某區(qū)地下水賦存條件與規(guī)律評價(jià)分析

高淑紅

(齊齊哈爾市水資源中心，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

0 前 言

水資源是人類賴以生存和發(fā)展的自然資源，隨著我國城市化、工業(yè)化進(jìn)程的加快，城市供水安全問題逐步顯現(xiàn)，水環(huán)境問題日益突出，水資源短缺、水污染已成為影響和制約城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素。因此，加強(qiáng)水資源的詳查工作是一項(xiàng)重要工作，迫在眉睫。本次工作的主要目的是為適應(yīng)城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，為地下水資源的合理開發(fā)、高效利用、科學(xué)管理、有效保護(hù)提供依據(jù)。

1 水文地質(zhì)條件

詳查區(qū)位于松嫩平原西部，嫩江由北向南流經(jīng)測區(qū)東南部。區(qū)內(nèi)地貌單元為沖湖積低平原和沖積河谷平原。地形平緩，坡度較小。較厚的第四紀(jì)松散堆積物中蘊(yùn)藏著極其豐富地下水資源。地下水的賦存條件與分布規(guī)律嚴(yán)格受其地質(zhì)、構(gòu)造、地貌、巖性、氣候等諸多因素的控制。

2 地下水類型與富水性

為正確的評價(jià)富水性，劃分富水性等級(jí)，孔隙潛水富水性按統(tǒng)一口徑273mm，降深為5m時(shí)的單井換算水量；孔隙承壓水和裂隙孔隙承壓水富水性按統(tǒng)一口徑273mm，降深為15m時(shí)的單井換算水量，作為富水性等級(jí)的劃分依據(jù)。

2.1 第四系孔隙潛水含水巖組(Q3、Q23、Q4)

該含水巖組遍布全區(qū)，水量較豐富，水位埋深一般6-12m，河谷平原區(qū)水位埋深<4m，年水位變幅0.5-2.28m。底板埋深47.5-58.8m。該含水巖組中部20-30m之間夾有一層細(xì)顆粒的粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，粉土、含泥質(zhì)砂層及砂、含礫砂層，厚度一般1.50-6.50m，最厚14.50m。其中黏土層厚度一般<7m，局部缺失，相變?yōu)榉弁?、含泥質(zhì)砂層。該層上部含水層巖性以中、粗砂為主，細(xì)砂次之；其下部以礫砂為主，粗砂次之。該含水巖組巖性一般具有上部細(xì)下部粗的規(guī)律。含水層總厚度一般30.00-48.00m，該含水巖組補(bǔ)給條件較好，富水性豐富，鉆孔單井換算水量1000-3000m3/d。據(jù)本次抽水試驗(yàn)資料，當(dāng)降深2.73-6.26m時(shí)，單井涌水量1135.99-1767.84 m3/d，單位涌水量4.816-3.269L/s·m，該區(qū)滲透系數(shù)36.04-110.06m/d，影響半徑143.96-869.31m。PH值7.25-7.54，礦化度0.22-0.39g/L，水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg及HCO3-Ca型水，該層水是農(nóng)業(yè)用水的主要供水目的層[1]。

2.2 第四系孔隙承壓水含水巖組(Q21-Q22、Q1)

2.2.1 中更新統(tǒng)孔隙承壓水含水層

含水層巖性以粗砂、礫砂為主，次為圓礫及中、細(xì)砂。該含水層的局部地帶夾有薄層粉質(zhì)黏土、粉土，或粉、黏土透鏡體。含水層厚度31.5-50.5m，承壓水水位埋深一般為7.00-13.00m多采。按富水性分級(jí)可分為兩個(gè)區(qū)，即富水性豐富區(qū)及富水性極豐富區(qū)。前者分布于測區(qū)西北部，鉆孔單井換算水量1000-5000m3/d， 據(jù)FS2和HC7鉆孔資料，單井換算水量為4324.16-4749.03m3/d，收集鉆孔和生產(chǎn)井換算水量達(dá)到1000-5000m3/d；后者于測區(qū)東北及東南大面積分布，水量>5000m3/d，據(jù)FS1和QH76鉆孔資料，單井換算水量為5306.14-12800.56m3/d。收集鉆孔換算水量也>5000m3/d。該含水巖組滲透系數(shù)33.95-125.05m/d，影響半徑177.70-601.62m。pH值7.59-7.84，礦化度0.18-0.22g/L，水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg型水，該層水是工業(yè)用水和生活用水的主要供水目的層[2]。

