平凉市崆峒区韩家沟水源地水文地质特征及地下水资源评价

作者:未知

  摘要:工作区位于贺兰褶皱带南北向构造带与六盘山推覆构造带的复合部位,在两者的相互作用下,区域上主体构造表现为一系列的北西向压性断裂和褶皱区内地层比较简单,分布有二叠系、三叠系、白垩系、新近系和第四系。地下水可供水量的匮缺现已成为制约城市经济可持续发展的主要瓶颈因素之一。本文对勘查区水文地质特征进行详细分析,进而对地下水资源进行评价,提出合理可行的地下水开采利用方案,为水源地初步设计提供地下水资源依据,为地区合理开发利用地下水提供决策依据。
  关键词:水文地质特征;地下水资源;评价;平凉市;韩家沟水源地
  1.勘查区水文地质特征
  1.1水文地质概况
  根据地下水的赋存条件和埋藏特征及富水性等,将区内地下水分為基岩裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和松散岩类孔隙水三大类。
  (2)碎屑岩类孔隙裂隙水。碎屑岩类孔隙裂隙水指赋存于工作区内二叠系、三叠系砾岩,白垩系以及新近系砂岩、砂砾岩、泥质砂岩中的地下水。按其埋藏条件进一步分为潜水和承压水。根据已有水文地质勘查资料,二叠系、三叠系和新近系含水层富水性弱,具有一定供水意义的为白垩系地下水。
  (3)松散岩类孔隙水。根据含水层岩性、分布和埋藏特征,将松散岩类孔隙水划分为河(沟)谷潜水及黄土潜水。河谷潜水在区内分布最广,含水层具有埋藏浅、水量丰富、水质良好、补给充裕的特点,地下水资源潜力大,具备大规模集中开采和利用价值,是目前平凉城区主要供水水源。
  1.2河谷潜水含水层埋藏、分布及富水性
  河谷松散岩类孔隙水均为潜水,主要分布于泾河河谷中部的河漫滩和Ⅰ、Ⅱ级阶地中,Ⅲ级及以上阶地含水层较薄或泥质含量高,富水性弱,其中北岸Ⅲ级阶地局部因基底隆起,基本不含地下水。
  (1)含水层埋藏、分布及介质特征。根据勘探资料,河谷潜水含水层主要由圆砾和卵石组成,其中卵石含量一般为10%~40%,圆砾含量一般在20%~50%,砂含量介于15%~ 30%,其余为粘性土。以新近系砂质泥岩构成隔水底板。含水层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规律性变化,局部存在微地貌影响。拟选韩家沟水源地位于泾河上游聚仙桥-韩家沟段,地貌上处于泾河Ⅰ、Ⅱ级阶地和河漫滩。水源地中心部位有古河道分布,呈东西向展布,在水源地段古河道宽约500m~600m,切割深度1m~3m。拟选水源地地下水位埋深较浅,为4m~11m,含水层主要由圆砾组成,厚度17m~22m。
  (2)含水层的渗透性。从水文地质参数分区图可以看出,河谷潜水含水层透水性较好,河谷高阶地及边缘,由于含水层的分选性和磨圆度相对较差,泥质含量也较高,渗透系数较差,一般小于20m/d,其他地段多大于50m/d;古河道及Ⅰ级阶地、现代河床部位,含水层透水性最好,渗透系数为100m/d~120m/d。拟选水源地段含水层渗透系数50m/d~ 120m/d,表现出良好的渗透性。
  (3)含水层的富水性。根据已有资料和本次抽水试验资料,勘查区Ⅰ、Ⅱ级阶地和河漫滩第四系地下水富水性良好,单井涌水量一般在1000m3/d~3000m3/d,其中在古河道及其附近表现尤为突出,单井出水量普遍大于3000m3/d,最大单井涌水量达到10102m3/d。泾河北岸Ⅲ级阶地基本不含水,南岸Ⅳ、Ⅴ级阶地单井出水量100m3/d~300m3/d。
  1.3河谷潜水的补给、径流和排泄条件
  勘查区河谷潜水的补给、径流和排泄条件比较复杂。其补给来源有:河水渗漏补给、上游河谷潜水径流补给、南部高阶地地下水(包括第四系潜水和新近系潜水)侧向补给和降水、渠道及农田灌溉入渗补给。其中以河水渗漏或侧向入渗补给、上游地下径流补给和南部高阶地侧向潜流及沟谷潜流补给为主。河谷潜水总的径流方向是沿河流向自西向东运移。潜水现状主要以地下侧向径流、溢出地表转化为泾河河水以及少量的蒸发和开采方式排泄。
  1.4地下水动态特征
