慶陽市西峰區水文地質調查研究

胡愛萍 楊 陽 賈工作 杜 婷 張建香

(1隴東學院 土木工程學院，甘肅 慶陽 745000；2慶陽市水務局，甘肅 慶陽 745000；3甘肅省高校黃土工程性質及工程應用省級重點實驗室，甘肅 慶陽 745000）

1 引 言

據調查，中國的水資源總量28000億m3，能夠占到世界總淡水儲量的6%，可以稱得上是資源豐沛。但由于人口總數的原因，人均淡水含量2000m3左右，只有世界平均水平的25%，是世界上最主要的水資源貧乏的國家之一[1-3]。城市作為地區政治、經濟和文化中心,人口密集,工業聚集,用水量大,要求保證程度高。隨著我國經濟發展和城市化進程的加快,城市缺水特別是北方城市缺水問題已非常突出,缺水范圍正不斷擴大,缺水程度日趨嚴重[4]。慶陽市位于甘肅省東部，習稱“隴東”，管轄西峰區、慶城縣、華池縣、合水縣、正寧縣、鎮原縣、寧縣、環縣八個縣（區），位于較嚴重缺水地區。西峰區是慶陽市的政治、經濟、文化中心，地處慶陽市中南部，北靠慶城縣，南接寧縣，西和鎮原縣毗鄰，東與合水縣相望，其地理坐標為：東經107°27′42″～107°52′48″，北緯35°25′55″～35°51′11″之間，屬陜、甘、寧三省區金三角地帶。氣候屬溫帶半濕潤氣候，境內全年光照充足，氣溫適宜，四季分明[5-6]。年平均氣溫10.1℃，最高氣溫35.9℃，最低氣溫-22.6℃，平均無霜期168天，年均日照時間2392.1小時。多年平均降水量526.7mm，降水年際變化大，通過對西峰區2003～2013年均降水量進行統計，年最大降水量828.2mm（2003年），年最小降水量391.3mm（2008年）[7-10]；降水集中于一年的7～9月，且常以大雨、暴雨的形式降落，占全年降水量的55%～70%，冬季降水僅占全年降水量的3%，年平均蒸發量1474.3mm，為降水量的2.62倍[7-9]。年平均相對濕度65%，最大凍土層深度82cm。針對該區域的水文地質條件進行調查研究，不僅可以豐富整個區域的水文地質概況，而且可以為慶陽市的安全發展和水資源的進一步開發利用提供有力的保障和科學依據。

2 地質條件

2.1 地形特征

西峰區地勢北高南低，總體地形中間高，四周低，其所在董志塬區，呈“龜背”狀，塬面被馬蓮河、蒲河及其支溝切割的支離破碎，但仍不失為全國最大最完整的塬區之一，塬邊由于流水的強烈侵蝕切割，尤其是線狀侵蝕的結果，形成了溝壑縱橫支離破碎的各種黃土地貌形態[10]。

董志塬的地勢就塬面而言，平坦而完整，呈南北向展布，東西兩側為馬蓮河與蒲河的次一級支溝分割成近東西向的條狀殘塬，塬面高程介于1300～1455m之間，處于塬中心的西峰區，海拔高程為1400m，總的地勢是北高南低，塬面微向南東方向傾斜，地形坡度在5.6‰～8.3‰之間，由塬中心向塬邊方向，地形坡度由10‰增大到20‰以上。由于董志塬四周鄰溝，塬面與溝床（溝底）高差在200～300m之間，相對高差東南部顯著大于西北部。

圖1 西峰區地形坡度圖

利用1∶5萬DEM數據對西峰區地形進行坡度因子提取，若以10°為基本單元劃分，則整個西峰區＜10°的面積占57.42%，10°～20°占22.122%，20°～30°占16.57%，30°～40°占3.786%，40°～50°占0.098%，50°～60°的地段極少，多為陡崖、斷壁，由于坡度過大，投影在平面上面積較小，占0.003%，如圖1所示。

圖2 西峰區地貌圖

2.2 地貌特征

根據地貌成因及其形態特征，可將西峰區地貌劃分為以下三種類型，如圖2所示。

1）黃土塬

黃土塬為四周被溝谷切割的平坦高原。塬面寬闊，塬中心傾角一般小于1°，塬邊以3°～8°的坡度向周邊緩傾，塬側溝谷發育，溯源侵蝕強烈，切割深度為200～300m，其中下游溝底較寬，下白堊系常裸露于溝側。此地貌區為西峰區人口集中居住地，人類經濟工程活動對地質環境的破壞大。

2）黃土殘塬梁峁溝壑

黃土梁多呈長條形，一般近東西向延伸。梁頂寬度一般為100～450m。梁側坡度較陡，可達25°～30°，梁間水系發育，溝谷多呈“V”型，下游為“U”型。黃土峁系黃土梁繼續侵蝕而成，呈園形或橢園形，峁頂呈穹形，寬約500～800m，長一般1000～1500m。兩峁之間常成鞍狀相連，相對高差20～40m，水系發育密度較梁區為大，溝谷切割深度40～80m，相對高差150～200m，梁峁在地域分布上并存。

