西藏冷曲河谷地區地下水資源合理開發利用研究

劉潤勝,葉紅軍,李運肖

(1.河南省地質研究院,河南 鄭州 450016; 2.河南省地球物理空間信息研究院,河南 鄭州 450009)

研究區位于西藏自治區東部,地處怒江上游,主要為山地地貌和河谷地貌。山地地貌海拔4 km以上,相對高差深達1 km以上,局部常年有冰雪覆蓋,具有冰川地貌特征;河谷地貌分布于研究區中部,河流切割深,地形坡度大。研究區行政區劃隸屬于西藏自治區八宿縣,隨著318國道沿線及八宿縣城的建設發展,對水資源的需求日益增多,水資源的匱乏成為制約經濟發展的主要因素[1-3]。

1 地下水類型及主要含水層

根據含水介質的巖性組合特征及埋藏深度、地下水的賦存條件及水動力特征,結合本區目前的地下水開采深度,將本區含水層組劃分為松散巖類淺層含水層(組)和碎屑巖類裂隙含水層(組)2類。研究區水文地質如圖1所示。

1.1 松散巖類淺層含水層

淺層含水巖組主要分布在八宿縣城冷曲兩岸及拉曲河床、溝槽內,此外在各級臺地(或階地)上、斜坡坡腳處等也有分布,面積小。松散巖類含水層由第四系沖積物的砂、礫、粘土層以及洪積物的砂、礫、粘土層等組成,主要含水層為沖積物的砂礫石層,但其分布僅限于冷曲河床及兩岸的第一、二級階地上。淺層含水層類型為潛水。

圖1 研究區水文地質Fig.1 Hydrogeology of the study area

淺層地下水富水性,基巖山區的溝谷及階地,含水層厚度較小,富水性較差,根據含水層的富水性大小、成因類型,只分為弱富水區和貧水區。

(1)弱富水區(10～100 m3/d)。分布于八宿縣巴東新村、八宿縣政府一帶冷曲河及其階地中。含水砂層厚度不大、顆粒較粗。含水層全新統細砂、礫、粘土層。含水層1～2層,厚度一般1.2～4.5 m,含水層頂板埋深1.2～5.1 m。按5 m降深計算其單位涌水量11.28～18.15 m3/(d·m)。滲透系數0.042 3～0.045 6 m/d,導水系數0.21～0.23 m2/d。

(2)貧水區(<10 m3/d)。分布于八宿縣沙木村、珠八村、西巴村一帶冷曲河及其階地中。含水砂層厚度不大、顆粒較粗。含水層全新統細砂、礫、黏土層。含水層1～2層,厚度一般1.4～4.2 m,含水層頂板埋深1.2～5.6 m。按5 m降深計算其單位涌水量5.53～9.54 m3/(d·m)。滲透系數0.046 6～0.095 9 m/d,導水系數0.24～0.49 m2/d。

1.2 碎屑巖類裂隙含水層

碎屑巖裂隙水分布于研究區大部分區域,在研究區海拔較高的地帶,出露前石炭、石炭系、侏羅紀、上白堊系地層,雖然構造裂隙相對發育,但大氣降水和冰雪融水迅速滲入地下或通過地表徑流向海拔較低地區徑流,只有在局部構造阻水帶以泉的形式出露,上述含水層組富水性差。研究區內的褶皺、次級構造發育,研究區內的上新近系砂巖,白堊系下統多尼組砂頁巖等地層的巖石相當破碎,裂隙發育,裂隙產狀變化大,地下水就賦存于風化裂隙和構造裂隙中,并沿構造破碎帶富集,在地形低洼地帶或特殊構造部位以泉的形式出露成巖作用及膠結程度均差,構造裂隙極不發育,近地表風化后具有孔隙性,富水性較差,地下水徑流模數0.001 3～0.001 9 L/(s·km2)。

2 地下水動態類型

2.1 松散巖類孔隙水地下水動態

松散巖類孔隙潛水的動態變化主要受氣象、地貌、水位埋深、包氣帶巖性及人為因素的綜合影響[4-6],不同地區各因素的影響強度不盡相同,形成不同的動態特征,按影響潛水動態的主要因素劃分出以下成因類型。

(1)滲入—徑流型。分布于河谷階地及沖積谷地平原區,以降水入滲、徑流排泄為潛水動態的主要影響因素,其特點是:6—8月水位較低,10—12月水位較高,最高水位相對雨季滯后1個月左右(圖2)。

圖2 滲入—徑流型淺層地下水位動態曲線Fig.2 Dynamic curves of infiltration runoff shallow groundwater level

(2)滲入—下滲型。分布于區內階地平原區,孔隙水主要受大氣降水入滲補給,又主要通過緩慢下滲進行排泄,其特點是:6—8月水位較低,而10—12月水位較高,最高水位相對于雨季滯后1～2個月(圖3)。

