平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)韓家溝水源地水文地質(zhì)特征及地下水資源評(píng)價(jià)

尚菲

摘要：工作區(qū)位于賀蘭褶皺帶南北向構(gòu)造帶與六盤山推覆構(gòu)造帶的復(fù)合部位，在兩者的相互作用下，區(qū)域上主體構(gòu)造表現(xiàn)為一系列的北西向壓性斷裂和褶皺區(qū)內(nèi)地層比較簡(jiǎn)單，分布有二疊系、三疊系、白堊系、新近系和第四系。地下水可供水量的匱缺現(xiàn)已成為制約城市經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸因素之一。本文對(duì)勘查區(qū)水文地質(zhì)特征進(jìn)行詳細(xì)分析，進(jìn)而對(duì)地下水資源進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出合理可行的地下水開采利用方案，為水源地初步設(shè)計(jì)提供地下水資源依據(jù)，為地區(qū)合理開發(fā)利用地下水提供決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)特征；地下水資源；評(píng)價(jià)；平?jīng)鍪?；韓家溝水源地

1.勘查區(qū)水文地質(zhì)特征

1.1水文地質(zhì)概況

根據(jù)地下水的賦存條件和埋藏特征及富水性等，將區(qū)內(nèi)地下水分為基巖裂隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水和松散巖類孔隙水三大類。

（2）碎屑巖類孔隙裂隙水。碎屑巖類孔隙裂隙水指賦存于工作區(qū)內(nèi)二疊系、三疊系礫巖，白堊系以及新近系砂巖、砂礫巖、泥質(zhì)砂巖中的地下水。按其埋藏條件進(jìn)一步分為潛水和承壓水。根據(jù)已有水文地質(zhì)勘查資料，二疊系、三疊系和新近系含水層富水性弱，具有一定供水意義的為白堊系地下水。

（3）松散巖類孔隙水。根據(jù)含水層巖性、分布和埋藏特征，將松散巖類孔隙水劃分為河（溝）谷潛水及黃土潛水。河谷潛水在區(qū)內(nèi)分布最廣，含水層具有埋藏淺、水量豐富、水質(zhì)良好、補(bǔ)給充裕的特點(diǎn)，地下水資源潛力大，具備大規(guī)模集中開采和利用價(jià)值，是目前平?jīng)龀菂^(qū)主要供水水源。

1.2河谷潛水含水層埋藏、分布及富水性

河谷松散巖類孔隙水均為潛水，主要分布于涇河河谷中部的河漫灘和Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地中，Ⅲ級(jí)及以上階地含水層較薄或泥質(zhì)含量高，富水性弱，其中北岸Ⅲ級(jí)階地局部因基底隆起，基本不含地下水。

（1）含水層埋藏、分布及介質(zhì)特征。根據(jù)勘探資料，河谷潛水含水層主要由圓礫和卵石組成，其中卵石含量一般為10%～40%，圓礫含量一般在20%～50%，砂含量介于15%～ 30%，其余為粘性土。以新近系砂質(zhì)泥巖構(gòu)成隔水底板。含水層厚度和地下水水位埋藏深度受地形地貌和第四系基底起伏的控制，沿河谷和垂直河谷方向均呈規(guī)律性變化，局部存在微地貌影響。擬選韓家溝水源地位于涇河上游聚仙橋-韓家溝段，地貌上處于涇河Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地和河漫灘。水源地中心部位有古河道分布，呈東西向展布，在水源地段古河道寬約500m～600m，切割深度1m～3m。擬選水源地地下水位埋深較淺，為4m～11m，含水層主要由圓礫組成，厚度17m～22m。

（2）含水層的滲透性。從水文地質(zhì)參數(shù)分區(qū)圖可以看出，河谷潛水含水層透水性較好，河谷高階地及邊緣，由于含水層的分選性和磨圓度相對(duì)較差，泥質(zhì)含量也較高，滲透系數(shù)較差，一般小于20m/d，其他地段多大于50m/d；古河道及Ⅰ級(jí)階地、現(xiàn)代河床部位，含水層透水性最好，滲透系數(shù)為100m/d～120m/d。擬選水源地段含水層滲透系數(shù)50m/d～ 120m/d，表現(xiàn)出良好的滲透性。

（3）含水層的富水性。根據(jù)已有資料和本次抽水試驗(yàn)資料，勘查區(qū)Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地和河漫灘第四系地下水富水性良好，單井涌水量一般在1000m3/d～3000m3/d，其中在古河道及其附近表現(xiàn)尤為突出，單井出水量普遍大于3000m3/d，最大單井涌水量達(dá)到10102m3/d。涇河北岸Ⅲ級(jí)階地基本不含水，南岸Ⅳ、Ⅴ級(jí)階地單井出水量100m3/d～300m3/d。

