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 張掖 734000)

嘉峪關市北大河南岸第二水源地位于酒泉西盆地，該盆地已建有六個地下水水源地，地下水開發(fā)利用程度高，采用Visual Modflow4.1軟件包中的Modflow模型模塊對水源地運行后研究區(qū)的地下水水位進行預測，研究該水源地建設對區(qū)內(nèi)地下水的影響，綜合分析認為：嘉峪關市北大河南岸第二水源地的建設對區(qū)域地下水影響較小。

北大河南岸；第二水源地；酒泉西盆地；地下水；水位預測

嘉峪關市水資源匱乏[1]，地下水開發(fā)利用程度較高[2]，位于嘉峪關西部的酒泉西盆地建有黑山湖水源地、大草灘水源地、嘉峪關水源地、北大河水源地、北大河南岸水源地、雙泉水源地等六個水源地[3]，隨著嘉峪關市經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，現(xiàn)有水源地的供水能力已經(jīng)不能滿足城市發(fā)展的需求，因此，嘉峪關市在酒泉西盆地新建了北大河南岸第二水源地，該水源地施工7口供水井，設計開采量4.9萬 m3/d。鑒于酒泉西盆地地下水水源地較多，該水源地必須進行科學合理的布局，需論證對其它水源地的影響。

1 研究區(qū)概況

1.1 水文地質(zhì)條件

松散巖類孔隙水廣布于盆地，是區(qū)內(nèi)最重要的地下水類型，屬以單一大厚度為特征的潛水含水層，含水層主要由第四系中上更新統(tǒng)卵石、圓礫、礫砂構(gòu)成，厚度一般為40～160 m，自南西向北東漸薄。其中討賴河北岸較厚為大于140 m，討賴河南岸120 m左右，黑山湖水源地一帶為40～120 m，大草灘水源地一帶為30～100 m，嘉峪關水源地一帶為30～80 m。北部山前與古階地附近較薄，一般小于20～30 m。地下水位埋深自南西向北東由大于100 m漸變至10～20 m，水關峽一帶則小于5～10 m，局部地段如水關峽、大草灘、嘉峪關、雙泉等地呈泉水溢出。

研究區(qū)內(nèi)含水層富水性按600 mm濾水管10 m降深單井涌水量分為極強富水區(qū)(單井涌水量大于10 000 m3/d)、強富水區(qū)(5 000～10 000 m3/d)、中等富水區(qū)(2 000～5 000 m3/d)和弱富水區(qū)(小于2 000 m3/d)等四個級別。

研究區(qū)地下水主要來源于南部山前小溝小河出山徑流、討賴河、白楊河的垂向滲漏補給和山區(qū)基巖裂隙水的側(cè)向補給以及深層基巖承壓水的頂托補給。其中討賴河是以垂直強烈滲漏的形式補給地下水的，在河床附近形成河水—滲漏水—地下水三者之間并不連續(xù)的浸潤面，并使河床下的地下水位抬升形成水丘，而河流則成“懸掛式”。

研究區(qū)地下水總的運動方向為自南西向北東運移，西部白楊河東側(cè)和東北部水關峽、二草灘、大草灘、嘉峪關等溝谷內(nèi)地下水自南西向北東運移[4]，討賴河干流附近自西向東運移，水力坡度最小不足1‰，最大大于25‰，一般為2‰～11‰，西緩東陡。受黑山、鱉蓋山、文殊山等地形地貌阻擋的影響，最后歸縮于諸山之間的水關峽、大草灘車站峽谷、嘉峪關古河道、文殊山山前等地段潛流于酒泉東盆地。

