海晏縣西海鎮(zhèn)青稞灘地區(qū)地下水開采方案及允許開采資源量評價

權(quán)開兄，楊　玲，蔣南杰，權(quán)國蒼

(青海省水文地質(zhì)及地?zé)岬刭|(zhì)重點實驗室/青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，青海 西寧 810008)

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海晏縣西海鎮(zhèn)青稞灘地區(qū)地下水開采方案及允許開采資源量評價

權(quán)開兄，楊玲，蔣南杰，權(quán)國蒼

(青海省水文地質(zhì)及地?zé)岬刭|(zhì)重點實驗室/青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，青海 西寧 810008)

通過對海晏縣西海鎮(zhèn)青稞灘地區(qū)地形地貌、構(gòu)造特征及水文地質(zhì)條件和長觀資料分析研究，確定水源地開采為集中開采的方式。通過非穩(wěn)定干擾井群法和概化模型，結(jié)合區(qū)內(nèi)觀測資料，計算了區(qū)內(nèi)允許開采資源量，允許開采量為6.0×104m3/d，此量僅占天然補(bǔ)給量的60.2%，通過允許開采量保證程度的分析，得出區(qū)內(nèi)資源量是有保證的,水質(zhì)符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

青稞灘；地下水；允許開采資源量

研究區(qū)位于便馬河及哈利澗河谷中[1]，總的地勢北高南低，東高西低，地形最高點位于牧場部以北基巖山區(qū)，海拔高度3 440 m，最低點位于農(nóng)牧場以南，海拔高度3 100 m。地貌跨山地、丘陵和河谷平原。大地構(gòu)造位置上處于祁連褶皺系的祁連山中間隆起帶和祁連山南部兩個二級構(gòu)造單元。地下水為基巖裂隙水(基巖裂隙水可分為層狀基巖裂隙水和塊狀基巖裂隙水)和碎屑巖類孔隙裂隙水及松散巖類孔隙水。研究區(qū)屬海晏盆地次一級沉降帶，四周基底隆起，為一地形較為封閉的河谷區(qū)。北部基巖山區(qū)為哈利澗河和便馬河河水的主要補(bǔ)給區(qū)，匯水面積較大，降水充沛，大氣降水、冰雪融水及基巖裂隙水大量匯入，河水出山口后，河水大量滲漏轉(zhuǎn)化為地下水，為地下水的形成提供了豐富的源泉[2](圖1)。

圖1　河水流量與河水滲漏量關(guān)系曲線圖

1　開采方案

1.1開采方案的確定

根據(jù)研究區(qū)的水文地質(zhì)條件和抽水試驗資料分析，水源地采用集中開采的方式[3]。該地段東西兩側(cè)為哈利澗河低山丘嶺，東西兩側(cè)由第四系中更新統(tǒng)(Q2fgl)泥質(zhì)卵石構(gòu)成隔水邊界，由古近系(EXn)泥巖、砂礫巖構(gòu)成相對隔水層。這里含水層厚度大39.93～61.175 m，富水性強(qiáng)，單井換算涌水量5 965.41 ～10 572.6 m3/d，透水性好，潛水位埋藏淺小于10.0 m，易開采。開采井沿河谷縱向“梅花狀”布置，排距600.0 m，每排開采井間距600 m。

1.2開采井技術(shù)條件

1)宜井深度

開采井深度80.0 m；

2)井結(jié)構(gòu)

井結(jié)構(gòu)為完整井，揭露含水層厚度控制在60 m左右，開采井井徑750 mm，下入406 mm的井管及濾水管,并填礫，濾水管長度40～50 m，底部下入4～5 m的沉淀管； 沉淀管封口；

3)泵型

開采井下入 QJ210-50/2或型號相近的深井潛水泵，單井涌水量控制在5 000 m3/d左右。

2　允許開采資源量評價

研究區(qū)河流垂直補(bǔ)給地下水后，兩側(cè)及底部為第四系中更新統(tǒng)泥質(zhì)卵石層和由古近系(EXn)泥巖、砂礫巖組成的相對隔水層，可概化成兩側(cè)為隔水邊界，另外兩側(cè)為無限延伸的箱形含水層。開采區(qū)下游水力坡度6.8‰，加之區(qū)內(nèi)為大厚度含水層，仍有部分未開采出的地下水從開采區(qū)下游流出。根據(jù)以上條件概化后，可認(rèn)為具有水力坡度的無限含水層的匯源項，開采量、泄出量可看成抽水井，補(bǔ)給量可看成注水井，按勢疊加原理，可用非穩(wěn)定干擾井群法解析式求解[4]，其數(shù)學(xué)模型為：

為滿足上述數(shù)學(xué)模型，兩側(cè)隔水邊界各做一次映射，其解析式為：

式中：S為各井點的水位降深(m)；H為開采區(qū)含水層厚度(m)；K為滲透系數(shù)(m/d)；Qi為第i口井組的涌水量(抽水井為正，注水井為負(fù)，m3/d)；W(ui)為井函數(shù)[5]。

2.1概化模型

1)開采區(qū)

