大慶市地下水動態(tài)特征分析

朱 巍，唐 雯，張梅桂

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧沈陽 110034;2.遼寧省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，遼寧沈陽 110034)

大慶市地下水動態(tài)特征分析

朱 巍1，唐 雯2，張梅桂1

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧沈陽 110034;2.遼寧省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，遼寧沈陽 110034)

依據(jù)大慶市的水文地質(zhì)條件及地下水觀測資料，對其地下水動態(tài)類型及典型水位動態(tài)過程曲線分析的基礎(chǔ)上，討論潛水、承壓水和地下水水位多年動態(tài)變化特征，為大慶市地下水資源的保護、合理利用及經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

大慶市;地下水;動態(tài)特征

大慶市位于松嫩平原中部，黑龍江省西部，市轄五區(qū)四縣。中心城區(qū)包括薩爾圖、龍鳳、讓胡路區(qū)大部、紅崗區(qū)北部，面積約2 000 km2。

大慶地處中緯度歐亞大陸東岸，屬中溫帶半濕潤、半干旱季風(fēng)氣候。多年平均氣溫2.2℃，最低氣溫－39.2℃，最高氣溫39.8℃。多年平均降水量為420 mm，最大降水量為664 mm，最小降水量213 mm。年內(nèi)降水量分配不均，主要集中在7～8月份，約占全年降水量的55%。多年平均水面蒸發(fā)量為1 673 mm。全市水面蒸發(fā)年內(nèi)分配不均，春季蒸發(fā)量大;冬季蒸發(fā)量小。4～6月份蒸發(fā)量占全年蒸發(fā)量的48%，7～9月份蒸發(fā)量占全年蒸發(fā)量的39%(圖1)。

圖1 大慶市降水量、蒸發(fā)量曲線(2012年)

1 研究區(qū)地形、地貌及水文

大慶市總的地勢是東北高、西南低，一般地面高程在120～160 m之間，自然坡降在1/5 000～1/3 000左右，呈緩坡狀平原，局部地貌分布有起伏的河流、湖泊沼澤地、鹽堿低地、江灣漫灘階地等。地貌按其成因類型及形態(tài)特征，分為沖、湖積低平原和沖、洪積河漫灘。

大慶地處安達閉流區(qū)，區(qū)域內(nèi)無江河分布，工農(nóng)業(yè)及居民生活用水主要是開采地下水和外引嫩江水作為供水水源。引嫩工程建設(shè)之前，主要開采地下水，造成了比較嚴(yán)重的地質(zhì)環(huán)境問題，70年代之后開始建設(shè)北引、中引、南引等“三引”工程，引嫩江水作為主要水源。為了解決區(qū)域排水不暢問題，先后修建了安肇新河、西部排水干渠、中央排水干渠、東部排水干渠和東二排水干渠等區(qū)域排水工程。區(qū)域內(nèi)湖沼密布，寬淺，水資源豐富，但分布不均。

2 研究區(qū)水文地質(zhì)概況

2.1 含水層特征及分布

松遼盆地是一個大型的中新生代陸相沉積盆地，無論從地貌上看還是從地質(zhì)結(jié)構(gòu)上看，都是一個良好的地表水和地下水徑流盆地，水文地質(zhì)鉆探資料表明，大慶市有多個含水層，主要開采層為:第四系底部砂礫石含水層;泰康組砂礫石含水層;白堊系上統(tǒng)明水組含水層。特別是第四系泰康組和白土山組含水層都具有分布面積廣，厚度大，水量豐富，水質(zhì)基本上達到了油田注水、工農(nóng)業(yè)及民用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 地下水化學(xué)特征

賦存在第四系粉細(xì)砂及粉土中的潛水，水化學(xué)組成成分復(fù)雜，按舒卡列夫分類，北部徑流補給區(qū)主要為HCO3－Ca·Na型水，中部徑流區(qū)主要HCO3－Ca;HCO3－Ca·Na型水，南部徑流區(qū)為HCO3·Cl－Ca·Na;HCO3·CO3－Na及HCO3·SO4－Na·Ca型水，潛水總硬度400～500 mg/L之間，pH值大于8.0。由于第四系底部砂礫石含水層與泰康組砂礫巖含水層之間局部缺失泥巖、泥砂巖層，隔水性差，使得第四系白土山組孔隙承壓水與泰康組裂隙承壓水水化學(xué)特征相似，可視為一個含水體。