地下水的排泄除側(cè)向流出外，還有人工開采和泉水溢出。

1.2 現(xiàn)有地下水開采工程

嘉峪關市酒泉西盆地地下水供水工程主要為各地下水水源地及雙泉截引工程。

黑山湖水源地允許開采量為3 785.05萬 m3/a，是主要的工業(yè)用水水源地，作為酒鋼公司的備用水源；大草灘水源地允許開采量為2 522.15萬 m3/a，作為酒鋼公司的備用水源；嘉峪關水源地允許開采量為4 488.15萬 m3/a(包括峪泉供水所341.50萬 m3/a及零星開采1 624.50萬 m3/a)，主要保障全市居民生活用水和酒鋼公司廠區(qū)內(nèi)生產(chǎn)用水和生活用水的正常供應；北大河水源地允許開采量為5 355.20萬 m3/a(包括傍河水源地914.20萬 m3/a，火車站水源地547.50萬 m3/a及管城文管所109.5萬 m3/a)，屬工業(yè)生產(chǎn)和生活用水區(qū)，是嘉峪關市主要的飲用水水源地，北大河南岸水源地地下水允許開采量為1 815.40萬 m3/a，主要承擔市區(qū)的生產(chǎn)生活供水。

雙泉水源地為截引工程，由兩支截引溝組成，2012年雙泉水源地截引地下水量為2 246.94萬 m3，主要承擔文殊灌區(qū)河口村的灌溉任務。

2 區(qū)域地下水影響研究

2.1 水源地概況

嘉峪關市北大河南岸第二水源地位于討賴河南岸，地處文殊山山前斜坡地帶，北側(cè)為討賴河河谷，占地面積約1 km2，地勢自南西向北東方向傾斜，水源地范圍布設7眼探采結(jié)合井，井徑900 mm，管徑600 mm，平均井深160 m；布設兩眼抽水試驗觀測井，用作抽水試驗觀測水位及以后的長觀孔。

水源地開采方案：ZK3開采3 000 m3/d，ZK4開采2 000 m3/d，ZK2開采12 000 m3/d，ZK1、ZK5、ZK6、ZK7各開采8 000 m3/d。

2.2 研究區(qū)水文地質(zhì)模型

2.2.1 研究范圍

根據(jù)西盆地的水文地質(zhì)條件、水源地分布、抽水試驗成果和多年的地下水動態(tài)特征，研究區(qū)主要的地下水補給源為側(cè)向徑流流入和北大河滲漏補給，主要的排泄途徑為人工開采，南部水位埋深120.00～160.00 m，北部水位埋深1.00～10.00 m。因此確定地下水數(shù)學模型范圍西部和西南部以1 755.00 m地下水位等值線為水頭邊界，北部邊界東段為黑山山前自然零流量邊界；南部邊界為文殊山山前自然零流量邊界；東部及東北部為水關峽、大草灘車站、嘉峪關、鱉蓋山—文殊山地帶的側(cè)向流出邊界。整個模型區(qū)呈近似扇形分布，模擬范圍面積243.70 km2。

2.1.2 模型概化

本次研究采用三維流模型，模擬區(qū)含水層內(nèi)部概化為1層潛水含水層組。

模型區(qū)北部邊界東段為黑山山前自然零流量邊界；南部邊界為文殊山山前自然零流量邊界；西部及南部地下水山前徑流帶，地下水基本無人為開采，呈天然狀態(tài)，年內(nèi)地下水水位動態(tài)變幅微弱，因此，將西南部1755.00 m地下水位等值線為給定水頭補給邊界(τ1)；模型區(qū)東部及東北部為地下水側(cè)向流出邊界(τ2)，根據(jù)邊界上游地下水動態(tài)資料給予各流出邊界動態(tài)水頭。

潛水含水層自由水面為模擬區(qū)的上邊界(Γ0)，模型區(qū)地下水位埋深一般大于10 m，且無農(nóng)田、渠系等水利設施分布，故模擬時不考慮垂向降水、凝結(jié)水、渠田水入滲和蒸發(fā)蒸騰；北大河自西南向北東流經(jīng)模型區(qū),按照北大河流量，在對應時期按計算的入滲量進行賦值,河流賦值采用線性梯度，即分別對起始點和結(jié)束點進行賦值，泉水按排水溝處理。模型區(qū)底邊界以區(qū)內(nèi)鉆孔揭露的有效含水層厚度為依據(jù)，結(jié)合物探解譯的第四系厚度綜合給定(Γ4)。

