平涼市崆峒區韓家溝水源地水文地質特征及地下水資源評價

尚菲

摘要：工作區位于賀蘭褶皺帶南北向構造帶與六盤山推覆構造帶的復合部位，在兩者的相互作用下，區域上主體構造表現為一系列的北西向壓性斷裂和褶皺區內地層比較簡單，分布有二疊系、三疊系、白堊系、新近系和第四系。地下水可供水量的匱缺現已成為制約城市經濟可持續發展的主要瓶頸因素之一。本文對勘查區水文地質特征進行詳細分析，進而對地下水資源進行評價，提出合理可行的地下水開采利用方案，為水源地初步設計提供地下水資源依據，為地區合理開發利用地下水提供決策依據。

關鍵詞：水文地質特征；地下水資源；評價；平涼市；韓家溝水源地

1.勘查區水文地質特征

1.1水文地質概況

根據地下水的賦存條件和埋藏特征及富水性等，將區內地下水分為基巖裂隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水和松散巖類孔隙水三大類。

（2）碎屑巖類孔隙裂隙水。碎屑巖類孔隙裂隙水指賦存于工作區內二疊系、三疊系礫巖，白堊系以及新近系砂巖、砂礫巖、泥質砂巖中的地下水。按其埋藏條件進一步分為潛水和承壓水。根據已有水文地質勘查資料，二疊系、三疊系和新近系含水層富水性弱，具有一定供水意義的為白堊系地下水。

（3）松散巖類孔隙水。根據含水層巖性、分布和埋藏特征，將松散巖類孔隙水劃分為河（溝）谷潛水及黃土潛水。河谷潛水在區內分布最廣，含水層具有埋藏淺、水量豐富、水質良好、補給充裕的特點，地下水資源潛力大，具備大規模集中開采和利用價值，是目前平涼城區主要供水水源。

1.2河谷潛水含水層埋藏、分布及富水性

河谷松散巖類孔隙水均為潛水，主要分布于涇河河谷中部的河漫灘和Ⅰ、Ⅱ級階地中，Ⅲ級及以上階地含水層較薄或泥質含量高，富水性弱，其中北岸Ⅲ級階地局部因基底隆起，基本不含地下水。

（1）含水層埋藏、分布及介質特征。根據勘探資料，河谷潛水含水層主要由圓礫和卵石組成，其中卵石含量一般為10%～40%，圓礫含量一般在20%～50%，砂含量介于15%～ 30%，其余為粘性土。以新近系砂質泥巖構成隔水底板。含水層厚度和地下水水位埋藏深度受地形地貌和第四系基底起伏的控制，沿河谷和垂直河谷方向均呈規律性變化，局部存在微地貌影響。擬選韓家溝水源地位于涇河上游聚仙橋-韓家溝段，地貌上處于涇河Ⅰ、Ⅱ級階地和河漫灘。水源地中心部位有古河道分布，呈東西向展布，在水源地段古河道寬約500m～600m，切割深度1m～3m。擬選水源地地下水位埋深較淺，為4m～11m，含水層主要由圓礫組成，厚度17m～22m。

（2）含水層的滲透性。從水文地質參數分區圖可以看出，河谷潛水含水層透水性較好，河谷高階地及邊緣，由于含水層的分選性和磨圓度相對較差，泥質含量也較高，滲透系數較差，一般小于20m/d，其他地段多大于50m/d；古河道及Ⅰ級階地、現代河床部位，含水層透水性最好，滲透系數為100m/d～120m/d。擬選水源地段含水層滲透系數50m/d～ 120m/d，表現出良好的滲透性。

（3）含水層的富水性。根據已有資料和本次抽水試驗資料，勘查區Ⅰ、Ⅱ級階地和河漫灘第四系地下水富水性良好，單井涌水量一般在1000m3/d～3000m3/d，其中在古河道及其附近表現尤為突出，單井出水量普遍大于3000m3/d，最大單井涌水量達到10102m3/d。涇河北岸Ⅲ級階地基本不含水，南岸Ⅳ、Ⅴ級階地單井出水量100m3/d～300m3/d。

1.3河谷潛水的補給、徑流和排泄條件

勘查區河谷潛水的補給、徑流和排泄條件比較復雜。其補給來源有：河水滲漏補給、上游河谷潛水徑流補給、南部高階地地下水（包括第四系潛水和新近系潛水）側向補給和降水、渠道及農田灌溉入滲補給。其中以河水滲漏或側向入滲補給、上游地下徑流補給和南部高階地側向潛流及溝谷潛流補給為主。河谷潛水總的徑流方向是沿河流向自西向東運移。潛水現狀主要以地下側向徑流、溢出地表轉化為涇河河水以及少量的蒸發和開采方式排泄。