賦存在孔隙與裂隙中的承壓水，主要以HCO3－Na.Ca型水為主。局部區(qū)域有 HCO3.SO4－Na.Ca;HCO3.CO3－Na.Ca型水，pH 為 7.2 ～8.5，鐵為 0.3 ～1.25 mg/L，錳為0.108 ～1.831 mg/L，氧為 0.8 ～1.2 mg/L。白堊系明水組是長垣東部及肇源北部主要的開采目的層，其化學(xué)類型為HCO3－Na水，HCO3.CO3－Na.Ca型水，pH 為7.3 ～8.4，鐵為0.2 ～0.6 mg/L，錳為 0.011 ～1.86 mg/L，氟為 0.1 ～0.84 mg/L。

3 地下水循環(huán)及地下水動態(tài)特征

3.1 地下水循環(huán)條件

研究區(qū)位于松嫩平原中部低平原，是地下水匯集中心和賦存場所。地下水的補給條件決定了地下水資源的豐富程度。從區(qū)域含水層空間分布特征來看，地下水主要補給區(qū)是在區(qū)域的西部和北部，其次是東部及東南部。補給來源主要是大氣降水和地面水體的入滲補給。

從區(qū)域來看，松遼盆地的西部至山前，第四系含水層大面積出露地表或上覆很薄的亞粘土、亞砂土層，新近系泰康組含水層與上覆第四系含水層之間大面積直接接觸，或間隔較薄的泥質(zhì)砂巖層，透水性較強;明水組含水層在明水縣及克山、拜泉一帶也有出露，因而可直接接受大氣降水的補給，而后緩慢地以地下徑流形式流入本區(qū)。

區(qū)域內(nèi)分布有大慶水庫、紅旗水庫、東湖水庫等眾多湖泡，這些水體除消耗于水面蒸發(fā)外，大部分滲入地下，補給第四系潛水。除大氣降水直接入滲以外，這些湖泡入滲水量構(gòu)成了第四系潛水補給的主要來源。豐富的潛水資源繼而又構(gòu)成了下伏承壓含水層地下水的重要補給來源。

3.1.1 地下水的徑流特征

由于受構(gòu)造格局及地貌形態(tài)的控制和影響，地下水由盆地北部邊緣的山前和高平原地區(qū)，向中低平原徑流;在整個松嫩平原區(qū)，地下水總體徑流方向是由北向南，且徑流條件良好。

區(qū)域地下水的徑流方向在不同層位和不同地區(qū)有所不同。大慶長垣以西地區(qū)，泰康組含水層地下水資源歷經(jīng)40年的大量集中開采，已形成了1 400多km2的相對穩(wěn)定的地下水漏斗，其中心水位較開采初期的原始水位下降了近40 m。因此，在這一區(qū)域內(nèi)，目前的地下水徑流方向均由四周指向漏斗中心。在大慶長垣以東地區(qū)，明水組上下兩段含水層是該區(qū)供水的主要層位。區(qū)域水位下降較大，在大慶區(qū)域內(nèi)已經(jīng)形成了1 300多km2降落漏斗。由于人工流場的形成，改變了地下水的天然徑流狀態(tài)，地下水徑流總體上是由南向北。

3.1.2 地下水的排泄特征

目前，區(qū)域內(nèi)地下水排泄方式主要有三個方面，首先是人工開采，其次是潛水蒸發(fā)，第三是含水層的側(cè)向徑流。

1)人工開采

由于大慶是處于地表徑流的閉流區(qū)，區(qū)域內(nèi)無江無河，油田開采初期主要以開采地下水作為城市生活、工業(yè)生產(chǎn)主要的供水水源，地下水人工開采主要集中于大慶長垣兩側(cè)地區(qū)，且西側(cè)地區(qū)開采量遠(yuǎn)大于東側(cè)。調(diào)查統(tǒng)計表明，目前大慶地區(qū)已建成大中小各類水源地100多座，總開采量約4×108m3/a。

2)潛水蒸發(fā)

區(qū)域內(nèi)屬半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，氣候干燥，多風(fēng)少雨，蒸發(fā)強度大，故有大量潛水消耗于大氣蒸發(fā)作用。

