修武縣磨臺營水源地巖溶水系統分析

金 萍,王現國,王關杰,李 瑩

(河南省地質礦產勘查開發局第二水文地質工程地質隊,河南鄭州 450053)

修武縣磨臺營水源地巖溶水系統分析

金 萍,王現國,王關杰,李 瑩

(河南省地質礦產勘查開發局第二水文地質工程地質隊,河南鄭州 450053)

采用補給量評價法和水均衡評價法對磨臺營水源地巖溶水的資源量進行計算,通過對比計算結果,得到磨臺營水源地巖溶水處于平衡階段,且有較大的開發潛力,在合理開發利用的前提下,可作為備用水源地。

備用水源地;巖溶水;水資源

0 引言

修武縣幸福水廠供水項目一期供水規模為 3×104m3/d,但是隨著科技的進步、社會工業的發展以及人口的增長,這已經不能滿足城市供水的需求。通過對焦作地區區域水文地質條件和有關資料進行認真分析、研究和討論,并到磨臺營水源地實地踏勘,認為磨臺營作為修武縣城供水水源地是適宜的。

1 巖溶水系統的邊界

1.1 巖溶水水文系統與巖溶含水系統

巖溶水系統可分為兩類。一是巖溶水文系統,巖溶水的匯水范圍;二是巖溶含水系統,與巖溶水水力聯系的巖溶含水巖系的分布空間[1]。但是通常情況下,巖溶水文系統與巖溶含水系統的范圍并不一致,往往也不是相互包容的[2]。

1.2 磨臺營巖溶水系統邊界

巖溶含水系統的邊界主要取決于地質構造,巖溶水文系統的邊界則取決于地形與地質構造。根據以往的工作內容,分析研究認為,磨臺營水源地位于九里山巖溶水系統焦北子系統內,故本次確定的巖溶水系統邊界為焦北子系統,其具體范圍為東到修武縣東邊界,南以鳳凰嶺斷層為界,西到焦作市區西邊界,北到省界,面積為 738 km2。

2 巖溶地下水補、徑、排及其轉化特征

①巖溶水的補給

九里山泉域巖溶水系統北部灰巖裸露區,為巖溶水的主要補給區。因灰巖出露面積大,構造巖溶發育,為降水入滲及河流滲漏提供了有利條件。但因各區地形、地貌、構造巖溶發育程度的不同,入滲強度強弱不均,因而表現出大氣降雨、地表水流及巖溶地下水的轉化程度各有差異。

在雙廟 ～黑龍王廟一線以北及丹河區北部,地形較陡,溝谷深切,可見 O1賈旺頁巖出露,大氣降雨入滲補給巖溶地下水的條件差,因此大氣降雨主要形成地表水流向下游,而在雙廟 ～黑龍王廟一線以南及丹河的山路平 ～后陳莊段,地形平緩、且構造巖溶發育,大氣降雨強烈入滲,地表水流大量漏失,補給巖溶地下水,造成西石河、山門河、紙坊溝洪水多年不能下山。

此外,焦作西部的丹河地表水滲漏也是本區巖溶水重要補給來源[3]。

②巖溶地下水的徑流條件

鳳凰嶺斷層西段為太行山區與平原的自然分界線,直接接受著來自太行山區強大的地下水補給,又由于本斷層北升南降,奧陶系灰巖巖溶裂隙水受到斷層南盤砂泥巖隔水層的阻隔,使來自北部巖溶裂隙水改變了原來運動方向,一方面表現為沿斷層北側破碎帶富集、運移,另一方面沿斷層走向向東形成一個近東西向強徑流帶。

水源地處于太行山前傾斜平原地帶,為鳳凰嶺斷層強徑流區,巖溶地下水由西向東徑流。

③巖溶水的排泄

巖溶水接受大氣降水補給后,主要以人工開采、泉的形式排泄。

3 補給量評價法計算巖溶水資源量

3.1 計算分析范圍的確定

論證區巖溶水具有補給區和開采區分布不一致的特征。補給區為九里山巖溶水系統中焦北子系統北部巖溶水裸露區,面積為 738 km2;開采區為巖溶水隱伏區、面積 329 km2。

