慶陽(yáng)市西峰區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查研究

胡愛(ài)萍 楊 陽(yáng) 賈工作 杜 婷 張建香

(1隴東學(xué)院 土木工程學(xué)院，甘肅 慶陽(yáng) 745000；2慶陽(yáng)市水務(wù)局，甘肅 慶陽(yáng) 745000；3甘肅省高校黃土工程性質(zhì)及工程應(yīng)用省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 慶陽(yáng) 745000）

1 引 言

據(jù)調(diào)查，中國(guó)的水資源總量28000億m3，能夠占到世界總淡水儲(chǔ)量的6%，可以稱得上是資源豐沛。但由于人口總數(shù)的原因，人均淡水含量2000m3左右，只有世界平均水平的25%，是世界上最主要的水資源貧乏的國(guó)家之一[1-3]。城市作為地區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)和文化中心,人口密集,工業(yè)聚集,用水量大,要求保證程度高。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,城市缺水特別是北方城市缺水問(wèn)題已非常突出,缺水范圍正不斷擴(kuò)大,缺水程度日趨嚴(yán)重[4]。慶陽(yáng)市位于甘肅省東部，習(xí)稱“隴東”，管轄西峰區(qū)、慶城縣、華池縣、合水縣、正寧縣、鎮(zhèn)原縣、寧縣、環(huán)縣八個(gè)縣（區(qū)），位于較嚴(yán)重缺水地區(qū)。西峰區(qū)是慶陽(yáng)市的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，地處慶陽(yáng)市中南部，北靠慶城縣，南接寧縣，西和鎮(zhèn)原縣毗鄰，東與合水縣相望，其地理坐標(biāo)為：東經(jīng)107°27′42″～107°52′48″，北緯35°25′55″～35°51′11″之間，屬陜、甘、寧三省區(qū)金三角地帶。氣候?qū)贉貛О霛駶?rùn)氣候，境內(nèi)全年光照充足，氣溫適宜，四季分明[5-6]。年平均氣溫10.1℃，最高氣溫35.9℃，最低氣溫-22.6℃，平均無(wú)霜期168天，年均日照時(shí)間2392.1小時(shí)。多年平均降水量526.7mm，降水年際變化大，通過(guò)對(duì)西峰區(qū)2003～2013年均降水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，年最大降水量828.2mm（2003年），年最小降水量391.3mm（2008年）[7-10]；降水集中于一年的7～9月，且常以大雨、暴雨的形式降落，占全年降水量的55%～70%，冬季降水僅占全年降水量的3%，年平均蒸發(fā)量1474.3mm，為降水量的2.62倍[7-9]。年平均相對(duì)濕度65%，最大凍土層深度82cm。針對(duì)該區(qū)域的水文地質(zhì)條件進(jìn)行調(diào)查研究，不僅可以豐富整個(gè)區(qū)域的水文地質(zhì)概況，而且可以為慶陽(yáng)市的安全發(fā)展和水資源的進(jìn)一步開發(fā)利用提供有力的保障和科學(xué)依據(jù)。

2 地質(zhì)條件

2.1 地形特征

西峰區(qū)地勢(shì)北高南低，總體地形中間高，四周低，其所在董志塬區(qū)，呈“龜背”狀，塬面被馬蓮河、蒲河及其支溝切割的支離破碎，但仍不失為全國(guó)最大最完整的塬區(qū)之一，塬邊由于流水的強(qiáng)烈侵蝕切割，尤其是線狀侵蝕的結(jié)果，形成了溝壑縱橫支離破碎的各種黃土地貌形態(tài)[10]。

董志塬的地勢(shì)就塬面而言，平坦而完整，呈南北向展布，東西兩側(cè)為馬蓮河與蒲河的次一級(jí)支溝分割成近東西向的條狀殘塬，塬面高程介于1300～1455m之間，處于塬中心的西峰區(qū)，海拔高程為1400m，總的地勢(shì)是北高南低，塬面微向南東方向傾斜，地形坡度在5.6‰～8.3‰之間，由塬中心向塬邊方向，地形坡度由10‰增大到20‰以上。由于董志塬四周鄰溝，塬面與溝床（溝底）高差在200～300m之間，相對(duì)高差東南部顯著大于西北部。