3)側(cè)向地下徑流

區(qū)域內(nèi)地下水通過徑流，一部分排泄于嫩江下游和松花江;一部分通過同一含水層繼續(xù)向南徑流;還有一部分通過垂向越流或含水層的直接接觸，補給另一個含水層。

3.2 地下水動態(tài)

3.2.1 地下水動態(tài)演化

從20世紀(jì)60年代大規(guī)模開發(fā)開始，大慶市地下水開采量逐年增加，主要開采層位為第四系白土山組砂礫石含水層及泰康組中粗砂含水層;1960年－1975年地下水水位急劇下降，西水源觀測孔由最初的地面以下9.1 m下降到27.5 m，地下水降落漏斗雛形已經(jīng)形成，漏斗中心位于西水源－讓胡路水源一線;1975年～1985年由于前進水源建成，漏斗區(qū)中心區(qū)水位持續(xù)下降，西水源地下水埋深下降到了33.8 m。同時，漏斗范圍也進一步擴大，向南擴展至杏二水源。漏斗中心區(qū)也由西水源－讓胡路水源移至前進水源地區(qū)。

1985年－1995年，這一時段獨立屯水源投產(chǎn)，地下水開采量不斷增加，水位快速下降。西水源水位埋深下降到了38.4 m，地下水漏斗中心轉(zhuǎn)移至前進水源－獨立屯水源;1995年－2005年，由于地下水漏斗引發(fā)地質(zhì)環(huán)境問題受到重視，地下水開采量被控制，地下水位得到相應(yīng)的回升，2005年－2008年地下水繼續(xù)緩慢回升，2008年－2009年地下水基本保持穩(wěn)定。

3.2.2 地下水動態(tài)特征及其影響因素

地下水的動態(tài)變化是多種因素綜合影響的結(jié)果，影響因素主要有氣象、水文、人為活動、地形地貌以及地質(zhì)和水文地質(zhì)等。調(diào)查區(qū)位于松嫩低平原，基本動態(tài)類型主要有，降水滲入－蒸發(fā)型、開采－徑流型。

1)降水滲入－蒸發(fā)型

研究區(qū)潛水水位埋深較淺，受氣候變化影響較大，春季干旱少雨，蒸發(fā)作用強烈，地下水位下降迅速，枯水期出現(xiàn)在4～5月份，持續(xù)時間較短。到6月份以后開始接受降水補給，地下水開始迅速回升。8～10月份出現(xiàn)豐水期，因地勢平坦低洼，地下水徑流緩慢，豐水期持續(xù)時間較長(圖2)。

圖2 大慶市讓胡路區(qū)地下水位動態(tài)曲線圖

2)開采－徑流型

研究區(qū)深層承壓水含水層作為主要供水層位，長期過量開采形成了較大的地下水漏斗，近年來，由于加大了地下水保護力度，地下水漏斗保持穩(wěn)定，基本實現(xiàn)了采補平衡。地下水動態(tài)類型呈開采－徑流型，在用水量高峰期地下水位迅速下降，造成了開采區(qū)地下水與周邊及上下層地下水的水頭差增大，水力梯度升高，形成了越流補給及側(cè)向徑流補給，由此地下水逐漸回升。地下水位隨開采量增加而迅速降低，但是由于地下水補給條件較差，水位回升較慢(圖3)。

圖3 2009年大慶市喇嘛甸鎮(zhèn)泰康組承壓水動態(tài)曲線變化圖(H080)

4 結(jié)語

在巨大的人為開采量作用下，大慶市地下水環(huán)境發(fā)生顯著變化，地下水天然流場發(fā)生了改變，大規(guī)模的地下水漏斗成為大慶市地下水動態(tài)變化的重點。人為開采量直接作用于地下水動態(tài)變化，氣溫及降水量的變化推動了區(qū)域氣候的干旱化，并對地下水環(huán)境帶來負(fù)效應(yīng)。地下水位下降主要危害生態(tài)環(huán)境，破壞地下水均衡，影響部分居民生活用水，并可能引起地面沉降，間接導(dǎo)致建筑物破壞，鑒于此，應(yīng)合理規(guī)劃，科學(xué)管理水資源，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)開發(fā)利用。

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P641.74

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1004－1184(2013)05－0068－02

2013-04-17

朱巍(1979-)，男，遼寧沈陽人，工程師，在讀博士，研究方向:地下水科學(xué)。