甘肅隴東能源基地地下水分布規(guī)律及開發(fā)利用對策研究

郭富赟

(甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，甘肅 蘭州 730050)

0 引言

隴東地區(qū)煤炭、石油、天然氣等礦產(chǎn)資源十分豐富，是國家級能源基地—鄂爾多斯盆地能源基地的重要組成部分，被稱為隴東能源化工基地。隴東地區(qū)的礦產(chǎn)資源儲量大，品質(zhì)優(yōu)，組合配置條件好，開發(fā)前景廣闊。地下水是隴東地區(qū)重要的供水水源，但是隨著能源基地建設步伐的不斷加快，水資源短缺的矛盾日益凸顯，因此合理利用地下水，保護有限的水資源成為當務之急。

1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

1.1 地下水類型

本區(qū)地下水主要賦存于第四系松散堆積物、白堊系保安群砂巖及平?jīng)鑫鞑康暮洹獖W陶碳酸鹽巖中。石炭—侏羅系為弱—非含水層系統(tǒng);六盤山一帶尚有基巖裂隙水含水系統(tǒng)。

第四系含水巖系可分為第四系沖洪積砂礫石含水巖組和黃土含水巖組兩種類型。

第四系沖洪積砂礫石含水巖組主要分布在盆地南部的涇河、汭河、黑河等河流谷地中，另外在馬蓮河、環(huán)江、葫蘆河也有分布。含水介質(zhì)以砂礫卵石、碎石為主，地下水類型為孔隙潛水。含水層滲透系數(shù)10～80 m/d間，單井涌水量多在100～3 000 m3/d。

第四系黃土含水巖組主要分布于北緯37°30'以南黃土高原區(qū)。殘塬區(qū)黃土層厚100～250 m，水量較為豐富，梁峁區(qū)黃土層厚各地差異很大，由5～80 m不等，由于儲水條件差，水量貧乏。殘塬區(qū)潛水主要分布于慶城以南的19個黃土塬區(qū)，總面積達2491 km2。塬區(qū)黃土含水層厚度20～70 m，塬中心水位埋深30～70 m，單井涌水量在50～1 500 m3/d。梁峁區(qū)潛水主要分布于慶城以北的梁峁溝壑區(qū)及慶城以南黃土殘塬塬側(cè)的梁峁溝壑區(qū)。多賦存于黃土塬、掌杖形地，單井涌水量多小于100 m3/d，但水質(zhì)較好，礦化度一般為1g/L左右，是較好的供水目的層。

白堊系含水巖系自上而下劃分為3個含水巖組:羅漢洞組、環(huán)河組、洛河宜君組。

羅漢洞含水巖組分布在環(huán)縣-西峰一線以西，含水層巖性以中細、中粗砂巖為主，單井涌水量500～3 000 m3/d左右。

環(huán)河組含水層巖性由砂質(zhì)泥巖、泥巖及粉細砂巖組成，地下水的富水性總體較羅漢洞涇川組要弱。馬蓮河谷地慶陽段、柔遠河谷地、茹河谷地鎮(zhèn)原段富水性相對較好，單井涌水量500～1 000 m3/d。環(huán)縣西部、崇信縣、涇川與靈臺西部，富水性最弱，單井涌水量小于100 m3/d。其它大部分地區(qū)富水性居中，單井涌水量在100～500 m3/d。

洛河含水巖組在區(qū)內(nèi)均有分布，含水層巖性為中粗、中細砂巖和砂礫巖。含水層厚度不均，總的變化規(guī)律是自北向南，含水層厚度由厚變薄，最北部的環(huán)縣一帶，含水厚度在500 m以上，向南漸變?yōu)?00～400 m。自中部向東西兩側(cè)，含水層由厚變薄，西峰一帶含水層厚度在400～500 m，向東西兩側(cè)漸變?yōu)?00～300 m。本組含水層頂板埋深普遍較大，除馬蓮河以東地區(qū)為200～400 m外，其余地帶多在400～850 m，但承壓水頭普遍較高，基本均可自流，慶城一帶水頭最高可達102 m，單孔涌水量一般為500～1 000 m3/d，最大可達3000～5 000 m3/d。

