坦桑尼亞達累斯薩拉姆水文地質特征淺析

蔣玉坤，陸 波，吳 建

(華東電力設計院，上海 200063)

1 概述

達累斯薩拉姆是坦桑尼亞第一大城市，作為國家經濟、文化中心，相對集中的承接了我國投資、合資和援建項目。然而該地區淡水資源的匱乏成為各項工程開展的瓶頸。

目前僅有少數當地學者對該區域水文地質特征進行專門研究，如KA Msindai(2002)通過搜集鉆孔資料，簡單繪制了達市地貌圖和地質圖；Said S.Bakari(2012)利用水文化學和同位素法研究了坦桑尼亞東南沿海含水層的補給歷史；Yohana Mtoni(2010)對沿海地下水質和海水入侵進行了評價。Y.Mtoni(2011)研究了雨季旱季降水對地下水的補給速率和補給量；JaphetJ.Kashaigili研究了地下水供應現狀、開采潛力以及地下水資源管理；I.C.Mjemah(2013)在對達市主要含水層研究的基礎上，調查了海水入侵和硝酸鹽污染對水質的影響；IbrahimuChikiraMjemah(2009)通過調查39個水井抽水試驗資料，對主要含水層的水力參數進行了統計計算。本文依托坦桑尼亞KINYEREZI燃氣電站項目，對達市水文地質特征進行調查和淺析，為當地需水工程的開展提供參考。

2 水文地質概況

本文研究區域大致為南緯6°44′到7°00′，東經 39°00′到 39°19′，面積 700 km2。圖 1 為本區域地質圖。由圖可知，該區域主要分布有四類地層：中央平原第四紀河流—三角洲相沉積的砂層；西北部、東南部出露的中—上新世三角洲相沉積的粘質砂層；西部早中新世河流相沉積的Pugu山砂巖；東北半島更新世海相沉積的珊瑚灰巖。

圖1 研究區域地質圖

繪制C—C′地層剖面見圖2。地層層序簡單明了，Pugu山以西為巖石地層，局部上覆粘質砂土。Pugu山以東的平原地層層序自上而下依次為第四紀砂層，平均厚度約150 m，局部夾10 m～50 m的粘性土，將該層砂分為上部的潛水含水層和下部的半承壓含水層；下伏中—上新世粘質砂層，由于其含有較高的粘質成分，滲透性和富水性很差，而且厚度可達1000 m，所以該層不僅作為隔水層，而且是該區域所有地下水資源的底板。沿海的珊瑚灰巖受海水入侵影響，地下水鹽度高，難以作為生活生產用水。

圖2 C—C′地層剖面圖

3 氣象條件及地下水補給

達累斯薩拉姆年平均降雨量(1971—2009年)約為1114 mm，78.6%的降雨主要發生在3—5月大雨季和10—12月小雨季兩個時段，6—9月為旱季，少有降雨。月平均最高氣溫32.4℃，月平均最低氣溫18.3℃。月平均最高輻射量20.76 MJm-2，月平均最低輻射量16 MJm-2，輻射量同潛在蒸發量PET呈同規律增減。月平均風速在4.44 ms-1～6.79 ms-1。

本區域降水是地下水的主要補給來源，地下水位受降水量、潛在蒸發量PET等的影響發生季節性變化。圖3為1971—2007年達市地下水補給量統計曲線。歷年補給量整體呈現下滑趨勢，地下水最大補給量為1986年的569.2 mm，1971、1980、1985、2003等年份的補給量十分有限，2003年幾乎為0。

圖3 地下水補給統計曲線

據圖3計算36年的補給量平均值為240.7 mm，由圖1粗略估算含水砂層分布面積約為340 km2，因此平均補給量等價于81.8×106m3。即年均1114 mm的降水量有21.6%進入了地下水系統。

4 地下水開采現狀

達累斯薩拉姆市自1943年開始采取地下水，直到1997年地下水僅在極小范圍內開采，河水一直作為達市主要水源，1997年坦桑尼亞發生嚴重干旱，政府將大范圍修建水井作為緊急措施，現有的許多水井都是建于這一時期。Mjemah(2009)于2004—2005年調查了1300口水井，其中約70%水井正常使用，其余由于干枯、鹽度高、涌水量低等原因而廢棄。根據取水用途分別估算地下水開采量：居民用水為1.76×106m3，市政供水5.51×106m3，工業用水1.32×106m3，共計 8.59×106m3。

但是達市缺少有效的地下水管理網絡，私人水井大量存在，涌水量較大的私人水井甚至向村民賣水。

Mato(2010)統計達市共有登記水井3500眼，Y.Mtoni(2011)調查結果表明考慮另有2/3的未登記私人水井，達市總水井數約為10500眼。由此推算達市地下水年開采量可達69.3×106m3。約占補給量的85%，遠遠不能滿足可持續開采。這將加劇海水入侵，提高淡水—含水分界面。即便如此，地下水供給量僅滿足達市17.8%的供水需求Mato(2002)。

5 地球物理探測

坦桑尼亞KINYEREZI燃氣電站項目位于Pugu山以東約5 km，(9242625.59，516272.58)、(9242335.91，517291.54)、(9241334.13，517004.79)、(9241607.28，515983.01)四點圍成的矩形區域?？尚行匝芯侩A段利用大地電磁和電測井兩種方法進行了廠區水文地質勘察。

