蘭州市城區(qū)地下水水文地質(zhì)特征研究

李建宏

（蘭州市城市建設(shè)設(shè)計(jì)院，甘肅 蘭州 730000）

0 引 言

蘭州市位于甘肅省中部，是黃河唯一貫穿市區(qū)的省會(huì)城市。由于南北兩山之限和黃河縱貫盆地之中，致使蘭州市發(fā)展成為一個(gè)東西長、南北窄、沿河兩岸分布的帶狀城市。

本文依托蘭州市城市軌道交通1號線一期工程沿線巖土工程勘察資料，對蘭州市主城區(qū)城關(guān)區(qū)、七里河區(qū)、安寧區(qū)內(nèi)地下水的類型、賦存條件、地下水動(dòng)態(tài)、補(bǔ)排關(guān)系、腐蝕性及水文地質(zhì)參數(shù)等進(jìn)行了分析、評價(jià)，以供同行參考。

1 蘭州市城區(qū)水文地質(zhì)條件

1.1 地下水的類型及賦存條件

根據(jù)蘭州市城市軌道交通1號線一期工程勘察資料，蘭州市區(qū)主城區(qū)在勘察深度范圍內(nèi)普遍存在地下水，一般屬于第四系松散層孔隙潛水類型，根據(jù)含水層性質(zhì)可分為第四系松散層孔隙潛水和第三系強(qiáng)風(fēng)化砂巖孔隙、裂隙潛水。

1.1.1 第四系松散層孔隙潛水

1.1.1 .1 西固-七里河盆地內(nèi)孔隙潛水

該段主要位于七里河斷陷盆地內(nèi)，所揭露的地下水為第四系松散層孔隙潛水，地下水主要賦存于第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q4al+pl）砂卵石土以及下更新統(tǒng)沖積（Q1al）卵石土層中，地下水類型屬蘭州斷陷盆地松散巖類孔隙潛水，是蘭州市的主要水源地。區(qū)內(nèi)埋藏有大厚度砂卵石構(gòu)成的含水層，最大厚度可達(dá)316.77 m。該區(qū)砂卵石層大致可以分為2層，上部150 m左右為疏松的砂卵石，下部砂卵石顆粒變細(xì)，較密實(shí)；含水層主要位于上部150 m范圍以內(nèi)。

1.1.1 .2 城關(guān)-雁灘盆地內(nèi)黃河階地孔隙潛水

該區(qū)段位于黃河南岸I-Ⅱ級階地，地下水類型為黃河階地松散巖類孔隙潛水。地下水主要賦存于第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q4al+pl）砂卵石土層。區(qū)內(nèi)由砂卵石構(gòu)成的含水層，厚度可達(dá)7～17 m。卵石下部的砂巖為相對隔水層，砂巖頂部可能存在局部孔隙、裂隙水。

1.1.2 第三系強(qiáng)風(fēng)化砂巖孔隙、裂隙潛水

根據(jù)原來對于蘭州地區(qū)的普遍認(rèn)識，蘭州地區(qū)城關(guān)-雁灘盆地上部為第四系沖洪積碎屑堆積物，以人工填土、黃土狀粉土、粉質(zhì)黏土以及砂卵石組成，盆地基座為第三系砂巖（或泥巖）。城關(guān)-雁灘盆地內(nèi)含水層主要為砂卵石層，下部第三系砂巖（或泥巖）一般為隔水底板。但根據(jù)本次軌道交通1號線沿線地質(zhì)勘察資料以及在地鐵施工開挖后降水情況表明，蘭州地區(qū)第三系砂巖（或泥巖）中，上部強(qiáng)風(fēng)化砂巖層風(fēng)化嚴(yán)重，裂隙及孔隙又較為發(fā)育，導(dǎo)致上部強(qiáng)風(fēng)化砂巖中存在少量地下水。由于強(qiáng)風(fēng)化砂巖中含水量不大，勘察期間對強(qiáng)風(fēng)化砂巖含水的認(rèn)識不足，同時(shí)上部砂巖中地下水與卵石層中地下水相通，勘察作業(yè)時(shí)未采取有效的措施，勘察對強(qiáng)風(fēng)化砂巖的含水情況揭示得不是很清楚，有待以后工作中完善解決。