圖1 西峰區(qū)地形坡度圖

利用1∶5萬(wàn)DEM數(shù)據(jù)對(duì)西峰區(qū)地形進(jìn)行坡度因子提取，若以10°為基本單元?jiǎng)澐?，則整個(gè)西峰區(qū)＜10°的面積占57.42%，10°～20°占22.122%，20°～30°占16.57%，30°～40°占3.786%，40°～50°占0.098%，50°～60°的地段極少，多為陡崖、斷壁，由于坡度過(guò)大，投影在平面上面積較小，占0.003%，如圖1所示。

圖2 西峰區(qū)地貌圖

2.2 地貌特征

根據(jù)地貌成因及其形態(tài)特征，可將西峰區(qū)地貌劃分為以下三種類型，如圖2所示。

1）黃土塬

黃土塬為四周被溝谷切割的平坦高原。塬面寬闊，塬中心傾角一般小于1°，塬邊以3°～8°的坡度向周邊緩傾，塬側(cè)溝谷發(fā)育，溯源侵蝕強(qiáng)烈，切割深度為200～300m，其中下游溝底較寬，下白堊系常裸露于溝側(cè)。此地貌區(qū)為西峰區(qū)人口集中居住地，人類經(jīng)濟(jì)工程活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的破壞大。

2）黃土殘塬梁峁溝壑

黃土梁多呈長(zhǎng)條形，一般近東西向延伸。梁頂寬度一般為100～450m。梁側(cè)坡度較陡，可達(dá)25°～30°，梁間水系發(fā)育，溝谷多呈“V”型，下游為“U”型。黃土峁系黃土梁繼續(xù)侵蝕而成，呈園形或橢園形，峁頂呈穹形，寬約500～800m，長(zhǎng)一般1000～1500m。兩峁之間常成鞍狀相連，相對(duì)高差20～40m，水系發(fā)育密度較梁區(qū)為大，溝谷切割深度40～80m，相對(duì)高差150～200m，梁峁在地域分布上并存。

3）堆積侵蝕河谷

發(fā)育于黃土高原的溝谷，主要有蒲河、蓋家川等，各河流及其主要支流不同程度地發(fā)育有河漫灘與Ⅰ～Ⅴ級(jí)階地，除河漫灘及Ⅰ級(jí)階地外，其余階地以基座式階地為主，其上為黃土披覆。

2.3 地層巖性特征

西峰區(qū)內(nèi)出露地層主要為白堊系和第四系地層，從老到新分述如下：

1）下白堊統(tǒng)環(huán)河組（K1h）：為一套雜色的泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾細(xì)砂巖。出露于蒲河河谷左岸，屬河漫灘相為主的河湖相的沉積。

2）下白堊統(tǒng)羅漢洞組（K1lh）：巖性上部為棕紅色中細(xì)砂巖夾薄層泥巖，泥質(zhì)膠結(jié)，較疏松，下部為砂巖、砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)砂巖互層。砂巖以石英長(zhǎng)石為主，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，孔隙性較好，具大型水平層理和斜交層理。泥質(zhì)砂巖致密較硬，具水平層理，總厚70～100m，出露于蒲河左岸及一級(jí)支溝溝底，屬河流相堆積。