2.2.2 下更新統(tǒng)孔隙承壓水含水層

巖性以含礫中、細(xì)砂、含礫中、粗砂為主，局部有中、粗砂和礫砂、圓礫，厚度48-50.06m，含水層頂板埋深97.30-100.65m，為粉質(zhì)黏土、粉土，底板埋深146.50-169.5m，水位埋深4.60m。鉆孔單井換算水量1029.41-3712.51m3/d，PH值7.5，礦化度0.34g/L，水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Na型水，該層水與上部中更新統(tǒng)孔隙承壓水水力聯(lián)系較密切。

2.2.3 碎屑巖類裂隙孔隙承壓水含水巖組

該含水巖組為新近系中-上新統(tǒng)大安組，全區(qū)均有分布，據(jù)昕富島FK礦泉井和L33鉆孔資料，含水層巖性為灰、灰白色砂礫巖、中粗砂巖，含水層厚度40.10-48.70m，頂板埋深169.5-182.6m，水頭高出地面3.00-6.51m，水位降深5.20-4.49m時(shí)，涌水量765-951.8 m3/d，單井換算涌水量2206.43-2219.10m3/d。滲透系數(shù)為4.990-7.998 m3/d，其地下水化學(xué)類型為低礦化的重碳酸鈉型水，礦化度170-200mg/L，pH值7.10-7.94。該層水偏硅酸含量普遍較高，超過礦泉水規(guī)范中偏硅酸的界限值25.00mg/L。據(jù)齊齊哈爾市昕富島礦泉水井2013年水質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告，偏硅酸含量為30.68mg/L。該層水含水層厚度較大，富水性較強(qiáng)，水質(zhì)好，且埋藏深度較大，但水頭較高，易開采，是生活用水的備用水源，亦是礦泉水開發(fā)的供水水源，具有較大的開采潛力。

2.3 地下水補(bǔ)給、徑流及排泄條件

本區(qū)地下水的形成、賦存、分布及地下水的運(yùn)移，受地形、地貌、地質(zhì)構(gòu)造及氣象水文條件的控制和影響，其地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件既有共同點(diǎn)，又有一定的差異。

2.3.1 第四系孔隙潛水

1)補(bǔ)給來源：包括大氣降水的入滲補(bǔ)給、鄰區(qū)的地下徑流側(cè)向補(bǔ)給、嫩江江水的側(cè)向補(bǔ)給、地表水灌溉的滲漏補(bǔ)給。

2)徑流條件：受地質(zhì)地貌條件的控制，潛水區(qū)域流向大體與地面坡降一致，波狀低平原地下水由西北流向西南(受江水補(bǔ)給的影響)地下水流速與其水力坡度及地面坡度有關(guān)。本區(qū)地面坡度1‰-2‰，地下水水力坡度0.5‰-3.5‰。

3)排泄條件：潛水的排泄主要有向下伏承壓水含水層的越流排泄、農(nóng)灌區(qū)的開采排泄，和向下游鄰區(qū)的側(cè)向地下徑流排泄及河谷漫灘區(qū)的蒸發(fā)排泄。

2.3.2 第四系孔隙承壓水

1)補(bǔ)給來源：主要是上層潛水通過弱透水層或天窗越流補(bǔ)給承壓水，次為鄰區(qū)的側(cè)向徑流補(bǔ)給。

2)徑流條件：測區(qū)均為承壓水徑流區(qū)。承壓水主體流向由北西向南東流，富拉爾基區(qū)對下部承壓水集中大量長期開采是其排泄的主要方式，向南側(cè)、東南側(cè)地下徑流。

3)排泄條件：下部承壓水流向?yàn)槟蠔|，補(bǔ)給來源為上部潛水的越流補(bǔ)給及地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給，排泄主要為人工開采及側(cè)向徑流。

2.3.3 新近系碎屑巖類孔隙承壓水

含水層埋藏于第四系孔隙水含水層之下，由于上覆地層厚度大，故不易直接接受大氣降水的入滲補(bǔ)給，地下水主要接受鄰區(qū)含水層的側(cè)向徑流補(bǔ)給及上層孔隙水的越流補(bǔ)給。人工開采和地下側(cè)向徑流是該層水的主要排泄方式。

2.4 地下水動(dòng)態(tài)

2.4.1 地下水動(dòng)態(tài)的影響因素

地下水動(dòng)態(tài)的影響因素主要為氣象、水文、地質(zhì)、地貌及含水層巖性，人為因素等。

1)氣象。在測區(qū)低平原上選取有代表意義的D8號(hào)長觀井資料，集中降雨引起水位明顯的抬升，集中降雨的多少影響水位高低，雨量越大，潛水水位也越高。降雨是本區(qū)地下水動(dòng)態(tài)的主要影響因素，它基本上控制著潛水水位的上升時(shí)間和幅度。

