某區地下水賦存條件與規律評價分析

高淑紅

(齊齊哈爾市水資源中心，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

0 前 言

水資源是人類賴以生存和發展的自然資源，隨著我國城市化、工業化進程的加快，城市供水安全問題逐步顯現，水環境問題日益突出，水資源短缺、水污染已成為影響和制約城市可持續發展的重要因素。因此，加強水資源的詳查工作是一項重要工作，迫在眉睫。本次工作的主要目的是為適應城鎮經濟社會的可持續發展，為地下水資源的合理開發、高效利用、科學管理、有效保護提供依據。

1 水文地質條件

詳查區位于松嫩平原西部，嫩江由北向南流經測區東南部。區內地貌單元為沖湖積低平原和沖積河谷平原。地形平緩，坡度較小。較厚的第四紀松散堆積物中蘊藏著極其豐富地下水資源。地下水的賦存條件與分布規律嚴格受其地質、構造、地貌、巖性、氣候等諸多因素的控制。

2 地下水類型與富水性

為正確的評價富水性，劃分富水性等級，孔隙潛水富水性按統一口徑273mm，降深為5m時的單井換算水量；孔隙承壓水和裂隙孔隙承壓水富水性按統一口徑273mm，降深為15m時的單井換算水量，作為富水性等級的劃分依據。

2.1 第四系孔隙潛水含水巖組(Q3、Q23、Q4)

該含水巖組遍布全區，水量較豐富，水位埋深一般6-12m，河谷平原區水位埋深<4m，年水位變幅0.5-2.28m。底板埋深47.5-58.8m。該含水巖組中部20-30m之間夾有一層細顆粒的粉質黏土、淤泥質粉質黏土，粉土、含泥質砂層及砂、含礫砂層，厚度一般1.50-6.50m，最厚14.50m。其中黏土層厚度一般<7m，局部缺失，相變為粉土、含泥質砂層。該層上部含水層巖性以中、粗砂為主，細砂次之；其下部以礫砂為主，粗砂次之。該含水巖組巖性一般具有上部細下部粗的規律。含水層總厚度一般30.00-48.00m，該含水巖組補給條件較好，富水性豐富，鉆孔單井換算水量1000-3000m3/d。據本次抽水試驗資料，當降深2.73-6.26m時，單井涌水量1135.99-1767.84 m3/d，單位涌水量4.816-3.269L/s·m，該區滲透系數36.04-110.06m/d，影響半徑143.96-869.31m。PH值7.25-7.54，礦化度0.22-0.39g/L，水化學類型為HCO3-Ca·Mg及HCO3-Ca型水，該層水是農業用水的主要供水目的層[1]。

2.2 第四系孔隙承壓水含水巖組(Q21-Q22、Q1)

2.2.1 中更新統孔隙承壓水含水層

含水層巖性以粗砂、礫砂為主，次為圓礫及中、細砂。該含水層的局部地帶夾有薄層粉質黏土、粉土，或粉、黏土透鏡體。含水層厚度31.5-50.5m，承壓水水位埋深一般為7.00-13.00m多采。按富水性分級可分為兩個區，即富水性豐富區及富水性極豐富區。前者分布于測區西北部，鉆孔單井換算水量1000-5000m3/d， 據FS2和HC7鉆孔資料，單井換算水量為4324.16-4749.03m3/d，收集鉆孔和生產井換算水量達到1000-5000m3/d；后者于測區東北及東南大面積分布，水量>5000m3/d，據FS1和QH76鉆孔資料，單井換算水量為5306.14-12800.56m3/d。收集鉆孔換算水量也>5000m3/d。該含水巖組滲透系數33.95-125.05m/d，影響半徑177.70-601.62m。pH值7.59-7.84，礦化度0.18-0.22g/L，水化學類型為HCO3-Ca·Mg型水，該層水是工業用水和生活用水的主要供水目的層[2]。

2.2.2 下更新統孔隙承壓水含水層

巖性以含礫中、細砂、含礫中、粗砂為主，局部有中、粗砂和礫砂、圓礫，厚度48-50.06m，含水層頂板埋深97.30-100.65m，為粉質黏土、粉土，底板埋深146.50-169.5m，水位埋深4.60m。鉆孔單井換算水量1029.41-3712.51m3/d，PH值7.5，礦化度0.34g/L，水化學類型為HCO3-Ca·Na型水，該層水與上部中更新統孔隙承壓水水力聯系較密切。

