低山丘陵區(qū)傍河水源地勘探實(shí)踐與認(rèn)識

楊德金，徐　偉，龐　良

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450045 ；2. 河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測繪地理信息院，河南 鄭州 450006)

?

低山丘陵區(qū)傍河水源地勘探實(shí)踐與認(rèn)識

楊德金1，徐偉2，龐良2

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450045 ；2. 河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測繪地理信息院，河南 鄭州 450006)

[摘要]通過低山丘陵區(qū)傍河水源地勘探實(shí)踐，總結(jié)了水文地質(zhì)勘察不同手段之間先后順序及密切關(guān)系，分析水文地質(zhì)鉆探和抽水試驗(yàn)對水源地選擇及參數(shù)計(jì)算的獨(dú)特作用可知：低山丘陵區(qū)含水層儲水條件差異性較大，地下水資源相對貧乏，水源地勘察難度較高，風(fēng)險(xiǎn)較大。供有關(guān)技術(shù)人員對類似地區(qū)開展水文地質(zhì)勘察工作時進(jìn)行參考。

[關(guān)鍵詞]低山丘陵區(qū)；傍河水源地；勘探；認(rèn)識

1工作區(qū)自然地理概況

為滿足三門峽西站供水需要，在距該站西南10 km的靈寶市陽店鎮(zhèn)車站一帶擬建日供水6 500 m3的地下水供水水源地。工作區(qū)地面高程480～600 m，總體屬于低山丘陵地貌單元區(qū)。好陽河河谷及古河道兩側(cè)為黃土塬，屬于黃土塬間河川階地區(qū)。多年平均降水量620.69 mm，多年平均蒸發(fā)量1 616.40 mm。好陽河源于東南部低山區(qū)，2006年4月在欒村西實(shí)測好陽河流量199.2 m3/h，流向磨頭西200 m處斷流，全部形成地下潛流，至方家河村溢出地表，在下村測流量105.0 m3/h。該河每年汛期有30 d左右的洪水期，該段最大流量15 m3/s。

2水文地質(zhì)測繪及物探的先導(dǎo)性和鉆探驗(yàn)證地層的最終確定性

(1)水文地質(zhì)測繪先導(dǎo)性：在收集分析以往資料基礎(chǔ)上，首先對水源地可能范圍進(jìn)行1：10 000的水文地質(zhì)調(diào)查測繪。對區(qū)內(nèi)機(jī)民井分布位置、井深、水位埋深、地層、涌水量、動水等各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)查測量和抽水試驗(yàn)，魔頭村-下莊站這一塬間緩傾斜平原是基本農(nóng)田，上部為粉質(zhì)粘土層，下部為砂礫卵石層，該層頂板埋深15 m左右，特征與現(xiàn)有河道堆積物類似，初步確定為好陽河古河道分布位置。初步確定了本次水源地主要勘探位置可以選擇好陽河河谷一級階地和古河道一帶。

(2)水文地質(zhì)物探先導(dǎo)性：本次共實(shí)測5條水文地質(zhì)物探剖面線。水文地質(zhì)物探工作主要在陽店站至下莊車站鐵路沿線兩側(cè)進(jìn)行對稱四極激電測深，查明150 m深度內(nèi)地下含水層的厚度及其空間分布規(guī)律。Ⅰ線顯示在陽店火車站一帶南北方向地層具有卵石層；Ⅲ線顯示縱向沿好陽河河谷分布有好的砂卵石層；Ⅳ線顯示在好陽河河谷及兩岸一級階地分布有好的砂卵石層(見圖1)。這些地層解譯資料為水源地的選擇提供了重要的方向性信息。

