基于Arcgis和Google earth的礦區(qū)水文地質(zhì)評價(jià)研究

汪 云，亓 明，劉 蕾，楊海博，趙 耀，韓智昕

（1.中國冶金地質(zhì)總局山東正元地質(zhì)勘查院，山東 泰安 271000；2.萊蕪市國土資源局萊城分局，山東 萊蕪 271100）

關(guān)鍵字：Arcgis；Google earth；礦區(qū)；水文地質(zhì)

目前針對礦區(qū)水文地質(zhì)分析與地下水涌水量計(jì)算方面的研究較少，而流域面積圈定的準(zhǔn)確程度決定著流域內(nèi)水資源量計(jì)算的準(zhǔn)確性。

往往在無地形圖條件下進(jìn)行圈定的時(shí)候，由于人為原因，勢必會出現(xiàn)一定的誤差。本文運(yùn)用Arcgis法和Google earth法對礦區(qū)周邊地下水情況進(jìn)行計(jì)算和反算，最終得出合理的結(jié)果；運(yùn)用單因子指數(shù)法進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)和分析超標(biāo)原因。

1 計(jì)算評價(jià)實(shí)例

1.1 礦區(qū)水文地質(zhì)概況

樺甸市夾皮溝礦區(qū)地層位于華北區(qū)的遼東分區(qū)，大地構(gòu)造位置位于Ⅰ中朝準(zhǔn)地臺—Ⅱ遼東臺隆—Ⅲ鐵嶺～靖宇抬拱—Ⅳ龍崗斷塊。

地層主要由一套混合礦化作用強(qiáng)、變質(zhì)深，具有黑云角閃質(zhì)建造的各種混合礦物組成[1]。區(qū)域構(gòu)造為以花崗山脈為核心的復(fù)式褶皺，由一系列段軸褶皺系的穹隆和盆地組成。礦區(qū)周邊地下水類型主要有兩類即松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙水。

研究區(qū)內(nèi)松散巖類孔隙潛水化學(xué)類型為HCO3-Ca-Mg或HCO3-Cl-Ca-Mg型，礦化度小于0.5g/L，PH值為5～7.3，總硬度為4g/L～16g/L；基巖裂隙水化學(xué)類型為HCO3-Ca。礦化度低于0.5g/L。

1.2 研究礦區(qū)地下水流域面積的圈定

利用Google earth軟件標(biāo)尺中的路徑功能結(jié)合流域定義和真實(shí)的地形條件進(jìn)行圈定，然后將圈定圖像導(dǎo)入CAD中，根據(jù)Google earth上顯示的比例尺進(jìn)行面積計(jì)算。首先將地理空間數(shù)據(jù)云提供的樺甸市DEM數(shù)據(jù)導(dǎo)入Arcgis軟件[2]，通過出水口坐標(biāo)找到流域出水口，利用面要素shapefile大致圈定研究區(qū)域，對圈定的大致區(qū)域上進(jìn)行掩膜提取，通過水文分析工具對掩膜提取后的區(qū)域進(jìn)行填洼處理，在無填洼的DEM基礎(chǔ)上確定研究區(qū)流向，確定流量，最后提取分水嶺進(jìn)而劃分出去所研究的流域。將自動生成流域的DEM通過轉(zhuǎn)換工具中的柵格轉(zhuǎn)面工具對生成的流域面積進(jìn)行計(jì)算。

1.3 礦區(qū)周邊地下水資源量計(jì)算

借助Arcgis軟件中水文分析工具計(jì)算圈定礦區(qū)地下水流域面積為47.06km2，根據(jù)地形情況圈定匯水區(qū)域即流域面積為47.56 km2，其中圈定河谷平原面積為2.28 km2。

經(jīng)兩種方法計(jì)算夾皮溝河流域多年平均地表水資源量為1764.75×104m3和1783.50×104m3，徑流系數(shù)均為0.462。

根據(jù)分析礦區(qū)的地質(zhì)與水文地質(zhì)條件結(jié)合《專門水文地質(zhì)學(xué)》中不同巖性和降水量的平均年降水入滲補(bǔ)給系數(shù)值確定研究區(qū)河谷平原的的降雨入滲系數(shù)α=0.20，經(jīng)計(jì)算得夾皮溝河流域松散巖類孔隙水量為24.02×104m3和22.61×104m3，基巖裂隙水總量為220.69×104m3和222.10×104m3，區(qū)內(nèi)地下水資源量總計(jì)為244.71×104m3。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果對基巖裂隙水補(bǔ)給模數(shù)進(jìn)行反算，Arcgis圈定法基巖裂隙水補(bǔ)給模數(shù)反算結(jié)果為4.93×104m3/a·km2，Google Earth圈定法基巖裂隙水補(bǔ)給模數(shù)反算結(jié)果為4.90×104m3/a·km2，兩種方法反算基礦區(qū)降水入滲系數(shù)均為0.04，因?yàn)檠芯繀^(qū)內(nèi)存在一部分花崗巖和變質(zhì)巖，因此反算結(jié)果均合理可靠，故兩種方法在計(jì)算礦區(qū)水文地質(zhì)分析與地下水涌水量計(jì)算均可作為參考。根據(jù)夾皮溝礦區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)情況確定松散巖類孔隙水可開采系數(shù)為0.75，基巖裂隙水可開采系數(shù)為0.20，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 夾皮溝河礦區(qū)周邊地下水可開采量計(jì)算表

1.4 礦區(qū)地下水質(zhì)量及礦物質(zhì)含量分析

本文采用單因子指數(shù)法，對照生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-2006）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)計(jì)算。當(dāng)單項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)＞1時(shí)，表示該礦區(qū)水質(zhì)參數(shù)所表征的污染物已滿足不了標(biāo)準(zhǔn)要求，水體已受到污染；反之，則滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

由評價(jià)結(jié)果分析可知，夾皮溝選礦廠附近河水水樣除Mn外，其余各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-2006）。

Mn超過生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)且標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)為2.29，主要原因是，河谷地層中Mn含量相對較高，致使河流附近的地下水中Mn含量相對較高，當(dāng)?shù)叵滤a(bǔ)給地表水時(shí)，導(dǎo)致地表水中Mn含量也相對較高；其次當(dāng)?shù)乇硭鹘?jīng)地表時(shí)，溶濾了地層中的Mn，導(dǎo)致河水中Mn含量較高，該區(qū)碳酸鹽硬度＞50%。

2 結(jié)論

（1）采用單指標(biāo)指數(shù)法對夾皮溝河流域水質(zhì)量評價(jià)結(jié)果為選礦廠附近河水和地下水中Mn均超標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)分別為2.29、2.57。

經(jīng)分析超標(biāo)原因是夾皮溝河流域存在Arcgis圈定的2.28km2和Google earth圈定的2.54km2河谷平原地貌，分別占整個(gè)流域面積的4.84%和5.34%，初步分析是由于地層中含錳等造巖礦物，在腐殖酸作用下，錳元素從礦石中析出所導(dǎo)致。

（2）Arcgis水文分析工具和Google earth軟件在礦區(qū)地下水流域面積圈定上合理可靠，圈定的面積可作為水資源量計(jì)算依據(jù)。