3）第四系（Q）：廣泛分布于全區(qū)，主要為黃土、次生黃土和沖洪積物，如表1所示。

表1 第四系地層一覽表

3 水文條件

3.1 地表水系

西峰區(qū)屬黃河流域渭河水系，全區(qū)主要河流有涇河一級(jí)支流蒲河和馬蓮河一級(jí)支流硯瓦川、趙家川，如圖3所示。分別流經(jīng)區(qū)境的西部和東部，水量充沛，其中蒲河水質(zhì)好，是西峰區(qū)工農(nóng)業(yè)和人民生活用水的可靠水源，馬蓮河水質(zhì)差，無(wú)法利用。蒲河發(fā)源于環(huán)縣廟兒掌一帶，由西北流向東南，為常年性水流，流域面積為1003km2，多年平均徑流量為2.428×108m3，多年平均流量為7.7m3/s。一年內(nèi)流量隨季節(jié)變化明顯，其流量主要集中在7、8、9月，占全年的50%～60%，其它月份流量小，多年平均含沙量236Kg/m3，最大泥沙含量出現(xiàn)在7、8、9月份為992Kg/m3。水質(zhì)較好，礦化度2g/L以下。該河在西峰區(qū)境內(nèi)長(zhǎng)50.5km，毛家河段面多年平均徑流量2.22×108m3，流域多年平均徑流深30.9mm。

圖3 慶陽(yáng)市西峰區(qū)水系圖

圖4 馬蓮河雨落坪站多年月平均徑流量分配柱狀圖

馬蓮河是涇河最大的一級(jí)支流，發(fā)源于寧夏回族自治區(qū)鹽池縣東南部麻黃山，由北向南流，上游稱環(huán)江，干流流經(jīng)鹽池、環(huán)縣、慶城縣、合水縣（以下稱馬蓮河）、寧縣等縣，于寧縣政平匯入涇河，全長(zhǎng)366km，流域面積19080km2。多年平均徑流量為4.47×108m3，多年平均流量為14.17m3/s，汛期最大洪峰流量可達(dá)4200m3/s，多年平均含沙量294kg/m3，最大1050kg/m3，礦化度6～8g/L，且有多項(xiàng)元素超標(biāo)，水質(zhì)差，污染嚴(yán)重，不宜作為飲用水和灌溉水水源。流經(jīng)本區(qū)內(nèi)的馬蓮河支流主要有蓋家川、硯瓦川等，均屬季節(jié)性水流，一般每年10月至翌年6月常常斷流，馬蓮河雨落坪站多年月平均徑流量如圖4所示。

3.2 地下水

西峰區(qū)區(qū)內(nèi)地下水按其賦存條件主要分為兩大類：第四系松散巖類孔隙裂隙潛水和下白堊系碎屑巖類孔隙裂隙承壓水。

3.2.1 松散巖類孔隙裂隙潛水

松散巖類孔隙裂隙潛水分為黃土潛水和河谷松散巖類孔隙水。

1）黃土潛水分布于黃土塬區(qū)，含水層多處于中更新統(tǒng)離石黃土上層的下部，為孔隙裂隙水，厚度變化較大，黃土潛水接受大氣降水的入滲補(bǔ)給，潛水由水頭較高的塬心向水頭較低的塬邊徑流，由于黃土顆粒較細(xì)，地層滲透系數(shù)介于0.4～0.8m/d之間，徑流相對(duì)緩慢，決定了塬區(qū)潛水的埋深具有其獨(dú)特風(fēng)格。首先，潛水面的形態(tài)呈“饅頭狀”突起，塬中心水位埋深較淺（30m），至塬邊水位埋深逐漸變深（大于70m），在塬邊潛水水力坡度可達(dá)60%以上。其次，由于人為因素和局部微地貌的影響，黃土潛水埋藏上的局部差異性較為明顯。由于過(guò)量開采，西峰區(qū)水源范圍內(nèi)潛水位急劇下降，形成面積不等的兩個(gè)地下水“漏斗”，漏斗中心潛水埋深達(dá)到40-50m，如圖4所示。此外，塬內(nèi)負(fù)地形和較大的積水池塘周圍，潛水位局部抬升，形成地下水“鼓丘”。塬區(qū)黃土潛水的排泄，除人為開采外，多以泉的形式溢出排泄，單泉流量一般小于0.1L/S。潛水水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg型和HCO3-Mg·Ca型水，礦化度0.39～0.41克/升，屬淡質(zhì)潛水類型，適合于工農(nóng)業(yè)和生活用水。在西峰城區(qū)及其鄰近地區(qū)，潛水礦化度略高于外圍，一般為0.43克/升，個(gè)別達(dá)到0.49克/升，這與城區(qū)的輕度污染有關(guān)。

