平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)韓家溝流域補(bǔ)給排泄條件研究

孫 睿

(甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730020)

1 序言

崆峒區(qū)是甘肅省平?jīng)鍪械恼?、?jīng)濟(jì)、文化和交通中心，是一座新興的工貿(mào)旅游城市，其崆峒山景區(qū)蜚聲海內(nèi)外。隨著城區(qū)城市化進(jìn)程的加快和經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，對水資源需求量也逐年增加，而可供水量的匱缺嚴(yán)重制約了城市經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展。本文選擇韓家溝為研究對象，研究其水文地質(zhì)特征，以期為平?jīng)鍪袑ふ液髠渌吹靥峁┗A(chǔ)支撐資料。

2 自然地理?xiàng)l件

2.1 氣象

研究區(qū)屬溫帶半濕潤氣候區(qū)，四季分明，年平均氣溫8.9 ℃，極端最高氣溫37.3 ℃(八月)，極端最低氣溫-24.3 ℃。區(qū)域上降水量從南至北有增大的趨勢，一般山區(qū)大于城區(qū)40～60 mm。降水量在年內(nèi)分配極不均勻，降水主要集中在每年的7—9月份[1]。區(qū)內(nèi)降水量除年內(nèi)不均外，年際變化也比較顯著，最大年降水量達(dá)744.5 mm(1964年)，最小年降水量僅為261.8 mm(1995年)，相差近3倍，豐水年平均降水量是枯水年的2～2.5倍。區(qū)內(nèi)多年平均蒸發(fā)量為1 468.8 mm，是年均降水量的2.92倍，最大值為1 654.7 mm(1962年)，最小值為1 123.6 mm(1964年)。

2.2 水文

涇河前峽流域面積597 km2,在峽口附近建有崆峒水庫，總庫容2970萬m3。崆峒水庫年平均下泄流量最小量出現(xiàn)在2000年，只有1.29 m3/s；最大量出現(xiàn)在1990年，達(dá)到5.08 m3/s，二者相差近3.48倍。在下泄流量較小的1999—2000年，連續(xù)出現(xiàn)壩下河水流量小于1.0 m3/s的月份長達(dá)6個月；最小值出現(xiàn)在2007年1月份，壩下河水流量僅0.07 m3/s。2001年以來，除個別年份如2007年、2008年和2009年因干旱泄水量較少，其中2007年1—3月壩下流量僅0.07～0.17 m3/s。由此不難看出，水庫泄水量大小和時間往往與降水量密切相關(guān)。一般來講，當(dāng)年降水量多寡會影響次年水庫放水量多少，同時與農(nóng)灌、電廠供水及排沙等人工因素也有必然的聯(lián)系。水庫下泄河水量的多寡是制約水庫以下河谷潛水量豐枯的主要因素。

2.3 地形地貌

研究區(qū)地處六盤山東麓，隴東黃土高原西部，總的地形呈現(xiàn)西、南、北部高而中東部低的態(tài)勢，海拔1 430～1 600 m。西部崆峒水庫的望賀山觀音殿為最高點(diǎn)，此處海拔1 600 m左右；最低處為研究區(qū)東部劉家磨涇河河漫灘，此處海拔1 430 m。根據(jù)地貌成因類型和形態(tài)特征，將本區(qū)劃分為侵蝕構(gòu)造低中山(Ⅰ)、剝蝕堆積黃土丘陵(Ⅱ)和侵蝕堆積河谷平原(Ⅲ)等3種地貌類型。

3 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于賀蘭褶皺帶南北向構(gòu)造帶與六盤山推覆構(gòu)造帶的復(fù)合部位，在兩者的相互作用下，區(qū)域上主體構(gòu)造表現(xiàn)為一系列的北西向壓性斷裂和褶皺。研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造受外圍構(gòu)造影響明顯，發(fā)育在外圍并涉及本區(qū)影響較大的斷裂構(gòu)造有5條。這些斷裂走向以北西西或北北西為主，多隱伏在地下，為壓扭性斷裂，區(qū)內(nèi)無褶皺發(fā)育，僅在外圍南發(fā)育有太統(tǒng)山背斜。