下白堊系六盤山群碎屑巖孔隙—裂隙含水層分布于六盤山東麓地區(qū)，大部分裸露地表。和尚鋪組和李洼峽組僅在華亭南川-神峪向斜盆地和北部涇河河谷中含有一定量的承壓水，單孔涌水量小于100 m3/d;三橋組礫巖在崆峒涇河后峽、頡河及大岔河河谷地區(qū)礫石成分以灰?guī)r為主，普遍具有巖溶化現(xiàn)象，發(fā)育溶隙(溶槽)，單孔涌水量一般為100～1 000 m3/d，最大可達3 000～5 000 m3/d，是六盤山東麓地區(qū)主要的富水地層之一。

碳酸鹽巖含水巖組主要分布于西、西南邊山地，其中奧陶系中統(tǒng)三道溝組為純灰?guī)r和豹皮狀灰?guī)r，質(zhì)純層厚性脆，地下巖溶裂隙發(fā)育，是區(qū)內(nèi)巖溶水的主要富集層位，單井涌水量一般都大于3 000 m3/d。

1.2 地下水循環(huán)特征

本區(qū)地下水流嚴格受含水系統(tǒng)和水文系統(tǒng)的控制。涇河和馬蓮河的支流控制著淺循環(huán)系統(tǒng)，地下水流向與地表水流方向基本一致，循環(huán)深度一般在100 m左右。中間水流系統(tǒng)主要發(fā)育在環(huán)河含水巖組中，受上下區(qū)域隔水層的控制，地下水流從補給區(qū)(白于山、子午嶺和六盤山東麓)，由北、東、西三面順層向馬蓮河和涇河干流匯集，最終向河流排泄。深循環(huán)水流系統(tǒng)主要發(fā)育在洛河組含水層中，其上以環(huán)河組下部的泥巖為頂部邊界，下部以侏羅系為隔水邊界。地下水流向在上下隔水頂?shù)酌娴南拗葡拢蓶|、北、西三面向涇河、馬蓮河下游匯流。在下游河谷區(qū)以垂向越流的形式補給上覆含水巖組，最終向河流排泄。

1.3 地下水水化學特征

隴東白堊系盆地的新生界地下水水化學場水平分帶不明顯，但白堊系地下水水化學場具有明顯的系統(tǒng)特征:即白堊系保安群地下水水化學場存在一個由周邊向中部的水平分帶。

第四系地下水水化學特征:區(qū)內(nèi)分布的地下水主要為河谷潛水和黃土潛水，絕大部分地段體溶解性總固體＜1 g/L，僅在河谷階地后緣局部地段，由于徑流不暢，存在溶解性總固體＞1 g/L條帶狀小區(qū)，但也不超過2 g/L。新生界的地下水水化學類型主要為 HCO3—Ca·Mg·Na、HCO3—Ca·Mg、HCO3—Ca、HCO3—Ca·Na 型。

白堊系地下水水化學特征

①羅漢洞、涇川組地下水水化學特征及分布規(guī)律

溶解性總固體總的規(guī)律是西南部低，多小于1 g/L，向北、向東漸高;最高點在涇川東部，溶解性總固體達6 g/L。水化學類型的變化自南向北、自西向東有明顯的分帶性。由靈臺—鎮(zhèn)原—環(huán)縣西部，水化學類型依次為HCO3—HCO3·SO4—HCO3·SO4·Cl;由西向東依次為 HCO3·SO4—HCO3·SO4·Cl—SO4·Cl。