2）河谷潛水廣泛分布于全區(qū)的各溝谷中，主要有馬蓮河、蒲河等。含水巖性為粗砂、圓礫。河谷潛水的水位、水質(zhì)、水量動(dòng)態(tài)受氣象因素影響，具有明顯的季節(jié)變化性。

潛水除受大氣降水補(bǔ)給外，近河地段在洪水季節(jié)還接受地表水的回補(bǔ)。地下水自高處往低處徑流，只是由于各處水力坡度及含水層透水性的不同，徑流速度不同，流向與河流基本一致。排泄往往貫穿于其徑流過(guò)程的始終，二者轉(zhuǎn)變平凡，主要以泉和滲流形式存在河谷旁階地陡坎下排泄，或直接向河水排泄。

圖5 董志塬水文地質(zhì)剖面示意圖

3.2.2 碎屑巖裂隙、孔隙水

碎屑巖裂隙、孔隙水賦存于白堊系泥巖、砂巖中，含水層分布廣、厚度大、水量豐富。承壓水動(dòng)態(tài)在天然狀態(tài)下變化不大，呈現(xiàn)基本穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)類型，承壓水位動(dòng)態(tài)變化有季節(jié)性，一般高水位出現(xiàn)在4、5、6月份，低水位出現(xiàn)在11、12月及翌年1、2月份，其它為平水期，年總變幅為2.5m。

由于上覆層為第四系黃土及第三系紅色泥巖，難以直接接受大氣降水的入滲補(bǔ)給，其主要補(bǔ)給源來(lái)自上游承壓水的側(cè)向補(bǔ)給或潛水的越流補(bǔ)給，在本區(qū)西部接受來(lái)自六盤山地下徑流的側(cè)向補(bǔ)給。

含水層特征：

1）環(huán)河組：含水層為泥質(zhì)砂巖、泥巖、粉砂巖，水頭高度20-37.7m，單井涌水量1000-2080m3/d，水質(zhì)西好東差，礦化度0.34-7g/L。

2）羅漢洞組：主要分布在蒲河河谷地區(qū)，含水層為砂巖，水頭高度6.0-6.4m，單井涌水量500-2000m3/d，南部水質(zhì)較好，礦化度一般1-2g/L，北部水質(zhì)較差，礦化度3-10g/L。

潛水與承壓水在徑流沿途亦向河流排泄，馬蓮河、涇河、蒲河等向下游沿途水量逐漸增大就是例證。最終在馬蓮河與涇河交匯處的下游馬欄一帶，排泄出區(qū)外。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)慶陽(yáng)市西峰區(qū)水文地質(zhì)進(jìn)行深入調(diào)查研究，可以得到以下結(jié)論：

1）區(qū)域內(nèi)主要地貌由黃土塬面、黃土殘塬梁峁溝壑以及堆積侵蝕河谷組成，區(qū)域內(nèi)溝谷非常發(fā)育，大部分地帶斜體臨空面較大，形成了高密度大高差地形，為滑坡、不穩(wěn)定斜坡和泥石流的形成創(chuàng)造了有利條件，是區(qū)域內(nèi)災(zāi)害多發(fā)的一項(xiàng)重要因素；

2）區(qū)域內(nèi)主要地表水系由涇河一級(jí)支流蒲河和馬蓮河一級(jí)支流硯瓦川、趙家川組成，其中蒲河水質(zhì)好，是西峰區(qū)工農(nóng)業(yè)和人民生活用水的可靠水源，馬蓮河水質(zhì)差，無(wú)法利用；

3）區(qū)域內(nèi)地下水系主要分為第四系松散巖類孔隙裂隙潛水和下白堊系碎屑巖類孔隙裂隙承壓水，其中第四系松散巖類孔隙裂隙潛水自高往低處流動(dòng)，方向與河流方向基本一致，多由大氣降水補(bǔ)給外和洪水季節(jié)地表水回補(bǔ)，排泄主要以泉和滲流的形式向河流排泄，下白堊系碎屑巖類孔隙裂隙承壓水主要接受來(lái)自六盤山地下徑流的補(bǔ)給，在徑流沿途向河流排泄。

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