1.2 地下水動(dòng)態(tài)

由于現(xiàn)場勘察時(shí)對卵石地層鉆探工藝普遍采用泥漿護(hù)壁鉆探作業(yè)，這對地下水位的準(zhǔn)確測量帶來了一定的影響。因此在勘察時(shí)對于每個(gè)工點(diǎn)，在鉆探完成后預(yù)留了2～3個(gè)水位觀測孔，以便準(zhǔn)確掌握勘察期間水位變化情況。

根據(jù)現(xiàn)場初、詳勘資料，以及場地含水層及埋藏條件，地下水位變化主要受人工開采地下水、降水、蒸發(fā)等因素影響。地下水位一般夏、秋季節(jié)較高，春、冬季節(jié)較低，水位起伏變化一般±1～1.5 m。

代表區(qū)域馬灘地下水位年變幅見表1。

表1 代表區(qū)域馬灘地下水位年變幅

盆地地下潛水是原蘭州市主要的供水水源。近年隨著蘭州市地表水源地的供水量增大，包括三灘水源地以及市區(qū)內(nèi)地下水開采量減少，蘭州市內(nèi)地下水位正在緩慢恢復(fù)到20世紀(jì)60年代的水平。地下水位恢復(fù)造成的影響尤其以西固及城關(guān)區(qū)中心城區(qū)最為顯著。

1.3 地下水的補(bǔ)給、徑流及排泄條件

根據(jù)本次勘察資料揭示，城市軌道交通1號線沿線地下水補(bǔ)給來源主要來自上游地下水、大氣降水、管道漏水等補(bǔ)給。

本地區(qū)地下水的總體流向與地形一致，由西南流向東北，排泄于下游黃河。

蘭州市主城區(qū)地下水位一覽表見表2。

表2 蘭州市主城區(qū)地下水位一覽表 m

地下水位具有由南西向北東緩慢降低的趨勢，地下水流向由西南向東北，這與區(qū)域地質(zhì)資料是一致的。

本地區(qū)潛水的排泄方式為蒸發(fā)、向下游徑流排向黃河等。在城關(guān)區(qū)中心城區(qū)附近黃河邊上可明顯見到地下水向黃河排泄的現(xiàn)象。

2 地下水腐蝕性評價(jià)

本次勘察過程中對城市軌道交通1號線沿線各個(gè)工點(diǎn)鉆孔中取水樣進(jìn)行了水質(zhì)簡分析。依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001、2009年版）附錄G，該地區(qū)環(huán)境類型為Ⅰ類，環(huán)境地質(zhì)條件為干旱區(qū)強(qiáng)透水層中的地下水。根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，按《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 20021—2001、2009年版）綜合判定，城市軌道交通1號線沿線（主城區(qū)）地下水的腐蝕性見表3。

3 水文地質(zhì)參數(shù)的測定

本次城市軌道交通1號線一期工程勘察過程中，就沿線不同地貌單元分別進(jìn)行了水文地質(zhì)試驗(yàn)，以鉆孔抽水試驗(yàn)為主。

3.1 黃河河道兩側(cè)河漫灘及I級階地

黃河南岸I級階地水抽水試驗(yàn)曲線圖見圖1。

圖1 黃河南岸I級階地水抽水試驗(yàn)曲線圖

（1）根據(jù)現(xiàn)場鉆孔抽水試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算求得大落程滲透系數(shù)為50.27～55.15 m/d，影響半徑為226.23～292 m；中落程滲透系數(shù)為 57.18～58.07 m/d，影響半徑為204～220.26 m；小落程滲透系數(shù)為63.03～72.70 m/d，影響半徑為144～208.20 m。

