河北省承德縣鞍匠鄉(xiāng)深部承壓含水層理療天然礦泉水允許開采量評(píng)估

商金超

(華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊(duì)，河北 承德 067000)

本項(xiàng)目研究工作區(qū)位于河北省承德縣鞍匠鄉(xiāng)兩間房村南側(cè)，屬于侵蝕構(gòu)造中、低山區(qū)，北、西、南為地表分水嶺，兩側(cè)山體坡陡、沖溝發(fā)育，多條沖溝呈樹枝狀扇形向下匯集往東北徑流，東北鞍匠村處為區(qū)內(nèi)地下水、地表水主要排泄口，構(gòu)成一個(gè)相對完整的水文地質(zhì)單元。區(qū)內(nèi)地下水補(bǔ)給、徑流、排泄受地形、地貌、巖性、構(gòu)造等因素綜合制約[1]。

1 地下水資源評(píng)估原則

(1)運(yùn)用系統(tǒng)論觀點(diǎn)，根據(jù)本區(qū)地下水系統(tǒng)特點(diǎn)，分別采用補(bǔ)給量和排泄量法計(jì)算地下水補(bǔ)給資源。

(2)研究水源地地下水可控性，考慮“三水”轉(zhuǎn)換關(guān)系，利用探采結(jié)合井抽水試驗(yàn)資料，計(jì)算地下水允許開采量。

圖1 工作區(qū)衛(wèi)星圖

(3)水文地質(zhì)參數(shù)，以鉆孔或民井揭露含水層情況來確定。

2 地下水補(bǔ)給資源量

(1)計(jì)算區(qū)的確定。

均衡區(qū)范圍：北部、西部、南部分水嶺至山咀村小橋處，面積193 km2。

補(bǔ)給量法計(jì)算地下水補(bǔ)給量：區(qū)內(nèi)地下水主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給和農(nóng)業(yè)灌溉回滲補(bǔ)給，大氣降水入滲補(bǔ)給資源量主要受降水量和降水入滲條件控制[2]。

計(jì)算公式：

V補(bǔ)=V入滲+V灌回

(1)

式中：V補(bǔ)為年度地下水補(bǔ)給資源量；V入滲為年度大氣降水入滲補(bǔ)給量；V灌回為年度農(nóng)業(yè)灌溉水回滲量，104m3/a。

(2)大氣降水入滲補(bǔ)給量。

計(jì)算公式：

(2)

大氣降水入滲補(bǔ)給量分為基巖裸露區(qū)和第四系覆蓋區(qū)兩部分進(jìn)行計(jì)算：

計(jì)算V入滲=0.05×559.7×10-3×180×106+0.02×559.7×10-3×13×106=518.24×104m3/a=14 198.36 m3/d。

(3)農(nóng)業(yè)灌溉水回滲量。

區(qū)內(nèi)灌溉用水以村為單位按逐年不同作物種植面積、灌溉定額和灌溉次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 地下水農(nóng)業(yè)灌溉用水量統(tǒng)計(jì)表

農(nóng)業(yè)灌溉水回滲量計(jì)算公式如下：

V灌回=V灌×β

(3)

式中V灌回為年度農(nóng)業(yè)灌溉水回滲量，104m3/a；V灌為年度農(nóng)業(yè)灌溉用水量，104m3/a；β為灌溉水入滲補(bǔ)給系數(shù)，主要受包氣帶巖性、地下水埋深、灌溉定額和土地平整程度等影響，本區(qū)表層土壤主要為沖洪積粉質(zhì)黏土，灌溉方式為井灌，水位埋深1～3 m，β取經(jīng)驗(yàn)值0.20。

計(jì)算V灌回=50.80×0.20=10.16×104m3/a。

(4)補(bǔ)給量法計(jì)算地下水補(bǔ)給量。

地下水天然補(bǔ)給資源量為：

V補(bǔ)=V入滲+V灌回

=518.24×104+10.16×104=528.40×104m3/a=14 476.71 m3/d

(4)

(5)地下水資源量的確定。

補(bǔ)給量法計(jì)算地下水天然補(bǔ)給資源量(大氣降水入滲補(bǔ)給量)為518.24×104m3/a(相當(dāng)于14 198.36 m3/d)，農(nóng)業(yè)灌溉水回滲量10.16×104m3/a，最終地下水補(bǔ)給資源量為528.40×104m3/a(相當(dāng)于14 476.71 m3/d)。

3 地下水資源計(jì)算質(zhì)量評(píng)述

(1)根據(jù)水文地質(zhì)概念模型，采用補(bǔ)給量計(jì)算地下水資源量是合理的。

(2)補(bǔ)給量法計(jì)算地下水資源量時(shí)，大氣降水入滲補(bǔ)給量、農(nóng)業(yè)灌溉水回滲量計(jì)算方法合理，計(jì)算公式正確[3]。