3）堆積侵蝕河谷

發育于黃土高原的溝谷，主要有蒲河、蓋家川等，各河流及其主要支流不同程度地發育有河漫灘與Ⅰ～Ⅴ級階地，除河漫灘及Ⅰ級階地外，其余階地以基座式階地為主，其上為黃土披覆。

2.3 地層巖性特征

西峰區內出露地層主要為白堊系和第四系地層，從老到新分述如下：

1）下白堊統環河組（K1h）：為一套雜色的泥巖、砂質泥巖、泥質粉砂巖夾細砂巖。出露于蒲河河谷左岸，屬河漫灘相為主的河湖相的沉積。

2）下白堊統羅漢洞組（K1lh）：巖性上部為棕紅色中細砂巖夾薄層泥巖，泥質膠結，較疏松，下部為砂巖、砂質泥巖及泥質砂巖互層。砂巖以石英長石為主，泥鈣質膠結，孔隙性較好，具大型水平層理和斜交層理。泥質砂巖致密較硬，具水平層理，總厚70～100m，出露于蒲河左岸及一級支溝溝底，屬河流相堆積。

3）第四系（Q）：廣泛分布于全區，主要為黃土、次生黃土和沖洪積物，如表1所示。

表1 第四系地層一覽表

3 水文條件

3.1 地表水系

西峰區屬黃河流域渭河水系，全區主要河流有涇河一級支流蒲河和馬蓮河一級支流硯瓦川、趙家川，如圖3所示。分別流經區境的西部和東部，水量充沛，其中蒲河水質好，是西峰區工農業和人民生活用水的可靠水源，馬蓮河水質差，無法利用。蒲河發源于環縣廟兒掌一帶，由西北流向東南，為常年性水流，流域面積為1003km2，多年平均徑流量為2.428×108m3，多年平均流量為7.7m3/s。一年內流量隨季節變化明顯，其流量主要集中在7、8、9月，占全年的50%～60%，其它月份流量小，多年平均含沙量236Kg/m3，最大泥沙含量出現在7、8、9月份為992Kg/m3。水質較好，礦化度2g/L以下。該河在西峰區境內長50.5km，毛家河段面多年平均徑流量2.22×108m3，流域多年平均徑流深30.9mm。

圖3 慶陽市西峰區水系圖

圖4 馬蓮河雨落坪站多年月平均徑流量分配柱狀圖

馬蓮河是涇河最大的一級支流，發源于寧夏回族自治區鹽池縣東南部麻黃山，由北向南流，上游稱環江，干流流經鹽池、環縣、慶城縣、合水縣（以下稱馬蓮河）、寧縣等縣，于寧縣政平匯入涇河，全長366km，流域面積19080km2。多年平均徑流量為4.47×108m3，多年平均流量為14.17m3/s，汛期最大洪峰流量可達4200m3/s，多年平均含沙量294kg/m3，最大1050kg/m3，礦化度6～8g/L，且有多項元素超標，水質差，污染嚴重，不宜作為飲用水和灌溉水水源。流經本區內的馬蓮河支流主要有蓋家川、硯瓦川等，均屬季節性水流，一般每年10月至翌年6月常常斷流，馬蓮河雨落坪站多年月平均徑流量如圖4所示。

3.2 地下水

西峰區區內地下水按其賦存條件主要分為兩大類：第四系松散巖類孔隙裂隙潛水和下白堊系碎屑巖類孔隙裂隙承壓水。

3.2.1 松散巖類孔隙裂隙潛水

松散巖類孔隙裂隙潛水分為黃土潛水和河谷松散巖類孔隙水。

1）黃土潛水分布于黃土塬區，含水層多處于中更新統離石黃土上層的下部，為孔隙裂隙水，厚度變化較大，黃土潛水接受大氣降水的入滲補給，潛水由水頭較高的塬心向水頭較低的塬邊徑流，由于黃土顆粒較細，地層滲透系數介于0.4～0.8m/d之間，徑流相對緩慢，決定了塬區潛水的埋深具有其獨特風格。首先，潛水面的形態呈“饅頭狀”突起，塬中心水位埋深較淺（30m），至塬邊水位埋深逐漸變深（大于70m），在塬邊潛水水力坡度可達60%以上。其次，由于人為因素和局部微地貌的影響，黃土潛水埋藏上的局部差異性較為明顯。由于過量開采，西峰區水源范圍內潛水位急劇下降，形成面積不等的兩個地下水“漏斗”，漏斗中心潛水埋深達到40-50m，如圖4所示。此外，塬內負地形和較大的積水池塘周圍，潛水位局部抬升，形成地下水“鼓丘”。塬區黃土潛水的排泄，除人為開采外，多以泉的形式溢出排泄，單泉流量一般小于0.1L/S。潛水水化學類型為HCO3-Ca·Mg型和HCO3-Mg·Ca型水，礦化度0.39～0.41克/升，屬淡質潛水類型，適合于工農業和生活用水。在西峰城區及其鄰近地區，潛水礦化度略高于外圍，一般為0.43克/升，個別達到0.49克/升，這與城區的輕度污染有關。