圖3 滲入—下滲型淺層地下水位動態曲線Fig.3 Dynamic curves of shallow groundwater level with infiltration and infiltration

(3)滲入—蒸發、開采型。分布于部分河谷一級階地地下水位淺埋區。地下水受大氣降水及地表水灌溉滲入補給,而被蒸發和開采排泄[7-10]。其特點是:水位在地表水灌溉(渠灌)期和雨季上升,而在旱熱的6、7月及地下水灌溉期下降,地下水位變化滯后時間短(圖4)。

2.2 碎屑巖類裂隙水地下水動態

一般均在9—11月流量最大,2—6月流量最小,與氣象的雨季和旱季相對應而稍有滯后,且滯后時間、泉水豐枯期流量比與地下水埋藏深度密切相關(圖5)。

圖4 滲入—蒸發、開采型淺層地下水位動態曲線Fig.4 Dynamic curves of infiltration evaporation and mining shallow groundwater level

圖5 碎屑巖類裂隙水地下水位動態曲線Fig.5 Dynamic curves of groundwater level in clastic rock fissure water

3 地下水開發利用現狀

根據研究區地下水資源開采的深度、開采量及地下水水質的演化,地下水資源開發利用歷史大致可分為以下2個階段。

3.1 地下水資源開發利用初始階段(2006年以前)

研究區經濟技術發展相對落后,基本沒有工業設施,對水源的消耗主要來源于生活用水。研究區內居住人口較少且相當分散,供水模式主要有4種:①就近取用地表水;②在河流邊挖淺井(坑),深度一般1～3 m,接管取水;③在地勢較高的溝谷中攔蓄地表水接管引水自流到戶;④取用泉水。該階段地下水開采量小,主要開采松散巖類淺層孔隙水,其次為基巖裂隙水。

3.2 地下水資源開采近期階段(2006年—至今)

該階段研究區內出現了少量農村工業,地下水開發利用程度相對較高,主要用于人畜供水,研究區各鄉鎮地下水現狀開采量統計見表1,開采量小計3.65×104m3/a。主要供水模式有3種:①在地勢較高無采礦的支溝上游砌石攔蓄地表水接管引水供一戶或多戶用水;②在水文地質條件相對較好的溝中挖溝筑壩截取基巖裂隙水接管引水供多戶或一個村用水;③在研究區南部水文地質條件較好的地段,挖井下水泥管供多戶飲用和灌溉。該階段對地下水的開發利用達到了一個新的時期,主要開采松散巖類淺層孔隙水,其次為碎屑巖類裂隙水。

表1 研究區各鄉鎮地下水現狀開采量統計Tab.1 Statistics of current mining output of groundwater in towns and villages in the study area

4 地下水資源供需分析

隨著工農業迅猛發展,對水資源的需求量與日俱增,為了適應區內經濟發展戰略,預測2030年工業用水量、人畜飲用水量及農業灌溉用水量,然后進行水資源綜合平衡分析,以便進行合理調控使用有限的水資源。

按現在的工業現狀、灌溉用水量和人口進行2030年用水量預測。下面按八宿縣用水類型分區進行各項用水量預測計算。

(1)工業需水量。根據八宿縣提供的資料,綜合確定2030年工業用水重復利用率與工業萬元產值取水量。

根據八宿縣總體規劃,按式(1)、式(2)進行2030年工業需水量計算。

Q預=q預×M預

(1)

q預=q起×(1-R預)/(1-R起)

(2)

式中,Q預為預測年份工業用水量;q預為預測年份萬元產值取水量;M預為預測年份工業總產值;q起為起始年份萬元產值取水量;R預為預測年份工業用水重復利用率;R起為起始年份工業用水重復利用率。

此次計算起始年份為2020年,考慮工作區工業水平,將2020—2030年平均每年工業增長率為10%。

(2)人畜飲用水量預測。用水定額是根據工作區內用水現狀,結合《城市給水工程規范》(GB 50282—98)及本次調查核查資料確定的,2030年用水量為0.065 m3/(d·人)。

(3)農田灌溉用水量預測。雖說農業要改變種植結構,用水量可能增加,但考慮農業窯逐步改變灌溉模式,用水量會減少,所以2030年的需水量仍保持年灌溉面積及灌溉定額和灌溉用水量不變。

(4)其他用水量。主要考慮城市生態、公共、林漁業等方面用水,其數值是根據調查收集有關資料確定。

5 地下水供水方案

5.1 地下水資源潛力規劃

根據松散巖類孔隙水資源潛力評價分析,開采潛力多年平均為147.63×104m3/a,松散巖類孔隙水在地下水位降深值允許的范圍之內可適當增強開采量。根據碎屑巖類裂隙水資源潛力評價分析,開采潛力多年平均為2 037.55×104m3/a。碎屑巖類裂隙水可增強開采,進一步合理開發利用。

