內(nèi)蒙古鄂倫春旗地下水資源開采潛力分析

馮霏+張欣+周陽(yáng)

摘 要： 鄂倫春自治旗位于內(nèi)蒙古呼倫貝爾市東北部，大興安嶺北端主脊線東坡、嫩江西岸，南北兩界橫亙新力齊頂子和伊勒呼里山，全旗總面積59800km2，為呼倫貝爾市國(guó)土面積最大的旗。地形總趨勢(shì)西北高、東南低，由西北端向東南禹分三級(jí)梯次具低中山、低山及丘陵地貌特征。地下水資源開采潛力分析為河谷潛水區(qū)不同地下水系統(tǒng)及富水地段，利用“地下水均衡法”概算的地下水D級(jí)資源量為164.75×108m3/a。

關(guān)鍵詞： 地下水資源； 開采潛力； D級(jí)資源量

1. 地下水形成背景

1.1 氣候特征

地域?qū)俸疁貛Т箨懶陨降厣中蜌夂颍芏趸舸慰撕|北濕冷氣流影響和西伯利亞寒冷空氣控制，具有明顯的寒暑劇變的特點(diǎn)。自治旗地處高緯度寒溫帶，冬季最低氣溫達(dá)零下35℃，夏季最高達(dá)35℃。結(jié)冰期一般由10月至翌年4月末，長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月之久，無(wú)霜期95d，年日照時(shí)數(shù)2532h。

多年平均降水量528.5mm，降水量多集中在6、7、8三個(gè)月內(nèi)，占年降水量的65%～75%。每年11月至翌年3月，月降水量一般<10mm，降水量最大年份（1998年）866.8mm為降水量最小年份（1966年）386.2mm二倍之多。

多年平均蒸發(fā)量1056.2mm主要集中在五個(gè)月之內(nèi)，約占全年蒸發(fā)量70%左右。年最大蒸發(fā)量1153.6mm（1990年），最小蒸發(fā)量1988年903.5mm。

多年平均氣溫-0.4℃，月平均最低氣溫出現(xiàn)在一月份-22.2℃，月平均最高氣溫出現(xiàn)在七月份，為19.3℃。

相對(duì)濕度年平均值66%，七、八月份最高達(dá)80%，五月份最低僅為51%。

1.2 地形地貌

鄂倫春旗位處大興安嶺東坡中北段，大興安嶺山脈主脊線從測(cè)區(qū)西部邊界呈鋸齒狀沿南北向縱貫全旗，發(fā)源于旗東北角“嫩江”由北至南蜿蜒曲折奔流不息逕流出境，以此為界劃分為蒙、黑兩省區(qū)。

旗內(nèi)地形起伏明顯，總體趨勢(shì)西北高、東南低。最高峰位于大興安嶺山脈主脊南端東側(cè)斯木科村西約五千米海拔標(biāo)高1298m，大致向東南分三級(jí)階梯依次為低中山、低山及丘陵地形地貌景觀，最低點(diǎn)在東南隅大楊樹鎮(zhèn)一帶海拔標(biāo)高296m，平均海拔在700m～800m之間。旗境內(nèi)溝谷發(fā)育，切割深度50m～200m。山地植被茂密，以松、樺、楊、柞樹等樹種為主，屬我國(guó)著名的大興安嶺木材產(chǎn)地之腹地，在莽莽林海深處部分丘陵坡地和寬谷洼地已被開墾為農(nóng)田。

按《中國(guó)1∶100萬(wàn)地貌圖制圖規(guī)范（試行）》基本地貌形態(tài)類型分類方案，結(jié)合旗域地貌形態(tài)及成因類型，沿襲“成因”、“形態(tài)成因”及“巖性形態(tài)”三級(jí)劃分法，亦分為構(gòu)造剝蝕、侵蝕堆積及火山地貌三種成因，七種形態(tài)。

1.3 水文

鄂倫春旗境內(nèi)河流發(fā)育，均屬全國(guó)一級(jí)嫩江流域水系，其二級(jí)河流為諾敏河、甘河、多布庫(kù)爾河、古里河等七條。三級(jí)河流奎勒河、畢拉河、馬布拉河、牛爾肯河等，可謂河網(wǎng)密布其水系方向性明顯，以北西向?yàn)橹?，次為南北及近東西向。各主要河流逕流量大，枯水季節(jié)亦不斷流，近年支谷在旱季均出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。限于旗境內(nèi)河流眾多，僅以流域面積占近五分之一諾敏河為例加以說(shuō)明。

