景星鎮(zhèn)供水水源地選址及地下水資源評(píng)價(jià)

張喜峰

(龍江縣水資源服務(wù)中心，黑龍江 龍江 161100)

1 自然地理及地質(zhì)概況

1.1 交通位置及經(jīng)濟(jì)概況

龍江縣景星鎮(zhèn)位于黑龍江省西部，是龍江縣南部的中心城鎮(zhèn)，毗鄰內(nèi)蒙古自治區(qū)扎賚特旗，東北35 km為龍江縣城，東北90 km為齊齊哈爾市城區(qū)，東臨雅魯河，南有罕達(dá)罕河流過。龍江縣景星鎮(zhèn)是龍江縣南部二鄉(xiāng)一鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)、文化、商貿(mào)、交通中心，轄18個(gè)行政村，4個(gè)畜牧場(chǎng)，2個(gè)社區(qū)，4個(gè)居民委員會(huì)，轄區(qū)面積647 km2，其中城區(qū)面積4 km2，總?cè)丝?.1萬。

1.2 氣象、水文

1.2.1 氣象

該區(qū)屬于中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，其特點(diǎn)是：春季風(fēng)大，少雨干旱；夏季短促溫?zé)?，雨水集中；秋季降溫驟烈，涼爽霜早；冬季漫長(zhǎng)，嚴(yán)寒而干燥。多年平均氣溫3.4 ℃，最冷月(1月)平均氣溫-18.7 ℃，最熱月(7月)平均氣溫22.6 ℃。極端最低氣溫-36.4 ℃，極端最高氣溫41.2 ℃。多年平均降水量435 mm。降水多集中在6—9月份，其中7月份最大。多年平均蒸發(fā)度1399.8 mm，5—6月份蒸發(fā)強(qiáng)烈。

1.2.2 水文

東部約8 km有雅魯河自西北向東南流過，南部有罕達(dá)罕河自西向東流過，在東南約10 km匯入雅魯河，景星鎮(zhèn)境內(nèi)主要河流罕達(dá)罕河、泉水河、東三家子河、西大溝、團(tuán)山溝等河流溝道。

1.3 地形地貌

地貌按形態(tài)成因可分為沖洪積扇形平原和沖洪積河谷平原(罕達(dá)罕河河谷平原)兩個(gè)地貌單元，罕達(dá)罕河河谷平原按巖性形態(tài)可分為：泥砂質(zhì)高漫灘和泥砂、礫石質(zhì)低漫灘。景星鎮(zhèn)位于沖洪積扇形平原南部邊緣，地勢(shì)略向南傾斜，其北部為扇形平原。

1.4 地質(zhì)概況

內(nèi)地層主要有白堊系下統(tǒng)嫩江組(K2n)、第四系下更新統(tǒng)湖積層(Q1)，中更新統(tǒng)沖積一湖積層(Q2)，上更新統(tǒng)下部沖積層(Q31)、以及上更新統(tǒng)雅魯河組(Q33y)和第四系全新統(tǒng)沖積層(Q4)[1]。見表1。

表1 地層表

2 水文地質(zhì)條件

2.1 地下水賦存條件與分布規(guī)律

龍江縣地勢(shì)總體西北高，東南低，由西北向東南呈階梯狀漸次排列。景星鎮(zhèn)位于雅魯河、罕達(dá)罕河沖積冰水扇形成扇形平原的一部分和河谷平原內(nèi)。

地下水的形成和分布嚴(yán)格受構(gòu)造、地質(zhì)、地貌、氣象、水文等因素的控制。

2.2 含水層描述

根據(jù)地下水的賦存條件、水力特征，地下水可劃分為兩種類型：第四系松散巖類孔隙潛水和碎屑巖類裂隙孔隙承壓水，后者含水量較少[2-3]。

含水層富水性分級(jí)采用單位涌水量評(píng)價(jià)。含水層主要為第四系上更新統(tǒng)雅魯河組和中、下更新統(tǒng)沖—湖積層，巖性為淺黃色、淺灰黃色圓礫，局部略含中粗砂、中細(xì)砂。本層厚度較大，分布穩(wěn)定，含水量豐富。