②環(huán)河組地下水水化學特征及分布規(guī)律

環(huán)河組地下水溶解性總固體的變化明顯較宜君洛河組要復雜，總的規(guī)律是在環(huán)縣東部—華池—慶城—董志塬一線，形成一溶解性總固體大于3的高值帶，最高者達6 g/L，向東西兩側(cè)，溶解性總固體漸降低為＜1 g/L。水化學類型的變化規(guī)律自西南部一帶向北、向東、向北東呈散射狀，水化學類型變化 HCO3—HCO3·SO4—SO4—SO4·Cl;自子午嶺東側(cè)至馬蓮河谷地呈平行狀，水化學類型的變化:HCO3—HCO3·SO4—SO4—SO4·Cl。全區(qū)絕大部分地區(qū)均為 Na型水分布，Na·Mg型水主要在正寧——慶城以東地區(qū)，Na·Ca型水在子午嶺及鎮(zhèn)原一帶、環(huán)縣北部有多片分布。

③洛河組地下水水化學特征及分布規(guī)律

以馬蓮河東岸—環(huán)江一線為軸線，出現(xiàn)SE—NW走向的溶解性總固體峰值帶。峰值地帶的溶解性總固體值均＞3 g/L，最高者為其南段寧縣、正寧、合水縣之間的湘樂鎮(zhèn)一帶及北段的環(huán)縣縣城處，溶解性總固體＞6 g/L。向東南側(cè)逐漸變低，長慶橋一帶不足1 g/L。水化學類型的變化規(guī)律是HCO3—HCO3·SO4—SO4—SO4·Cl;自子午嶺東側(cè)至馬蓮河谷地呈平行狀，水化學類型的變化規(guī)律是:HCO3—HCO3·SO4—SO4—SO4·Cl。

巖溶水水化學特征:裸露型及覆蓋型巖溶水(碳酸鹽巖)和黃土潛水化學特征基本一致，表明該類水直接來源于大氣降水的入滲補給，而且徑流途徑短，循環(huán)條件好。埋藏型巖溶水(碳酸鹽巖)TDS升高，水化學類型趨于復雜化，主要表現(xiàn)在TDS達0.4～1.0 g/L，陽離子中三大離子含量平均化，陰離子中SO42-的含量明顯升高，最高比例可達陰離子總量的40﹪。

2 地下水開采引發(fā)的主要環(huán)境地質(zhì)問題

2.1 低碘水環(huán)境與地方性甲狀腺腫、大骨節(jié)病、克山病

甘肅隴東地區(qū)屬低碘水環(huán)境，流行的地方病主要有碘缺乏大骨節(jié)病、克山病等。子午嶺西側(cè)、達溪河以南及其上游地區(qū)最為嚴重。

2.2 水資源短缺問題

甘肅省環(huán)縣華池地區(qū)由于受古近系膏鹽地層的影響和白堊系巖相、地下水徑流條件的控制，這里苦咸水呈大面積連片分布，另外在準格爾—延長石炭系—侏羅系碎屑巖基巖裂隙水分布區(qū)也有苦咸水分布。咸水分布總面積達3 650 km2，這里嚴重缺水區(qū)，群眾生活十分困難。

2.3 地下水水位下降和水資源衰減問題

在黃土源區(qū)的董志塬，城鎮(zhèn)生活用水、工業(yè)用水大量增加，再加上地表水體受污染，地下水開采量逐年增加，開采井的數(shù)量增多，深度增大，超采地下水越來越嚴重。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，年降深幅度1～3 m。特別是西峰水源地和驛馬水源地，西峰油田開采區(qū)注水井的大量打井，致使董志塬地下水出現(xiàn)掠奪式開采，更加快了地下水水位下降的速度，塬區(qū)群眾自打的土井有的水位下降，有的已經(jīng)干涸，驛熊飲水工程水源地兩年時間內(nèi)地下水位下降了16 m。

石油開采過程中對白堊系承壓水的開采，白堊系地下水彈性儲存量總體上呈逐年遞減的趨勢變化，根據(jù)內(nèi)布設各含水巖組水源井水頭下降值計算年均減少量3 407.5×104m3/a。

