府谷縣地下水資源開采技術與可開采量分析

田艷菊

（府谷縣水利工作隊,陜西 府谷 719499）

地處黃土高原的府谷縣降水稀少,地表水資源緊缺,地下水資源開發利用難度大,為滿足社會經濟發展日益增長的用水需求,需對地下開采技術和可開采量進行探討。

1 地下水類型

府谷縣境內地下水主要為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水和碳酸鹽巖類巖溶裂隙水三大類,其中松散巖類孔隙水主要分布于河谷階地區,含水介質為第四系沖洪積砂卵石與下伏碎屑巖風化殼構成松散巖類孔隙水系統；碎屑巖類裂隙水主要分布在廣大土石梁峁地區, 儲水空間以風化裂隙和構造節理裂隙為主；碳酸鹽巖類巖溶裂隙水在區域上屬于天橋巖溶地下水系統。府谷縣地下水資源有開發利用前景的地段主要為皇甫川河谷、清水川河谷、孤山川河谷、黃河河谷區以及碳酸鹽巖類巖溶裂隙水區。

2 地下水補給方式

府谷縣地下水的主要補給方式為大氣降水入滲補給,其次為農灌回歸補給與河流入滲補給,在縣界部分地段還存在地下水側向徑流補給。河谷階地區地下水補給源多、 補給強度大,地下水依地勢沿河谷徑流；荒漠丘陵區和構造剝蝕丘陵區所接受的大氣降水入滲補給,主要為溝谷溢出排泄, 形成地表徑流； 開采條件下,地下水的排泄方式還有人工開采與礦坑排水等。 評價區的皇甫川、清水川和孤山川流域地下水均由東西兩側向中 部河谷區徑流,總徑流方向為沿河流方向由北西向南東徑流；悖牛川地下水由兩側向中 部河谷區徑流,在悖牛川水源地還存在縣界處的地下水側向徑流補給,可視為悖牛川水 源地的側向地下水徑流補給邊界。

巖溶地下水主要在山西境內碳酸鹽巖裸露區和淺埋區接受降雨入滲和河流滲漏補給,通過地下水側向徑流方式由山西省到達黃河河谷區。

2.1 大氣降水入滲補給量

大氣降雨入滲補給量采用降水入滲系數法計算,公式為：

式中：Q降補為大氣降水入滲補給量,104m3/a；P為多年平均降水量,mm/a；Fi為不同地貌單元的面積,km2；ai為不同地貌單元的降水入滲系數；n為地貌單元的個數。根據府谷縣氣象站 1954年~2013 年歷時 60 年的降水量頻率分析結果,結合大氣降水入滲補給系數分區,計算多年平均及不同保證率的大氣降水入滲補給量。

2.2 農灌回歸補給量

利用農灌回歸補給系數進行計算,計算公式為：

式中：Q灌補為農灌回歸補給量,104m3/a；Q灌i為農灌用水毛灌溉定額,m3/（a·畝）；βi為農灌回歸補給系數；Fi為灌溉面積,畝。

結合《陜西省地方標準行業用水定額》（DB61/T 943 -2014）及本次調查資料,確定區內水澆地凈灌溉定額：黃土丘陵區及沙蓋黃土區為 160 m3/（a·畝）～185m3/（a·畝）,清水川、黃甫川、孤山川和悖牛川河谷區為 200m3/（a·畝）,黃河沿岸等水資源相對豐富地區為 250 m3/（a·畝）；菜田凈灌溉定額為 530 m3/ （a·畝） ；苗圃凈灌溉定額為 750 m3/ （a·畝）。渠系利用系數為 0.75,田間利用系數為 0.92,根據實際情況渠系利用系數僅存在于地表水灌溉中。

2.3 地下水側向徑流補給量

區內地下水側向徑流補給主要發生在縣境內碳酸鹽巖類巖溶裂隙水地區和悖牛川河谷區,地下水側向徑流補給采用達西公式計算,計算公式為：

式中：Q側補側補為側向徑流補給,m3/d ；K為含水層滲透系數,m/d；I為水力坡度；H為含水層厚度,m；B為計算斷面長度,m。

2.4 河水激發入滲補給量

在河谷區開采地下水主要靠襲奪河水的入滲補給,根據河谷區的可開采量與激發入滲補給系數計算河水激發入滲補給量,河水激發入滲主要發生在黃河沿岸階地區和黃河 支流河谷階地區。激發河水入滲補給系數：黃河支流河谷區取 0.49,黃河河谷區取 1。