2.2.3 碎屑巖類裂隙孔隙承壓水含水巖組

該含水巖組為新近系中-上新統大安組，全區均有分布，據昕富島FK礦泉井和L33鉆孔資料，含水層巖性為灰、灰白色砂礫巖、中粗砂巖，含水層厚度40.10-48.70m，頂板埋深169.5-182.6m，水頭高出地面3.00-6.51m，水位降深5.20-4.49m時，涌水量765-951.8 m3/d，單井換算涌水量2206.43-2219.10m3/d。滲透系數為4.990-7.998 m3/d，其地下水化學類型為低礦化的重碳酸鈉型水，礦化度170-200mg/L，pH值7.10-7.94。該層水偏硅酸含量普遍較高，超過礦泉水規范中偏硅酸的界限值25.00mg/L。據齊齊哈爾市昕富島礦泉水井2013年水質檢驗報告，偏硅酸含量為30.68mg/L。該層水含水層厚度較大，富水性較強，水質好，且埋藏深度較大，但水頭較高，易開采，是生活用水的備用水源，亦是礦泉水開發的供水水源，具有較大的開采潛力。

2.3 地下水補給、徑流及排泄條件

本區地下水的形成、賦存、分布及地下水的運移，受地形、地貌、地質構造及氣象水文條件的控制和影響，其地下水的補給、徑流、排泄條件既有共同點，又有一定的差異。

2.3.1 第四系孔隙潛水

1)補給來源：包括大氣降水的入滲補給、鄰區的地下徑流側向補給、嫩江江水的側向補給、地表水灌溉的滲漏補給。

2)徑流條件：受地質地貌條件的控制，潛水區域流向大體與地面坡降一致，波狀低平原地下水由西北流向西南(受江水補給的影響)地下水流速與其水力坡度及地面坡度有關。本區地面坡度1‰-2‰，地下水水力坡度0.5‰-3.5‰。

3)排泄條件：潛水的排泄主要有向下伏承壓水含水層的越流排泄、農灌區的開采排泄，和向下游鄰區的側向地下徑流排泄及河谷漫灘區的蒸發排泄。

2.3.2 第四系孔隙承壓水

1)補給來源：主要是上層潛水通過弱透水層或天窗越流補給承壓水，次為鄰區的側向徑流補給。

2)徑流條件：測區均為承壓水徑流區。承壓水主體流向由北西向南東流，富拉爾基區對下部承壓水集中大量長期開采是其排泄的主要方式，向南側、東南側地下徑流。

3)排泄條件：下部承壓水流向為南東，補給來源為上部潛水的越流補給及地下水側向徑流補給，排泄主要為人工開采及側向徑流。

2.3.3 新近系碎屑巖類孔隙承壓水

含水層埋藏于第四系孔隙水含水層之下，由于上覆地層厚度大，故不易直接接受大氣降水的入滲補給，地下水主要接受鄰區含水層的側向徑流補給及上層孔隙水的越流補給。人工開采和地下側向徑流是該層水的主要排泄方式。

2.4 地下水動態

2.4.1 地下水動態的影響因素

地下水動態的影響因素主要為氣象、水文、地質、地貌及含水層巖性，人為因素等。

1)氣象。在測區低平原上選取有代表意義的D8號長觀井資料，集中降雨引起水位明顯的抬升，集中降雨的多少影響水位高低，雨量越大，潛水水位也越高。降雨是本區地下水動態的主要影響因素，它基本上控制著潛水水位的上升時間和幅度。

2)水文。由于嫩江河床與潛水含水層存在著水力聯系，故江水對河谷平原及附近潛水動態有影響。

3)地質、地貌及含水層巖性。在不同地貌單元及同一地貌單元不同地段，因包氣帶巖性和飽水帶巖性不盡相同，導致各種因素作用程度有差異。地貌和含水層巖性對本區的潛水水位動態有一定的影響。

4)人為因素。由于城區密集的建筑物覆蓋，阻止了降雨的滲入和潛水的蒸發，從而影響著市區及附近的潛水動態。另外，大量農業用水的開采，已構成了對潛水動態的較大影響。從動態曲線上看，在農業用水量較大的4、5月份；地下水位有明顯的下降。開采強度是本區潛水動態的主要影響因素之一，它主要控制著集中開采區及附近潛水下降的幅度。

2.4.2 地下水水位變化規律

1)潛水變化。地下水位年內呈季節性變化，即在一年內，水位出現一個峰值和一個谷值，降水補給增強，農業用水基本停止開采，空氣的相對濕度相對增大，蒸發受限。此時，潛水的補給大于排泄，水位明顯上升，雨季過后，補給減少，排泄量相對增強，潛水位逐漸下降，至翌年雨季前達谷值。地下水水位在空間上的變化：主要表現為因地貌、含水層巖性不同，各種因素作用的程度不同，導致水位的變幅、波動頻率、升降速度的差異。