1.3河谷潛水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件

勘查區(qū)河谷潛水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件比較復(fù)雜。其補(bǔ)給來源有：河水滲漏補(bǔ)給、上游河谷潛水徑流補(bǔ)給、南部高階地地下水（包括第四系潛水和新近系潛水）側(cè)向補(bǔ)給和降水、渠道及農(nóng)田灌溉入滲補(bǔ)給。其中以河水滲漏或側(cè)向入滲補(bǔ)給、上游地下徑流補(bǔ)給和南部高階地側(cè)向潛流及溝谷潛流補(bǔ)給為主。河谷潛水總的徑流方向是沿河流向自西向東運(yùn)移。潛水現(xiàn)狀主要以地下側(cè)向徑流、溢出地表轉(zhuǎn)化為涇河河水以及少量的蒸發(fā)和開采方式排泄。

1.4地下水動(dòng)態(tài)特征

根據(jù)《甘肅省平?jīng)鍪谐鞘泄┧牡刭|(zhì)詳查報(bào)告》和本次調(diào)查，區(qū)內(nèi)涇河谷及其支溝區(qū)人工開采量小，第四系地下水動(dòng)態(tài)的主要影響因素是氣象和水文。據(jù)此，將區(qū)內(nèi)地下水動(dòng)態(tài)劃分為水文型、徑流型等兩種基本類型。由于區(qū)內(nèi)地下水開采量不大，受人為影響程度小，地下水動(dòng)態(tài)基本保持了天然動(dòng)態(tài)。從1989年取得崆峒鎮(zhèn)水質(zhì)分析資料與本次工作采樣分析結(jié)果比照，勘查區(qū)下游河谷潛水的年內(nèi)水質(zhì)動(dòng)態(tài)受河水流量以及降水和局部灌溉水等的影響產(chǎn)生微小變化，豐水季節(jié)河水、降水等大量補(bǔ)給潛水，水交替強(qiáng)烈，溶解性總固體、總硬度較枯水季節(jié)相應(yīng)低10mg/L～30mg/L，總硬度6mg/L～12mg/L。但實(shí)際變化幅度不明顯。

2.地下水資源評(píng)價(jià)

2.1地表水、地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)

（1）地表水質(zhì)量評(píng)價(jià)

根據(jù)本次涇河地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)告以及收集的崆峒水庫地表水、出口水水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告，對(duì)照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002），采用單因子評(píng)價(jià)方法，崆峒水庫水質(zhì)除總氮超Ⅲ類水1.24倍（水庫出口水）評(píng)價(jià)為Ⅳ類水外，已檢出其他項(xiàng)目均滿足該標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類質(zhì)量要求，符合“地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值”和“集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值”，地表水水質(zhì)較好，經(jīng)處理后可適用于集中式生活飲用水源。

（2）地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)

①生活飲用水水質(zhì)評(píng)價(jià)。以國家現(xiàn)行的《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T14848-93）》作為水源水評(píng)價(jià)依據(jù)，選擇已檢出的氯化物、硫酸鹽等27個(gè)檢測(cè)值，采用單項(xiàng)組分對(duì)比分析和綜合評(píng)價(jià)方法，對(duì)水源地地下水源水進(jìn)行生活飲用水質(zhì)量評(píng)價(jià)。

單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)：

通過單項(xiàng)組分對(duì)比，所選的27個(gè)評(píng)價(jià)因子中，除總大腸菌群因采樣原因?qū)е鲁^《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》要求為Ⅳ類水外，其他各項(xiàng)均滿足該標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到Ⅰ、Ⅲ類水。

綜合評(píng)價(jià)結(jié)果：勘查區(qū)地下水綜合評(píng)分為2.15～7.16，屬《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的良好-較差級(jí)水。從導(dǎo)致綜合評(píng)分值增大的因子來看，主要是由于總大腸菌群采樣不當(dāng)，檢出數(shù)量失真所致。

評(píng)價(jià)結(jié)果表明，擬選水源地地下水水質(zhì)良好，可用于集中式生活飲用水水源。

②一般鍋爐用水水質(zhì)評(píng)價(jià)。依據(jù)《供水水文地質(zhì)手冊(cè)》給出的鍋爐用水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)因子，采用單項(xiàng)組分對(duì)比的辦法，初步判斷地下水作為一般鍋爐用水的優(yōu)劣。

通過水質(zhì)分析資料與鍋爐用水水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比評(píng)價(jià)，區(qū)內(nèi)地下水大部分屬中性-微弱堿性、低污染、中-高礦化中軟-硬水。因此，除硬水適當(dāng)處理外，中軟水完全可用于一般鍋爐用水。但作為其他特殊鍋爐用水時(shí)根據(jù)設(shè)備要求須對(duì)水質(zhì)做重新評(píng)價(jià)并對(duì)水質(zhì)做必要處理。