  根据《甘肃省平凉市城市供水水文地质详查报告》和本次调查,区内泾河谷及其支沟区人工开采量小,第四系地下水动态的主要影响因素是气象和水文。据此,将区内地下水动态划分为水文型、径流型等两种基本类型。由于区内地下水开采量不大,受人为影响程度小,地下水动态基本保持了天然动态。从1989年取得崆峒镇水质分析资料与本次工作采样分析结果比照,勘查区下游河谷潜水的年内水质动态受河水流量以及降水和局部灌溉水等的影响产生微小变化,丰水季节河水、降水等大量补给潜水,水交替强烈,溶解性总固体、总硬度较枯水季节相应低10mg/L~30mg/L,总硬度6mg/L~12mg/L。但实际变化幅度不明显。
  2.地下水资源评价
  2.1地表水、地下水质量评价
  (1)地表水质量评价
  根据本次泾河地表水水质监测报告以及收集的崆峒水库地表水、出口水水质检测报告,对照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002),采用单因子评价方法,崆峒水库水质除总氮超Ⅲ类水1.24倍(水库出口水)评价为Ⅳ类水外,已检出其他项目均满足该标准Ⅲ类质量要求,符合“地表水环境质量标准基本项目标准限值”和“集中式生活饮用水地表水源地补充项目标准限值”,地表水水质较好,经处理后可适用于集中式生活饮用水源。
  (2)地下水质量评价
  ①生活饮用水水质评价。以国家现行的《地下水质量标准(GB/T14848-93)》作为水源水评价依据,选择已检出的氯化物、硫酸盐等27个检测值,采用单项组分对比分析和综合评价方法,对水源地地下水源水进行生活饮用水质量评价。
  单项组分评价:
  通过单项组分对比,所选的27个评价因子中,除总大肠菌群因采样原因导致超过《地下水质量标准》要求为Ⅳ类水外,其他各项均满足该标准要求,达到Ⅰ、Ⅲ类水。   综合评价结果:勘查区地下水综合评分为2.15~7.16,属《地下水质量标准》规定的良好-较差级水。从导致综合评分值增大的因子来看,主要是由于总大肠菌群采样不当,检出数量失真所致。
  评价结果表明,拟选水源地地下水水质良好,可用于集中式生活饮用水水源。
  ②一般锅炉用水水质评价。依据《供水水文地质手册》给出的锅炉用水水质评价方法和评价因子,采用单项组分对比的办法,初步判断地下水作为一般锅炉用水的优劣。
  通过水质分析资料与锅炉用水水质评价标准对比评价,区内地下水大部分属中性-微弱碱性、低污染、中-高矿化中软-硬水。因此,除硬水适当处理外,中软水完全可用于一般锅炉用水。但作为其他特殊锅炉用水时根据设备要求须对水质做重新评价并对水质做必要处理。
  2.2地下水水量均衡计算
  (1)均衡计算结果。整个勘查区地下水总补给量1393.37×104m3/a,总排泄量1226.37×104m3/a,均衡差+167.00×104m3/a。其中,拟选水源地地下水总补给量为815.15×104m3/a,总排泄量788.60×104m3/a,均衡差为+26.55×104m3/a。从均衡期始末调查和长期的地下水位表明,均衡河谷地下水位大部分呈上升状态,南岸上升幅度为0.09~0.33m,北岸Ⅰ级阶地地下水位平均上升0.1m;拟选水源地段地下水位均衡始末地下水位0.2m~0.33m。各均衡区计算均衡差与调查均衡期水位变化和观测水位动态反映情况一致,与平水年地下水位动态特征相符,说明均衡计算结果正确。
  (2)地下水储存量计算。地下水储存量反映了含水层容量大小及其调节能力。地下水储存量计算分区同均衡区一致,选择均衡期内最低水位期的平均含水层厚度计算。含水层厚度按照2014年3月水位埋深初测量值计算确定。计算公式为:
  式中:F-计算区面积(m2);H-计算区含水层平均厚度(m);μ-给水度。
  经计算,全区地下水储存量为1401.37×104m3,其中拟选水源地为251.24×104m3。含水层显示出较强的调节能力。
  2.3拟选水源地地下水允许开采量评价
  拟选水源地地下水现状主要接受上游地下径流和支沟及南部高阶地潜流、沟谷地表水渗漏等的补给。选择典型枯水年进行补排量均衡计算得出,枯水年地下水天然补给量674.92×104m3/a,并且还存在有约272.26×104m3/a的地下水溢出量。计算枯水年地下水储存量为251.24×104m3。目前仅存在有少量的人工开采,影响程度轻微,地下水基本处于天然状态中。
  通过数值法计算表明,拟选水源地在开采状态下,极枯年和枯水年表现为负均衡,需动用部分地下水储存量可保证开采,所借用的最大65.72×104m3储存量经过一个平水年或丰水年后即可得到补偿。