限于篇幅,具體計算過程不再討論,各鄉鎮地下水補給量及河水激發入滲補給量計算結果見表1。

表1 府谷縣各鄉鎮分散取水地下水可開采量成果表

3 地下水開采技術分析

根據府谷縣地下水補給方式,可將評價區分為全排型溝域區與河谷區。

3.1 全排型溝域區

在大面積為黃土丘陵區或沙蓋黃土地區,由于含水層滲透性能差,單井出水量小,不適合采用管井方式集中開采,僅適合采用民井、大口井、引泉引流 等分散的零星供水工程開采。

由于進入到含水層中的地下水部分以泉或溢流的形式排泄于地表匯流成河,可在區內各溝域地下水的總排泄口（各溝域溝口）修建水利工程引水,考慮到該 區煤炭開采及相關工業建設密集且活躍,可能會成為擬建水庫水資源的潛在污染源,同時該地區蒸發強烈,河水泥沙含量較高,修建地表水庫易造成水庫泥沙淤積問題,故而孤山川中段和悖牛川東側各溝域不適合修建大的地表水 庫取水。

另外,考慮到區內各溝域地下水以溢流的方式排泄于地表河流,基本均為全排型,出于對區內脆弱生態環境的保護,丘陵區擬采用引流方式開采大部分溝域的地下水溢出量。

3.2 河谷區

河谷區含水層為第四系沖積層與下伏基巖風化裂隙帶所構成的統一潛水含水巖組。地下水相對豐富,水質較好,具有供水意義和開發利用價值,并且河谷區地勢平坦,開采狀態下還可激發河水的滲漏補給,開發利用條件較為優越。根據陜北類似地區地下水開發利用工程, 以及取水工程施工經驗,皇甫川、清水川和黃河西側河谷區可采用傍河管井和滲渠、滲流井的形式開采地下水；由于氣候條件變化的影響,皇甫川、清水川變成了季節性河流,使用滲渠開采地下水會受到斷流影響,為解決這一問題,故皇甫川、清水川和黃河西側河谷區可采用滲渠、滲流井以及帶大型蓄水裝置的滲渠的形式開采地下水；黃河河谷的碳酸巖溶裂隙水地區,由于水資源豐富,開發利用程度較低,可采用深井方式開采地下水。

4 地下水可開采量分析

府谷縣域地下水按照取水工程布局與取水規模的不同,可分為區域分散取水和水源地集中取水兩種方式。

4.1 區域分散地下水可利用量

區域分散取水的地下水可利用量采用開采系數法計算。根據區內地下水類型、賦存特征、分布范圍、補徑排條件等,同時考慮到煤炭資源開發對水資源與水環境的影響,借鑒采用《府谷縣悖牛川取水工程勘察報告》《孤山川口水源工程水資源論證報告》《陜西省榆林市府谷縣墻頭—皇甫川水源地詳查報告》等前人計算成果,確定的地下水開采系數為：黃河河谷階地區為 0.70 ,皇甫川河谷階地區為 0.60；清水川、 孤山川和悖牛川河谷階地區為 0.50；石馬川河谷階地區為 0.40；皇甫川、清水川、孤山 川下段和縣域南西部黃土溝壑區為 0.2；孤山川西部、孤山川西北部和悖牛川溝域為 0.15。

區域分散取水的地下水可開采量計算結果見表1。全縣分散取水的地下水可開采量6.35×104m3/d；其中傍河開采激發河水補給量為 2.26×104m3/d。

4.2 水源地集中取水的地下水可開采量

府谷縣境內黃河河谷區和悖牛川河谷區,蘊藏豐富的松散巖類孔隙水和碳酸鹽巖類巖溶裂隙水資源,黃河河谷區松散巖類孔隙水水源地有孤山川水源地、陰塔水源地、 磧塄水源地和墻頭水源地；碳酸鹽巖類巖溶區裂隙水的水源地有天橋水源地、浪灣水源 地、清水川水源地和段寨水源地；悖牛川河谷松散巖類孔隙水水源地有悖牛川水源地。各水源地勘察評價的地下水資源量見表2。