2.2地下水水量均衡計(jì)算

（1）均衡計(jì)算結(jié)果。整個(gè)勘查區(qū)地下水總補(bǔ)給量1393.37×10⁴m3/a，總排泄量1226.37×10⁴m3/a，均衡差+167.00×10⁴m3/a。其中，擬選水源地地下水總補(bǔ)給量為815.15×10⁴m3/a，總排泄量788.60×10⁴m3/a，均衡差為+26.55×10⁴m3/a。從均衡期始末調(diào)查和長期的地下水位表明，均衡河谷地下水位大部分呈上升狀態(tài)，南岸上升幅度為0.09～0.33m，北岸Ⅰ級(jí)階地地下水位平均上升0.1m；擬選水源地段地下水位均衡始末地下水位0.2m～0.33m。各均衡區(qū)計(jì)算均衡差與調(diào)查均衡期水位變化和觀測(cè)水位動(dòng)態(tài)反映情況一致，與平水年地下水位動(dòng)態(tài)特征相符，說明均衡計(jì)算結(jié)果正確。

（2）地下水儲(chǔ)存量計(jì)算。地下水儲(chǔ)存量反映了含水層容量大小及其調(diào)節(jié)能力。地下水儲(chǔ)存量計(jì)算分區(qū)同均衡區(qū)一致，選擇均衡期內(nèi)最低水位期的平均含水層厚度計(jì)算。含水層厚度按照2014年3月水位埋深初測(cè)量值計(jì)算確定。計(jì)算公式為：

式中：F-計(jì)算區(qū)面積（m2）；H-計(jì)算區(qū)含水層平均厚度（m）；μ-給水度。

經(jīng)計(jì)算，全區(qū)地下水儲(chǔ)存量為1401.37×10⁴m3，其中擬選水源地為251.24×10⁴m3。含水層顯示出較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力。

2.3擬選水源地地下水允許開采量評(píng)價(jià)

擬選水源地地下水現(xiàn)狀主要接受上游地下徑流和支溝及南部高階地潛流、溝谷地表水滲漏等的補(bǔ)給。選擇典型枯水年進(jìn)行補(bǔ)排量均衡計(jì)算得出，枯水年地下水天然補(bǔ)給量674.92×10⁴m3/a，并且還存在有約272.26×10⁴m3/a的地下水溢出量。計(jì)算枯水年地下水儲(chǔ)存量為251.24×10⁴m3。目前僅存在有少量的人工開采，影響程度輕微，地下水基本處于天然狀態(tài)中。

通過數(shù)值法計(jì)算表明，擬選水源地在開采狀態(tài)下，極枯年和枯水年表現(xiàn)為負(fù)均衡，需動(dòng)用部分地下水儲(chǔ)存量可保證開采，所借用的最大65.72×10⁴m3儲(chǔ)存量經(jīng)過一個(gè)平水年或豐水年后即可得到補(bǔ)償。

以2007年為典型極枯年，利用疏干補(bǔ)償法調(diào)節(jié)驗(yàn)算證明，在該極枯水年的枯水期，連續(xù)121天在無涇河地表水補(bǔ)給條件下，開采產(chǎn)生的地下水總疏干量為82.63×10⁴m3，水源地中心最大井壁水位降深沒有超出設(shè)計(jì)最大降深。進(jìn)入4月份后，隨即可得到?jīng)芎铀拇罅繚B漏補(bǔ)給，并歷經(jīng)1個(gè)月的時(shí)間完全補(bǔ)償了枯水期借用的含水層地下水儲(chǔ)存量。其實(shí)上述連續(xù)4個(gè)月的疏干開采，涇河水并未完全斷流，每天仍有少量的滲漏補(bǔ)給。

綜上所述，擬建水源地在現(xiàn)狀開采條件下，能夠?yàn)槌菂^(qū)增加649.70×10⁴m3/a（1.78×10⁴m3/d）的供水量，而且具有較高的保證程度。

擬選水源地地下水質(zhì)經(jīng)評(píng)價(jià)證明：除個(gè)別采樣點(diǎn)因采樣原因造成菌類指標(biāo)超標(biāo)外，其他已檢出各項(xiàng)指標(biāo)均滿足現(xiàn)行的《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T14848-93）》（GB/T14848-93）中的Ⅰ、Ⅲ類水，水質(zhì)良好，適用于集中式生活飲用水水源。

2.4擬選水源地外其他地段地下水允許開采量分析評(píng)價(jià)

