排泄法在彭陽縣城區(qū)地下水資源探測中的應(yīng)用

任衛(wèi)清

摘 要：本文通過排泄法在彭陽縣城區(qū)地下水資源探測中的應(yīng)用，以及經(jīng)過長期的觀測與評估，證明排泄法探測地下水資源簡單易行、費(fèi)用低廉、快捷有效，在宏觀概算、遠(yuǎn)期預(yù)測地下水資源探測中，有一定的可行性、準(zhǔn)確性和科學(xué)性，值得在同類地區(qū)、相似區(qū)域推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：排泄法;探測;地下水資源

中圖分類號：TV213.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）10-0057-03

The Application of Drainage Method in Groundwater Resource Exploration in Pengyang Country

REN Weiqing

（Water Bureau of Pengyang County，Pengyang Ningxia 756500）

Abstract： Through the application of discharge method in the detection of groundwater resources in Pengyang County， and through long-term observation and evaluation， this paper proved that discharge method was simple， low cost， fast and effective in the detection of groundwater resources. It has certain feasibility， accuracy and scientificity in the macro budget estimation and long-term prediction of groundwater resources， and is worthy of popularization and application in similar areas.

Keywords： drainage method;detection;groundwater resources

彭陽縣位于寧夏回族自治區(qū)東南邊隅，六盤山脈東側(cè)，地處西北黃土高原東部黃土丘陵區(qū)。茹河和小河是縣城區(qū)生產(chǎn)生活的主要補(bǔ)給水源，小河在縣城區(qū)與茹河匯合，向東南方向流淌。城區(qū)規(guī)劃總面積60.71 km2、規(guī)劃用地面積11.92 km2，常住人口6.5萬人。為了確定用水紅線，保證城市的可持續(xù)發(fā)展，2004年，寧夏地質(zhì)工程勘察院對彭陽縣城區(qū)地下水進(jìn)行了一次全面有效的探測，采用的探測方式主要是排泄法。本文對排泄法探測的基本情況及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析論述，以為其他地區(qū)的應(yīng)用提供參考。

1 排泄法探測地下水資源的基本原理

排泄法探測地下水資源的基本原理：一是根據(jù)需要探測的地域范圍，確定地下水在該區(qū)域河床滲涌流出地段及排泄出口;二是在河流上下游的合適位置布設(shè)測流設(shè)備，上游測的是流入水量，下游測的是流出水量，流出水量減去流入水量即為該區(qū)域內(nèi)地下水的排泄量，排泄水量加上區(qū)間總用水量即為該區(qū)域內(nèi)地下水資源量。其中，區(qū)間用水量通過實(shí)地走訪調(diào)查統(tǒng)計(jì)得出[1]。

2 排泄法探測地下水資源的原則

從彭陽縣城區(qū)的探測情況來看，該區(qū)域地質(zhì)含水介質(zhì)應(yīng)為巖類裂隙孔隙結(jié)構(gòu)，地下水補(bǔ)給源明確，補(bǔ)給流向基本清楚，且大部分會(huì)在該區(qū)域的河床滲出，以長流水形式排放。探測的原則是必須選擇枯水年中的枯水季節(jié)進(jìn)行探測，這主要是因?yàn)樵摃r(shí)節(jié)用水量大、補(bǔ)給量少，這樣探測出來的地下水資源才會(huì)接近實(shí)際，有利用價(jià)值。地下水量是隨著該區(qū)域降水量的變化而變化的，長期保持著一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。探測過程的主要工作為走訪調(diào)查、查閱資料、收集整理數(shù)據(jù)、在河道布設(shè)測流裝置、設(shè)置觀測機(jī)井、機(jī)井水位的后觀測[2-3]。

3 排泄法探測地下水資源的優(yōu)點(diǎn)和不足

從彭陽縣城地下水資源探測情況來看，利用排泄法探測地下水資源的優(yōu)點(diǎn)是探測費(fèi)用低，操作簡單，快捷有效，數(shù)據(jù)收集、整理方便，探測作業(yè)時(shí)間短。利用該方法的不足之處主要是：要有該區(qū)域最基本的水文地質(zhì)資料，才能確定探測實(shí)施方案;探測面積小，得到的是局部區(qū)域的地下水資源量，僅適用城市區(qū)域地下水資源量的評估[4-5]。