  以2007年为典型极枯年,利用疏干补偿法调节验算证明,在该极枯水年的枯水期,连续121天在无泾河地表水补给条件下,开采产生的地下水总疏干量为82.63×104m3,水源地中心最大井壁水位降深没有超出设计最大降深。进入4月份后,随即可得到泾河水的大量渗漏补给,并历经1个月的时间完全补偿了枯水期借用的含水层地下水储存量。其实上述连续4个月的疏干开采,泾河水并未完全断流,每天仍有少量的渗漏补给。
  综上所述,拟建水源地在现状开采条件下,能够为城区增加649.70×104m3/a(1.78×104m3/d)的供水量,而且具有较高的保证程度。
  拟选水源地地下水质经评价证明:除个别采样点因采样原因造成菌类指标超标外,其他已检出各项指标均满足现行的《地下水质量标准(GB/T14848-93)》(GB/T14848-93)中的Ⅰ、Ⅲ类水,水质良好,适用于集中式生活饮用水水源。
  2.4拟选水源地外其他地段地下水允许开采量分析评价
  勘查区其他地段是指拟选水源地以外的地区。根据勘查区拟选水源地所在位置和第四系地下水资源均衡结果,对水源地下游河谷潜水允许开采量进行初步评价。水源地上游包括胭脂河因范围有限,所形成的地下径流为韩家沟水源地主要补给源,无余量存在。
  水源地下游段地下水开采量的多寡虽对上游水源地无影响,但对下游已建养子寨水源地及沿河谷已建其他生产、生活用水产生较大影响,而且过量开采可能引发如区域水位持续下降、水量衰减以及水质变异等环境地质问题。据此,以全区均衡结果为基础,参考天水河谷潜水评价经验,将河水渗漏量(295.30×104m3/a)和水源地下游排泄断面极枯年地下径流量(375.48×104m3/a)之和的45%作为水源地下游段地下水可开采资源量,即301.85×104m3/a。也就是说,在现采253.49×104m3/a的条件下,实际可增加的开采量只有48.36×104m3/a。
  从以上分析评价得出,韩家沟水源地建成后,崆峒古镇-任家庄泾河河谷段地下水已基本上达到了采补平衡,开采潜力不到50×104m3/a。
  2.5拟选水源地对下游已建水源地影响程度评价
  本次选择勘查完成的韩家沟水源地与下游已建城区养子寨水源地相距4.20km,同处泾河河谷低阶地平原区。上游拟选韩家沟地下水源地位于泾河南、北两岸,开采井群沿泾河两岸布置;下游已建养子寨水源选建在泾河南岸低阶地区,呈双排建设,目前建有开采井6眼。已建养子寨水源地和本次勘查完成的韩家沟地下水源地主要以激发河水补给量和增加上游地下径流量来保证开采的,两处水源地含水层均有较强的可调节能力,二者相距较远。养子寨水源地在保持现状开采量的条件下,上游韩家沟水源地的开采对该水源地的补给、开采基本不产生影响。
  3.地下水资源开发利用方案
  目前水源地上游地表水及水源地内地下水没有受到污染,经勘查评价得出,在现状开采条件下,能够为城市增加地下水可开采量1.780×104m3/d。現根据水源地水文地质条件,结合野外抽水试验和模拟开采方案,以及成井具体位置,提出水源地地下水开发利用方案。
  根据水源地第四系含水层埋深、厚度及表部碎屑岩类风化层裂隙含水层的分布情况等,施工完成的8眼探采结合井为单井深度40m~45m,井径500mm,管径350mm的第四系完整井。井壁管选用壁厚6mm~7mm钢管,其中滤水管为同径桥式滤水管。采用深井潜水泵取水,泵头应从地面算起,下入25m~30m的位置。
  开采井群沿泾河两岸布置,井间距一般为300m~400m,其中Z2和Z4两眼井分别在泾河南、北两岸,受场地条件限制,井距160m,可选其中一眼作为备用井。各单井设计开采量分别是:S1、Z1、Z2、Z3单井开采量2400m3/d,S2、S3、S4、Z4单井开采量2000m3/d。
  为保证开采井的使用寿命,本次探采井深的施工依据,一是考虑到完全控制含水层并保留有足够的沉淀管长度,满足《供水管井技术规范(GB50296-99)》沉淀管长度不得小于6m要求;二是尽管本次没有分层抽水试验,但从第四系基底岩芯的破碎程度分析,新近系表部有一定厚度的风化带碎屑岩类潜水存在。成井移交后是泵房建设时,应垫高泵房地基,并采取一定防护措施,注意防止泾河、胭脂河洪水对近岸边开采井造成的掩埋和回灌。
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