高原凍土區找水規律特點分析和研究

祝應宏 唐 哲

(華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊050021)

0 前言

工作區位于青海省曲麻萊縣大場礦北部，地處中緯度高海拔區，空氣稀薄，屬高寒草原半干旱氣候。區內平均氣溫－3.9℃，最冷月1月份月平均氣溫－15.7℃，最熱月7月份月平均氣溫7.6℃，年平均氣溫差23.3℃，日平均氣溫差14.3℃，無霜期16天，光照充分。相對濕度在30%-60%之間，屬半干旱和半干燥區。多年平均降水量370mm，蒸發量達1528mm，受地理、地形等條件的影響，降水量在空間分布上呈現一定的分帶性，從東到西，由南向北，降水量有一定程度的遞減，蒸發量呈增加趨勢。

本區位于扎拉依——梢日哦地表分水嶺以北，為柴達木盆地內陸水系，為一相對完整和封閉的水文地質單元，區內主要河流為秀水河，從東向西流經本區，匯水面積達1729.77km2。南北為高大山體，構造剝蝕強烈，巖性主要為二疊系和三疊系砂巖、板巖和泥頁巖、凝灰巖，風化強烈，裂隙發育。中部為河流沖洪積平原，巖性主要為中細砂礫石，粘土礫石，厚度最大達70.0m。

工作區地處青藏高原腹地，地勢高亢，氣候寒冷，凍土層廣泛分布，區內凍土按其年內及年際間的變化特點，可分為季節性凍土及多年凍土。季節性凍土分布與地表淺部，凍結厚度為2.70-3.50m，隨季節而變化，一般每年4月底5月初隨暖季的到來，季節性凍土層從地表開始融化，直至9月底融化層達到最大深度；10月份從地表開始凍結，11月底至翌年3月份全部凍結，年融凍期150天左右，其余時間屬于封凍期。多年凍土分布與季節性凍土之下，平均厚度為20.85m，最大厚度達28m。多年凍土穩定，為一天然的隔水屏障。成為本區找尋地下水的最大難題。

1 找水前景分析和水源地選擇

遵循“由近及遠，循序漸進”的原則，我們首先考慮在礦區附近的大場溝和東岔河一帶開展工作，但兩河溝匯水面積小，僅75km2，且沖溝狹窄，第四系厚度薄，透水性差；礦區一帶砂（礫）巖板巖分布面積廣，但風化裂隙水富水性較弱，相對孤立和分散；灰巖裂隙水富水性較強，但灰巖沿區域構造破碎帶分布，分布面積太小，地下水資源量有限。

業主曾考慮采用礦區北部23km的秀水河地表水，亦存在諸多問題，每年1 1月至次年4月河水基本凍結，僅有少量潛流從冰層下通過，并且水質也難得到保證，其次河流下游為格爾木市溫泉水庫，直接采用地表水會對其造成影響。

綜合上述我們將勘察目標選擇在秀水河與扎拉依給隴哇交匯一帶的河谷區，截取秀水河河床地下水，襲奪河流地表水入滲補給量作為開采量。通過物探資料結合鉆孔資料，水源地河床之下分布著強含水帶，河床內無多年凍土存在，凍結層上水和下水合二為一，成為統一含水層。

2 地下水補給、逕流和排泄條件

河床第四系孔隙含水層是本次水文地質勘察的主要供水目的層，地下水的主要補給方式為秀水河河水的滲漏補給，其次為凍結層下水的側向補給。

水源地以上秀水河流域匯水面積大，山區基巖風化裂隙發育，接受大氣降水和雪水融化入滲補給后，基巖裂隙水、第四系凍結層上水短途運移、就地排泄，溢出成泉，匯聚成表流，構成秀水河基流，形成常年性河流，沿著秀水河河床形成融溶區，穿過多年凍土層，形成帶狀“天窗”，溝通了河水與地下水，河床之下含水層為粗砂礫卵石，結構松散，透水性強，河水與地下水之間水力聯系密切，強含水帶兩翼為廣泛分布的弱含水體，其上覆蓋厚大、分布廣的多年凍土相對隔水層。秀水河為當地最低侵蝕基準面，河床匯聚區域地表水，地下水地表水水力聯系密切，垂向交替運動頻繁；河床之下強含水帶匯聚區域凍結層下水并接受上游河流滲漏補給后自東向西徑流排泄，因此，水源地附近為區域地下水地表水排泄的“總閘門”，水源地附近秀水河基流量和潛流量代表了區域地下水資源量。

地下水接受河流地表水入滲透補給和側向補給后除部分蒸發排泄外，主要順河床向西往河流下游排出域外。

圖1 水源地地下水地表水相互補排關系

圖2 水源地地下水側向排泄量概化圖

3 水源地運行流場預測

擬選水源地位于秀水河河流融區內，砂礫卵石含水層厚度大，透水性強，地下水徑流暢通，主要接受上游河床地下水側向補給和河流地表水的入滲補給。水源地地下水設計取水量為8000m3/d，水源地長期運行會形成一個地下水降落漏斗，采用潛水完整井井群干擾非穩定流理論預測開采條件下水源地地下水降落漏斗形態和影響范圍，并分析了水源地開采對周圍環境影響。

圖3 解析法預測水源地開采條件下地下水位降深等值線圖

根據地下水位預測降深圖，水源地生產運營后，各地段地下水位有一定降深，水源地中心地下水位下降3.82m，外圍地下水位下降0.10-0.20m，抽水降落漏斗最遠擴展200m，只疏干了含水層的6.36%；抽水井靠近河流地表水，將加大地表水的入滲量，以保證地下水流場的相對穩定。

由于開采降深小，抽水漏斗影響范圍小，水源地運行對區域水環境的影響微乎其微。

4 結語

4.1 水源地秀水河河床寬闊，河道擺動幅度大，常年有地表水，是形成河流融區的基本條件，河流融區內無多年凍土，含水層呈統一含水系統，地下水徑流暢通；

4.2 水源地匯水面積大，匯集大范圍的地表水，是河流地表水的重要補給來源，為河水入滲補給河床地下水提供了物質保證；

4.3 廣泛分布的多年凍土為天然屏障，凍土上水有一定透水性，但厚薄，相態不穩定，凍土下水透水性弱，補給和循環條件差，具承壓性，有一定厚度和廣闊的范圍。凍土上水在暖期補給水源地河床地下水，凍土下水長期緩慢持續補給河床地下水；

4.4 高原凍土區水資源貧乏，地下水資源彌足珍貴，合理開發利用水資源的同時，應切實保護水資源和水環境。