1.4地下水動態特征

根據《甘肅省平涼市城市供水水文地質詳查報告》和本次調查，區內涇河谷及其支溝區人工開采量小，第四系地下水動態的主要影響因素是氣象和水文。據此，將區內地下水動態劃分為水文型、徑流型等兩種基本類型。由于區內地下水開采量不大，受人為影響程度小，地下水動態基本保持了天然動態。從1989年取得崆峒鎮水質分析資料與本次工作采樣分析結果比照，勘查區下游河谷潛水的年內水質動態受河水流量以及降水和局部灌溉水等的影響產生微小變化，豐水季節河水、降水等大量補給潛水，水交替強烈，溶解性總固體、總硬度較枯水季節相應低10mg/L～30mg/L，總硬度6mg/L～12mg/L。但實際變化幅度不明顯。

2.地下水資源評價

2.1地表水、地下水質量評價

（1）地表水質量評價

根據本次涇河地表水水質監測報告以及收集的崆峒水庫地表水、出口水水質檢測報告，對照《地表水環境質量標準》（GB3838-2002），采用單因子評價方法，崆峒水庫水質除總氮超Ⅲ類水1.24倍（水庫出口水）評價為Ⅳ類水外，已檢出其他項目均滿足該標準Ⅲ類質量要求，符合“地表水環境質量標準基本項目標準限值”和“集中式生活飲用水地表水源地補充項目標準限值”，地表水水質較好，經處理后可適用于集中式生活飲用水源。

（2）地下水質量評價

①生活飲用水水質評價。以國家現行的《地下水質量標準（GB/T14848-93）》作為水源水評價依據，選擇已檢出的氯化物、硫酸鹽等27個檢測值，采用單項組分對比分析和綜合評價方法，對水源地地下水源水進行生活飲用水質量評價。

單項組分評價：

通過單項組分對比，所選的27個評價因子中，除總大腸菌群因采樣原因導致超過《地下水質量標準》要求為Ⅳ類水外，其他各項均滿足該標準要求，達到Ⅰ、Ⅲ類水。

綜合評價結果：勘查區地下水綜合評分為2.15～7.16，屬《地下水質量標準》規定的良好-較差級水。從導致綜合評分值增大的因子來看，主要是由于總大腸菌群采樣不當，檢出數量失真所致。

評價結果表明，擬選水源地地下水水質良好，可用于集中式生活飲用水水源。

②一般鍋爐用水水質評價。依據《供水水文地質手冊》給出的鍋爐用水水質評價方法和評價因子，采用單項組分對比的辦法，初步判斷地下水作為一般鍋爐用水的優劣。

通過水質分析資料與鍋爐用水水質評價標準對比評價，區內地下水大部分屬中性-微弱堿性、低污染、中-高礦化中軟-硬水。因此，除硬水適當處理外，中軟水完全可用于一般鍋爐用水。但作為其他特殊鍋爐用水時根據設備要求須對水質做重新評價并對水質做必要處理。

2.2地下水水量均衡計算

（1）均衡計算結果。整個勘查區地下水總補給量1393.37×10⁴m3/a，總排泄量1226.37×10⁴m3/a，均衡差+167.00×10⁴m3/a。其中，擬選水源地地下水總補給量為815.15×10⁴m3/a，總排泄量788.60×10⁴m3/a，均衡差為+26.55×10⁴m3/a。從均衡期始末調查和長期的地下水位表明，均衡河谷地下水位大部分呈上升狀態，南岸上升幅度為0.09～0.33m，北岸Ⅰ級階地地下水位平均上升0.1m；擬選水源地段地下水位均衡始末地下水位0.2m～0.33m。各均衡區計算均衡差與調查均衡期水位變化和觀測水位動態反映情況一致，與平水年地下水位動態特征相符，說明均衡計算結果正確。

（2）地下水儲存量計算。地下水儲存量反映了含水層容量大小及其調節能力。地下水儲存量計算分區同均衡區一致，選擇均衡期內最低水位期的平均含水層厚度計算。含水層厚度按照2014年3月水位埋深初測量值計算確定。計算公式為：

式中：F-計算區面積（m2）；H-計算區含水層平均厚度（m）；μ-給水度。

經計算，全區地下水儲存量為1401.37×10⁴m3，其中擬選水源地為251.24×10⁴m3。含水層顯示出較強的調節能力。

2.3擬選水源地地下水允許開采量評價

擬選水源地地下水現狀主要接受上游地下徑流和支溝及南部高階地潛流、溝谷地表水滲漏等的補給。選擇典型枯水年進行補排量均衡計算得出，枯水年地下水天然補給量674.92×10⁴m3/a，并且還存在有約272.26×10⁴m3/a的地下水溢出量。計算枯水年地下水儲存量為251.24×10⁴m3。目前僅存在有少量的人工開采，影響程度輕微，地下水基本處于天然狀態中。

通過數值法計算表明，擬選水源地在開采狀態下，極枯年和枯水年表現為負均衡，需動用部分地下水儲存量可保證開采，所借用的最大65.72×10⁴m3儲存量經過一個平水年或豐水年后即可得到補償。