研究區(qū)構(gòu)造單元屬于祁呂賀蘭山字型構(gòu)造的脊柱——六盤山脊柱，從上古生代到中、新生代的地層均有出露，不同時期地層分布范圍明顯受到構(gòu)造單元控制。

區(qū)內(nèi)地層比較簡單，分布有二疊系、三疊系、白堊系、新近系和第四系[2]。

4 研究區(qū)水文地質(zhì)特征

4.1 水資源的類型

4.1.1 碎屑巖類孔隙裂隙水

已有水文地質(zhì)勘查資料表明，二疊系、三疊系和新近系含水層富水性弱，具有一定供水意義的為白堊系地下水。

白堊系地下水：本區(qū)白堊系六盤山群三橋組(K1s)、和尚鋪組(K1hs)是富水性較強(qiáng)兩個含水巖組，地下水主要為層間承壓水。含水層深埋于地下，其中下部三橋組以礫巖及砂巖為主，含水層頂板埋深300 m左右，水頭高出頂板60～180 m，含水層厚度大，但富水性不均，受構(gòu)造和巖性控制明顯。砂礫巖層一般中富水性較強(qiáng)，單井涌水量大于1 000 m3/d，砂巖層富水性較弱，小于500 m3/d，水頭埋藏較淺，河谷區(qū)低階地區(qū)成井部分可自流，流量小于100 m3/d；上部和尚鋪組為砂質(zhì)泥巖，埋深達(dá)百米，含水層富水性相對較弱，單井涌水量100～200 m3/d。

4.1.2 松散巖類孔隙水

區(qū)內(nèi)較大的支溝均為涇河一級支溝，其走向多與涇河干流垂直。南部較北部發(fā)育，并且多發(fā)育于基巖山區(qū)，溝谷長度,多數(shù)在1～25 km。這3條較長溝谷流域面積較大，存在有一定的地下潛流補(bǔ)給河谷潛水。特別是胭脂河流域面積達(dá)207 km2，谷底較寬有階地發(fā)育，地下潛流量較大，對韓家溝水源地產(chǎn)生較大補(bǔ)給。其余溝谷流域面積小，且溝谷短淺，溝谷基巖出露或第四系厚度薄等，基本無溝谷潛流?？偟膩碇v，溝谷潛水含水層普遍較薄，富水性亦弱，受地下水補(bǔ)給以及地形地貌等條件限制，不具備建設(shè)集中供水水源地的條件。

河谷潛水在區(qū)內(nèi)分布最廣，含水層具有埋藏淺，水量豐富，水質(zhì)良好，補(bǔ)給充裕的特點(diǎn)，地下水資源潛力大，具備大規(guī)模集中開采和利用價值，是目前平?jīng)龀菂^(qū)主要供水水源。

