甘肅省夏河縣第二水廠水源地水文地質特征及地下水資源評價

　　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1.43m3.44m，巖性為第四系全新統砂礫卵石，厚7.58m14.7m。勘探抽水降深0.43m0.83m，涌水量為1229.8m3/d2444m3/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，未超過設計水位下降5.915m要求。水源地水質較好，符合飲用水供水標準。研究結果為地方政府水資源保護與開發提供可靠的數據支撐。

　　本文源自西部資源,2020(03):126-128.《西部資源》是由內蒙古國土資源廳主管，內蒙古國土資源信息院主辦的一個立足于內蒙古，反映西部各省(區)市資源開發、保護、管理等各方面工作的綜合性彩印雙月刊，內容以土地、礦產資源為主，涵蓋測繪、森林、草原、環境、旅游、地理等各方面。

　　1.地質特征

　　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，夏河縣在大地構造位置上隸屬于昆侖-秦嶺褶皺系西秦嶺褶皺帶。受多次構造運動影響較為復雜。水源地東側約800m左右分布一條走向呈NW30°的隱伏斷層。斷層東側上升，西側下降，斷距約12m左右。地下水含水層受斷層影響，西側厚15m左右，東側厚不足4m。由于地下水過水斷面變化，沿斷層形成泉水溢出帶;水源地一帶也形成規模不大的斷陷盆地，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，河谷兩岸山區及基底為三疊系砂巖、板巖、泥灰巖和第三系泥巖、泥質砂巖。河谷階地和?？撇菰氨辈壳鹆瓯聿繛榈谒南等陆y和上更新統沖洪積粉土及砂礫卵石。全新統分布在河谷Ⅰ-Ⅲ級階地及河床和河漫灘地區;上更新統分布在河谷Ⅳ級以上階地地區。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。礫卵石直徑一般為5cm～10cm，最大可達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。含泥質較少，是較好的含水層。

　　2.水源地水文地質條件

　　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。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隱伏斷層影響，厚度變化較大，一般為5m～12m，最厚可達15m左右。地下水水質較好，屬低礦化淡水。河漫灘及Ⅰ級階地地區，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，單井出水量可達5000m3/d以上。

　　2.2地下水埋藏與分布

　　第二水廠地區，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，水質較好，符合飲用水水質標準。含水層主要分布在河漫灘及Ⅰ級階地地區。

　　2.3地下水補給、徑流、排泄條件

　　根據區域水文地質調查資料，大氣降水地表水匯流系數為28.98%左右，地下水徑流模數平均為0.665L/s⋅km2，地下水滲入系數為0.037左右。大夏河流域地下水總入滲量為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洗孔和抽水，三角堰水箱觀測流量。根據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號孔滲透系數為169.34m/d，影響半徑為44m;ZK2號孔滲透系數按單孔計算為168.9m/d，按主孔和1個觀測孔計算滲透系數為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平均為149.273m/d。可以看出該水源地地下水補給、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，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含水層橫斷面水的體積。即地下水的天然流量或地下水斷面徑流量。

　　地下水動儲量計算式如下：

　　式中：Q-地下水動儲量(m3/d);B-地下水過水斷面寬度，地質剖面中量取(m);K-地下水滲透系數，取平均值149.273(m/d);H-含水層厚度，地質剖面中量取(m);I-地下水水力坡度，依據ZK1、ZK2、ZK3計算。

　　水源地地下水動儲量計算結果如(表1)。

　　表1水源地地下水動儲量計算一覽表

　　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：

　　式中：W-計算區面積，水文地質圖中量取(m);H-計算區含水層平均厚度，水文地質圖中分片量取(m);ū-給水度，根據巖性取經驗值0.22。

　　區內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，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斷面徑流量公式計算。假設開采井水位下降5m，地下水開采激化量可達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含水層。根據水源地水文地質條件，選用潛水完整井井群干擾非穩定流理論公式對水源井進行干擾計算。水位降低值進行計算時分第1開采方案和第2開采方案計算如下：

　　(1)第1開采方案

　　依據夏河縣城市近期日供水9000m3/d的設計，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。根據水源地含水層巖性和厚度，設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。

　　表2第1開采方案水源井干擾計算成果一覽表下載原表

　　表2第1開采方案水源井干擾計算成果一覽表

　　夏河縣第二水廠水源地設計開采9000m3/d，在20年開采期內水源不會枯竭，地面不會發生沉降，水質不會發生惡化。水源地地區區域性地下水位雖然每年以0.286m的速度持續下降，但20年末區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

　　依據夏河縣城市近期日供水10000m3/d的設計，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)。根據水源地含水層巖性和厚度，設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。

　　表3第2開采方案水源井干擾計算成果一覽表下載原表

　　表3第2開采方案水源井干擾計算成果一覽表

　　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計開采量10000m3/d，在20年開采期內水源不會枯竭，地面不會發生沉降，水質不會發生惡化。水源地地區區域性地下水位雖然每年以0.28m的速度持續下降，但20年末區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

　　生活飲用水水源地，風景名勝區水體，重要漁業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，周邊500m不能有污染的企業。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《飲用水水源保護區劃分技術規范》HJ/T338-2007，根據飲用水水源地所處的地理位置，水文地質條件，供水的數量，開采方式和污染源的分布劃定。各級地下水保護區的范圍應根據當地的水文地質條件確定，并保證開采規劃水量時能達到所要求的水質標準。

　　地下水飲用水源保護區(包括一級，二級和準保護區)水質各項指標不得低于GB/T14848中的Ⅲ類標準。孔隙水保護區是以地下水取水井為中心，溶質質點遷移100天的距離為半徑所圍定的范圍為一級保護區;一級保護區以外溶質質點遷移1000天的距離為半徑所圍定的范圍為二級保護區;補給區和徑流區為準保護區。中小型水源地保護區半徑計算經驗公式如下：

　　式中：R-保護區半徑(m);ɑ-安全系數，一般取150%;K-含水層滲透系數(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。

　　計算結果水源地一級保護區半徑為886.5m，二級保護區半徑為8865m。與《飲用水水源保護區劃分技術規范》HJ/T338-2007規范中規定近似。

　　參考文獻:

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