根據(jù)前述布井方案和開采區(qū)的水文地質(zhì)條件，可概化成長5 000 m，寬4 000 m，厚61.34 m﹙平均含水層厚度﹚的箱形含水層。

2)參數(shù)選取

含水層厚度(H0)：取極富水地段含水層厚度的平均值，為50.55 m；

滲透系數(shù)(k)：開采區(qū)取抽水試驗用恢復(fù)水位法計算的k值平均值為79.94 m/d。

井函數(shù)W(μi)：用公式μi=確定，T為導(dǎo)水系數(shù)(m2/d)，ri為計算井與各抽水井的距離(m)，t為抽水延續(xù)時間(d)；

導(dǎo)水系數(shù)(T)：根據(jù)該地區(qū)特征，開采區(qū)為2 260.0 m2/d；

給水度(μ)：該地區(qū)取0.103；

抽水井流量：在不影響下游水源地的基礎(chǔ)上，開采區(qū)設(shè)有12個開采井，用K1…K12表示，每眼開采井的開采量均為5 000 m3/d，總計開采量為6.0×104m3/d。用注水井X1…X6代替枯水年天然補(bǔ)給量﹙表1﹚9.96×104m2/d，每眼井注量為16 600 m3/d。剩余的量﹙泄出量﹚3.96×104m2/d，用P1…、P8代替，每眼井的泄出量為6 600.0 m3/d。

3)預(yù)測水位降深

開采區(qū)共12眼開采井，總開采量為6.0×104m3/d時，選用開采區(qū)中心的K7號開采井井水位降深作預(yù)測。

預(yù)測開采時間分別為0.08年(30d)、0.5年(183d)、1年、1.5年(548d)、2年、3年時的水位降深值，計算結(jié)果(表1)，并作出時間——降深關(guān)系曲線圖(圖2)。

表1　開采方案下井群中心水位下降預(yù)測計算

圖2　干擾井群法預(yù)測井點水位降深曲線圖

從圖2和表1看出，開采區(qū)井群中心水位下降2.86～3.16 m，開采1年后逐步趨于穩(wěn)定，開采至3 a時水位開始回升。

2.2允許開采量(Q開)確定

依據(jù)上述計算的各均衡量，均衡期為1 a，用干擾井群法計算允許開采資源量為6.0×104m3/d，中心水位下降3.16 m。

3　允許開采量保證程度的分析

根據(jù)以上計算，哈利澗河谷潛水允許開采量為6.0×104m3/d，占枯水年(P=75.0%)補(bǔ)給量9.96×104m3/d的60.2%由于含水層空間大，通過多年或年內(nèi)調(diào)節(jié)，6.0×104m3/d允許開采量是有保證的(表2)

表2　哈利澗河谷潛水允許開采資源量典型年份保證率計算表

4　飲用水水質(zhì)評價

河谷潛水的主要補(bǔ)給源為便馬河和哈利澗河水，而河水的形成區(qū)—中高山區(qū)無人類活動，也未發(fā)現(xiàn)對地表水水質(zhì)有嚴(yán)重影響的巖體和礦體。區(qū)內(nèi)地表水除洪水期和冰雪融水季節(jié)，大多數(shù)時間無色、無嗅、清澈(渾濁度不超過3度)，不含肉眼可見物。據(jù)水質(zhì)分析資料，河谷中、上游一帶水中各離子含量均低。

依據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-85)和《地下水質(zhì)量標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-93)，區(qū)內(nèi)的地下水各項指標(biāo)都符合飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，河谷潛水水質(zhì)主要為Ⅱ類水，滿足生活飲用水的要求。

5　結(jié)語

(1)通過補(bǔ)給量總和法、消耗量總和法和斷面徑流量法對哈利澗河谷潛水進(jìn)行了計算，確定天然補(bǔ)給量為9.96×104m3/d。儲存量為7.75×108m3。

(2)運用干擾井法計算允許開采量為6.0×104m3/d，此量僅占天然補(bǔ)給量的60.2%，水源是有保證的。

(3)區(qū)內(nèi)的地下水各項指標(biāo)都符合飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，河谷潛水水質(zhì)主要為Ⅱ類水，滿足生活飲用水的要求。

[1]李長輝，等.青海省海晏縣農(nóng)牧業(yè)供水水文地質(zhì)勘察報告[R].青海省第二水文地質(zhì)隊.1983.

[2]徐偉林，等.1:20海晏幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報告[R].青海省第二水文地質(zhì)隊.1983.

[3]劉正峰:水文地質(zhì)手冊(S),1—4冊.銀聲音像出版社.2004.

[4]楊天行，等.地下水流向井的非穩(wěn)定運動的原理及計算方法[M].地質(zhì)出版社.1979.

[5]薛禹群，等.地下水動力學(xué)[M].地質(zhì)出版社.1988.

[6]邵愛軍，陳玉霞，等.內(nèi)蒙古烏海熱電廠水源地地下水資源量評價[J].自然資源學(xué)報.2008,23(01)：127-135.

2016-04-26

權(quán)開兄(1983-)，女，青海樂都人，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查研究。

P641.12

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1004-1184(2016)05-0067-02