府谷縣地下水資源開采技術(shù)與可開采量分析

田艷菊

（府谷縣水利工作隊(duì),陜西 府谷 719499）

地處黃土高原的府谷縣降水稀少,地表水資源緊缺,地下水資源開發(fā)利用難度大,為滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展日益增長(zhǎng)的用水需求,需對(duì)地下開采技術(shù)和可開采量進(jìn)行探討。

1 地下水類型

府谷縣境內(nèi)地下水主要為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水和碳酸鹽巖類巖溶裂隙水三大類,其中松散巖類孔隙水主要分布于河谷階地區(qū),含水介質(zhì)為第四系沖洪積砂卵石與下伏碎屑巖風(fēng)化殼構(gòu)成松散巖類孔隙水系統(tǒng)；碎屑巖類裂隙水主要分布在廣大土石梁峁地區(qū), 儲(chǔ)水空間以風(fēng)化裂隙和構(gòu)造節(jié)理裂隙為主；碳酸鹽巖類巖溶裂隙水在區(qū)域上屬于天橋巖溶地下水系統(tǒng)。府谷縣地下水資源有開發(fā)利用前景的地段主要為皇甫川河谷、清水川河谷、孤山川河谷、黃河河谷區(qū)以及碳酸鹽巖類巖溶裂隙水區(qū)。

2 地下水補(bǔ)給方式

府谷縣地下水的主要補(bǔ)給方式為大氣降水入滲補(bǔ)給,其次為農(nóng)灌回歸補(bǔ)給與河流入滲補(bǔ)給,在縣界部分地段還存在地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給。河谷階地區(qū)地下水補(bǔ)給源多、 補(bǔ)給強(qiáng)度大,地下水依地勢(shì)沿河谷徑流；荒漠丘陵區(qū)和構(gòu)造剝蝕丘陵區(qū)所接受的大氣降水入滲補(bǔ)給,主要為溝谷溢出排泄, 形成地表徑流； 開采條件下,地下水的排泄方式還有人工開采與礦坑排水等。 評(píng)價(jià)區(qū)的皇甫川、清水川和孤山川流域地下水均由東西兩側(cè)向中 部河谷區(qū)徑流,總徑流方向?yàn)檠睾恿鞣较蛴杀蔽飨蚰蠔|徑流；悖牛川地下水由兩側(cè)向中 部河谷區(qū)徑流,在悖牛川水源地還存在縣界處的地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給,可視為悖牛川水 源地的側(cè)向地下水徑流補(bǔ)給邊界。

巖溶地下水主要在山西境內(nèi)碳酸鹽巖裸露區(qū)和淺埋區(qū)接受降雨入滲和河流滲漏補(bǔ)給,通過地下水側(cè)向徑流方式由山西省到達(dá)黃河河谷區(qū)。

2.1 大氣降水入滲補(bǔ)給量

大氣降雨入滲補(bǔ)給量采用降水入滲系數(shù)法計(jì)算,公式為：

式中：Q降補(bǔ)為大氣降水入滲補(bǔ)給量,104m3/a；P為多年平均降水量,mm/a；Fi為不同地貌單元的面積,km2；ai為不同地貌單元的降水入滲系數(shù)；n為地貌單元的個(gè)數(shù)。根據(jù)府谷縣氣象站 1954年~2013 年歷時(shí) 60 年的降水量頻率分析結(jié)果,結(jié)合大氣降水入滲補(bǔ)給系數(shù)分區(qū),計(jì)算多年平均及不同保證率的大氣降水入滲補(bǔ)給量。

2.2 農(nóng)灌回歸補(bǔ)給量

利用農(nóng)灌回歸補(bǔ)給系數(shù)進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算公式為：

式中：Q灌補(bǔ)為農(nóng)灌回歸補(bǔ)給量,104m3/a；Q灌i為農(nóng)灌用水毛灌溉定額,m3/（a·畝）；βi為農(nóng)灌回歸補(bǔ)給系數(shù)；Fi為灌溉面積,畝。