2)水文。由于嫩江河床與潛水含水層存在著水力聯(lián)系，故江水對河谷平原及附近潛水動(dòng)態(tài)有影響。

3)地質(zhì)、地貌及含水層巖性。在不同地貌單元及同一地貌單元不同地段，因包氣帶巖性和飽水帶巖性不盡相同，導(dǎo)致各種因素作用程度有差異。地貌和含水層巖性對本區(qū)的潛水水位動(dòng)態(tài)有一定的影響。

4)人為因素。由于城區(qū)密集的建筑物覆蓋，阻止了降雨的滲入和潛水的蒸發(fā)，從而影響著市區(qū)及附近的潛水動(dòng)態(tài)。另外，大量農(nóng)業(yè)用水的開采，已構(gòu)成了對潛水動(dòng)態(tài)的較大影響。從動(dòng)態(tài)曲線上看，在農(nóng)業(yè)用水量較大的4、5月份；地下水位有明顯的下降。開采強(qiáng)度是本區(qū)潛水動(dòng)態(tài)的主要影響因素之一，它主要控制著集中開采區(qū)及附近潛水下降的幅度。

2.4.2 地下水水位變化規(guī)律

1)潛水變化。地下水位年內(nèi)呈季節(jié)性變化，即在一年內(nèi)，水位出現(xiàn)一個(gè)峰值和一個(gè)谷值，降水補(bǔ)給增強(qiáng)，農(nóng)業(yè)用水基本停止開采，空氣的相對濕度相對增大，蒸發(fā)受限。此時(shí)，潛水的補(bǔ)給大于排泄，水位明顯上升，雨季過后，補(bǔ)給減少，排泄量相對增強(qiáng)，潛水位逐漸下降，至翌年雨季前達(dá)谷值。地下水水位在空間上的變化：主要表現(xiàn)為因地貌、含水層巖性不同，各種因素作用的程度不同，導(dǎo)致水位的變幅、波動(dòng)頻率、升降速度的差異。

2)承壓水。由于承壓含水層與潛水含水層之間的隔水層不甚連續(xù)，即局部弱隔水，甚至有天窗存在，承壓水接受滲漏和一定條件下的越流補(bǔ)給。因此，承壓水受潛水影響，也具有明顯的周期性、季節(jié)性變化規(guī)律

3)地下水水溫變化規(guī)律。水溫的變化主要受氣溫、地下水補(bǔ)給途徑及水位的控制，同時(shí)受地溫、地表水體、地表覆蓋物等因素的影響和控制。

4)地下水動(dòng)態(tài)類型及其特征。根據(jù)地下水動(dòng)態(tài)主要控制因素，結(jié)合區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件分析，地下水動(dòng)態(tài)類型主要有：水文型；滲入—徑流、開采型；徑流—開采型。

3 地下水資源評價(jià)

3.1 地下水資源計(jì)算的原則和方法

依據(jù)《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50027-2001)的要求，在富拉爾基城區(qū)85km2的范圍內(nèi)采用水均衡法對地下水的補(bǔ)給量和排泄量進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)計(jì)算地下水的可開采量。環(huán)保、經(jīng)濟(jì)合理的開發(fā)利用地下水，保障人民的用水安全，應(yīng)優(yōu)先開發(fā)淺層地下水，合理開采利用中、深層承壓水。在集中供水水源地以先保證生活用水為主，其次為工業(yè)用水。農(nóng)田灌溉用水應(yīng)采取分散型供水方式。

3.2 參數(shù)計(jì)算與選擇

3.2.1 滲透系數(shù)

根據(jù)帶觀測孔的單孔抽水試驗(yàn)確定。

潛水利用穩(wěn)定流裘布依潛水無限含水層公式：

(1)

承壓水利用：

(2)

3.2.2 影響半徑

采用庫薩金公式計(jì)算：

潛水：

(3)

承壓水：

(4)

3.2.3 潛水導(dǎo)水系數(shù)、給水度、水位傳導(dǎo)系數(shù)

(5)

3.2.4 承壓水導(dǎo)水系數(shù)、彈性給水度、水位傳導(dǎo)系數(shù)

(6)

3.2.5 降水入滲系數(shù)、潛水蒸發(fā)系數(shù)

根據(jù)包氣帶巖性、地下水埋藏條件確定大氣降水滲入系數(shù)和潛水蒸發(fā)系數(shù)。

3.3 地下水資源計(jì)算

3.3.1 地下水資源計(jì)算分區(qū)