(3)鉆探驗(yàn)證地層的最終確定性：物探資料促使業(yè)主優(yōu)先考慮水源地選擇在陽店火車站一帶有卵礫石位置施工，便于統(tǒng)一管理且不受征地限制。首先在陽店火車站北施工了一眼地質(zhì)孔，取出的卵礫石巖心，泥質(zhì)含量占45%，不具有良好儲水和透水功能，遂決定放棄該地。后又在物探反映卵石層分布較好的好陽河河谷右岸(北岸)一級階地施工K1地質(zhì)孔(見圖1)孔深110 m，該孔分布較好的砂卵石層有三層，呈松散狀態(tài)，具有很好的儲水和透水功能。鉆探結(jié)果驗(yàn)證，說明物探解疑成果可信度較高。為后續(xù)K2、K3兩個探采結(jié)合井施工及水源地位置選擇奠定了扎實(shí)基礎(chǔ)。

3含水層組劃分

好陽河古河道及一級階地主要開發(fā)利用淺層含水層，據(jù)本次勘探地質(zhì)孔K1和收集機(jī)民井資料[1]，本次主要勘察區(qū)內(nèi)(漫灘、一級階地、古河道)淺層含水層主要為上更新統(tǒng)(Q3)砂礫卵石層。其頂板埋深15～25 m，底板埋深55～70 m，靜水位埋深介于10～20 m。水源地淺層卵礫石含水層組由三層組成，累計(jì)總厚度達(dá)20～25 m。

第一層底板埋深22 m左右，含水層厚度7 m左右，含水層巖性為淺灰色卵礫石，粒徑一般2～100 mm。第二層底板埋深41 m左右，厚度2.5～4.0 m，為灰黃色卵礫石，粒徑一般5～250 mm。第三層底板埋深56 m左右，厚度11 m左右，巖性為灰黃色卵石，粒徑一般5～250 mm。好陽河一級階地及古河道一帶三層含水層之間通透聯(lián)系密切，已形成了統(tǒng)一的淺層地下水系統(tǒng)，且含水層垂向接受降水、河水入滲條件好，故地下水類型統(tǒng)一按孔隙潛水考慮。

1-黃土；2-粘土夾卵石；3-粉質(zhì)粘土；4-砂卵石

4抽水試驗(yàn)是查明水文地質(zhì)條件的重要手段

抽水試驗(yàn)在查明水文地質(zhì)條件時的重要性，是其他勘察手段無法替代的。該法可以直接反映含水層的富水性特征，可以取得用于水資源評價(jià)的水文地質(zhì)參數(shù)等。

4.1含水層富水性分區(qū)

勘察區(qū)淺層含水層組富水性分區(qū)與區(qū)域淺層含水層富水性分區(qū)原則一致[2]，依據(jù)本次勘探孔和機(jī)民井抽水試驗(yàn)資料，按統(tǒng)一井徑Φ325 mm，換算成統(tǒng)一降深5 m時的單井出水量。淺層含水層富水性劃為四個區(qū)(見圖2)：富水區(qū)(單井涌水量大于1 500 m3/d)；中等富水區(qū)(單井涌水量500～1 500 m3/d)；弱富水區(qū)(單井涌水量100～500 m3/d)；貧水區(qū)(單井涌水量小于100 m3/d)。

(1)富水區(qū)(Ⅰ)：分布在好陽河漫灘及一級階地，含水層組巖性為第一、二、三含水層形成的卵礫石，泥質(zhì)含量低，孔隙發(fā)育，透水能力強(qiáng)，含水層總厚度一般20 m左右。包氣帶巖性為全新統(tǒng)(Q4)的黃土狀粉土、粉質(zhì)粘土層和砂卵礫石層，結(jié)構(gòu)較松，發(fā)育孔隙，地勢相對較平坦，有利于大氣降水入滲和好陽河上游地下水徑流補(bǔ)給及地表水側(cè)滲補(bǔ)給。據(jù)本次K2和K3探采井抽水試驗(yàn)資料，靜水位埋深為10.97 m和10.32 m，降深達(dá)2.76 m和2.80 m時，單井涌水量分別為95 m3/h和60 m3/h。換算后單井涌水量大于1 500 m3/d。該區(qū)淺層地下水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg型，pH值7.5，屬中性水；礦化度311.93～419.02 mg/L，屬淡水；硬度167.5～255.5 mg/L，屬微硬水，水質(zhì)良好。