以2007年為典型極枯年，利用疏干補償法調節驗算證明，在該極枯水年的枯水期，連續121天在無涇河地表水補給條件下，開采產生的地下水總疏干量為82.63×10⁴m3，水源地中心最大井壁水位降深沒有超出設計最大降深。進入4月份后，隨即可得到涇河水的大量滲漏補給，并歷經1個月的時間完全補償了枯水期借用的含水層地下水儲存量。其實上述連續4個月的疏干開采，涇河水并未完全斷流，每天仍有少量的滲漏補給。

綜上所述，擬建水源地在現狀開采條件下，能夠為城區增加649.70×10⁴m3/a（1.78×10⁴m3/d）的供水量，而且具有較高的保證程度。

擬選水源地地下水質經評價證明：除個別采樣點因采樣原因造成菌類指標超標外，其他已檢出各項指標均滿足現行的《地下水質量標準（GB/T14848-93）》（GB/T14848-93）中的Ⅰ、Ⅲ類水，水質良好，適用于集中式生活飲用水水源。

2.4擬選水源地外其他地段地下水允許開采量分析評價

勘查區其他地段是指擬選水源地以外的地區。根據勘查區擬選水源地所在位置和第四系地下水資源均衡結果，對水源地下游河谷潛水允許開采量進行初步評價。水源地上游包括胭脂河因范圍有限，所形成的地下徑流為韓家溝水源地主要補給源，無余量存在。

水源地下游段地下水開采量的多寡雖對上游水源地無影響，但對下游已建養子寨水源地及沿河谷已建其他生產、生活用水產生較大影響，而且過量開采可能引發如區域水位持續下降、水量衰減以及水質變異等環境地質問題。據此，以全區均衡結果為基礎，參考天水河谷潛水評價經驗，將河水滲漏量（295.30×10⁴m3/a）和水源地下游排泄斷面極枯年地下徑流量（375.48×10⁴m3/a）之和的45%作為水源地下游段地下水可開采資源量，即301.85×10⁴m3/a。也就是說，在現采253.49×10⁴m3/a的條件下，實際可增加的開采量只有48.36×10⁴m3/a。

從以上分析評價得出，韓家溝水源地建成后，崆峒古鎮-任家莊涇河河谷段地下水已基本上達到了采補平衡，開采潛力不到50×10⁴m3/a。

2.5擬選水源地對下游已建水源地影響程度評價

本次選擇勘查完成的韓家溝水源地與下游已建城區養子寨水源地相距4.20km，同處涇河河谷低階地平原區。上游擬選韓家溝地下水源地位于涇河南、北兩岸，開采井群沿涇河兩岸布置；下游已建養子寨水源選建在涇河南岸低階地區，呈雙排建設，目前建有開采井6眼。已建養子寨水源地和本次勘查完成的韓家溝地下水源地主要以激發河水補給量和增加上游地下徑流量來保證開采的，兩處水源地含水層均有較強的可調節能力，二者相距較遠。養子寨水源地在保持現狀開采量的條件下，上游韓家溝水源地的開采對該水源地的補給、開采基本不產生影響。

3.地下水資源開發利用方案

目前水源地上游地表水及水源地內地下水沒有受到污染，經勘查評價得出，在現狀開采條件下，能夠為城市增加地下水可開采量1.780×10⁴m3/d。現根據水源地水文地質條件，結合野外抽水試驗和模擬開采方案，以及成井具體位置，提出水源地地下水開發利用方案。

根據水源地第四系含水層埋深、厚度及表部碎屑巖類風化層裂隙含水層的分布情況等，施工完成的8眼探采結合井為單井深度40m～45m，井徑500mm，管徑350mm的第四系完整井。井壁管選用壁厚6mm～7mm鋼管，其中濾水管為同徑橋式濾水管。采用深井潛水泵取水，泵頭應從地面算起，下入25m～30m的位置。

開采井群沿涇河兩岸布置，井間距一般為300m～400m，其中Z2和Z4兩眼井分別在涇河南、北兩岸，受場地條件限制，井距160m，可選其中一眼作為備用井。各單井設計開采量分別是：S1、Z1、Z2、Z3單井開采量2400m3/d，S2、S3、S4、Z4單井開采量2000m3/d。

為保證開采井的使用壽命，本次探采井深的施工依據，一是考慮到完全控制含水層并保留有足夠的沉淀管長度，滿足《供水管井技術規范（GB50296-99）》沉淀管長度不得小于6m要求；二是盡管本次沒有分層抽水試驗，但從第四系基底巖芯的破碎程度分析，新近系表部有一定厚度的風化帶碎屑巖類潛水存在。成井移交后是泵房建設時，應墊高泵房地基，并采取一定防護措施，注意防止涇河、胭脂河洪水對近岸邊開采井造成的掩埋和回灌。

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