表3 蘭州市主城區(qū)地下水腐蝕性一覽表

（2）現(xiàn)場采用三角形法對地下水流向進(jìn)行測定，黃河南岸地下水流向?yàn)镹E68°，黃河北岸地下水流向?yàn)镋S41°。

（3）采用示蹤劑法對地下水流速進(jìn)行測定，計(jì)算結(jié)果為11.7～14.1 m/d。

3.2 黃河南岸II級階地

黃河南岸II級階地水抽水試驗(yàn)曲線圖見圖2。

圖2 黃河南岸II級階地水抽水試驗(yàn)曲線圖

（1）根據(jù)現(xiàn)場鉆孔抽水試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算求得大落程滲透系數(shù)為23.0 m/d，影響半徑為212 m；中落程滲透系數(shù)為24.9 m/d，影響半徑為209 m；小落程滲透系數(shù)為28.2 m/d，影響半徑為165 m。

（2）采用三角形法對地下水流向進(jìn)行測定，地下水流向?yàn)镹E74°。

（3）采用示蹤劑法對地下水流速進(jìn)行測定，計(jì)算結(jié)果為8.7 m/d。

4 主要特色

（1）在各個(gè)工點(diǎn)預(yù)留的水位觀測孔，可以在勘察結(jié)束后統(tǒng)一觀測各個(gè)工點(diǎn)的穩(wěn)定地下水位，為設(shè)計(jì)及施工提供了準(zhǔn)確的水位參數(shù)。施工揭示的地下水位與勘察提供的地下水位基本一致。

（2）本次勘察統(tǒng)一要求“一抽三觀”，準(zhǔn)確查明了工程沿線不同地貌單元地層的滲透系數(shù)、地下水的流速、流向等水文地質(zhì)參數(shù)，為設(shè)計(jì)及施工提供了較為合理的參數(shù)。通過施工中施工降水等揭示，勘察提供的參數(shù)基本合理可靠。

5 結(jié) 語

（1）根據(jù)本次全線勘察資料揭示，基本查明了蘭州市軌道交通1號線沿線地下水位埋置深度。在西固陳官營附近地下水位約1 541 m，黃河北世紀(jì)大道站地下水位為1 519～1 520 m，西客站站地下水位為1 517～1 518 m，西關(guān)十字站約1 516 m，東方紅廣場站為1 512～1 513 m，東部市場站約1 506 m，東崗為1 502～1 503 m。地下水位具有由西南向北東緩慢降低的趨勢，地下水流向由西南向東北，這與區(qū)域地質(zhì)資料是一致的。

（2）根據(jù)現(xiàn)場初、詳勘察資料，以及場地含水層及埋藏條件，地下水位變化主要受人工開采地下水、降水、蒸發(fā)等因素影響，地下水位一般夏、秋季節(jié)較高，春、冬季節(jié)較低，水位起伏變化一般±1～1.5 m。

（3）根據(jù)本次勘察室內(nèi)水質(zhì)分析資料，軌道交通1號線一期工程沿線地下水一般對混凝土結(jié)構(gòu)具有弱-中-強(qiáng)腐蝕性，對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋在長期浸水條件下一般具有微腐蝕性，在干濕交替條件下一般具有弱-中等腐蝕性。根據(jù)腐蝕性結(jié)果，蘭州市軌道交通1號線一期工程沿線地下水的腐蝕性等級一般自西向東有逐漸增強(qiáng)的趨勢。經(jīng)過分析，沿線地下水的腐蝕性等級與場地距離黃河水遠(yuǎn)近有關(guān)，場地地下水距離黃河水體越近，地下水與黃河水水力聯(lián)系越緊密，地下水的腐蝕性等級越低，反之地下水的腐蝕性等級越高。

（4）根據(jù)現(xiàn)場水文地質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果，蘭州市軌道交通1號線一期工程沿線土層的滲透性指標(biāo)建議黃河兩岸河漫灘-I級階地區(qū)段滲透系數(shù)按50～60 m/d考慮，II級階地內(nèi)滲透系數(shù)按20～30 m/d考慮。根據(jù)1號線沿線降水施工是符合現(xiàn)場實(shí)際的。

（5）本次勘察對強(qiáng)風(fēng)化砂巖的含水情況揭示得不是很清楚，有待以后工作中完善解決。比如可對上部卵石層地下水采取封堵措施，對下部強(qiáng)風(fēng)化砂巖中的地下水進(jìn)行相關(guān)取樣及試驗(yàn)工作。