1-富水性分界線；2-勘探孔；3-河水及地下水流向；4-水源地

圖2淺層地下水富水性分區(qū)圖

(2)中等富水區(qū)(Ⅱ)：該區(qū)分布于好陽河古河道，含水層為沖積形成的卵礫石層，泥質(zhì)含量較低，透水能力較強(qiáng)，含水層厚度一般20 m左右，含水層頂板埋深一般15～25 m，底板埋深55 m左右，包氣帶巖性為全新統(tǒng)(Q4)粉土、粉質(zhì)粘土層，孔隙發(fā)育，地勢較平坦，有利于大氣降水入滲補(bǔ)給，也有利于洪積扇地下水徑流補(bǔ)給。據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)民井抽水試驗(yàn)資料，換算后單井涌水量為500～1 500 m3/d。該區(qū)淺層地下水屬中性水、淡水、微硬水，水質(zhì)良好。

(3)弱富水區(qū)(Ⅲ)：分布于方家河和山前洪積扇一帶。含水層為沖洪積泥質(zhì)卵礫石層，泥質(zhì)含量較高，透水能力較弱，頂板埋深30～40 m，底板埋深50.0～60.0 m，埋深較大，平均厚度7 m左右。包氣帶巖性為上更新統(tǒng)(Q3)沖洪積形成的粉土、粉質(zhì)粘土層，地形坡度大，不利于大氣降水入滲。換算后單井涌水量100～500 m3/d，統(tǒng)一劃為弱富水區(qū)。礦化度811.79mg/L相對偏高。

(4)貧水區(qū)(Ⅳ)：分布于黃土塬，埋深100 m以上沒有較好的含水層，零星分布有薄層泥質(zhì)砂礫石層。單井涌水量小于100 m3/d，屬貧水區(qū)。地下水為中性水、淡水。

4.2水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算

抽水試驗(yàn)是確定評價(jià)區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)的重要手段，依抽水試驗(yàn)方法、地下水埋藏條件的不同，選用直線圖解法、恢復(fù)水位法、配線法、裘布依公式與經(jīng)驗(yàn)公式迭代法，綜合確定水文地質(zhì)參數(shù)。參數(shù)計(jì)算與評價(jià)區(qū)的淺層地下水統(tǒng)一按孔隙潛水考慮，含水層巖性包括卵礫石、及其頂板以上的粉土、粉質(zhì)粘土層。 利用本次勘探孔抽水試驗(yàn)和機(jī)民井抽水試驗(yàn)資料，將含水層滲透系數(shù)(K)、導(dǎo)水系數(shù)(T)、影響半徑(R)、重力給水度(μd)等水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總于表1。其中重力給水度(μd)通過抽水時觀測孔的試驗(yàn)資料用配線法獲取。

表1　水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算成果匯總表[1]

5低山丘陵區(qū)集中供水傍河水源地選擇

低山丘陵區(qū)集中供水傍河水源地選擇應(yīng)參照以下原則[3]：(1)首先選擇砂礫卵石層含水層厚度較大且泥質(zhì)含量較少，單井涌水量大而降深較小的富水性較強(qiáng)的河谷一級階地地區(qū)。(2)選擇降水入滲、側(cè)向補(bǔ)給和徑流補(bǔ)給條件好地段，充分利用含水層所具有的調(diào)節(jié)性和多年周期性補(bǔ)給的特點(diǎn)，達(dá)到以豐補(bǔ)欠，綜合均衡的目的。(3)綜合考慮用水單位全面長期供水運(yùn)行計(jì)劃，盡量避免與農(nóng)業(yè)灌溉用水矛盾，兼顧經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。(4)充分考慮水源地開采期的大氣降水、地表水、地下水可互相轉(zhuǎn)化的統(tǒng)一水資源系統(tǒng)，開采期轉(zhuǎn)化往往更為明顯與強(qiáng)烈。(5)在整個開采期間水位降深不易過大，單井出水量不會減少，不發(fā)生危害性環(huán)境地質(zhì)問題和不影響農(nóng)村生產(chǎn)、生活用水。