2)承壓水。由于承壓含水層與潛水含水層之間的隔水層不甚連續，即局部弱隔水，甚至有天窗存在，承壓水接受滲漏和一定條件下的越流補給。因此，承壓水受潛水影響，也具有明顯的周期性、季節性變化規律

3)地下水水溫變化規律。水溫的變化主要受氣溫、地下水補給途徑及水位的控制，同時受地溫、地表水體、地表覆蓋物等因素的影響和控制。

4)地下水動態類型及其特征。根據地下水動態主要控制因素，結合區內水文地質條件分析，地下水動態類型主要有：水文型；滲入—徑流、開采型；徑流—開采型。

3 地下水資源評價

3.1 地下水資源計算的原則和方法

依據《供水水文地質勘察規范》(GB50027-2001)的要求，在富拉爾基城區85km2的范圍內采用水均衡法對地下水的補給量和排泄量進行計算，同時計算地下水的可開采量。環保、經濟合理的開發利用地下水，保障人民的用水安全，應優先開發淺層地下水，合理開采利用中、深層承壓水。在集中供水水源地以先保證生活用水為主，其次為工業用水。農田灌溉用水應采取分散型供水方式。

3.2 參數計算與選擇

3.2.1 滲透系數

根據帶觀測孔的單孔抽水試驗確定。

潛水利用穩定流裘布依潛水無限含水層公式：

(1)

承壓水利用：

(2)

3.2.2 影響半徑

采用庫薩金公式計算：

潛水：

(3)

承壓水：

(4)

3.2.3 潛水導水系數、給水度、水位傳導系數

(5)

3.2.4 承壓水導水系數、彈性給水度、水位傳導系數

(6)

3.2.5 降水入滲系數、潛水蒸發系數

根據包氣帶巖性、地下水埋藏條件確定大氣降水滲入系數和潛水蒸發系數。

3.3 地下水資源計算

3.3.1 地下水資源計算分區

地下水資源計算分區依據地下水類型劃分為孔隙潛水和孔隙承壓水2個大區。根據地貌單元、地表巖性差異劃分亞區，以便根據水文地質參數進行開采資源計算評價。

3.3.2 地下水資源計算方法

采用均衡法進行地下水資源的計算。對一個含水層組來說，在補給與消耗的動態平衡發展過程中，任一時間的補給與消耗之差，等于含水層組中水體的變化量。在這一均衡時段內其補給量與排泄量隨開采量變化而變化。分別對各均衡要素進行計算。

3.3.3 水均衡法計算補給量及排泄量

Q側補+Q降補+Q河補+Q渠補+Q開補-Q側排-Q蒸發-Q越排-Q開排=Q儲變

(7)

3.3.4 地下水開采量

地下水的實際開采量，根據齊齊哈爾市水務局和齊齊哈爾市地下水資源管理處調查統計資料：松散巖類孔隙潛水為24492.60 m3/d(893.98×104m3/a)，孔隙承壓水為54763.56m3/d(1998.87×104m3/a)。總計：79256.16m3/d(2892.85×104m3/a)。

地下水的補給量與排泄量相差-327.37 m3/d，去掉越流量31035.20 ×104m3/d，其補給量為100845.19m3/d，排泄量101172.56m3/d，均衡結果見表4-10。

3.3.6 地下水可開采量計算

地下水可開采量采用開采系數法計算。據齊齊哈爾市水利勘測設計研究院提交的《黑龍江省齊齊哈爾市區地下水超采區調查與評價報告》成果及本次補給量計算結果，承壓水開采系數取0.9，可開采量為55202.99 m3/d，接近補給量；潛水開采系數取0.8，可開采量為56434.99m3/d。

4 地下水資源量評價

依據含水層的空間分布及含水介質、地貌特征的差異劃分,潛水分為3個計算區，承壓水為1個區，采用水均衡法、分別計算了孔隙潛水與孔隙承壓水的補給量、排泄量；采用開采系數法，計算了可開采量。