4 排泄法探測地下水資源的具體過程

4.1 彭陽縣城區(qū)地下水的賦存、分布、補(bǔ)給流向規(guī)律

根據(jù)查閱的寧夏回族自治區(qū)的水文地質(zhì)資料和地下水含水介質(zhì)特征，彭陽縣城周圍分布的地下水類型可劃分為松散巖類孔隙水、下白堊系碎屑巖類裂隙孔隙水、碳酸鹽巖類巖溶裂隙水，各類型的地下水之間存在密切的水力聯(lián)系?？h城內(nèi)的優(yōu)質(zhì)深層地下水補(bǔ)給區(qū)位于西南方向的六盤山中南段，地下水在六盤山基巖山區(qū)接受了當(dāng)?shù)卮髿饨邓拇怪比霛B補(bǔ)給，自西南向東北方向流動(dòng)，最終大部分河床滲涌轉(zhuǎn)化為地表徑流，其他部分則主要在河谷淺部的砂礫石中以潛水形式存在，向河谷下游方向徑流排泄。各類型地下水的特征如下。

4.1.1 松散巖類孔隙水。松散巖類孔隙水主要包括分布在丘陵區(qū)淺部的第四系黃土類土孔隙水和分布在河谷平原（階地）區(qū)淺部的第四系砂礫石孔隙水。寧夏水文地質(zhì)資料顯示：黃土類土孔隙潛水的溶解性總固體一般小于2.0 g/L，水型為重碳酸硫酸鈉鎂型和硫酸重碳酸鈉鎂型，富水性極弱，不具有供水價(jià)值;砂礫石孔隙水主要分布在茹河、洪川河、小川河等河谷階地或川臺地，分布寬度為1～2 km，在近河床地段及河谷平原中部富水性較強(qiáng)，一般單井涌水量小于500 m3/d，在小川河地區(qū)溶解性總固體為1.0～1.2 g/L，小川河以南的茹河河谷和洪川河河谷地區(qū)溶解性總固體均小于1.0 g/L，水型為重碳酸硫酸鈉鎂型和重碳酸硫酸鈣鎂型水。

4.1.2 下白堊系碎屑巖類裂隙孔隙水。該含水層為白堊系六盤山和尚鋪三橋組（西）及保安群（東）羅漢洞組砂巖、砂礫巖。實(shí)際抽水降深4.24～18.98 m，單井涌水量為3 035.59～4 040.06 m3/d，富水性較強(qiáng)，溶解性總固體含量在0.735～0.890 g/L，水型屬重碳酸鈉鎂型水，氟離子含量在0.66～0.99 mg/L。

4.1.3 碳酸鹽巖類巖溶裂隙水。該含水層緊伏于白堊系砂巖、砂礫巖裂隙孔隙水之下，含水層為奧陶系碳酸巖。水位略高于上伏的白堊系地下水水位，單井涌水量227.49～887.07 m3/d，溶解性總固體含量一般在0.76～1.87 g/L。

4.2 彭陽縣城地下水水質(zhì)評價(jià)

4.2.1 生活用水水質(zhì)。根據(jù)縣城現(xiàn)有機(jī)井取得的水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果，依照《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）中水質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對水源地的地下水進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)結(jié)果：各項(xiàng)指標(biāo)均滿足生活飲用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，為較好的生活飲用水。

國家城市供水水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)銀川監(jiān)測站對PS02、PS03號井，取39項(xiàng)水質(zhì)分析樣，檢驗(yàn)報(bào)告表明，各項(xiàng)指標(biāo)均符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006），為良好的生活用水。