水量豐富區(qū)(單位涌水量>20 L/s·m):分布在東南部，含水層巖性以圓礫為主。結(jié)構(gòu)極為疏松，含水層厚8.13～8.17 m。水位埋深1.97～2.43 m，涌水量一般130.19～132.99 m3/d。單位涌水量20.991～22.186 L/s·m，滲透系數(shù)232.21～259.51 m/d，影響半徑262.58～268.20 m。水化學(xué)類型均為HCO3-Ca型水。

水量較豐富區(qū)(單位涌水量<20 L/s·m):分布在西北部，含水層巖性以圓礫為主。結(jié)構(gòu)疏松，含水層厚8.30～8.44 m。水位埋深1.80～2.36 m，涌水量一般110.24～116.67 m3/d。單位涌水量14.046～15.134 L/s·m，滲透系數(shù)165.06～183.92 m/d，影響半徑269.91～291.57m。水化學(xué)類型均為HCO3-Ca型水。

2.3 地下水補(bǔ)給徑流及排泄條件

地下水的補(bǔ)給、徑流及排泄條件受地層、地貌、地質(zhì)構(gòu)造及水文、氣象等因素的控制和影響。

主要含水層分布在南部、東南部，第四系上更新統(tǒng)雅魯河組(Q33y)巖性為土黃色、淺黃色、褐黃色圓礫、含黏土圓礫，局部略含中粗砂、中細(xì)砂。第四系中、下更新統(tǒng)沖—湖積層，巖性為淺黃色、淺灰黃色圓礫、含黏土圓礫，局部含中粗砂、中細(xì)砂薄層。第四系含水層厚度較大，分布穩(wěn)定，水量豐富。水位埋深淺，易接受大氣降水的垂直入滲補(bǔ)給，另外，豐水期可接受罕達(dá)罕河水的短期側(cè)滲補(bǔ)給，向東徑流排泄于區(qū)外。蒸發(fā)與人工開采也是其主要排泄途徑[4]。

第四系松散孔隙水主要接受鄰區(qū)的側(cè)向地下徑流補(bǔ)給。依據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件，地下水天然流向由西向東。由于地下水的開采，地下水的天然流場(chǎng)已發(fā)生改變，北側(cè)、西側(cè)、南側(cè)地下水均向東側(cè)匯集，補(bǔ)給。根據(jù)等水位線圖可知，地下水的總體流向?yàn)槟蠔|向，愈靠近南東側(cè)，水力梯度愈大。

主要含水層為圓礫和中粗砂，水位埋深較淺，補(bǔ)給來源較近，徑流通暢。地下水補(bǔ)給主要為大氣降水的滲入補(bǔ)給及側(cè)向地下徑流補(bǔ)給。徑流通暢，流向?yàn)楸蔽鳌蠔|向。排泄因素主要為蒸發(fā)、側(cè)向地下水徑流及人工開采。

2.4 地下水水化學(xué)特征及規(guī)律

地下水水化學(xué)特征主要受區(qū)域地質(zhì)、地貌及水文氣象條件及人為因素所控制。

第四系松散巖類孔隙潛水為透明無色、無味、無嗅。礦化度一般為386.20～412.34 mg/l，屬低礦化淡水。總硬度224.96～227.43 mg/l。本區(qū)內(nèi)水化學(xué)類型HCO3-Ca型。地層巖性主要為白堊系下統(tǒng)龍江組(K1l)普遍分布于內(nèi)，巖性上部以灰色、灰白色、暗紫色流紋巖、酸性熔巖、中性熔巖角礫巖、安山巖、凝灰角礫巖為主；下部以紫紅色、灰綠色、深灰色凝灰?guī)r、層凝灰?guī)r、中性熔巖角礫巖、凝灰砂巖為主，夾流紋巖、酸性熔巖、熔巖角礫巖等。第四系上更新統(tǒng)雅魯河組(Q3y)厚度4～9 m，巖性為土黃色、淺黃色、褐黃色圓礫、含黏土圓礫。礫石成分以中酸性火山巖為主，礫石直徑5～10 cm，磨圓較好，無分選。夾有中粗砂、中細(xì)砂及黏土透鏡體，大部分地區(qū)上覆黃土狀亞砂土、黃土狀亞黏土。第四系中、下更新統(tǒng)沖—湖積層，厚度5～10 m。巖性下部為淺黃色、淺灰黃色圓礫、含黏土圓礫。圓礫中礫石含量可達(dá)70～80%，礫徑2～5 mm的居多，大者達(dá)20～30 cm，磨圓較好，以圓狀、次圓狀為主。上部為黃褐色亞黏土，局部夾粉細(xì)砂或淤泥質(zhì)亞黏土。本層厚度較大，分布穩(wěn)定，含水量較豐富。地下水動(dòng)態(tài)類型屬滲入——徑流——蒸發(fā)型。水位埋深一般小于5 m，主要補(bǔ)給來源為大氣降水的滲入補(bǔ)給及側(cè)向地下徑流補(bǔ)給。年水位變幅一般為1.5～2.5 m。地下水化學(xué)特征變化不明顯，各種離子含量相對(duì)變化不大，所以水化學(xué)類型較穩(wěn)定。綜上所述，地下水類型主要為重碳酸鈣型水，為弱堿性水[5]。

