塔城沙灣縣飲水安全鞏固提升工程取水首部地下水量分析

李曉燕

（塔城地區水利水電勘察設計院，新疆 塔城 834700）

1 引言

飲水安全鞏固提升工程建設可以提高項目所在區域飲用水安全質量，是一項極為重要的民生工程[1-3]。可供水資源總量是影響飲水工程建設的一個重要因素，只有準確調查區域水資源總量，制定科學、合理的管網布置方案，方可解決區域水資源短缺問題，為居民提供源源不斷的水源[4-5]。地下水是區域水資源的重要組成部分，其分布范圍廣，總量較大，因此，準確調查地下水水量對飲水工程建設尤為重要[6-7]。

2 工程概況

擬建的塔城地區沙灣縣東灣鎮飲水安全鞏固提升工程位于東灣鎮轄區，距沙灣縣縣城約60 km。沙灣縣屬于典型的大陸性干旱氣候區，多年平均降水量185.5 mm，多年平均蒸發量2046 mm。塔城地區沙灣縣東灣鎮飲水安全鞏固提升工程主要解決19536 人，194631 頭標準畜飲水問題，供水總規模為3012.64 m3/d，輸水流量為36.29 L/s，配水流量為69.74 L/s～0.18 L/s。

3 項目區水源情況分析

3.1 地表水

距項目區最近的地表水源為發源于新疆天山北坡中段依連哈比爾尕山海拔4630 m 橋勒溝的寧家河河水。

（1）徑流

地表水為寧家河河水，寧家河西干渠渠首設計徑流的年內分配以寧家河西干渠渠首實測徑流系列典型年的分配為依據，根據年水量相近、灌溉期（5 月～8 月）來水偏少的原則，在實測徑流系列中分別選取1966年、1995年、1975年、1968年為典型年，采用年水量控制、同倍比縮放，計算得到不同保證率P=25%（豐水）、P=50%（平水）、P=75%（偏枯水）、P=95%（特枯水）的設計徑流量及年內分配見表1。

表1 寧家河西干渠渠首設計徑流量年內分配成果表

（2）洪水

由于寧家河渠首處有歷史洪水調查資料，該地區有五處水文站點，采用地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法分析計算寧家河渠首處設計洪峰流量見表2。

表2 洪峰流量模比系數地區綜合頻率計算成果表

（3）泥沙

通過對石門子水文站懸移質輸沙量分析計算，多年平均懸移質輸沙量15.232×104t，最大年輸沙量是2007年的119×104t，最小年輸沙量是1977年的4.04×104t，最大年與最小年比值為29.5，說明寧家河年輸沙量年際變化較大；歷年最大日輸沙量為35.4×104t，發生在1999年8 月2日，占全年輸沙量的15.7%；石門子水文站多年平均輸沙模數為241 t/km2。將石門子水文站的選用參數代入公式，可以推算出西干渠渠首處的多年平均懸移質輸沙量為6.12×104t。西干渠渠首處的推移質泥沙為1.22×104t。

3.2 地下水

項目區地下水資源豐富，根據調查，在已建管道末端13+000 處形成泉眼溢出帶，水量充沛，水質良好。

4 項目區取水首部河道地下水情況調查

4.1 地下水的賦存及徑流條件

取水首部河道在第四系時期的河水長期沖刷作用下，使河道下切并沉積了寬度約140 m 的第四系卵礫碎石層，河床平坦開闊，現代主河床寬2 m～4 m，靠近河道左岸。擬建取水首部及滲管布置于河道右岸（見圖1）。

圖1 取水首部平面圖

根據本次物探工作，河道電測深曲線類型僅有1 種Q型，該類型曲線所反映的地電斷面為四層，曲線形態見圖2。

圖2 河道電測深曲線

各電性層相互關系為ρ1>ρ2>ρ3，其中ρ1層視電阻率值為864.5 Ω·m，反映了河道表層干燥卵礫石的電性地質特征；ρ2層視電阻率值為190 Ω·m，反映了河道含水砂卵礫石層的電性地質特征；ρ3層視電阻率值為32.0 Ω·m，反映了下伏砂質泥巖的電性地質特征。

