神木縣窟野河流域地下水資源評價(jià)

陳 立，方 靜

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

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神木縣窟野河流域地下水資源評價(jià)

陳 立，方 靜

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

在野外實(shí)地調(diào)查基礎(chǔ)上，對神木縣窟野河地下水類型、補(bǔ)徑排條件以及地下水水化學(xué)特征進(jìn)行分析，并計(jì)算研究區(qū)地下水資源總量。結(jié)果表明：研究區(qū)內(nèi)含水層分為河谷區(qū)第四系沖積層與中生界碎屑巖類風(fēng)化裂隙帶統(tǒng)一含水巖層、第四系風(fēng)積黃土裂隙孔洞潛水含水層、中生界碎屑巖類裂隙含水層。大氣降水入滲是區(qū)內(nèi)地下水主要補(bǔ)給來源，區(qū)內(nèi)潛水含水層容積儲存量為1 195.10×104m3。通過對研究區(qū)水文地質(zhì)條件的分析和地下水資源的計(jì)算評價(jià)，為后續(xù)評價(jià)其地下水可開采資源提供理論基礎(chǔ)。

地下水；水文地質(zhì)條件；水資源評價(jià)；窟野河

窟野河位于神木縣東部，為黃河一級支流，由烏蘭木倫河和悖牛川在神木縣店塔鎮(zhèn)匯合后稱為窟野河，本次研究區(qū)范圍主要為神木縣城以南河段窟野河流域，河流流長約70.5 km，流域面積1 312.7 km2。行政區(qū)劃隸屬于神木縣城關(guān)鎮(zhèn)、沙峁鎮(zhèn)、賀家川鎮(zhèn)、解家堡鄉(xiāng)、欄桿堡鎮(zhèn)、太和寨鄉(xiāng)管轄。研究區(qū)內(nèi)神木-盤塘公路和縣域鄉(xiāng)鎮(zhèn)級公路順窟野河河谷縱穿工作區(qū)，交通較為方便。

為了系統(tǒng)查明研究區(qū)現(xiàn)今環(huán)境地質(zhì)條件下的地下水資源狀況，優(yōu)化配置水資源，緩解或解決當(dāng)?shù)刂饕彐?zhèn)的生活用水需求，本文在以往研究工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查和相關(guān)研究成果[1-6]，通過地面調(diào)查與測繪、綜合水文物探、水文地質(zhì)鉆探和抽水試驗(yàn)等勘查手段，對研究區(qū)地下水類型、補(bǔ)徑排條件以及地下水水化學(xué)特征進(jìn)行分析，并對研究區(qū)地下水資源量進(jìn)行了計(jì)算，進(jìn)而可以為后續(xù)初步評價(jià)其地下水可開采資源提供理論基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)條件分析

1.1 地形地貌

研究區(qū)位于毛烏素沙漠與陜北黃土高原的接壤地帶，由于地殼的運(yùn)動與外營力的共同作用，塑造了本區(qū)現(xiàn)有的地貌景觀。區(qū)內(nèi)地貌可劃分為黃土丘陵區(qū)、沙蓋丘陵區(qū)、河谷區(qū)。

1.2 地層巖性

三疊系主要包括中統(tǒng)紙坊組、上統(tǒng)銅川組、上統(tǒng)胡家村組、上統(tǒng)永坪組、上統(tǒng)瓦窯堡組；侏羅系主要包括下統(tǒng)富縣組和下中統(tǒng)延安組；第四紀(jì)主要包括中更新統(tǒng)離石黃土、上更新統(tǒng)馬蘭黃土、上更新統(tǒng)沖積層、全新統(tǒng)早期沖積層、全新統(tǒng)早期堆積物、全新統(tǒng)晚期沖積層。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)地處鄂爾多斯臺向斜寬緩的東翼-陜北斜坡上?？傮w上是一個(gè)向西緩斜的單斜構(gòu)造，傾角1°～5°，斷裂和褶皺不發(fā)育。

2 研究區(qū)水文地質(zhì)條件分析

2.1 研究區(qū)地下水類型分析

2.1.1 第四系松散巖類孔隙、裂隙孔洞潛水

(1)全新統(tǒng)沖積層孔隙潛水

主要分布于窟野河及其較大支流河谷漫灘和一級階地中。含水層為粉細(xì)砂、細(xì)砂、中細(xì)砂、砂卵礫石層，結(jié)構(gòu)松散透水性強(qiáng)，水位埋深0.5～3.5 m，含水層厚度一般為1.40～2.86 m，當(dāng)?shù)孛窬克恳话憧蛇_(dá)5～20 m3/d，地下水賦存條件相對較好。在窟野河河谷古河槽、主溝與較大支溝交匯處沖積含水層厚度可達(dá)4～8 m，地下水賦存條件相對較好，涌水量較為增大。

(2)中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土裂隙孔洞潛水

分布于黃土丘陵溝壑區(qū)中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土中。中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土垂直節(jié)理發(fā)育，具裂隙孔洞，在其下部新近系泥巖的隔水作用，使得大氣降水直接滲入黃土層裂隙孔洞形成潛水含水層。此外，在研究區(qū)西北部沙蓋丘陵區(qū)，由于地表覆蓋有現(xiàn)代風(fēng)積沙，其結(jié)構(gòu)松散，透水性強(qiáng)，大氣降水通過風(fēng)積沙的強(qiáng)透水性易于入滲補(bǔ)給黃土層地下水。