2）河谷潛水廣泛分布于全區的各溝谷中，主要有馬蓮河、蒲河等。含水巖性為粗砂、圓礫。河谷潛水的水位、水質、水量動態受氣象因素影響，具有明顯的季節變化性。

潛水除受大氣降水補給外，近河地段在洪水季節還接受地表水的回補。地下水自高處往低處徑流，只是由于各處水力坡度及含水層透水性的不同，徑流速度不同，流向與河流基本一致。排泄往往貫穿于其徑流過程的始終，二者轉變平凡，主要以泉和滲流形式存在河谷旁階地陡坎下排泄，或直接向河水排泄。

圖5 董志塬水文地質剖面示意圖

3.2.2 碎屑巖裂隙、孔隙水

碎屑巖裂隙、孔隙水賦存于白堊系泥巖、砂巖中，含水層分布廣、厚度大、水量豐富。承壓水動態在天然狀態下變化不大，呈現基本穩定的動態類型，承壓水位動態變化有季節性，一般高水位出現在4、5、6月份，低水位出現在11、12月及翌年1、2月份，其它為平水期，年總變幅為2.5m。

由于上覆層為第四系黃土及第三系紅色泥巖，難以直接接受大氣降水的入滲補給，其主要補給源來自上游承壓水的側向補給或潛水的越流補給，在本區西部接受來自六盤山地下徑流的側向補給。

含水層特征：

1）環河組：含水層為泥質砂巖、泥巖、粉砂巖，水頭高度20-37.7m，單井涌水量1000-2080m3/d，水質西好東差，礦化度0.34-7g/L。

2）羅漢洞組：主要分布在蒲河河谷地區，含水層為砂巖，水頭高度6.0-6.4m，單井涌水量500-2000m3/d，南部水質較好，礦化度一般1-2g/L，北部水質較差，礦化度3-10g/L。

潛水與承壓水在徑流沿途亦向河流排泄，馬蓮河、涇河、蒲河等向下游沿途水量逐漸增大就是例證。最終在馬蓮河與涇河交匯處的下游馬欄一帶，排泄出區外。

4 結 語

通過對慶陽市西峰區水文地質進行深入調查研究，可以得到以下結論：

1）區域內主要地貌由黃土塬面、黃土殘塬梁峁溝壑以及堆積侵蝕河谷組成，區域內溝谷非常發育，大部分地帶斜體臨空面較大，形成了高密度大高差地形，為滑坡、不穩定斜坡和泥石流的形成創造了有利條件，是區域內災害多發的一項重要因素；

2）區域內主要地表水系由涇河一級支流蒲河和馬蓮河一級支流硯瓦川、趙家川組成，其中蒲河水質好，是西峰區工農業和人民生活用水的可靠水源，馬蓮河水質差，無法利用；

3）區域內地下水系主要分為第四系松散巖類孔隙裂隙潛水和下白堊系碎屑巖類孔隙裂隙承壓水，其中第四系松散巖類孔隙裂隙潛水自高往低處流動，方向與河流方向基本一致，多由大氣降水補給外和洪水季節地表水回補，排泄主要以泉和滲流的形式向河流排泄，下白堊系碎屑巖類孔隙裂隙承壓水主要接受來自六盤山地下徑流的補給，在徑流沿途向河流排泄。

[1]楊青顏.水資源現狀分析及保護對策[J].冶金叢刊, 2017 (1): 188.

[2]王璦,盛連喜,李科,等.中國水資源現狀分析與可持續發展對策研究[J].水資源與水工程學報, 2008, 19(3):10-14.

[3]雷川華,吳運卿.我國水資源現狀、問題與對策研究[J].節水灌溉, 2007 (4): 41-43.

[4]辛昊林,劉萬鋒,張建香,等.慶陽市水資源可持續利用發展研究[J].隴東學院學報, 2016 (5)：117-122.

[5]徐萍.黃土高原溝壑區水資源可持續利用研究～慶陽實證分析[D].西安:西安理工大學, 2012.

[6]段省清.甘肅省慶陽市“固溝保塬”水土保持綜合治理模式探討[J].農業科技與信息,2017(13): 44-45.

[7]王莉華.慶陽水資源可持續發展的思路與對策[J].甘肅農業, 2011(2)：4-5.

[8]本蓮芳, 馬淑靜, 王紅玉,等.甘肅慶陽西峰區地下水水源分析及保護[J].蘭州石化職業技術學院學報,2017, 17(2): 73-75.

[9]路絨霞.慶陽市水資源及其開發利用現狀評價[J].甘肅水利水電技術, 2007, 43(4): 265-267.

[10]翟有吉,何鴻政,劉若瓊.慶陽地區董志塬地下水開發利用現狀及管理對策[J].水資源保護, 2003,19(4): 19-21.