2.3 數(shù)值模擬方法

地下水數(shù)學模型

2.4 模型的識別與檢驗

從地下水流場、觀測井水位擬合進行模型的識別與檢驗，研究區(qū)地下水數(shù)值模型基本上反映了模擬區(qū)地下水流動規(guī)律和特征，驗證了邊界條件的準確性，符合模型模擬區(qū)實際的水文地質(zhì)條件，故可利用該模型進行地下水開采預測。

2.5 模擬結(jié)果分析評價

2.5.1 水位影響

在已建立的地下水現(xiàn)狀水流模型的基礎上，依據(jù)討賴河出山徑流量動態(tài)，調(diào)整地下水補給項，其他水源地開采量保持現(xiàn)狀不變，增加水源地開采井設計開采量(4.9萬 m3/d)，在現(xiàn)狀地下水水位的基礎上(由于各水源地至少已運行3年，現(xiàn)狀地下水水位已基本穩(wěn)定)，分別預測勘探區(qū)水井在設計開采方案下，開采1 a、3 a、5 a、10 a及20 a后對區(qū)域地下水水位的影響。

水源地在運行1 a后地下水水位迅速下降，水源地中心點降深達4.00 m，隨著開采時間的增加，地下水水位降幅變小，開采5 a后，區(qū)域地下水水位趨于穩(wěn)定，不再下降，降落漏斗面積不再擴大，水源地運行對北大河水源地地下水位最大影響為3.30 m，對北大河南岸水源地地下水位最大影響為0.90 m，對嘉峪關水源地地下水位最大影響為0.88 m，對大草灘水源地地下水位最大影響為0.39 m，對雙泉水源地地下水水位最大影響為0.34 m。

2.5.2 水量影響

各水源地含水層厚度為：北大河水源地68.77～151.33 m、嘉峪關水源地為30～80 m、北大河南岸水源地為80～130 m、雙泉水源地為6.86～7.14 m，水源地運行引起的地下水水位下降值僅占各水源地含水層厚度的0.78%～4.96%，故水源地運行對嘉峪關水源地、北大河水源地及北大河南岸水源地水量不會產(chǎn)生影響。

2.5.3 對雙泉水源地截引量影響

在模型中對雙泉水源地建立小區(qū)域的均衡，均衡區(qū)僅包括排水溝所在網(wǎng)格，通過查詢小區(qū)域的均衡，得到均衡區(qū)排水溝的水量，即雙泉水源地截引量。

水源地運行1、3、5 a后，雙泉水源地截引量分別為2 128.53萬 m3/a、2 121.49萬m3/a、2 116.16萬 m3/a，5 a后，截引量不再減少，雙泉水源地截引量減少總量為130.78萬 m3/a，僅占2012年總截引量5.82%；故討賴河南岸輸水工程運行對雙泉水源地影響程度較小。

3 結(jié)語

綜合上述分析，嘉峪關市北大河南岸第二水源地的建設對區(qū)域地下水的影響較小。

[1]謝晶，張百祖. 嘉峪關市水資源開發(fā)利用及用水水平分析. 甘肅農(nóng)業(yè).2013，363(09)：58-60.

[2]張玲，尹政. 甘肅省嘉峪關市水資源現(xiàn)狀及開發(fā)利用程度分析. 甘肅地質(zhì).2011，20(3):75-79.

[3]甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院. 嘉峪關市討賴河南岸輸水工程水文地質(zhì)詳查報告. 2014.7.(內(nèi)部資料)

[4]王國榮. 酒泉西盆地東部地下水多年動態(tài)特征. 地下水.2013,35(4)：95-98.

P641.1

B

1004-1184(2016)06-0031-02

2016-05-23

張玲(1985-)，女，陜西蒲城人，工程師，主要從事水文地質(zhì)勘察、水資源調(diào)查評價工作。