3.2 計算公式

式中:Q可為巖溶水可開采量(萬 m3/a);Q降為降水入滲補給巖溶水量(萬 m3/a);Q側補為丹河水側向補給巖溶水量(萬m3/a)

式中:Q可為降水入滲補給巖溶水量(萬 m3/a);Q降為降水入滲補給巖溶水系數;F為計算區面積[4]

3.3 補給量計算分析

巖溶水補給量由降水入滲補給量和丹河側滲補給量組成。

①降水入滲補給

(1)降水入滲量的計算公式:Q降=∑P·α·F

式中:Q降為降水入滲補給量;∑P為年降水總量;α為降水入滲系數;F為計算區面積

(2)計算結果:1996年、1994年、2002年計算區面積為738 km2,巖溶水降水入滲補給量分別為 21 368萬 m3/a、17 530萬 m3/a、16 395萬 m3/a,平均為 18 431萬 m3/a。

②丹河水側向補給量

丹河是本區常年性河流,位于丹河子系統補給區漏失嚴重,經多年多次實測漏失量變化不大。依據 1996年、1994年、2002年地下水動態監測報告,各典型年實測漏失量分別為 4 037萬 m3/a、5 468萬 m3/a、4 100萬 m3/a,平均為 4 535萬 m3/a。

3.4 開采量分析

由礦坑排水量、自備井開采量、自來水公司開采量組成。

①礦坑排水量

依據各典型年動態監測報告提供的礦坑排水量資料,1996年、1994年、2002年礦坑排水量分別為 17 044萬 m3/a、19 775萬 m3/a、14 600萬 m3/a。礦坑排水中巖溶水占75%,孔隙水占 25%,其中滲漏量占礦坑排水量的 19%。以此計算各典型年礦坑排巖溶水量分別為 12 784萬 m3/a、14 831萬 m3/a、11 000萬 m3/a,平均為 12 872萬 m3/a。

②自來水開采量

焦作市現有自來水廠七個,其中兩個是利用礦排水,五個是開采巖溶水,現有井 78眼,井深 120～600m不等。據統計 1996年、1994年、2002年各典型年巖溶水開采量分別 3439萬 m3/a、2 072萬 m3/a、4 342萬 m3/a,平均 3 284萬 m3/a。

③自備井開采量

區內共有自備井200余眼,據各典型年動態監測報告資料統計 1996年、1994年、2002年自備井開采巖溶水量分別為 5 210萬m3/a、4 409萬 m3/a、5 320萬 m3/a,平均為 4 980萬 m3/a。

3.5 計算結果

1996年、1994年、2002年巖溶水補給區面積為 738 km2,開采區面積為 329 km2,總面積為 1 067 km2。總補給量分別為 25 405萬 m3/a、22 998萬 m3/a、20 495萬 m3/a,平均為22 966萬 m3/a。總消耗量分別為 21 443萬 m3/a、21 312萬m3/a、20 662萬 m3/a,平均為 21 136萬 m3/a。可開采量即是總補給量。

多年平均巖溶水開采量 21 136萬 m3/a、可開采量 22 966萬 m3/a。

由于豐、平、枯典型年礦坑排巖溶水量分別為 12 784萬 m3/a、14 831萬 m3/a、11000萬 m3/a,平均為 12 872萬 m3/a。這些巖溶水均可處理再利用,因此巖溶水開發利用潛力較大。

4 水均衡法計算巖溶水資源量

4.1 水均衡法的原理

水均衡法也稱水量平衡法或水量均衡法。是全面研究某一地區 (或均衡區)在一定時間段內(均衡期,一般為一年)地下水的補給量、儲存量和消耗量之間的數量轉化關系的平衡計算。

4.2 水均衡法的計算公式

對一個均衡區(或地段)的含水層組(或單元含水層組)來說,在補給和消耗的不均衡過程中,在任一時段 Δt內的補給量和消耗量之差恒等于這個含水層組中水體積(或質量)的變化量。因而建立水均衡方程式[5]:

當 Q補＞Q消時,巖溶水水位上升,Q超、Q變為正值,為正均衡。

當 Q補＜Q消時,巖溶水水位下降,Q超、Q變為負值,為負均衡。

當 Q補≈Q消時,巖溶水水位基本不變,Q超、Q變正、負值很小,為動平衡狀態。

式中:Q超為 Δt時段內巖溶水超采量;Q變為Δt時段內水體積變化量,數量上等于超采量;Q側補為丹河側向補給量;Q開為巖溶水開采量;μ為巖溶水含水層給水度:裸露區為水位變動帶給水度,隱伏區為含水層彈性給水度;F為 時段內巖溶水評價區面積;ΔH為 Δt時段巖溶水水位變幅;Δt為計算時段。

4.3 計算結果

1996年、1994年、2002年巖溶水補給區面積為 738 km2,開采區面積為 329 km2,總面積為 1067 km2。超采量分別為+3 972萬 m3/a、+1 686萬 m3/a、 -167萬 m3/a。

多年平均巖溶水超采量 +1830萬 m3/a,巖溶水水位平均上升速率為 0.87m/a。

綜合評價認為,現狀條件下就評價區整體而言,巖溶水處于正均衡狀態。2002年前 10年巖溶水水位平均上升速率為0.87m/a。

5 結論與建議

5.1 結論

通過以上兩種方法計算得到以下結論:

(1)補給量評價法計算得到多年平均巖溶水開采量21 136萬 m3/a、可開采量 22 966萬 m3/a。 豐、平、枯典型年礦坑排巖溶水量分別為 12 784萬 m3/a、14 831萬 m3/a、11 000萬 m3/a,平均為 12 872萬 m3/a。這些巖溶水均可處理再利用,因此巖溶水開發利用潛力較大。

(2)水均衡法計算得到的多年平均巖溶水超采量 +1 830萬 m3/a,巖溶水水位平均上升速率為 0.87m/a。現狀條件下就評價區整體而言,巖溶水處于正均衡狀態。2002年前10年巖溶水水位平均上升速率為 0.87m/a。

(3)磨臺營巖溶水水源地處于平衡階段,且有較大的開發潛力,在合理開發利用的前提下,可以作為備用水源地。

5.2 建議

在備用水源地區域,應建立完善的水量、水質監測網絡,科學布設地下水位和水質動態監測井,定期進行水位觀測和水質化驗,實施水量水質動態監測,實時監控區域內地表水、地下水水量和水質的變化,預測備用水源地水量水質發展演變趨勢,及時向當地政府及水資源管理部門和相關企業提供水量、水質信息。

[1]王現國.豫西龍澗泉巖溶水系統研究[J].人民黃河.2010,32(5):42-44

[2]張人權,周宏,陳植華等.山西郭莊泉巖溶水系統分析[J].地球科學.1991,16(1):1-17

[3]潘國營,韓懷彥,張慧娟.焦作巖溶水系統水質模擬與污染原因探討[J].焦作工學院學報(自然科學版),2000,19(6):417-420

[4]王樹謙、陳南祥編著.水資源評價與管理.水利水電出版社,1996.2

[5]趙云章.朱中道等.河南省地下水資源與環境.中國大地出版社,2004.6

K arstW ater System Analyzed of M otaiying water source in Xiuwu

JIN Ping,WANG Xian-guo,WANG Guan-jie,LIYing
(The second Hyd rogeololgy and Engineering geology team of Henan provincial Bureau of Geo-exploration and Mineral Development)

The article takes the water recharged evaluation method and Water balance assessmentmethod to calculate karst water resource in the Motai station source,compared to the results,itobtained the conclusion was karst water source in equilibrium phase,and have greater development potential,in the rational exploitation of the p remise,can be used as alternative water source.

Alternate water source;karstwater resource and water resource

P641.134

B

1004-1184(2011)01-0014-02

2009-07-14

金萍(1981-),女,遼寧錦州人,工程師,主要從事水工環地質勘察工作。