地下水資源計(jì)算分區(qū)依據(jù)地下水類型劃分為孔隙潛水和孔隙承壓水2個(gè)大區(qū)。根據(jù)地貌單元、地表巖性差異劃分亞區(qū)，以便根據(jù)水文地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行開采資源計(jì)算評價(jià)。

3.3.2 地下水資源計(jì)算方法

采用均衡法進(jìn)行地下水資源的計(jì)算。對一個(gè)含水層組來說，在補(bǔ)給與消耗的動(dòng)態(tài)平衡發(fā)展過程中，任一時(shí)間的補(bǔ)給與消耗之差，等于含水層組中水體的變化量。在這一均衡時(shí)段內(nèi)其補(bǔ)給量與排泄量隨開采量變化而變化。分別對各均衡要素進(jìn)行計(jì)算。

3.3.3 水均衡法計(jì)算補(bǔ)給量及排泄量

Q側(cè)補(bǔ)+Q降補(bǔ)+Q河補(bǔ)+Q渠補(bǔ)+Q開補(bǔ)-Q側(cè)排-Q蒸發(fā)-Q越排-Q開排=Q儲(chǔ)變

(7)

3.3.4 地下水開采量

地下水的實(shí)際開采量，根據(jù)齊齊哈爾市水務(wù)局和齊齊哈爾市地下水資源管理處調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料：松散巖類孔隙潛水為24492.60 m3/d(893.98×104m3/a)，孔隙承壓水為54763.56m3/d(1998.87×104m3/a)?？傆?jì)：79256.16m3/d(2892.85×104m3/a)。

地下水的補(bǔ)給量與排泄量相差-327.37 m3/d，去掉越流量31035.20 ×104m3/d，其補(bǔ)給量為100845.19m3/d，排泄量101172.56m3/d，均衡結(jié)果見表4-10。

3.3.6 地下水可開采量計(jì)算

地下水可開采量采用開采系數(shù)法計(jì)算。據(jù)齊齊哈爾市水利勘測設(shè)計(jì)研究院提交的《黑龍江省齊齊哈爾市區(qū)地下水超采區(qū)調(diào)查與評價(jià)報(bào)告》成果及本次補(bǔ)給量計(jì)算結(jié)果，承壓水開采系數(shù)取0.9，可開采量為55202.99 m3/d，接近補(bǔ)給量；潛水開采系數(shù)取0.8，可開采量為56434.99m3/d。

4 地下水資源量評價(jià)

依據(jù)含水層的空間分布及含水介質(zhì)、地貌特征的差異劃分,潛水分為3個(gè)計(jì)算區(qū)，承壓水為1個(gè)區(qū)，采用水均衡法、分別計(jì)算了孔隙潛水與孔隙承壓水的補(bǔ)給量、排泄量；采用開采系數(shù)法，計(jì)算了可開采量。

用水均衡法計(jì)算區(qū)內(nèi)潛水的補(bǔ)給量為70543.74 m3/d(2574.85 ×104m3/a)，排泄量為71425.81 m3/d(2607.04 ×104m3/a)；承壓水的補(bǔ)給量為61336.65m3/d(2238.79 ×104m3/a)，排泄量為60781.95 m3/d(2218.54 ×104m3/a)。由于潛水的越流排泄量和承壓水的越流補(bǔ)給量是同一個(gè)量，地下水總資源量計(jì)算時(shí)要去掉重復(fù)量。即潛水的越流排泄量(承壓水的越流補(bǔ)給量)31035.20×104m3/d。然后，區(qū)內(nèi)地下水總的補(bǔ)給量為100845.19m3/d(3680.85 ×104m3/a)，總排泄量為101172.56 m3/d(3692.80 ×104m3/a)，地下水的補(bǔ)給量與排泄量基本處于均衡狀態(tài)。

計(jì)算補(bǔ)給量潛水為70543.74 m3/d，可開采量為56434.99 m3/d，補(bǔ)給量大于可開采量，是有足夠補(bǔ)給保證的，還可以有開采的潛力的，特別是河谷平原區(qū)。承壓水補(bǔ)給量為61336.65m3/d，可開采量為55202.99 m3/d，與補(bǔ)給量相近，所以如果開采量增加，將形成地下水水位下降漏斗。

5 具有供水前景的水源區(qū)資源計(jì)算與評價(jià)

齊齊哈爾市富拉爾基區(qū)城鎮(zhèn)經(jīng)過1年多的野外勘查工作，已經(jīng)基本查明了區(qū)內(nèi)的地層層序，水文地質(zhì)條件，并為城區(qū)擬建水源地選擇了1處具有供水前景的地段。