諾敏河發(fā)源于旗域大興安嶺主峰東坡西南部，穿行在森林茂密地帶，河道蜿蜒曲折，上游斷面“V”形谷，進(jìn)入主河道呈“U”形寬緩斷面，下游段岔河沙洲明顯，平面形態(tài)呈“樹枝狀”，其支流畢拉河約占流域面積的三分之一。

諾敏河旗內(nèi)長(zhǎng)約255km，流域面積達(dá)19557.82km2。諾敏河下游小二溝水文站2010年～2013年月均流量與降水量關(guān)系，年最大流量605m3/s～1480m3/s，最小流量1.97m3/s～4.03m3/s，平均流量74.9m3/s～200m3/s，年徑流量22.99～63.19×108m3，逕流模數(shù)11.75～32.31×104m3/a·km2。5月～10月約占全年河流逕流總量的94%，其余月份僅占河流逕流總量6%左右。

旗內(nèi)較大湖泊為達(dá)爾濱湖、四方山天池。達(dá)爾濱湖位于諾敏河最大支流畢拉河中上游，長(zhǎng)約3.4km，寬約1.5km。湖面海拔437m，水面面積0.55km2，周邊山體森林覆蓋環(huán)境優(yōu)雅，湖水清澈、水質(zhì)優(yōu)良，屬火山噴發(fā)巖漿堵塞河谷而形成的堰塞湖；四方山天池位于諾敏鎮(zhèn)西北30km，因火山噴發(fā)形成方形而得名，山頂東西長(zhǎng)500m左右，南北寬300m左右，海拔933m。由泉水和雨水匯集而成的天然湖泊。其它規(guī)模較小湖泊有達(dá)來(lái)畢諾湖、石海北緣堰塞湖等。

2. 地下水資源量

地下水資源應(yīng)該為當(dāng)前“開采技術(shù)”能夠從地下含水層汲取，滿足人類不同需求“天然”形成的水資源“數(shù)量”和“質(zhì)量”。通過(guò)鄂倫春旗地下水資源勘查與區(qū)劃工作，從地下水補(bǔ)給、逕流、排泄條件入手，大致查明了主要開采目的層賦存的地下水——河谷潛水區(qū)不同地下水系統(tǒng)及富水地段“水資源”。介于評(píng)價(jià)的地下水以潛水“開采量”“水環(huán)境質(zhì)量”為主要指標(biāo)，對(duì)旗內(nèi)按主要河谷流域范圍劃分為七大地下水系統(tǒng)及相應(yīng)的七處富水地段予以簡(jiǎn)述；

地下潛水主要分布于河谷平原及溝谷地帶，含水層巖性以沖積泥質(zhì)砂礫石為主，厚度8m～27m不等，水位埋深一般小于5m，單井涌水量于所處河谷位置關(guān)系密切，一般上游及遠(yuǎn)離河流地段涌水量小于1000m3/d，中下游及近河流地段在1000m3/d～3000m3/d。

地下水系統(tǒng)潛水水環(huán)境質(zhì)量主要為優(yōu)良（Ⅰ類）水，其次為良好（Ⅱ類）和較好（Ⅲ類）水，少量為（Ⅳ類）較差水。水質(zhì)優(yōu)良的均分布于河谷上、中游地段，較差的均分布于下游和支溝出口處。

2.1 地下水系統(tǒng)

其七大地下水系統(tǒng)計(jì)算的各類開采量及水環(huán)境質(zhì)量（見表1）。

2.2 富水地段

相應(yīng)的富水地段計(jì)算的各類開采量及水環(huán)境質(zhì)量（見表2）。

3. 開采潛力評(píng)估

地下水開采潛力分析的范圍與地下水可開采資源評(píng)價(jià)的范圍相一致，即河谷潛水不同地下水系統(tǒng)及富水地段?；鶐r裂隙水分布不均勻，富水性一般且本地區(qū)暫未開發(fā)利用，因此不進(jìn)行地下水潛力分析。

正確評(píng)價(jià)地下水開采潛力是認(rèn)識(shí)地下水開發(fā)利用程度的有效方法和手段，其結(jié)果對(duì)該區(qū)地下水開采潛力將有一個(gè)清晰的把握。