2.4 地下水污染

石油的長期開發(fā)已使沿馬蓮河的水體、土壤受到污染。污染物為烴類、COD、氨、氮、酚類等。據(jù)環(huán)保部門提供的情況，全市受污染的河流占到轄區(qū)河流總長度的48.08%，經(jīng)多年檢測，馬蓮河全段被有機類污染，環(huán)江曲子到寧縣橋頭的馬蓮河為嚴重污染段，揮發(fā)酚、化學耗氧量(COD)等嚴重超標。柔遠河水體長期處于劣Ⅴ類水質(zhì)，基本喪失水體功能。

涇河谷地分布有崆峒城區(qū)、崆峒四十里鋪、涇川縣城等城鎮(zhèn)，城鎮(zhèn)的生活廢水和工業(yè)污水大量排放、垃圾和廢渣大量堆放，使涇河水和地下水受到了污染，有害物質(zhì)有化學耗氧量、懸浮物、硫化物、石油、揮發(fā)酚、六價鉻、氰化物等。

3 地下水開發(fā)利用方向

3.1 地下水開采優(yōu)先順序

地下水開采優(yōu)先順序不僅要體現(xiàn)“先生存后發(fā)展”、“發(fā)展與環(huán)境保護并重”的原則，初步確定地下水開采優(yōu)先順序應為生活用水—生態(tài)用水—工業(yè)用水—農(nóng)業(yè)用水。

3.2 開采形式

根據(jù)地下水資源豐富程度、地下水埋藏條件與分布特征和不同的供水對象要求，宜采用集中開采與分散開采相結(jié)合的形式。工業(yè)和城市以集中供水為主，便于管理，也比較經(jīng)濟;而農(nóng)牧業(yè)和農(nóng)村人畜飲用水以分散開采為宜。在特別缺水的農(nóng)牧業(yè)區(qū)，很難找到適宜于一村一戶的淡水水源時，有條件時也可相對集中開采，分散供水。同時，開采方式還應結(jié)合地下水資源特點，如在補給條件好的傍河型水源地適當加大開采強度，以獲得更多的河水激發(fā)補給量。在生態(tài)環(huán)境十分脆弱、地下水資源比較分散的沙蓋、黃土梁峁區(qū)，不宜集中開采地下水，宜集泉或在排泄帶引用匯集的河水基流量。在弱富水地區(qū)，但有淡水資源賦存時，可采用滲流井、大口井—輻射井、集水廊道(滲渠)、豎井匯流和引泉引流等開采形式。

3.3 開采層位

黃土高原的河谷階地區(qū)主要開采淺層水，采用截流滲井等取水工程，可以部分滿足中小城鎮(zhèn)供水需要。在黃土下伏白堊系深層水水質(zhì)較好的富水地段，可適量布置深井取水，以滿足工礦及居民點比較集中的供水需求。周邊巖溶區(qū)水地下水資源的富集條件較好，可以一并開采。區(qū)內(nèi)農(nóng)牧業(yè)供水以分散、淺層為主;而工業(yè)及城市供水以集中的深、淺層結(jié)合為宜，以免集中供水區(qū)出現(xiàn)大面積降落漏斗，引發(fā)生態(tài)環(huán)境問題。

3.4 分質(zhì)供水與綜合利用

在有條件的地段可采用分質(zhì)供水。根據(jù)隴東地區(qū)特點，可大致致劃分為以下三類:

淡水(小于1g/L):適合于多種用途，但應以生活飲用水優(yōu)先。

次淡水(1～2 g/L):雖礦化度稍高于國家生活飲用水標準，但在缺水地區(qū)可以作為人畜飲用水源，并適合其他一般用途。

大于2 g/L:適合一般農(nóng)牧業(yè)、部分工業(yè)、植樹造林和城市綠化用水，經(jīng)適當處理后也可作為嚴重缺水地區(qū)的人畜飲水水源。