表2 府谷縣各集中取水水源地勘查與評價成果表

孤山川水源地：位于府谷縣孤山川口兩側,北界黃土低山,南臨黃河弧形岸邊,屬黃河一級階地及漫灘,沿黃河弧形岸邊分布,面積 1.60 km2。水化學類型以 HCO3－Na·Ca 為主,礦化度 0.6 g/L 左右。地下水 可開采量10.3×104m3/d,為較好的生活飲用水、較差的鍋爐用水。

陰塔水源地：位于府谷縣南部黃河西岸,北起陰塔村,南至崇塔,面積約 0.89 km2。水化學類型以 HCO3·Cl－ Na·Ca 為主,礦化度 0.5 g/L~0.9 g/L 左右。地下水可開采量 9.8×104m3/d,為較好的生活飲用水、一般鍋爐用水。

磧塄水源地：位于府谷縣南部黃河西岸,距縣城約10 km,北起磧塄鄉,南至郭家溝,面積 1.0 km2。水化學類型以 HCO3－Na·Ca為主,礦化度 0.3 g/L~0.94 g/L 左右。地下水可開采量 5.0×104m3/d,為較好的生活飲 用水和一般鍋爐用水。

墻頭水源地：位于黃河沿岸墻頭農業示范園附近,地貌類型為黃 河堆積型一級階地,面積約 3.38 km2。水化學類型以 HCO3·SO4－Na 為主,礦化度小于 1 g/L,總體水質較好。地下水可開采量 2.25×104m3d,為較好的生活飲用水和一般鍋爐用水。

天橋水源地：位于府谷縣黃河西岸天橋巖溶裂隙水流域排泄帶的南端,沿黃河西岸分布,成狹長條帶分布,長約 1.6 km,寬 200 m~300 m,面積約 0.2 km2。水化學類型簡單, 主要為 HCO3型水,礦化度為 0.4 g/L~0.6 g/L,水溫 14 ℃~15 ℃,季節變化小。地下水可開采量 21.6×104m3/d,為生活、鍋爐和冷卻用水的理想水源。

清水川水源地：位于府谷縣城東北,距縣城 20 km 的黃河西岸清水川與黃河交匯處, 寬度約 0.6 km,沿清水川向西北延伸長度約 3 km,面積為 1.4 km2。水化學類型簡單,主 要為 HCO3－Ca、HCO3－Ca·Mg 型水,pH 值為 7.2~7.7,礦化度為 0.567 g/L~0.636 g/L。 地下水可開采量 4.8×104m3/d,為生活、鍋爐和冷卻用水的理想水源。

浪灣水源地：位于府谷縣城東北,距縣城約 15 km,開采區面積 0.56 km2。水化學類 型屬 HCO3－Ca·Mg 型水,礦化度為 0.5 g/L。地下水可開采量 12.9×104m3/d,為較好的生活飲用水、一般鍋爐用水和冷卻用水。

段寨水源地：位于府谷縣城東北約 35 km 的段寨村一帶,面積約 1.8 km2。水化學類 型為 HCO3·SO4－Ca·Na,礦化度為 0.39 g/L~2.42 g/L,總體水質較差。地下水可開采量 0.5×104m3/d,為差的生活用水和差的一般鍋爐用水。

悖牛川水源地：位于府谷縣大昌汗鎮西部悖牛川河谷區,據府谷縣城 120 km,面積約為 2.3 km2。水化學類型為 Cl－Na、Cl·HCO3－Na·Ca、HCO3－Ca·Mg,礦化度為 0.438 g /L~2.036 g/L,第四系潛水總體水質較好。地下水可開采量 1.0×104m3/d,為較好的生 活飲用用水和較好的一般鍋爐用水。

府谷縣九處水源地地下水可開采量為 68.15×104m3/d。其中,黃河河谷區集中水源地可開采量為 27.35×104m3/d,巖溶水集中水 源地可開采量為 39.84×104m3/d,悖牛川河谷區集中水源地可開采量 為 0.96×104m3/d。

5 結語

受地質條件和開采技術影響,府谷縣地下水資源開采難度較大。經過對府谷縣地下水開采技術和水資源可開采量的分析計算,府谷縣地下水總可開采量為 74.52×104m3/d。其中,區域分散取水的地下水可開采量為 6.35×104m3/d, 水源地集中取水的地下水可開采量為 68.15×104m3/d,為府谷縣水資源開發利用提供了科學依據。