結(jié)合《陜西省地方標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)用水定額》（DB61/T 943 -2014）及本次調(diào)查資料,確定區(qū)內(nèi)水澆地凈灌溉定額：黃土丘陵區(qū)及沙蓋黃土區(qū)為 160 m3/（a·畝）～185m3/（a·畝）,清水川、黃甫川、孤山川和悖牛川河谷區(qū)為 200m3/（a·畝）,黃河沿岸等水資源相對(duì)豐富地區(qū)為 250 m3/（a·畝）；菜田凈灌溉定額為 530 m3/ （a·畝） ；苗圃凈灌溉定額為 750 m3/ （a·畝）。渠系利用系數(shù)為 0.75,田間利用系數(shù)為 0.92,根據(jù)實(shí)際情況渠系利用系數(shù)僅存在于地表水灌溉中。

2.3 地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給量

區(qū)內(nèi)地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給主要發(fā)生在縣境內(nèi)碳酸鹽巖類巖溶裂隙水地區(qū)和悖牛川河谷區(qū),地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給采用達(dá)西公式計(jì)算,計(jì)算公式為：

式中：Q側(cè)補(bǔ)側(cè)補(bǔ)為側(cè)向徑流補(bǔ)給,m3/d ；K為含水層滲透系數(shù),m/d；I為水力坡度；H為含水層厚度,m；B為計(jì)算斷面長(zhǎng)度,m。

2.4 河水激發(fā)入滲補(bǔ)給量

在河谷區(qū)開采地下水主要靠襲奪河水的入滲補(bǔ)給,根據(jù)河谷區(qū)的可開采量與激發(fā)入滲補(bǔ)給系數(shù)計(jì)算河水激發(fā)入滲補(bǔ)給量,河水激發(fā)入滲主要發(fā)生在黃河沿岸階地區(qū)和黃河 支流河谷階地區(qū)。激發(fā)河水入滲補(bǔ)給系數(shù)：黃河支流河谷區(qū)取 0.49,黃河河谷區(qū)取 1。

限于篇幅,具體計(jì)算過程不再討論,各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地下水補(bǔ)給量及河水激發(fā)入滲補(bǔ)給量計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 府谷縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)分散取水地下水可開采量成果表

3 地下水開采技術(shù)分析

根據(jù)府谷縣地下水補(bǔ)給方式,可將評(píng)價(jià)區(qū)分為全排型溝域區(qū)與河谷區(qū)。

3.1 全排型溝域區(qū)

在大面積為黃土丘陵區(qū)或沙蓋黃土地區(qū),由于含水層滲透性能差,單井出水量小,不適合采用管井方式集中開采,僅適合采用民井、大口井、引泉引流 等分散的零星供水工程開采。

由于進(jìn)入到含水層中的地下水部分以泉或溢流的形式排泄于地表匯流成河,可在區(qū)內(nèi)各溝域地下水的總排泄口（各溝域溝口）修建水利工程引水,考慮到該 區(qū)煤炭開采及相關(guān)工業(yè)建設(shè)密集且活躍,可能會(huì)成為擬建水庫(kù)水資源的潛在污染源,同時(shí)該地區(qū)蒸發(fā)強(qiáng)烈,河水泥沙含量較高,修建地表水庫(kù)易造成水庫(kù)泥沙淤積問題,故而孤山川中段和悖牛川東側(cè)各溝域不適合修建大的地表水 庫(kù)取水。

另外,考慮到區(qū)內(nèi)各溝域地下水以溢流的方式排泄于地表河流,基本均為全排型,出于對(duì)區(qū)內(nèi)脆弱生態(tài)環(huán)境的保護(hù),丘陵區(qū)擬采用引流方式開采大部分溝域的地下水溢出量。

3.2 河谷區(qū)