勘查區(qū)其他地段是指擬選水源地以外的地區(qū)。根據(jù)勘查區(qū)擬選水源地所在位置和第四系地下水資源均衡結(jié)果，對(duì)水源地下游河谷潛水允許開采量進(jìn)行初步評(píng)價(jià)。水源地上游包括胭脂河因范圍有限，所形成的地下徑流為韓家溝水源地主要補(bǔ)給源，無余量存在。

水源地下游段地下水開采量的多寡雖對(duì)上游水源地?zé)o影響，但對(duì)下游已建養(yǎng)子寨水源地及沿河谷已建其他生產(chǎn)、生活用水產(chǎn)生較大影響，而且過量開采可能引發(fā)如區(qū)域水位持續(xù)下降、水量衰減以及水質(zhì)變異等環(huán)境地質(zhì)問題。據(jù)此，以全區(qū)均衡結(jié)果為基礎(chǔ)，參考天水河谷潛水評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)，將河水滲漏量（295.30×10⁴m3/a）和水源地下游排泄斷面極枯年地下徑流量（375.48×10⁴m3/a）之和的45%作為水源地下游段地下水可開采資源量，即301.85×10⁴m3/a。也就是說，在現(xiàn)采253.49×10⁴m3/a的條件下，實(shí)際可增加的開采量只有48.36×10⁴m3/a。

從以上分析評(píng)價(jià)得出，韓家溝水源地建成后，崆峒古鎮(zhèn)-任家莊涇河河谷段地下水已基本上達(dá)到了采補(bǔ)平衡，開采潛力不到50×10⁴m3/a。

2.5擬選水源地對(duì)下游已建水源地影響程度評(píng)價(jià)

本次選擇勘查完成的韓家溝水源地與下游已建城區(qū)養(yǎng)子寨水源地相距4.20km，同處涇河河谷低階地平原區(qū)。上游擬選韓家溝地下水源地位于涇河南、北兩岸，開采井群沿涇河兩岸布置；下游已建養(yǎng)子寨水源選建在涇河南岸低階地區(qū)，呈雙排建設(shè)，目前建有開采井6眼。已建養(yǎng)子寨水源地和本次勘查完成的韓家溝地下水源地主要以激發(fā)河水補(bǔ)給量和增加上游地下徑流量來保證開采的，兩處水源地含水層均有較強(qiáng)的可調(diào)節(jié)能力，二者相距較遠(yuǎn)。養(yǎng)子寨水源地在保持現(xiàn)狀開采量的條件下，上游韓家溝水源地的開采對(duì)該水源地的補(bǔ)給、開采基本不產(chǎn)生影響。

3.地下水資源開發(fā)利用方案

目前水源地上游地表水及水源地內(nèi)地下水沒有受到污染，經(jīng)勘查評(píng)價(jià)得出，在現(xiàn)狀開采條件下，能夠?yàn)槌鞘性黾拥叵滤砷_采量1.780×10⁴m3/d?，F(xiàn)根據(jù)水源地水文地質(zhì)條件，結(jié)合野外抽水試驗(yàn)和模擬開采方案，以及成井具體位置，提出水源地地下水開發(fā)利用方案。

根據(jù)水源地第四系含水層埋深、厚度及表部碎屑巖類風(fēng)化層裂隙含水層的分布情況等，施工完成的8眼探采結(jié)合井為單井深度40m～45m，井徑500mm，管徑350mm的第四系完整井。井壁管選用壁厚6mm～7mm鋼管，其中濾水管為同徑橋式濾水管。采用深井潛水泵取水，泵頭應(yīng)從地面算起，下入25m～30m的位置。

開采井群沿涇河兩岸布置，井間距一般為300m～400m，其中Z2和Z4兩眼井分別在涇河南、北兩岸，受場(chǎng)地條件限制，井距160m，可選其中一眼作為備用井。各單井設(shè)計(jì)開采量分別是：S1、Z1、Z2、Z3單井開采量2400m3/d，S2、S3、S4、Z4單井開采量2000m3/d。

為保證開采井的使用壽命，本次探采井深的施工依據(jù)，一是考慮到完全控制含水層并保留有足夠的沉淀管長度，滿足《供水管井技術(shù)規(guī)范（GB50296-99）》沉淀管長度不得小于6m要求；二是盡管本次沒有分層抽水試驗(yàn)，但從第四系基底巖芯的破碎程度分析，新近系表部有一定厚度的風(fēng)化帶碎屑巖類潛水存在。成井移交后是泵房建設(shè)時(shí)，應(yīng)墊高泵房地基，并采取一定防護(hù)措施，注意防止涇河、胭脂河洪水對(duì)近岸邊開采井造成的掩埋和回灌。

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