4.2 河谷潛水含水層埋藏、分布及富水性

4.2.1 含水層埋藏、分布及介質(zhì)特征

河谷潛水含水層主要由圓礫和卵石組成，其中卵石含量一般為10%～40%，圓礫含量一般在20%～50%，砂含量介于15%～30%，其余為黏性土。含水層厚度和地下水水位埋藏深度受地形地貌和第四系基底起伏的控制，沿河谷和垂直河谷方向均呈規(guī)律性變化，局部存在微地貌影響。縱向上，從河谷上游的聚仙橋后溝入涇河處，沿河谷向下游崆峒古鎮(zhèn)至玄武大道含水層厚度有逐漸增加的趨勢，即由聚仙橋附近的17 m增加到崆峒古鎮(zhèn)北的23 m；沿河谷中央，水位埋深由上游峽口的6～8 m增大到崆峒古鎮(zhèn)廣成大酒店附近的9～12 m，局地甚至達(dá)到20～26 m。導(dǎo)致水位埋深增大的原因：一是崆峒古鎮(zhèn)上游特別是擬選水源地段Ⅰ級階地較發(fā)育，與河漫灘高差較小，而在此以下隨著Ⅰ級階地逐漸消失，Ⅱ級階地與河漫灘的高差顯著增加，導(dǎo)致水位埋深增大；二是涇河南岸發(fā)育有較大規(guī)模的洪積扇群，使地下水埋深增大。橫向上，河谷潛水含水層厚度和水位埋深變化更加劇烈?？偟囊?guī)律是：涇河南岸由河谷邊緣至現(xiàn)代河床，含水層厚度表現(xiàn)出由薄增厚的規(guī)律，處于河谷邊緣的Ⅳ級階地前緣，含水層厚度只有2.65～6.50 m；Ⅱ級階地前緣至Ⅰ級階地和河漫灘，含水層厚度增加到16.9～22.9 m，基底明顯下凹，表明這是過去古河道向北擴(kuò)展的結(jié)果；涇河北岸Ⅰ級階地含水層厚度普遍為12.5～17.0 m，河漫灘地帶含水層厚度與Ⅰ級階地基本相同。地下水位埋深從河谷邊緣向河谷中心呈現(xiàn)由深漸淺的變化規(guī)律，涇河南岸Ⅳ級階地水位埋深達(dá)47～50 m，至Ⅱ級階地部位減小至20～28 m，Ⅰ級階地普遍小于10 m，一般為5～8 m。涇河南岸由于有多個洪積扇疊加分布，并覆蓋在Ⅱ級階地之上，使這一地貌單元內(nèi)地面標(biāo)高增加，水位埋深陡然加深，大多在27～38 m之間。

4.2.2 含水層的滲透性

河谷潛水含水層透水性較好，河谷高階地及邊緣，由于含水層的分選性和磨圓度相對較差，泥質(zhì)含量也較高，滲透系數(shù)較差，一般小于20 m/d，其他地段多大于50 m/d。

4.2.3 含水層的富水性

河谷潛水水量受含水層厚薄和含水層中泥沙含量多寡的影響較明顯，河谷兩側(cè)高階地富水性弱，除含水層較薄外，與其泥砂質(zhì)含量較大不無關(guān)系，單井出水量表現(xiàn)貧乏。另外，有大面積洪積扇分布的地段，因洪積物與沖積物的相互疊置沉積，地層顆粒的分選性差，也影響了含水層的富水性，如崆峒古鎮(zhèn)S5鉆孔，處于被洪積扇覆蓋的Ⅱ級階地前緣部位，含水層厚度達(dá)16.97 m，抽水試驗(yàn)降深為11.95 m時，相應(yīng)單井涌水量1 680 m3/d，與在相同地貌單元而無洪積扇發(fā)育的Q7鉆孔相比，在相同降深條件下，單井涌水量相差近3倍。

4.3 河谷潛水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件

4.3.1 補(bǔ)給條件

(1)河水滲漏補(bǔ)給。蔣家溝入涇河處任家莊一帶，涇河河道截彎取直整治后，河漫灘及河床礫卵石裸露且滲透性強(qiáng)，潛水位又明顯低于河水位，因此，河水流經(jīng)此段時產(chǎn)生強(qiáng)烈入滲補(bǔ)給地下水。

涇河地表水下滲段(C4-C5)上斷面河水流量明顯大于下斷面，測流期間測流段無農(nóng)灌截引等河水外排，除沿途有少量蒸發(fā)損失外，絕大部分下滲進(jìn)入到潛水含水層。經(jīng)計(jì)算，涇河滲漏向河谷潛水的補(bǔ)給量為295.30萬m3/a。