3 地下水資源評(píng)價(jià)

3.1 地下水資源量評(píng)價(jià)

3.1.1 水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算

(1)滲透系數(shù)(K值)的確定

根據(jù)帶有一個(gè)觀測(cè)孔的單孔抽水試驗(yàn)利用穩(wěn)定流計(jì)算方法計(jì)算。

穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)采用裘布依公式如式(1)所示：

(1)

式中：K為滲透系數(shù)，m/d；Q為單井涌水量，m3/d；rw為抽水井半徑，m；r1為抽水孔與觀測(cè)孔距離，m；Sw為抽水孔水位降深，m；Sr為觀測(cè)孔降值的確定降深，m。計(jì)算K值為165.06～259.51 m/d。

(2)影響半徑(R值)的確定

計(jì)算如公式(2)所示：

(2)

式中：R為影響半徑，m；S為水位降深，m。經(jīng)計(jì)算影響半徑為262.58～291.57 m

3.1.2 地下水資源計(jì)算

(1)地下水資源計(jì)算

區(qū)內(nèi)地下水的天然補(bǔ)給量包括大氣降水入滲補(bǔ)給量、地下水側(cè)向補(bǔ)給量。大氣降水入滲補(bǔ)給量Q滲如式(3)所示：

Q滲=α·F·c

(3)

式中：α為降水入滲系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值為0.30；F為滲入面積，測(cè)得為39 km2；c為多年平均有效降水量，為0.435 m/a。經(jīng)計(jì)算Q滲為508.95×104m3/a。

地下水側(cè)向補(bǔ)給量Q側(cè)補(bǔ)計(jì)算如公式(4)：

Q側(cè)補(bǔ)=KBIH

(4)

式中：Q側(cè)補(bǔ)為地下水的側(cè)向補(bǔ)給量，m3/d；B為補(bǔ)給斷面寬度，m；I為水力坡度；H為含水層厚度，m。

參數(shù)選擇：K根據(jù)勘探試驗(yàn)孔計(jì)算結(jié)果取平均值192.43 m/d，B、I均在圖中測(cè)得，H為勘探試驗(yàn)資料，取平均值為8.30 m。計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 地下水側(cè)向補(bǔ)給量計(jì)算成果表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，地下水天然資源量見表3。

表3 地下水天然資源量成果表

(2)供水水源地地下水資源計(jì)算

供水源地大氣降水入滲補(bǔ)給量Q滲根據(jù)公式(3)計(jì)算，滲入面積在圖中測(cè)得為0.74 km2，計(jì)算Q滲為264.58 m3/d。

地下水側(cè)向補(bǔ)給量Q側(cè)補(bǔ)根據(jù)公式(4)計(jì)算，計(jì)算參數(shù)根據(jù)LQ號(hào)孔《1984年龍江縣水利局群孔抽水試驗(yàn)資料》中數(shù)據(jù)，滲透系數(shù)K取171.05 m/d，含水層厚度H取8.36 m，補(bǔ)給斷面寬度B在圖中測(cè)得為855 m；水力坡度I按開采末期為14‰。計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 供水源地地下水側(cè)向補(bǔ)給量計(jì)算成果表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，供水源地地下水天然資源量見表5。