本次評(píng)價(jià)主要考慮地下水的開采盈余量。

3.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

地下水開采潛力依據(jù)開采潛力指數(shù)作為判定標(biāo)準(zhǔn)，其計(jì)算公式為：

P=Q可開采量/Q現(xiàn)狀開采量 其中：

P—地下水開采潛力指數(shù)；

Q可開采量—地下水可開采量（104m3/a）；

Q現(xiàn)狀開采量—地下水現(xiàn)狀開采量（104m3/a）。

P值的判別指標(biāo)如下：

P>1.2 有開采潛力，可擴(kuò)大開采

1.2≥P≥0.8 采補(bǔ)平衡區(qū)

P<0.8 潛力不足，已超采

潛力輕度不足區(qū)：0.6≤P<0.8

潛力中度不足區(qū)：0.4≤P<0.6

潛力嚴(yán)重不足區(qū)：P<0.4

對(duì)有開采潛力區(qū)可根據(jù)新增開采資源的大小作進(jìn)一步劃分：

潛力較小區(qū)：新增開采資源模數(shù)≤10×104m3/km2·a

潛力中等區(qū)：新增開采資源模數(shù)10～20×104m3/km2·a

潛力較大區(qū)：新增開采資源模數(shù)≥20×104m3/km2·a

3.2 開采潛力計(jì)算與分析

通過(guò)地下水各類資源量等綜合研究、計(jì)算及分析地下水潛力成果的基礎(chǔ)上，對(duì)不同地下水系統(tǒng)及其富水地段進(jìn)行地下水資源潛力分析與計(jì)算。

采用上述潛力指數(shù)計(jì)算方法及判別標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐叵滤_采現(xiàn)狀，分級(jí)指標(biāo)采用“開采潛力指數(shù)”和“新增開采資源模數(shù)”兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)全旗河谷潛水水流系統(tǒng)地下水開采潛力進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)地下水可開采資源量計(jì)算和現(xiàn)狀開采量統(tǒng)計(jì)，對(duì)該旗七個(gè)河谷潛水水流系統(tǒng)及七處富水地段進(jìn)行地下水資源潛力分析，其開采潛力分析結(jié)果見表3。

鑒于當(dāng)?shù)刈匀坏乩項(xiàng)l件、土壤類型和地下水水溫等因素制約，農(nóng)業(yè)灌溉幾乎為零；工業(yè)主要以加工業(yè)為主，高消耗地下水企業(yè)較少；目前城鎮(zhèn)發(fā)展相對(duì)較快，漸已形成集中較大供水區(qū)。

從表3中數(shù)據(jù)分析可知，甘河河谷中心地帶潛水含水層富水地段、多布庫(kù)爾河河谷中心地帶潛水含水層富水地段等，開采潛力指數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1.2，東北部各河谷地帶潛水含水層富水地段開采潛力指數(shù)甚至超過(guò)萬(wàn)倍以上，均為“有開采潛力，可擴(kuò)大開采”，可增加開采模數(shù)均大于20×104m3/km2·a，屬“潛力較大區(qū)”。

表3數(shù)據(jù)表明：

①各地下水系統(tǒng)潛水含水層，開采潛力指數(shù)區(qū)間在42.8～25164.7大于1.2，均為“有開采潛力”，新增開采模數(shù)區(qū)間在29.11～38.13×104m3/a·km2大于20×104m3/a·km2，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步劃分為開采“潛力較大區(qū)”。

②不同富水地段潛水含水層，開采潛力指數(shù)區(qū)間在34.8～17933.7大于1.2，均為“有開采潛力”，新增開采模數(shù)區(qū)間在30.45～41.41×104m3/a·km2大于20×104m3/a·km2，同時(shí)劃分為開采“潛力較大區(qū)”，可適當(dāng)增加開采量。

4. 開采技術(shù)條件

在選取地下水取水構(gòu)筑物的類型時(shí)，要依據(jù)含水層埋深、厚度、富水性以及地下水位、動(dòng)態(tài)和逕流條件，采取適當(dāng)?shù)娜∷畼?gòu)筑物，在不大于可開采資源量的前提下，結(jié)合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件取得較大的地下水開采資源量。

勘查成果表明：該區(qū)主要供水含水層巖性以第四系全新統(tǒng)粉細(xì)砂、中粗砂及含礫中粗砂為主，揭露厚度5m～20m，單井涌水量大，水量豐富或較豐富，地下水位埋藏淺，水質(zhì)良好；評(píng)價(jià)的地下水開采潛力均為“有開采潛力”且“潛力較大區(qū)”。屬“一類一級(jí)”，既松散巖類孔隙潛水、開采潛力較大級(jí)別。