河谷區(qū)含水層為第四系沖積層與下伏基巖風(fēng)化裂隙帶所構(gòu)成的統(tǒng)一潛水含水巖組。地下水相對(duì)豐富,水質(zhì)較好,具有供水意義和開發(fā)利用價(jià)值,并且河谷區(qū)地勢(shì)平坦,開采狀態(tài)下還可激發(fā)河水的滲漏補(bǔ)給,開發(fā)利用條件較為優(yōu)越。根據(jù)陜北類似地區(qū)地下水開發(fā)利用工程, 以及取水工程施工經(jīng)驗(yàn),皇甫川、清水川和黃河西側(cè)河谷區(qū)可采用傍河管井和滲渠、滲流井的形式開采地下水；由于氣候條件變化的影響,皇甫川、清水川變成了季節(jié)性河流,使用滲渠開采地下水會(huì)受到斷流影響,為解決這一問題,故皇甫川、清水川和黃河西側(cè)河谷區(qū)可采用滲渠、滲流井以及帶大型蓄水裝置的滲渠的形式開采地下水；黃河河谷的碳酸巖溶裂隙水地區(qū),由于水資源豐富,開發(fā)利用程度較低,可采用深井方式開采地下水。

4 地下水可開采量分析

府谷縣域地下水按照取水工程布局與取水規(guī)模的不同,可分為區(qū)域分散取水和水源地集中取水兩種方式。

4.1 區(qū)域分散地下水可利用量

區(qū)域分散取水的地下水可利用量采用開采系數(shù)法計(jì)算。根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水類型、賦存特征、分布范圍、補(bǔ)徑排條件等,同時(shí)考慮到煤炭資源開發(fā)對(duì)水資源與水環(huán)境的影響,借鑒采用《府谷縣悖牛川取水工程勘察報(bào)告》《孤山川口水源工程水資源論證報(bào)告》《陜西省榆林市府谷縣墻頭—皇甫川水源地詳查報(bào)告》等前人計(jì)算成果,確定的地下水開采系數(shù)為：黃河河谷階地區(qū)為 0.70 ,皇甫川河谷階地區(qū)為 0.60；清水川、 孤山川和悖牛川河谷階地區(qū)為 0.50；石馬川河谷階地區(qū)為 0.40；皇甫川、清水川、孤山 川下段和縣域南西部黃土溝壑區(qū)為 0.2；孤山川西部、孤山川西北部和悖牛川溝域?yàn)?0.15。

區(qū)域分散取水的地下水可開采量計(jì)算結(jié)果見表1。全縣分散取水的地下水可開采量6.35×104m3/d；其中傍河開采激發(fā)河水補(bǔ)給量為 2.26×104m3/d。

4.2 水源地集中取水的地下水可開采量

府谷縣境內(nèi)黃河河谷區(qū)和悖牛川河谷區(qū),蘊(yùn)藏豐富的松散巖類孔隙水和碳酸鹽巖類巖溶裂隙水資源,黃河河谷區(qū)松散巖類孔隙水水源地有孤山川水源地、陰塔水源地、 磧塄水源地和墻頭水源地；碳酸鹽巖類巖溶區(qū)裂隙水的水源地有天橋水源地、浪灣水源 地、清水川水源地和段寨水源地；悖牛川河谷松散巖類孔隙水水源地有悖牛川水源地。各水源地勘察評(píng)價(jià)的地下水資源量見表2。

表2 府谷縣各集中取水水源地勘查與評(píng)價(jià)成果表

孤山川水源地：位于府谷縣孤山川口兩側(cè),北界黃土低山,南臨黃河弧形岸邊,屬黃河一級(jí)階地及漫灘,沿黃河弧形岸邊分布,面積 1.60 km2。水化學(xué)類型以 HCO3－Na·Ca 為主,礦化度 0.6 g/L 左右。地下水 可開采量10.3×104m3/d,為較好的生活飲用水、較差的鍋爐用水。

陰塔水源地：位于府谷縣南部黃河西岸,北起陰塔村,南至崇塔,面積約 0.89 km2。水化學(xué)類型以 HCO3·Cl－ Na·Ca 為主,礦化度 0.5 g/L~0.9 g/L 左右。地下水可開采量 9.8×104m3/d,為較好的生活飲用水、一般鍋爐用水。