表5 供水源地地下水天然資源量成果表

3.1.3 地下水資源量評(píng)價(jià)

通過抽水試驗(yàn)資料取得了可靠的水文地質(zhì)參數(shù)，所計(jì)算的地下水天然資源量及可開采資源量,地下水的天然資源量為962.73×104m3/a，供水水源地地下水的天然資源量為17 381.42 m3/d，可開采資源量為14 000 m3/d。

3.2 地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)

地下水是景星鎮(zhèn)居民生活用水及工業(yè)用水的主要水源，水質(zhì)直接影響著區(qū)內(nèi)的生活生產(chǎn)，下面對(duì)地下水的水質(zhì)狀況使用生活用水標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)用水水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分別予以評(píng)價(jià)[6]。

3.2.1 生活飲用水水質(zhì)評(píng)價(jià)

依據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)，對(duì)區(qū)內(nèi)地下水進(jìn)行評(píng)價(jià)，區(qū)內(nèi)地下水水質(zhì)較好，均為無色、無嗅、無味、透明，各項(xiàng)目均符合生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2 工業(yè)用水水質(zhì)評(píng)價(jià)

一般鍋爐用水水質(zhì)評(píng)價(jià)根據(jù)鍋垢總量(H0)、硬垢系數(shù)(Kn)、起泡系數(shù)(F)、腐蝕系數(shù)(Kk)四項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(1)鍋垢總重量(H0)如式(5)：

H0=S+C+36rFe2++17rAl3++

20rMg2++59rCa2+

(5)

式中：H0為鍋垢總重量，mg/L；S為水中懸浮物含量，mg/L；C為膠體(SiO2+Fe2O3+Al2O3)含量，mg/L；rFe2+、rAl3+、rMg2+、rCa2+分別為Fe2+、Al3+、Mg2+、Ca2+離子的摩爾含量，mmol/L。

(2)硬垢系數(shù)(Kn)如式(6)、式(7)所示：

Kn=Hn/H0

(6)

Hn=SiO2+20rMg2++

68(r Cl-+rSO42--rNa+-rK+)

(7)

式中：Hn為硬鍋垢重量，mg/L；SiO2為硅酸的含量，mg/L；

(3)起泡系數(shù)(F)如式(8)：

F=62rNa++78rK+

(8)

(4)腐蝕作用酸性水與堿性水分別如式(9)、式(10)所示：

酸性水：

Kk=1.008(rH++rAl3++rFe2++

rMg2+-rHCO3--CO32-)

(9)

堿性水：

Kk=1.008(rMg2+-rHCO3-)

(10)

Kk>0，腐蝕性水；Kk<0，但Kk+0.0503 Ca2+>0；半腐蝕性水，Kk<0且Kk+0.0503Ca2+<0，非腐蝕性水。

評(píng)價(jià)結(jié)果表明，該區(qū)域內(nèi)地下水為鍋垢少，硬沉淀物，半起泡，非腐蝕性水。鍋爐使用時(shí)需要適當(dāng)處理。

3.3 開發(fā)利用現(xiàn)狀

根據(jù)2018年《龍江縣國(guó)民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料》及《黑龍江省用水定額標(biāo)準(zhǔn)》截直至2018年末，景星鎮(zhèn)共有人口64 872人，總需用水量為4216.68 m3/d，農(nóng)業(yè)灌溉主要為機(jī)電井提水及噴滴灌溉，面積為45 000 hm2，總需用水量為11 250×104m3，工業(yè)用水量較少。

4 水源地的選擇與布井方案

根據(jù)該區(qū)水文地質(zhì)條件、地下水富水性及景星鎮(zhèn)中、長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，景星鎮(zhèn)城區(qū)供水水源地?cái)M選在景星鎮(zhèn)的南部，規(guī)劃面積0.74 km2，總開采量為14 000 m3/d。建議在擬選水源地范圍內(nèi)，依據(jù)地下水資源評(píng)價(jià)結(jié)果、含水層滲透系數(shù)、影響半徑、水位降深等，采用平均布井法，共需布設(shè)開采井5眼，井徑不小于300 mm，井深不大于80 m，井距不小于100 m。