經過物探剖面解譯，河道內地層巖性分為兩層：上層為松散卵礫石，下部為不透水的砂質泥巖。其中從右岸至河床方向約90 m 范圍內，砂質泥巖埋深約15 m；從左岸至河床方向約50 m 范圍內，砂質泥巖埋深約7 m。

上部松散的卵礫石層構成了區內最重要的潛水含水層。潛水埋藏深度在河道內一般0.2 m～0.5 m，地下水埋深淺；在靠近河道右岸處，地下水出溢地表，有兩條地下水出溢帶S1、S2，寬度1 m～2 m，長度由取水首部處向上游延伸60 m～70 m。

地下水主要來源于上游含水層的側向流入滲補給，河床潛流的徑流條件主要受河床的坡度和含水層介質所控制，總體上沿河道以2.3%的水力坡度向下游暢流，徑流條件良好。

4.2 含水層特征及賦水性

本次工作共進行了2 組試坑抽水試驗，含水層參數由大口井抽水試驗計算得來；2 組抽水試驗布置于物探線處、右岸至河床方向約90 m 范圍內。其計算方法采用潛水非完整井（半球狀井底，井壁、井底進水）計算公式：

式中：Q 為出水量，m3；Sω為水位降深，m；H 為含水層有效厚度，m；R 為影響半徑，m；lo為靜水位至大口井井底距離，m；l 為動水位至大口井井底距離，m；rW為大口井半徑，m。參數計算結果見表3。

表3 試坑抽水試驗計算成果表

由計算結果可以看出：滲透系數基本接近，滲透系數取小值50 m/d。

4.3 地下水資源量計算

擬建取水首部處地下水資源量包括地下水出溢量和潛流量。根據含水層結構和滲管可能的影響范圍，取大口井處垂直河道、并距右岸90 m 長度斷面（含水層厚度15 m）作為標準計算斷面。

a.地下水出溢量Q1

根據對附近居民走訪調查，地下水出溢帶S1、S2常年流水，年內變化不大。本次工作用三角堰進行了流量測定。結果見表4。經測定，地下水出溢量為Q1=1400 m3/d。

表4 S1、S2 測流結果表

b.地下水潛流量Q2

潛流量是指當含水層中地下水的徑流量。根據標準斷面的水文地質條件，其潛流量采用達西公式計算。過水斷面單位面積潛流量q 按下式計算：

式中：K 含水層滲透系數50 m/d；I 水力坡度，實測值2.3%。

計算得單位面積潛流量：q=1.15 m3/d。

標準斷面的潛流量Q2按下式計算：

式中：L 含水層寬度，取90 m；M 含水層厚度，取15 m。

通過計算，標準斷面處地下水潛流量為Q2=1550 m3/d。

c.地下水總資源量Q

地下水出溢量和地下水潛流量兩項之和為標準斷面地下水總補給資源量。即：

4.4 取水建筑布置方案建議

通過本次水文地質勘察查明擬建取水首部處地下水埋深較淺，約0.5 m；含水層厚度較大透水性好，滲透系數50 m/d，且地下水水質好，符合開采河床潛流量條件，適宜用滲管開采地下水。

根據現場條件，右岸地下水呈條帶狀出溢，出溢水量為1400 m3/d。河床含水層單位面積潛流量為1.15 m3/d，可根據所需開采潛流量的大小，設置滲管的埋深和長度。

5 結論

為了查明塔城沙灣縣飲水安全鞏固提升工程取水首部地下含水層分布情況，采用物探手段進行調查。結果表明：河道內地層巖性分為兩層：上層為松散卵礫石，下部為不透水的砂質泥巖，地下水徑流條件良好。通過理論計算地下水總補給資源量為2950 m3/d，適宜用滲管開采地下水，可根據所需開采潛流量的大小，設置滲管的埋深和長度。