磧塄水源地：位于府谷縣南部黃河西岸,距縣城約10 km,北起磧塄鄉(xiāng),南至郭家溝,面積 1.0 km2。水化學(xué)類型以 HCO3－Na·Ca為主,礦化度 0.3 g/L~0.94 g/L 左右。地下水可開采量 5.0×104m3/d,為較好的生活飲 用水和一般鍋爐用水。

墻頭水源地：位于黃河沿岸墻頭農(nóng)業(yè)示范園附近,地貌類型為黃 河堆積型一級(jí)階地,面積約 3.38 km2。水化學(xué)類型以 HCO3·SO4－Na 為主,礦化度小于 1 g/L,總體水質(zhì)較好。地下水可開采量 2.25×104m3d,為較好的生活飲用水和一般鍋爐用水。

天橋水源地：位于府谷縣黃河西岸天橋巖溶裂隙水流域排泄帶的南端,沿黃河西岸分布,成狹長(zhǎng)條帶分布,長(zhǎng)約 1.6 km,寬 200 m~300 m,面積約 0.2 km2。水化學(xué)類型簡(jiǎn)單, 主要為 HCO3型水,礦化度為 0.4 g/L~0.6 g/L,水溫 14 ℃~15 ℃,季節(jié)變化小。地下水可開采量 21.6×104m3/d,為生活、鍋爐和冷卻用水的理想水源。

清水川水源地：位于府谷縣城東北,距縣城 20 km 的黃河西岸清水川與黃河交匯處, 寬度約 0.6 km,沿清水川向西北延伸長(zhǎng)度約 3 km,面積為 1.4 km2。水化學(xué)類型簡(jiǎn)單,主 要為 HCO3－Ca、HCO3－Ca·Mg 型水,pH 值為 7.2~7.7,礦化度為 0.567 g/L~0.636 g/L。 地下水可開采量 4.8×104m3/d,為生活、鍋爐和冷卻用水的理想水源。

浪灣水源地：位于府谷縣城東北,距縣城約 15 km,開采區(qū)面積 0.56 km2。水化學(xué)類 型屬 HCO3－Ca·Mg 型水,礦化度為 0.5 g/L。地下水可開采量 12.9×104m3/d,為較好的生活飲用水、一般鍋爐用水和冷卻用水。

段寨水源地：位于府谷縣城東北約 35 km 的段寨村一帶,面積約 1.8 km2。水化學(xué)類 型為 HCO3·SO4－Ca·Na,礦化度為 0.39 g/L~2.42 g/L,總體水質(zhì)較差。地下水可開采量 0.5×104m3/d,為差的生活用水和差的一般鍋爐用水。

悖牛川水源地：位于府谷縣大昌汗鎮(zhèn)西部悖牛川河谷區(qū),據(jù)府谷縣城 120 km,面積約為 2.3 km2。水化學(xué)類型為 Cl－Na、Cl·HCO3－Na·Ca、HCO3－Ca·Mg,礦化度為 0.438 g /L~2.036 g/L,第四系潛水總體水質(zhì)較好。地下水可開采量 1.0×104m3/d,為較好的生 活飲用用水和較好的一般鍋爐用水。

府谷縣九處水源地地下水可開采量為 68.15×104m3/d。其中,黃河河谷區(qū)集中水源地可開采量為 27.35×104m3/d,巖溶水集中水 源地可開采量為 39.84×104m3/d,悖牛川河谷區(qū)集中水源地可開采量 為 0.96×104m3/d。

5 結(jié)語

受地質(zhì)條件和開采技術(shù)影響,府谷縣地下水資源開采難度較大。經(jīng)過對(duì)府谷縣地下水開采技術(shù)和水資源可開采量的分析計(jì)算,府谷縣地下水總可開采量為 74.52×104m3/d。其中,區(qū)域分散取水的地下水可開采量為 6.35×104m3/d, 水源地集中取水的地下水可開采量為 68.15×104m3/d,為府谷縣水資源開發(fā)利用提供了科學(xué)依據(jù)。