4.2.2 一般鍋爐用水水質(zhì)評價(jià)。對于一般鍋爐用水水質(zhì)的評價(jià)，主要對水的成垢、腐蝕以及起泡作用進(jìn)行綜合評價(jià)，以這三項(xiàng)指標(biāo)來量化工業(yè)用水水質(zhì)。根據(jù)水質(zhì)化驗(yàn)資料，按照規(guī)范進(jìn)行評價(jià)，縣城內(nèi)深層地下水為鍋垢多、硬垢質(zhì)、起泡的半腐蝕性水。

4.3 探測過程

4.3.1 探測前期準(zhǔn)備。前期主要是走訪調(diào)查和量測，主要包括兩方面的工作。一是調(diào)查河道上下游測流范圍內(nèi)及毗鄰關(guān)聯(lián)區(qū)域的日平均用水量，包括該區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)、生活及工業(yè)等多方面的用水量，為后續(xù)探測提供計(jì)算數(shù)據(jù)。這項(xiàng)工作從5月初開始，5月是用水高峰時(shí)節(jié)。通過走訪調(diào)查，查閱相關(guān)單位用水統(tǒng)計(jì)資料，經(jīng)過綜合評估，了解到用于探測計(jì)算的數(shù)據(jù)是：店洼到縣城段的日用水量為1×104 m3/d，小河到縣城段的日用水量為0.3×104 m3/d。二是布設(shè)機(jī)井水位記錄觀測點(diǎn)，以便記錄探測時(shí)段的機(jī)井靜水位，為日后長期觀測地下水位變化情況、進(jìn)一步評估探測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性提供依據(jù)。

4.3.2 探測時(shí)間。從彭陽縣城區(qū)的氣象資料來看，2000年以來，彭陽出現(xiàn)了連續(xù)干旱年份，2004年更是出現(xiàn)了春夏大旱。探測時(shí)間是2004年5月27日，天氣晴朗，近期沒有出現(xiàn)有效降水。

4.3.3 觀測地下水位標(biāo)志機(jī)井的選取?？h城PS05號勘探井是縣城專門用于觀測記錄機(jī)井靜水位變化情況的固定機(jī)井，其主要任務(wù)是長期監(jiān)測地下水位變化情況。鉆井孔深350.72 m，水質(zhì)好，溶解性總固體含量為0.89 g/L，氟化物含量為0.99 mg/L，2004年觀測記錄該機(jī)井靜水位距井口3.78 m。

4.3.4 測流點(diǎn)的布設(shè)。測流點(diǎn)必須布置在地下水滲涌流出河床段的上下兩頭。小河川下游段到縣城區(qū)段、茹河店洼水庫下游至彭陽縣城東段，這兩段平時(shí)有長流水流淌，說明河床地下水位高于地表潛水位，地下水集中在此兩段滲涌排泄。小河的上游測流點(diǎn)布設(shè)在白陽鎮(zhèn)鄭莊村鄭家泉處，下游與茹河匯合，可與茹河下游測流點(diǎn)設(shè)在同處;茹河上游測流點(diǎn)布設(shè)在茹河店洼水庫下游500 m處，下游測流點(diǎn)設(shè)在茹河國家水文站測流處。具體布設(shè)情況如圖1所示。