5.2 安全飲用水供水方案

優先開采松散巖類和碎屑巖類水;其次在淺層水不適宜飲用的地區選擇集中開采基巖裂隙水可飲用層段作為供水水源,供一個或多個村人畜飲用。

行政區規劃原則采用分質分層位供水,優先開采滿足飲用水標準(Ⅰ—Ⅲ類地下水)的層位的地下水,其次考慮地下水Ⅳ類水層位的地下水(適當處理),Ⅴ類水不宜用作飲用地下水;在2個層位的地下水質量類別一致時,優先考慮埋藏淺易開采層位的地下水。在飲水資源不足或者不滿足飲水標準時,農村飲用水盡量采用本地的地下水。

研究區內地下水均無Ⅰ類水,西部花崗巖山區地下水水質為Ⅱ類,變質巖山區地下水水質為Ⅱ類,局部區域為Ⅲ類。地下水屬于Ⅳ類水的地區研究區內主要分布在珠八村松散巖類孔隙水以及碎屑巖類裂隙水。Ⅳ類水不可作為飲用水直接使用。

5.3 農業灌溉供水方案

在研究區地表水較為豐富,可采用渠水灌溉。農灌井開采過程中,因不使地下水位持續下降,以節約水源為根本,大力推廣微觀技術,微觀技術主要有:微噴灌、滴灌、小管出流、滲灌等高新技術節水灌溉模式。

5.4 鄉鎮供水方案

研究區屬西藏自治區缺水山區,村莊多分布于溝谷兩側,生活用水主要來自于河流、溝谷上游,鄉鎮多位于河谷及其階地地帶,淺層地下水可集中開采,選擇水質、水量較好的含水層作為供水水源。

6 地下水資源合理開發利用方案

根據全區地下水開采條件的均衡計算,淺層地下水可開采資源量為230.29×104m3/a,開采程度低;碎屑巖類地下水可資源開采資源量為2 037.55×104m3/a,開采程度低;目前開采量3.65×104m3/a,可以適當加強該地區地下水資源量的利用。

6.1 碎屑巖類地下水開發利用方案

50 m以上,含水層富水性差,地下水埋深1.1～4.3 m。適宜作為農村分散供水水源,可設計井深35 m,鉆探技術可采用沖擊鉆進,井徑325 mm。

50 m以下,含水層富水性好,適宜作為農村安全飲水水源,可設計井深150 m,鉆探技術可采用沖擊鉆進,井徑325 mm。

6.2 松散巖類地下水開發利用方案

淺層含水巖組主要分布于較大的溝谷中,面積小。含水層為全新統砂、礫、粘土層,淺層含水層類型為潛水。由于受構造控制,含水巖組底板埋深變化較大,含水巖層的空間分布不均,從溝谷上游而下底板埋深逐漸增大,含水層厚度也逐漸增大。含水層頂板埋深1～5 m,底板埋深2.7～12.92 m,含水層一般分布1～2層,總厚度達1.7～6 m。

(1)弱富水區(10～100 m3/d)。分布于八宿縣巴東新村、八宿縣政府一帶冷曲河及其階地中,含水砂層厚度不大、顆粒較粗,含水層全新統細砂、礫、黏土層。含水層1～2層,厚度一般1.2～4.5 m,含水層頂板埋深1.2～5.1 m。按5 m降深計算,其單位涌水量為11.28～18.15 m3/(d.m)。滲透系數為0.042 3～0.045 6 m/d,導水系數0.21～0.23 m2/d。

(2)貧水區(<10 m3/d)。分布于八宿縣沙木村、珠八村、西巴村一帶冷曲河及其階地中,含水砂層厚度不大、顆粒較粗,含水層全新統細砂、礫、黏土層。含水層1～2層,厚度一般1.4～4.2 m,含水層頂板埋深1.2～5.6 m。按5 m降深計算,其單位涌水量5.53～9.54 m3/(d·m)。滲透系數0.046 6～0.095 9 m/d,導水系數0.24～0.49 m2/d。

綜上所述,松散巖類地下水適宜作為農村分散供水水源,可設計井深7～15 m,人工開挖比較危險,出于安全考慮,開采技術可采用沖擊鉆進,井徑460 mm。

7 結論

研究區內主要開發利用淺層地下水,冷曲河南岸第四系松散巖類分布區地下水開采比較集中,以生活用水為主,研究區位于缺水型山區,由于大氣降水是地下水的主要補給來源,地下水水位呈季節性變化,大氣降水的減小,使地下水補給量明顯減小,淺層地下水資源量處于下降趨勢,應合理開發利用淺層地下水資源,避免超采。