用水均衡法計算區內潛水的補給量為70543.74 m3/d(2574.85 ×104m3/a)，排泄量為71425.81 m3/d(2607.04 ×104m3/a)；承壓水的補給量為61336.65m3/d(2238.79 ×104m3/a)，排泄量為60781.95 m3/d(2218.54 ×104m3/a)。由于潛水的越流排泄量和承壓水的越流補給量是同一個量，地下水總資源量計算時要去掉重復量。即潛水的越流排泄量(承壓水的越流補給量)31035.20×104m3/d。然后，區內地下水總的補給量為100845.19m3/d(3680.85 ×104m3/a)，總排泄量為101172.56 m3/d(3692.80 ×104m3/a)，地下水的補給量與排泄量基本處于均衡狀態。

計算補給量潛水為70543.74 m3/d，可開采量為56434.99 m3/d，補給量大于可開采量，是有足夠補給保證的，還可以有開采的潛力的，特別是河谷平原區。承壓水補給量為61336.65m3/d，可開采量為55202.99 m3/d，與補給量相近，所以如果開采量增加，將形成地下水水位下降漏斗。

5 具有供水前景的水源區資源計算與評價

齊齊哈爾市富拉爾基區城鎮經過1年多的野外勘查工作，已經基本查明了區內的地層層序，水文地質條件，并為城區擬建水源地選擇了1處具有供水前景的地段。

5.1 具有供水前景水源區確定的依據

本區含水巖層(組)，按其賦存條件和水力特性分為三個含水層(段)，即上更新統孔隙潛水含水層，中下更新統孔隙承壓含水層，新近系中上新統大安組裂隙孔隙承壓水。其中，上更新統孔隙潛水含水層，埋藏淺，一般埋深6—10m，厚度較大，厚度35—45m，分布穩定，富水性較強，易于開采利用，但是，地下水已被污染，局部地帶已出現了氯化物型水和硝酸型水，已經不能滿足生活用水標準和部分工業用水要求，只可做為農田灌溉用水。而中下更新統孔隙承壓水含水層，埋藏較淺，一般上覆5—11m厚的黃土狀粉質黏土，一般頂板埋深為45—55m，厚度大，45—55m，分布穩定，富水性強，地下水化學類型單一，為HCO3—Ca·Mg和HCO3—Ca型水。易于開采利用，是理想的供水目的層，大安組裂隙孔隙承壓含水層，埋藏深度大，開采利用較困難。具有供水前景地段圈定依據：勘探發現，在富區區磚瓦廠一帶，含水層顆粒粗，其巖性為砂礫石、含礫中粗砂、中粗砂，結構松散，厚度32.00m，單井出水量4324.16m3/d，換算出水量為4324.16m3/d，地下水極為豐富，水化學類型為HCO3—Ca·Mg型水。依據上述條件，確定后富拉爾基磚瓦廠1處地段為城區可供詳勘的水源地，圈定面積為3km2。

5.2 具有供水前景水源區開采資源計算與評價

5.2.1 具有供水前景水源區開采資源計算

穩定流平均布井法

1)公式：

Q開=Q單·n·T

(8)

2)參數來源：單井涌水量為設計出水量，影響半徑根據設計出水量確定，供水地段面積為圖中圈定的面積。

3)預測開采量

5.2.2 開采量評價

利用開采強度法評價開采量的保證程度，根據穩定流計算預測開采量。計算供水地段的開采強度，通過開采強度預測開采穩定狀態下的水位降。用它和區內允許水位降值相比較，如果該值小于允許水位降值，說明預測開采量有保證。允許水位降值的確定根據水源地水文地質條件，頂板埋深45-55m，預測漏斗中心水位降35m為宜。

后水哈拉具有供水前景的供水水源地開采量評價

將該處概化成一個1.5×2km的矩形開采區，其開采強度ε=0.0067m。

公式：

(9)

式中：ε為開采強度，m/d；t為開采時間，d；μ*為彈性給水度，根據FS1號鉆孔，取值為1.7×10-3；Lx為開采區長度的一半，m；Ly為開采區寬度的一半，m；S*(α，β)為函數，查表得出；a為導壓系數，m2/d，根據FS1號鉆孔，取值為5.2×106m2/d。

經計算：S=0.0067×365×0.0073/0.74×10-3=24.12(m)

區內最大允許水位降為35m，因 24.12 m<35.00 m，所以預測開采量是有保證的。

6 結 論

通過對某區地下水賦存條件與規律評價，為適應城鎮經濟社會的可持續發展，為地下水資源的合理開發、高效利用、科學管理、有效保護提供依據，同時對城鎮地下水資源詳查的基本任務是在城鎮地區可能富水地段，基本查明水文地質條件，初步評價地下水資源，地下水可開采量(允許開采量)，滿足C級精度要求，對地下水資源開采量進行評價。