(2)南部高階地地下潛流補(bǔ)給。區(qū)內(nèi)涇河南岸連續(xù)發(fā)育有Ⅳ、Ⅴ級階地，自崆峒鎮(zhèn)南一直延伸至劉家溝，長度達(dá)4.1 km。據(jù)已有資料和本次鉆探揭露，上述高階地底部潛水含水層厚3～6.5 m，地下水位標(biāo)高明顯高于低階地地下水位，形成較大量的側(cè)向補(bǔ)給。高階地潛流補(bǔ)給量為160.60萬m3/d。

4.3.2 徑流條件

由于受南部高階地地下水側(cè)向潛流的補(bǔ)給的影響，南部高階地潛水流向與河水流向產(chǎn)生一定的交角，呈北東方向徑流匯集于河谷中心[3]。河谷中心地段潛水自上游向下游過程中，充分反映了現(xiàn)狀涇河地表水與地下水之間的補(bǔ)排關(guān)系。蔣家溝口上游，開采量少，河谷潛水基本處于天然狀態(tài)，表現(xiàn)出地下水補(bǔ)給河水；蔣家溝口下游，地下水位低于河水位，轉(zhuǎn)換為河水補(bǔ)給地下水，特別是崆峒鎮(zhèn)以下，地表水以垂向入滲方式補(bǔ)給地下水。

4.3.3 排泄條件

區(qū)內(nèi)潛水的排泄途徑主要為溢出地表轉(zhuǎn)化為涇河河水、少量的蒸發(fā)和開采。

(1)溢出地表轉(zhuǎn)化為涇河河水排泄。涇河在蔣家溝上游均接受潛水溢出排泄。此外，通過調(diào)查一級階地前緣和長期觀測孔水位資料證明，潛水水位高于河水位，亦說明地下水向河水排泄。一年的枯水期不明顯，但在平水期、豐水期，聚仙橋-蔣家溝段涇河兩岸Ⅰ級階地前緣及河漫灘有較大量的地下水以泉群滲出。此外，受支溝補(bǔ)給作用的影響，在有洪積扇緣沖溝也有少量地下水溢出。經(jīng)測流，單泉泉水流量一般0.012～0.13 L/s。潛水與涇河地表水聯(lián)系十分密切，二者相互轉(zhuǎn)化。目前，上述地段由于人工開采量小，地下水基本處于天然狀態(tài)。本次調(diào)查時間為3—5月份，屬于平水期，沿岸邊大部分仍為地下水向河流排泄的地段。根據(jù)測流資料計(jì)算得出，研究區(qū)地下水總溢出量為399.82萬m3/a，其中涇河溢出量為377.08萬m3/a，主要溢出段分布在上游擬選水源地一帶。

(2)開采排泄。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)地下水開采井分布數(shù)量較少，單井年開采量不大，所開采的地下水主要用于人畜飲用和部分農(nóng)田灌溉。據(jù)調(diào)查，研究區(qū)共有機(jī)(民)井12眼(不含壓水井)，年地下水開采量236.69萬m3，其中涇河韓家溝水源地有開采井1眼，年開采地下水10.20萬m3。

(3)蒸發(fā)排泄。涇河沿岸Ⅰ級階地前緣和河漫灘地段地下水水位埋藏較淺，之前的試驗(yàn)資料表明，當(dāng)?shù)貪撍粯O限埋深為4 m，有利于地下水蒸發(fā)排泄。地下水蒸發(fā)排泄量為36.24萬m3/a，其中涇河韓家溝水源地地下水蒸發(fā)排泄量為9.70萬m3/a。

5 結(jié)論

本文從研究區(qū)的自然地理和地質(zhì)條件入手，分析了研究區(qū)的水文地質(zhì)條件，總結(jié)了水資源的類型，含水層埋藏和分布，以及介質(zhì)特征、補(bǔ)給和排泄條件，可為后續(xù)在研究區(qū)及其周圍尋找水源地提供基礎(chǔ)的水文地質(zhì)資料。