因此，本區(qū)地下水開采目的層僅為分布河谷平原區(qū)的松散巖類孔隙潛水，全區(qū)各大流域或地下水系統(tǒng)從補(bǔ)逕排條件，含水層特征等均具相似性，就不一一單獨(dú)贅述，以下按大、中、小型集中或分散取水方式加以說(shuō)明。

4.1 城鎮(zhèn)集中供水或分散式農(nóng)灌開采

針對(duì)水文地質(zhì)條件為傍河帶狀分布的潛水含水層及“一類一級(jí)”特征，布井方式依河谷走向分兩排錯(cuò)落部署，其它開采技術(shù)條件見表4。

4.2 中小型分散式人、畜飲水開采

含水層巖性主要為第四系全新統(tǒng)粉細(xì)砂、中粗砂，水位埋深小于5m，含水層厚度5m～10m。地下水開采深度一般在8m～15m左右，宜淺鉆或人工錘打注入濾水管成井，管徑2吋～5吋不等，用自吸泵或壓水井提水，可滿足家庭人、畜飲水。

當(dāng)用水量較大時(shí)，亦采用“輻射井”方式加以解決。其開采技術(shù)條件詳見表5。該取水方式亦適用中型集中或分散工、農(nóng)業(yè)用水及居民生產(chǎn)、生活用水開采。

表5 輻射井開采技術(shù)條件一覽表

[特點(diǎn)＼&適合松散巖類含水層、水位埋藏淺的河谷平原區(qū)，由于輻射管的作用，擴(kuò)大了井的影響范圍，提高單井出水量。＼&井位選擇＼&①近河道集取河床滲透水時(shí)，應(yīng)選擇河床穩(wěn)定、含水層較厚、滲透系數(shù)較大地段

②遠(yuǎn)離河、湖，應(yīng)選擇地下水位較淺、滲透系數(shù)較大，地下水易于補(bǔ)給地段。＼&平面布置＼&①取河床滲透水為主時(shí)，集水井設(shè)在岸邊或?yàn)┑?，輻射管伸入河床下。②同時(shí)集取河床滲透水和岸邊地下水時(shí)，集水井設(shè)在岸邊，部分輻射管伸入河床下，部分設(shè)在岸邊。＼&輻射管結(jié)構(gòu)＼&輻射管多采用Φ75-150mm的鋼管，進(jìn)水孔一般采用圓形或條形兩種。圓形孔徑6mm～12mm，孔距30mm左右，呈梅花形交錯(cuò)排列；條形縫寬2mm～8mm，長(zhǎng)40mm～120mm。管長(zhǎng)一般不超過(guò)10m。＼&輻射管施工＼&①人工錘打法：常用12磅～18磅的手錘，將輻射管打入含水層。

②游錘頂進(jìn)法：常用100kg～280kg的撞錘，將輻射管打入含水層。

③千斤頂頂進(jìn)法：常用20噸～80噸的油壓或螺旋千斤頂，將輻射管頂入含水層。＼&]

總之，根據(jù)本地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源的實(shí)際情況，目前及今后一定時(shí)期供水形式主要為集中的工業(yè)用水、城鎮(zhèn)供水、分散的人畜生活、飲用水、少部分農(nóng)灌用水。開發(fā)利用過(guò)程中應(yīng)把握以下原則：

在技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，就近選擇水位埋深淺、水質(zhì)好、開采成本低、輸水距離短的地段取水，根據(jù)供水量決定開采井?dāng)?shù)。

適當(dāng)控制開采量及水位下降程度。無(wú)限量的開采、降落漏斗的擴(kuò)大，可能對(duì)局域生態(tài)環(huán)境帶來(lái)不利影響。

從可持續(xù)利用觀點(diǎn)出發(fā)，合理布局，以期達(dá)到對(duì)水資源的整體規(guī)劃和利用。

5. 地下水開采可能引起的環(huán)境問(wèn)題

隨著社會(huì)的進(jìn)步，城鎮(zhèn)化率的提高，人口將逐步集中產(chǎn)業(yè)要不斷壯大和發(fā)展。鄂倫春自治旗在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，對(duì)水資源的需求將逐漸增大，隨著地下水開采強(qiáng)度的不斷增加，不同程度會(huì)產(chǎn)生一系列環(huán)境問(wèn)題。為保證水資源的合理開發(fā)、永續(xù)利用，又能防止或盡可能減緩環(huán)境變化帶來(lái)的危害，對(duì)可能出現(xiàn)的環(huán)境問(wèn)題應(yīng)予以高度重視。