5.1 大地電磁測深

大地電磁測深(EH4)法將大地看作水平介質，大地電磁場是垂直投射到地下的平面電磁波，則在地面上可觀測到相互正交的電磁場分量為Ex，Hy；Hx，Ey。通過測量相互正交的電場和磁場分量，可確定介質的電阻率值。其計算公式為：

式中 ：f為頻率 (Hz)；ρ為電阻率 (Ω? m)。

由于地下介質是不均勻的，因而計算的ρ值稱為視電阻率值。在均勻大地和水平層狀大地情況下，波阻抗Z是電場E和磁場H的水平分量的比值。

選取本次布設的6條測線中代表性的兩條，繪制測深剖面進行詳述。圖4、圖5分別是由西向東、由北向南穿越廠區的兩條測深剖面。由圖可得以下判斷：探測深度可達600 m，探測深度范圍內巖土體基本呈現水平層狀分布；圖4西側約400 m長度范圍內，其下地層呈現高阻異常，結合圖2 C—C′區域地層剖面圖，推測可能為斷層錯動所致，紅色高阻區可能為Pugu砂巖；圖4東側約600 m長度范圍和圖5有著相似的成層規律，結合廠區工程勘察鉆探成果進行解釋，淺部約50 m低阻區域為粉質粘土，50 m～150 m(圖5南側深度超過150 m)阻值略高，為粉細砂層；150 m以下均為粘質砂層，較高的粘質含量，降低了其所呈現的電阻率值。

圖4 大地電磁測深剖面(由西向東)

圖5 大地電磁測深剖面(由北向南)

5.2 電測井

自然電位法見圖6左圖所示，在井內放一測量電極M，地面放一測量電極N，將M電極沿井筒移動，即可測出一條井內自然電位隨深度變化的曲線。自然電位曲線的變化與巖性有密切關系，特別是能用明顯的異常顯示出含水層的滲透性。電阻率法見圖6右圖所示，在井內放一電極系(底部梯度電極系)，電極系由供電電極A、測量電極M、N組成，地面放一供電電極B，將電極系沿井筒移動，即可測出一條井內視電阻率隨深度變化的曲線。

圖6 電測井原理示意圖

通常同一鉆孔中的兩條曲線是可以互相對應的，高電阻率地層又對應低自然電位(負相關)，這類地層是很好的含水層，低電阻率、自然電位無異常地層是很好的隔水層。

圖7為204 m深鉆孔(孔位516731，9241702)中電測井成果曲線。圖中縱軸代表深度，左側為自然電位曲線，右側為是電阻率曲線。

圖7 電測井曲線

由圖7可知，該孔位地層56 m以上，以粉質粘土為主，56 m～135 m以粉細砂為主，粘質含量很高，所以此段地層電阻率都不高，最大僅達到11 Ω·m，從自然電位曲線也可以看出自然電位差別小，反映地層滲透性差，也說明地層粘質含量高。135 m～200 m整體電阻率也不高，最大約為18 Ω·m，對應鉆探資料，以粉細砂、中細砂、細砂為主夾粘土層，根據經驗這樣的砂層電阻率至少30 Ω·m～40 Ω·m以上，這說明砂層粘質含量高。綜合分析兩條曲線，135 m～142 m、146 m～149 m、167 m～176 m、180 m～182 m、189 m～195 m段滲透性相對較好，可能由于粘質含量有所降低，但仍不可視為可用含水層。

6 結論與建議

坦桑尼亞達累斯薩拉姆市的主要地下含水層為中央平原第四紀河流—三角洲相沉積的砂層，該層被局部出現的均厚度約50 m的粘性土層分割為上部潛水含水層和下部半承壓含水層，降水作為含水層主要補給來源，補給量不能以滿足達市用水總量需求。KINYEREZI燃氣電站廠區的地球物理探測結果表明，構成半承壓含水層的粉細砂，同樣具有較高的粘質含量，作為含水層，滲透性較差，尤其在旱季，涌水量小且不持續。下伏的粘質砂層，可根據電測井細分為若干亞層，局部滲透性相對較好，但仍不能作為可用含水層。

建議達市對地下水資源進行統籌規劃，做到可持續開采。工業大量用水的情況下，可嘗試沿?；規r地層取水或直取海水，并進行海水淡化處理。

[1]KA Msindai.Engineering geological mapping of Dar es Salaam city,Tanzania[J].Tanz.J.Sci.2002,28(2):83-95.

[2]Said S.Bakari,Per Aagaard,Rolf D.Vogt,FridtjovRuden,Matthias S.Brennwald,Ingar Johansen,SteinarGulliksen.Groundwater residence time and paleorecharge conditions in the deepconfined aquifers of the coastal watershed,South-East Tanzania[J].Journal of Hydrology,2012,(466–467): 127–140.

[3]Yohana Mtoni,Kristine Walraevens.Saltwater intrusion in the quaternary aquifer of the Dar es Salaam region,Tanzania[C]// SWIM21- 21st Salt Water Intrusion Meeting,June 21-26,2010:158-161.

[4]Y.Mtoni,I.C.Mjemah,M.Van Camp,K.Walraevens.