好陽河河谷是現(xiàn)代河流徑流通道，水源地段河床及一級階地總寬度為280～400 m，含水層3層且厚度大，屬富水區(qū)，大氣降水、徑流補(bǔ)給及側(cè)滲補(bǔ)給條件好，分布較少農(nóng)田和農(nóng)用井，農(nóng)業(yè)開采量小。分布范圍狹窄，布井條件受限制，開采井不能分布在河床(防洪水)，只能布置在一級階地，成條帶狀展布。好陽河古河道寬度550～1 000 m，含水層3層且厚度大，屬中等富水區(qū)，農(nóng)用開采量很大，若建水源地將與農(nóng)業(yè)爭水產(chǎn)生較大矛盾。通過勘查區(qū)水文地質(zhì)條件與以上原則對比，最終選擇好陽河河谷兩岸一級階地作為水源地布井區(qū)。本次水源地水資源評價(jià)主要采用均衡法和開采條件下非穩(wěn)定流干擾井公式法進(jìn)行計(jì)算。最終平行直線補(bǔ)給邊界布置5眼井(備用1眼)，常規(guī)運(yùn)行4眼井即滿足水資源6 500 m3/d需求。水源地建成后，經(jīng)過7 a正常使用，運(yùn)行狀態(tài)良好。

6結(jié)語

通過本次水源地勘探，低山丘陵區(qū)含水層儲水條件差異性較大，地下水資源相對較貧乏，水源地勘探難度較高，風(fēng)險(xiǎn)性也較大。水源地選擇除了考慮業(yè)主便于管理和經(jīng)濟(jì)效益外，更主要應(yīng)運(yùn)用水文地質(zhì)測繪、物探、鉆探、抽水試驗(yàn)等多種手段相互印證綜合分析，并綜合考慮地質(zhì)構(gòu)造、含水層富水性、地下水補(bǔ)徑排條件、水資源補(bǔ)給量及排泄量等，才能客觀地選擇出更合適的位置，且均衡法更適合類似地區(qū)評價(jià)地下水資源。

參考文獻(xiàn)

[1]龐良，倪學(xué)栓，郭永平，等.河南省靈寶市陽店水源地供水水文地質(zhì)詳查報(bào)告[R].鄭州：河南省工程水文地質(zhì)勘察院.2006.

[2]楊國平，程新濤，朱東良，等.靈寶縣思平水源地供水水文地質(zhì)勘察報(bào)告[R].鄭州：鄭州地質(zhì)工程勘察院.1996.

[3]施鑫源，阮淼森，王世杰，等.供水水文地質(zhì)手冊(第三冊)[M].北京：地質(zhì)出版社.1983.

The exploration practice and knowlege of drawing near a stream in the low hill and hills

YANG De-jin1，XUWei2，PANGLiang2

(1.Geological Environment Investigation Institute of Geological Mineral Prospecting Development of Henan Province, Zhengzhou 450045, Henan；2.Mapping Geographial Formation Institute of Geological Mineral Prospecting Development of Henan Province, Zhengzhou 450006，Henan)

Abstract:Through the exploration practice of drawing near a stream the low hill and hills， the article summarizes the priority sequence and closer relations and analyzes the unique action of the hydrologic drill and pump water test on selecting the water source and counting paramenters. The result shows that there is larger differences of water storage in the aquifer of the above mentioned area. The groundwater resources are relatively poor ad its water resource investigation is more difficult and risk. These information can be referenced for the technical personnel whom are going to develop hydrologic prospecting in similar areas.

Key words:Low hill and hills；the source of drawing near a stream；exploration and knowledge

[收稿日期]2015-10-28

[作者簡介]楊德金(1963-)，男，河南信陽人，高級工程師，主要從事水文地質(zhì)勘察生產(chǎn)技術(shù)與管理工作。

[中圖分類號]P641.7

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)01-0101-03