甘肅省夏河縣第二水廠水源地水文地質(zhì)特征及地下水資源評價

劉海 曹興山

摘要：夏河縣第二水廠水源地，位于大夏河上游河流南岸，大地構(gòu)造位置上隸屬于昆侖-秦嶺褶皺系西秦嶺褶皺帶，地層較為簡單，含水層為河谷第四系孔隙潛水；地下水位埋深1.43m～3.44m，巖性為第四系全新統(tǒng)砂礫卵石，厚7.58m～14.7m?？碧匠樗瞪?.43m～0.83m，涌水量為1229.8m3/d～2444m3/d，地下水靜儲量為388.14×105m3，開采期地下水位下降5m，地下水開采激化量為14951.9m3/d，開采20年后水位降低值一般在5m左右，未超過設(shè)計水位下降5.915m要求。水源地水質(zhì)較好，符合飲用水供水標(biāo)準(zhǔn)。研究結(jié)果為地方政府水資源保護(hù)與開發(fā)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：夏河縣；水源地；水文地質(zhì)特征；允許開采量；水資源

1.地質(zhì)特征

夏河縣地處甘南高原與黃土高原的過渡地帶，位于大夏河上游河流南岸，夏河縣在大地構(gòu)造位置上隸屬于昆侖-秦嶺褶皺系西秦嶺褶皺帶。受多次構(gòu)造運動影響較為復(fù)雜。水源地東側(cè)約800m左右分布一條走向呈NW 30°的隱伏斷層。斷層?xùn)|側(cè)上升，西側(cè)下降，斷距約12m左右。地下水含水層受斷層影響，西側(cè)厚15m左右，東側(cè)厚不足4m。由于地下水過水?dāng)嗝孀兓?，沿斷層形成泉水溢出帶；水源地一帶也形成?guī)模不大的斷陷盆地，含水層厚10m～15m，呈西薄東厚分布，為水源地提供了良好儲水空間。

第二水廠水源地一帶地層較為簡單，河谷兩岸山區(qū)及基底為三疊系砂巖、板巖、泥灰?guī)r和第三系泥巖、泥質(zhì)砂巖。河谷階地和桑科草原及北部丘陵表部為第四系全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)沖洪積粉土及砂礫卵石。全新統(tǒng)分布在河谷Ⅰ-Ⅲ級階地及河床和河漫灘地區(qū)；上更新統(tǒng)分布在河谷Ⅳ級以上階地地區(qū)。表層為灰黃色粉土，下部為青灰色砂礫卵石，基底為棕紅色泥質(zhì)砂巖。粉土厚一般0.5m～1.5m，為植物生長層。砂礫卵石厚一般10m～15m，松散，無膠結(jié)。礫卵石直徑一般為5cm～10cm，最大可達(dá)20cm以上。礫卵石磨圓度較差，一般呈次棱角狀或次圓狀，占總量約85%左右。砂以中粗砂為主，占總量約15%左右。含泥質(zhì)較少，是較好的含水層。

2.水源地水文地質(zhì)條件

2.1地下水含水層與富水性

水源地一帶地下水類型為第四系松散巖類溝谷孔隙潛水，主要分布在大夏河河谷地區(qū)。地下水含水層為第四系沖洪積砂礫卵石。含水層受水源地東側(cè)隱伏斷層影響，厚度變化較大，一般為5m～12m，最厚可達(dá)15m左右。地下水水質(zhì)較好，屬低礦化淡水。河漫灘及Ⅰ級階地地區(qū)，水位下降5m，單井出水量一般為3000m3/d～5000m3/d左右，河漫灘及Ⅰ級階地地區(qū)，單井出水量可達(dá)5000m3/d以上。

2.2地下水埋藏與分布

第二水廠地區(qū)，大夏河河谷寬闊，水流分散，含水層厚度一般10m～14m，水位埋深一般1m～2m左右，水質(zhì)較好，符合飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。含水層主要分布在河漫灘及Ⅰ級階地地區(qū)。

2.3地下水補給、徑流、排泄條件

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查資料，大氣降水地表水匯流系數(shù)為28.98%左右，地下水徑流模數(shù)平均為0.665L/s？km2，地下水滲入系數(shù)為0.037左右。大夏河流域地下水總?cè)霛B量為0.268×108m3/a，這些水儲存于巖石裂隙和孔隙中。大夏河流域的67.3%的大氣降水被陸面蒸發(fā)及植物蒸騰。