(3)由于本次施工鉆孔較少，難以控制整個(gè)計(jì)算斷面的含水層厚度及滲透系數(shù)，計(jì)算精度偏低。

4 水源地礦泉水資源允許開采量

4.1 水源地地下水開采方案

通過地下水資源計(jì)算，本區(qū)地下水多年平均補(bǔ)給資源量為528.40×104m3/a(相當(dāng)于14 476.71 m3/d)，為本區(qū)地下水可持續(xù)利用的資源量。工作區(qū)內(nèi)無大型工礦企業(yè)，地下水開采主要滿足區(qū)內(nèi)少量居民、牲畜生活用水和農(nóng)業(yè)灌溉用水，剩余資源量依然很大。

根據(jù)業(yè)主下達(dá)的任務(wù)要求，水源地采用單井開采天然礦泉水水源。本次勘查工作完成了一個(gè)礦泉水勘探開采井ZK1，進(jìn)行了枯水期、平水期抽水試驗(yàn)，最大降深110.40 m，最大涌水量達(dá)62 m3/d，現(xiàn)根據(jù)抽水試驗(yàn)資料，評(píng)價(jià)地下水允許開采量。

4.2 水源地礦泉水允許開采量評(píng)估

(1)允許開采量預(yù)測。該水源地類型為基巖構(gòu)造裂隙水水源地，其人工開采需水量不大，且地下水天然補(bǔ)給資源量充足，可只計(jì)算取水構(gòu)筑物的總出水量作為允許開采量，取水構(gòu)筑物的總出水量根據(jù)枯水期抽水試驗(yàn)成果按有關(guān)計(jì)算公式進(jìn)行推算。

(2)探采結(jié)合井抽水試驗(yàn)成果。探采結(jié)合井ZK1于枯水期、平水期、豐水期進(jìn)行了單孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 探采結(jié)合井ZK1抽水試驗(yàn)成果表

該含水層由上部基巖風(fēng)化裂隙含水層(25.50～30.60 m)和下部基巖構(gòu)造裂隙含水層(38.9～42.5、86.7～93.3、199.9～206.9、212.5～218.0、249.1～262.0 m)組成，取水段標(biāo)高172.34～473.34 m，上部風(fēng)化裂隙含水層透水性差，補(bǔ)給條件較差，下部構(gòu)造裂隙含水層透水性中等，富水性強(qiáng)，且此段含水層為承壓含水層，水頭高度高出地面28.40 m，造成當(dāng)?shù)叵滤惶幱诨鶐r風(fēng)化裂隙含水層中時(shí)，出水量隨水位降深增加呈直線型增長。

(3)單井允許開采量計(jì)算。根據(jù)含水層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及抽水試驗(yàn)分析，探采結(jié)合井ZK1枯水期抽水試驗(yàn)第二降深S值較為合理，水位降深未超過承壓含水層頂板(含水層頂板埋深199.90 m)，影響半徑為590 m，所以取允許降深L允許=80.00 m進(jìn)行允許開采量的計(jì)算，利用抽水試驗(yàn)法計(jì)算允許開采量過程如下：

W=f(L)線型判斷：

通過計(jì)算x值判斷曲線線型，計(jì)算公式為：

(5)

式中：V1為枯水期抽水試驗(yàn)第一降深涌水量，62 m3/h；L1為枯水期抽水試驗(yàn)第一降深水位下降值，110.40 m；V3為枯水期抽水試驗(yàn)第三降深涌水量，37 m3/h；L3為枯水期抽水試驗(yàn)第三降深水位下降值，52.13 m。

計(jì)算得x=1.32，V=f(L)線型為指數(shù)型。

將抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入指數(shù)公式：

lgV=lga+mlgL

(6)

求得系數(shù)：a=1.8480,m=0.7468，最終計(jì)算水源地單井允許開采量：

V允許=1 194 m3/d=13.82 L/s

4.3 允許開采量保證程度分析

本次工作詳細(xì)查明了水源地邊界和含水層特征，詳細(xì)查明了礦泉水的物理化學(xué)特性，通過抽水試驗(yàn)取得了允許開采量計(jì)算所需參數(shù)，水源井具有豐水期、平水期、枯水期抽水試驗(yàn)資料，已查明礦泉水開發(fā)條件及水源衛(wèi)生防護(hù)條件。

5 結(jié)論

綜上所述，本次通過補(bǔ)給量法計(jì)算本區(qū)地下水資源量為528.40×104m3/a(相當(dāng)于14 476.71 m3/d)，計(jì)算區(qū)內(nèi)地下水補(bǔ)給量分為大氣降水入滲補(bǔ)給及農(nóng)業(yè)灌溉水回滲補(bǔ)給；通過對含水層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及抽水試驗(yàn)分析，評(píng)價(jià)礦泉水資源允許開采量為1 194 m3/d(相當(dāng)于13.82 L/s)。