4.3.5 流量測定。測流點(diǎn)流量的測定是探測的重要環(huán)節(jié)，測流的準(zhǔn)確性直接影響探測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。為了達(dá)到測流效果，采用了當(dāng)時(shí)比較先進(jìn)的便攜式電磁測流儀。小河上游及茹河上游測流處的水量都很小，幾乎近于溪流，自然河道斷面又極不規(guī)則。針對這種情況，為了得到準(zhǔn)確的測流數(shù)據(jù)，在測流處選取了河道順直、平緩地段，人工修筑了臨時(shí)測流之用的標(biāo)準(zhǔn)梯形明渠，該明渠長20 m、底寬0.5 m、深1 m、邊坡比為1∶1.5，渠道鋪設(shè)防滲膜護(hù)面。測流的前一天將河水順勢導(dǎo)入明渠，能使明渠有一定的河水過流時(shí)間來檢測是否達(dá)到測流要求，也能使流態(tài)趨于穩(wěn)定，便于測流。測流前需要做好如下準(zhǔn)備工作：一是在臨時(shí)測流渠段選取三個(gè)測流斷面，在斷面兩端拉線固定標(biāo)記;二是將渠道底寬、坡比和流速儀到渠邊及渠底的距離等參數(shù)逐一輸入顯示儀，將流速傳感器與顯示儀用接線連通，顯示儀設(shè)置在流量狀態(tài)。流速儀到渠邊及渠底的距離這兩個(gè)參數(shù)很重要，是測流時(shí)在水中固定流速儀的依據(jù)。測流開始，至少需三個(gè)人同時(shí)相互配合進(jìn)行，一人拿顯示儀負(fù)責(zé)錄入和記錄數(shù)據(jù)，第二人負(fù)責(zé)在插尺上讀測流處的水深，并配合第三人固定流速儀。測流開始，將流速儀按測流設(shè)置的要求放入水中，傳感器頭逆水流向上，在水中停留1～2 min，等到顯示器上的讀數(shù)穩(wěn)定之后，再進(jìn)行下一個(gè)測點(diǎn)。三個(gè)斷面測完以后，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合平均，以決定最終采用計(jì)算的數(shù)據(jù)。下游測點(diǎn)在茹河國家水文站點(diǎn)，這里有固定的測流斷面和測流設(shè)備，數(shù)據(jù)直接由水文站提供。小河、茹河流域上下游的測流結(jié)果見表1。

4.3.6 排泄量及地下水資源量的計(jì)算。排泄量及地下水資源量的計(jì)算公式為

[Q排=ΣQ下-ΣQ上]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式（1）中：[Q排]為排泄區(qū)地下水天然排泄量，×104 m3/d;[ΣQ下]為下游各河谷斷面測流總流量，×104 m3/d;[ΣQ上]為上游各河谷斷面測流總流量，×104 m3/d。

將表1中的相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1），可計(jì)算出排泄量為2.88×104 m3/d。

由上文可知，某區(qū)域內(nèi)地下水資源量等于排泄水量加上區(qū)間總用水量。通過調(diào)查可知，探測區(qū)域內(nèi)總的日用水量為1.3×104 m3/d，包括茹河店洼到縣城段的日用水量為1×104 m3/d，小河到縣城段日用水量0.3×104 m3/d。由此可得出彭陽縣城區(qū)段內(nèi)地下水資源量為4.18×104 m3/d。

4.3.7 后觀測與評估。水文數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性短時(shí)間內(nèi)很難做出判斷，需要利用多年一系列資料進(jìn)行評估，時(shí)間少則幾年，多則幾十年。從彭陽縣統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)資料可知，彭陽縣城人口從2000年的不足2萬人，到2019年末人口已經(jīng)增加到將近7萬人，在用水量逐年增加的情況下，縣城專門用監(jiān)測地下水位PS05號勘探井記錄每年地下水位變化。從記錄的數(shù)據(jù)來看，該區(qū)域內(nèi)的地下水位并沒有出現(xiàn)大幅波動(dòng)，長期處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。可見，將排泄法應(yīng)用在彭陽縣城區(qū)地下水資源探測中是可行的?？h城區(qū)4.18×104 m3/d水資源量是彭陽縣城區(qū)用水指標(biāo)紅線，是縣城區(qū)制定國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃和開發(fā)地下水資源的重要依據(jù)。

地下水資源受多種因素影響，如降雨、人為生產(chǎn)活動(dòng)等。探測地下水資源是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工作，利用排泄法探測地下水直觀明了，操作簡單，在宏觀概算、遠(yuǎn)期預(yù)測地下水資源探測中用時(shí)短，獲取數(shù)據(jù)快，對一個(gè)地區(qū)、一個(gè)流域的用水規(guī)劃具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)作用。

5 結(jié)語

通過實(shí)踐證明，排泄法簡單易行、費(fèi)用較低、快捷有效，在宏觀概算、遠(yuǎn)期預(yù)測地下水資源的探測中有一定的可行性、準(zhǔn)確性和科學(xué)性，值得在同類地區(qū)、相似區(qū)域推廣應(yīng)用。

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