水源地一帶河谷寬闊，地下水一般以潛流形式向下游徑流，在水源地東側(cè)隱伏斷層一帶地下水溢出形成泉水溢出帶。泉水溢出總量約11.0L/s。河流一般為懸河，地表徑流與地下水無直接水力聯(lián)系。河水往往是垂直滲漏補給地下水。

水源地一帶地下水的排泄方式主要有四種：其一是地下水溢出形成泉水排泄；其二是地下水通過陸面蒸發(fā)排泄；其三是地下水通過開采排泄；其四是地下水通過地下徑流向下游含水層排泄。水源地一帶，地下水主要靠地下徑流補給，其此為河水垂直滲漏及大氣降水補給。

3.勘探抽水試驗

夏河縣第二水廠供水水源地勘探抽水孔抽水時采用空壓機(jī)洗孔和抽水，三角堰水箱觀測流量。根據(jù)ZK1、ZK2、ZK3抽水試驗觀測資料，勘探抽水降深0.43m～0.83m，涌水量為1229.8m3/d～2444m3/d。ZK1號孔滲透系數(shù)為169.34m/d，影響半徑為44m；ZK2號孔滲透系數(shù)按單孔計算為168.9m/d，按主孔和1個觀測孔計算滲透系數(shù)為119.31m/d，平均為144.11m/d，影響半徑分別為55m及47.29m，平均為51.15m；ZK3號孔號孔滲透系數(shù)按單孔計算為134.74m/d，影響半徑為63.5m。水源地一帶勘探孔含水層滲透系數(shù)平均為149.273m/d?？梢钥闯鲈撍吹氐叵滤a給、徑流條件較好，地下水富水性也好。夏河縣第二水廠供水水源地地區(qū)，抽水時地下水水溫10℃左右，滿足供水水源地的水溫要求。

4.地下水資源評價

地下水資源的評價主要是對水量和水質(zhì)的評價。地下水資源計算包括地下水動儲量、地下水靜儲量、地下水開采激化量，地下水開采量。

4.1地下水動儲量計算

地下水動儲量是指單位時間流經(jīng)含水層橫斷面水的體積。即地下水的天然流量或地下水?dāng)嗝鎻搅髁俊５叵滤畡觾α坑嬎闶饺缦拢?/p>

Q=B.K.H.I

式中：Q-地下水動儲量（m3/d）；B-地下水過水?dāng)嗝鎸挾?，地質(zhì)剖面中量取（m）；K-地下水滲透系數(shù)，取平均值149.273（m/d）；H-含水層厚度，地質(zhì)剖面中量?。╩）；I-地下水水力坡度，依據(jù)ZK1、ZK2、ZK3計算。

水源地地下水動儲量計算結(jié)果如（表1）。

4.2地下水靜儲量計算

地下水靜儲量是指地下水位年變動帶以下含水層中儲存的重力水。

地下水靜儲量計算式如下：

Q=W.H.ū

式中：W-計算區(qū)面積，水文地質(zhì)圖中量?。╩）；H-計算區(qū)含水層平均厚度，水文地質(zhì)圖中分片量?。╩）；ū-給水度，根據(jù)巖性取經(jīng)驗值0.22。

區(qū)內(nèi)地下水靜儲量分大夏河南岸和大夏河北岸計算。大夏河南岸地下水靜儲量為383.16×105m3；大夏河北岸地下水靜儲量為428.82×105m3。

4.3地下水開采激化量計算

地下水開采激化量是指地下水開采條件下，水力坡度增大，襲奪相鄰含水層中地下水量。夏河縣第二水廠供水水源地開采井呈一字形分布在大夏河南岸河漫灘及Ⅰ級階地地區(qū)，地下水長期開采后，地下水下降漏斗過河襲奪大夏河北岸地下水，地下水水力坡度增大，形成地下水開采激化量。計算方法可用地下水?dāng)嗝鎻搅髁抗接嬎?。假設(shè)開采井水位下降5m，地下水開采激化量可達(dá)149519m3/d。

4.4地下水開采量計算

夏河縣第二水廠供水水源地含水層分布面積較大，對水源地開采井水位降低值進(jìn)行計算時，其邊界條件概化如下：將大夏河南岸概化為無限邊界；大夏河河水與地下水無直接水力聯(lián)系，大夏河北岸地下水含水層分布面積較廣，概化為無限邊界；將水源地含水層概化為均質(zhì)含水層。根據(jù)水源地水文地質(zhì)條件，選用潛水完整井井群干擾非穩(wěn)定流理論公式對水源井進(jìn)行干擾計算。水位降低值進(jìn)行計算時分第1開采方案和第2開采方案計算如下：