在地下水開采過(guò)程中可能引起的環(huán)境問(wèn)題大致有三類：①水環(huán)境問(wèn)題；②地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題；③生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。

前已敘及，全旗獲取水資源既經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠的是河谷平原區(qū)松散巖類孔隙潛水，它的特點(diǎn)是：開采成本低；水位埋藏淺；單井涌水量大；水質(zhì)好。但受制于當(dāng)?shù)貪撍癫氐貛鄬?duì)狹窄、含水層厚度薄及分布范圍小等諸因素制約。認(rèn)為目前地下水資源雖豐富，大范圍補(bǔ)給有保證，可具體到某些集中強(qiáng)力汲取地下水開采區(qū)域，可能會(huì)帶來(lái)一些環(huán)境負(fù)效應(yīng)。

首先，長(zhǎng)期集中開采區(qū)域地下水位大幅度下降。其內(nèi)因與潛水含水層自身結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，在遇多年枯水年份不利氣象要素影響下，地下水獲得的補(bǔ)給量減少，將逐步消耗有限的儲(chǔ)存量，水位隨之下降，降落漏斗逐步擴(kuò)大。這一長(zhǎng)期演變過(guò)程，造成取水構(gòu)筑物單井出水量減少或報(bào)廢；同時(shí)滲流場(chǎng)的變化，河湖不潔凈的地表水、工業(yè)廢水、生活污水極易滲入地下，給地下水造成污染；隨著地下水位降低，氧氣將進(jìn)入被疏干的含水層，使原先處于還原環(huán)境下的硫、鐵、錳以及氮的化合物氧化，一些不溶解或不易溶解的化合物變得易于溶解，從而使地下水中鐵、錳、鈣、鎂以及硫酸根離子含量大大增加，地下水的礦化度、硬度亦隨之升高。此應(yīng)屬水環(huán)境問(wèn)題。

其次，集中開采區(qū)域地面塌陷。大部易采含水層為第四紀(jì)以來(lái)形成的松散堆積物，其顆粒成分混雜、分選性差、粘性物質(zhì)含量高。在抽水過(guò)程中，一方面細(xì)粒粘性物亦被地下水?dāng)y帶而出；另一方面隨著抽水的繼續(xù)發(fā)展，地下水位逐漸下降，含水層被逐漸疏干，在上覆有效應(yīng)力作用下，孔隙度發(fā)育的含水層被失水壓密，進(jìn)而引起土層的固結(jié)壓縮而發(fā)生地面塌陷。這一地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題是緩慢而漸變的，一般不宜引起大的注意，因?yàn)橄噜徍畬拥尼屗畨好茉诳臻g上是減幅的，即壓密是由抽水層近側(cè)向遠(yuǎn)側(cè)變?。辉跁r(shí)間上是滯后的，即由近抽水層一側(cè)向遠(yuǎn)側(cè)發(fā)生；一旦發(fā)生往往是不可逆的，大部分不可消除。

對(duì)于上述可能發(fā)生的區(qū)域性地下水水位下降和局域性地面塌陷，目前狀況下，較有效的控制辦法是適當(dāng)減少地下水的開采量，代以利用凈化處理的地表河水；抑或擴(kuò)大開采范圍，避免集中式開采潛水；從而減輕對(duì)松散巖類孔隙潛水的開采壓力。

多數(shù)溝谷潛水區(qū)，地下水開采較分散，且能獲得大氣降水、地表水、山區(qū)基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給，遇干旱年份地下水位雖有較為普遍的下降，但下降幅度有限，且短期內(nèi)能迅速恢復(fù)，不至于發(fā)生植被退化、土地板結(jié)等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。

值得注意的是：開發(fā)利用的松散巖類供水目的層，含水層厚度薄、水位埋藏淺、滲透性強(qiáng)、與地表水互補(bǔ)，極易受到污染。因此，無(wú)論集中供水水源地或分散汲取地下水，衛(wèi)生防護(hù)工作是保證供水安全的首要任務(wù)，對(duì)于水源地上游匯水范圍應(yīng)嚴(yán)加防護(hù)，以免受到工業(yè)廢水、生活污水、人畜排泄物的污染，從而造成地下水水質(zhì)發(fā)生不利變化。