5.1 具有供水前景水源區(qū)確定的依據(jù)

本區(qū)含水巖層(組)，按其賦存條件和水力特性分為三個(gè)含水層(段)，即上更新統(tǒng)孔隙潛水含水層，中下更新統(tǒng)孔隙承壓含水層，新近系中上新統(tǒng)大安組裂隙孔隙承壓水。其中，上更新統(tǒng)孔隙潛水含水層，埋藏淺，一般埋深6—10m，厚度較大，厚度35—45m，分布穩(wěn)定，富水性較強(qiáng)，易于開采利用，但是，地下水已被污染，局部地帶已出現(xiàn)了氯化物型水和硝酸型水，已經(jīng)不能滿足生活用水標(biāo)準(zhǔn)和部分工業(yè)用水要求，只可做為農(nóng)田灌溉用水。而中下更新統(tǒng)孔隙承壓水含水層，埋藏較淺，一般上覆5—11m厚的黃土狀粉質(zhì)黏土，一般頂板埋深為45—55m，厚度大，45—55m，分布穩(wěn)定，富水性強(qiáng)，地下水化學(xué)類型單一，為HCO3—Ca·Mg和HCO3—Ca型水。易于開采利用，是理想的供水目的層，大安組裂隙孔隙承壓含水層，埋藏深度大，開采利用較困難。具有供水前景地段圈定依據(jù)：勘探發(fā)現(xiàn)，在富區(qū)區(qū)磚瓦廠一帶，含水層顆粒粗，其巖性為砂礫石、含礫中粗砂、中粗砂，結(jié)構(gòu)松散，厚度32.00m，單井出水量4324.16m3/d，換算出水量為4324.16m3/d，地下水極為豐富，水化學(xué)類型為HCO3—Ca·Mg型水。依據(jù)上述條件，確定后富拉爾基磚瓦廠1處地段為城區(qū)可供詳勘的水源地，圈定面積為3km2。

5.2 具有供水前景水源區(qū)開采資源計(jì)算與評價(jià)

5.2.1 具有供水前景水源區(qū)開采資源計(jì)算

穩(wěn)定流平均布井法

1)公式：

Q開=Q單·n·T

(8)

2)參數(shù)來源：單井涌水量為設(shè)計(jì)出水量，影響半徑根據(jù)設(shè)計(jì)出水量確定，供水地段面積為圖中圈定的面積。

3)預(yù)測開采量

5.2.2 開采量評價(jià)

利用開采強(qiáng)度法評價(jià)開采量的保證程度，根據(jù)穩(wěn)定流計(jì)算預(yù)測開采量。計(jì)算供水地段的開采強(qiáng)度，通過開采強(qiáng)度預(yù)測開采穩(wěn)定狀態(tài)下的水位降。用它和區(qū)內(nèi)允許水位降值相比較，如果該值小于允許水位降值，說明預(yù)測開采量有保證。允許水位降值的確定根據(jù)水源地水文地質(zhì)條件，頂板埋深45-55m，預(yù)測漏斗中心水位降35m為宜。

后水哈拉具有供水前景的供水水源地開采量評價(jià)

將該處概化成一個(gè)1.5×2km的矩形開采區(qū)，其開采強(qiáng)度ε=0.0067m。

公式：

(9)

式中：ε為開采強(qiáng)度，m/d；t為開采時(shí)間，d；μ*為彈性給水度，根據(jù)FS1號(hào)鉆孔，取值為1.7×10-3；Lx為開采區(qū)長度的一半，m；Ly為開采區(qū)寬度的一半，m；S*(α，β)為函數(shù)，查表得出；a為導(dǎo)壓系數(shù)，m2/d，根據(jù)FS1號(hào)鉆孔，取值為5.2×106m2/d。

經(jīng)計(jì)算：S=0.0067×365×0.0073/0.74×10-3=24.12(m)

區(qū)內(nèi)最大允許水位降為35m，因 24.12 m<35.00 m，所以預(yù)測開采量是有保證的。

6 結(jié) 論

通過對某區(qū)地下水賦存條件與規(guī)律評價(jià)，為適應(yīng)城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，為地下水資源的合理開發(fā)、高效利用、科學(xué)管理、有效保護(hù)提供依據(jù)，同時(shí)對城鎮(zhèn)地下水資源詳查的基本任務(wù)是在城鎮(zhèn)地區(qū)可能富水地段，基本查明水文地質(zhì)條件，初步評價(jià)地下水資源，地下水可開采量(允許開采量)，滿足C級(jí)精度要求，對地下水資源開采量進(jìn)行評價(jià)。