（1）第1開采方案

依據(jù)夏河縣城市近期日供水9000m3/d的設(shè)計，水源地共施工開采井7眼，單井開采量為3000m3/d，可選擇10JQB-125/40電動潛水泵。正常情況下，其中3眼開動，4眼為備用井。根據(jù)水源地含水層巖性和厚度，設(shè)計水源井降深為含水層厚度的1/2。開采20年末水位下降大約5.466m～ 5.735m。各水源井的水位降低值計算如表2所示。

夏河縣第二水廠水源地設(shè)計開采9000m3/d，在20年開采期內(nèi)水源不會枯竭，地面不會發(fā)生沉降，水質(zhì)不會發(fā)生惡化。水源地地區(qū)區(qū)域性地下水位雖然每年以0.286m的速度持續(xù)下降，但20年末區(qū)域性水位下降最大接近含水層厚度的1/2。在干擾開采抽水條件下，水源地各供水井水位總下降值最大5.735m，未超過含水層厚度1/2的5.915m的要求。

（2）第2開采方案

依據(jù)夏河縣城市近期日供水10000m3/d的設(shè)計，水源地共布置開采井7眼，單井開采量為2000m3/d，可選擇10JQB-70/40電動潛水泵。正常情況下，其中5眼開動，2眼為備用井（由于ZK1號孔出水量較小，不參與開采量計算）。根據(jù)水源地含水層巖性和厚度，設(shè)計水源井降深為含水層厚度的1/2，大約為5.915m。各水源井的水位降低值計算如表3所示。

20年后開采井ZK1、ZK2、ZK3、SK3、SK4水位下降超過5m，但水位下降未超過含水層厚度1/2的5.915m。水源地最西部的SK2水位下降最小的為4.916m，水位下降最大的為5.596m，未超過水位下降的允許要求。鑒于上述計算成果，夏河縣第二水廠水源地設(shè)計開采量10000m3/d，在20年開采期內(nèi)水源不會枯竭，地面不會發(fā)生沉降，水質(zhì)不會發(fā)生惡化。水源地地區(qū)區(qū)域性地下水位雖然每年以0.28m的速度持續(xù)下降，但20年末區(qū)域性水位下降最大未超過含水層厚度的1/2，水源地供水是有保證的。

5.水源地保護(hù)

生活飲用水水源地，風(fēng)景名勝區(qū)水體，重要漁業(yè)水體和其他有特殊價值的水體。地下水水源周邊50m不能搞建設(shè)，周邊500m不能有污染的企業(yè)。夏河縣第二水廠水源地為第四系孔隙潛水，含水層為砂礫卵石。地下水水位埋藏較淺，地下水受污染可能性較大。依據(jù)《飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》HJ/T338-2007，根據(jù)飲用水水源地所處的地理位置，水文地質(zhì)條件，供水的數(shù)量，開采方式和污染源的分布劃定。各級地下水保護(hù)區(qū)的范圍應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件確定，并保證開采規(guī)劃水量時能達(dá)到所要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

地下水飲用水源保護(hù)區(qū)（包括一級，二級和準(zhǔn)保護(hù)區(qū)）水質(zhì)各項指標(biāo)不得低于GB/T14848中的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。孔隙水保護(hù)區(qū)是以地下水取水井為中心，溶質(zhì)質(zhì)點遷移100天的距離為半徑所圍定的范圍為一級保護(hù)區(qū)；一級保護(hù)區(qū)以外溶質(zhì)質(zhì)點遷移1000天的距離為半徑所圍定的范圍為二級保護(hù)區(qū)；補給區(qū)和徑流區(qū)為準(zhǔn)保護(hù)區(qū)。中小型水源地保護(hù)區(qū)半徑計算經(jīng)驗公式如下：

R=ɑ×K×I×T/n

式中：R-保護(hù)區(qū)半徑（m）；ɑ-安全系數(shù)，一般取150%；K-含水層滲透系數(shù)（m/d），取149.273m/d；I-水力坡度，取0.00871；T-污染物水平遷移時間（天）取100天和1000天；n-有效孔隙度，取0.22。

計算結(jié)果水源地一級保護(hù)區(qū)半徑為886.5m，二級保護(hù)區(qū)半徑為8865m。與《飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》HJ/ T338-2007規(guī)范中規(guī)定近似。

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