4 地下水環(huán)境保護對策

建議采區(qū)以下對策:

4.1 建設地下水監(jiān)測體系

地下水資源在隴東地區(qū)極為缺乏，鑒于前期石油、煤炭開發(fā)已造成嚴重的地下水資源污染和衰竭，嚴重影響到當?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定。因此，在完善已有監(jiān)測系統(tǒng)(主要是黃土潛水和河谷潛水)的基礎上，重點針對白堊系保安群潛水——承壓水系統(tǒng)和巖溶水系統(tǒng)，實施地下水在線監(jiān)測系統(tǒng)和重點污染源自動監(jiān)測系統(tǒng)，對地下水水質(zhì)、水位實施在線監(jiān)測;同時對電力、造紙、制革、采煤、石油煉化等企業(yè)安裝污染源在線監(jiān)測裝置。

4.2 開展地下水資源評價與保護區(qū)劃工程

供水保障是能源基地建設的基本條件，要根據(jù)水資源情況來規(guī)劃能源開發(fā)和基地建設，遵循“就水近煤、合理規(guī)劃”的原則，加強水資源勘查工作，適度超前搞好水源配套建設，以滿足基地建設的用水需要。隴東能源化工基地建設、經(jīng)濟發(fā)展、城市化進程和人民生活水平的提高、生態(tài)環(huán)境改善都迫切需要水資源的支撐。針對本區(qū)自然生態(tài)環(huán)境脆弱，水資源相對匱乏、總量珍貴的狀況，加強水資源的統(tǒng)一調(diào)度和合理配置，保護水資源，防止資源開發(fā)對水資源的污染和破壞，合理開發(fā)利用地下水，對基地建設和可持續(xù)發(fā)展具有重大的意義。

4.3 持續(xù)開展地下水調(diào)查研究項目，提高基礎研究程度

加強圍繞能源基地的地下水資源勘查評價，查清隴東能源化工基地地下水資源及其分布，提高“熱點”和前景地段地下水勘查精度，研究地下水資源的合理開發(fā)與配置，按照不同供水目的開展盆地地下水管理，是隴東能源化工基地地下水勘查工作的重點。一些關(guān)鍵水文地質(zhì)題需要得到解決，如白堊系盆地西南緣的邊界性質(zhì)及六盤山區(qū)巖溶地下水與白堊系盆地地下水的關(guān)系問題;白堊系盆地中地下水與河流地表水關(guān)系問題;盆地北部環(huán)縣一帶白堊系地下水與白于山北側(cè)鹽池一帶白堊系地下水關(guān)系問題(或白于山西段地下分水嶺是否存在的問題);石油開發(fā)是否對白堊系盆地地下水已造成污染的問題;煤炭開采對含水系統(tǒng)影響問題等。

5 結(jié)語

隴東能源基地開發(fā)建設對于甘肅省的經(jīng)濟發(fā)展具有極其重要的戰(zhàn)略意義，但該地區(qū)地質(zhì)環(huán)境極為脆弱，對地下水資源的合理利用將是隴東地區(qū)未來發(fā)展的重中之重，必須堅持地下水資源開發(fā)和環(huán)境保護并重的基本方針，因地制宜，合理開發(fā)，預防為主，保護優(yōu)先，制定切實可行的地下水合理利用的分階段目標，實現(xiàn)地區(qū)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

［1］候光才等，鄂爾多斯盆地地下水勘查研究［M］，地質(zhì)出版社，2008.

［2］趙暉等，淮河流域地下水資源調(diào)查評價與利用研究［J］，地下水，2010(3)，44-47.

［3］李生永等，鄂爾多斯盆地地下水勘查(甘肅)報告［M］，甘肅省地質(zhì)調(diào)查院，2005.

［4］陳夢熊，西北干旱區(qū)水資源的開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境［M］，地震出版社，1998.