2.1.2 侏羅系、三疊系碎屑巖類裂隙水

(1)侏羅系、三疊系碎屑巖類孔隙潛水

主要賦存于頂層風(fēng)化裂隙之中。該裂隙在河谷區(qū)一般較為發(fā)育，但發(fā)育深度極為不均。富水性主要受巖性、裂隙發(fā)育程度與厚度、補(bǔ)給條件的控制。含水層富水性較好，主要接受上覆第四系沖積含水層的補(bǔ)給。河谷區(qū)碎屑巖基本隱伏于第四系沖積層之下，是本區(qū)主要供水含水層。

(2)侏羅系、三疊系屑巖類裂隙承壓水

由于三疊系碎屑巖類巖性中泥巖及泥巖夾層較多，當(dāng)層間裂隙賦存地下水時(shí)易于被泥巖阻隔形成裂隙承壓或微承壓地下水。

2.2 研究區(qū)地下水的補(bǔ)、徑、排條件

2.2.1 地下水的補(bǔ)給

本次研究區(qū)范圍為神木縣所轄的窟野河流域，其東邊界為窟野河、牛欄溝與黃河的分水嶺，西邊界為窟野河與烏蘭木倫河的分水嶺，北邊界為二道溝村河谷、高家峁河谷。區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)給來源主要由大氣降水、農(nóng)灌用水的回歸以及河流滲漏等補(bǔ)給組成，其中大氣降水是研究區(qū)內(nèi)地下水的主要補(bǔ)給來源。

2.2.2 地下水的徑流與排泄

區(qū)內(nèi)黃土丘陵區(qū)地勢高，溝谷深切，地下水徑流以所在支溝域?yàn)閱卧鋸搅?、排泄主要受地形條件控制，排泄于牛欄溝、清水坪溝、邊家岔溝、郭家塔溝等次級溝谷，再以表流匯入窟野河。此外，窟野河河谷區(qū)漫灘和階地地勢均比較平坦，而地下水最終以表流和潛流形式向南經(jīng)工作區(qū)排泄出區(qū)外。最后，農(nóng)田灌溉和居民用水也是研究區(qū)內(nèi)地下水的主要排泄方式。

3 研究區(qū)地下水資源評價(jià)

3.1 水文地質(zhì)概念模型

本文研究對象為神木縣縣城以下窟野河流域，其東邊界為窟野河與沿黃河小支溝的分水嶺，西南邊界為窟野河與禿尾河的分水嶺，北部邊界窟野河以東為邊家岔溝與趙片溝的分水嶺，以西為小泉岔溝與高石溝的分水嶺，窟野河在勘查區(qū)南端與黃河交匯，由此構(gòu)成一個(gè)三角形相對封閉的獨(dú)立水流體系。

計(jì)算區(qū)地下水上層含水層類型為潛水含水層，在該潛水面上發(fā)生著降水入滲、潛水蒸發(fā)等垂向水交換作用。天然條件下地下水補(bǔ)給方式主要為大氣降水入滲補(bǔ)給和農(nóng)灌區(qū)灌溉回歸補(bǔ)給量；排泄方式為向地表水排泄和人工開采，且人工開采將成為河谷區(qū)地下水的主要排泄方式之一。在近河地帶開采地下水，將激發(fā)窟野河河水的滲漏補(bǔ)給。神木縣窟野河流域水文地質(zhì)概念模型圖如圖1所示。

圖1 神木縣窟野河流域水文地質(zhì)概念模型圖

3.2 水文地質(zhì)參數(shù)的確定

根據(jù)本次研究工作中所取得的鉆孔抽水試驗(yàn)資料及前人所做工作成果，對水文地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與確定。本次地下水資源評價(jià)中所需的參數(shù)為各含水層的滲透系數(shù)、給水度，大氣降水入滲補(bǔ)給系數(shù)等。

3.2.1 滲透系數(shù)

根據(jù)本次勘查在窟野河河谷區(qū)的雙環(huán)滲水試驗(yàn)，可計(jì)算出相應(yīng)地層的垂向滲透系數(shù)Kz，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

3.2.2 給水度

根據(jù)本次抽水試驗(yàn)結(jié)果，并參照前人在區(qū)內(nèi)試驗(yàn)所確定的值以及鄰區(qū)資料，確定區(qū)內(nèi)窟野河河谷區(qū)沖積砂礫石層的給水度為0.17，基巖風(fēng)化帶的給水度為0.02。

3.2.3 大氣降水入滲補(bǔ)給系數(shù)

本文主要利用流量長觀資料以及水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀計(jì)算，同時(shí)結(jié)合前人所取得的成果，確定區(qū)內(nèi)不同地貌單元降水入滲系數(shù)為：黃土丘陵區(qū)0.03，河谷區(qū)0.25，沙蓋丘陵區(qū)0.11。

表1 雙環(huán)滲水試驗(yàn)成果

3.3 水資源總量計(jì)算

研究區(qū)內(nèi)水資源包含地表水資源與地下水資源。其中地表水資源包括窟野河上游入境地表水資源以及窟野河流域內(nèi)各支溝自產(chǎn)地表水資源，地下水資源為地下水補(bǔ)給資源和儲存資源。

3.3.1 地表水資源

本次勘查在區(qū)內(nèi)窟野河上、中、下游河道上及主要支溝溝口處布設(shè)了流量長觀點(diǎn)，分別控制窟野河出入境及各主要支溝匯入窟野河的流量，測量時(shí)間從2010年4月～2011年4月。經(jīng)過觀測和計(jì)算，勘查年內(nèi)區(qū)內(nèi)地表水入境流量為7 001.05×104m3/a，出境流量為8 733.86×104m3/a，總用水量為870.16×104m3/a，自產(chǎn)地表水資源2 602.97×104m3/a，由于受長觀點(diǎn)控制程度影響，該資源量偏小。

3.3.2 地下水資源

1)天然補(bǔ)給量計(jì)算

本區(qū)地下水主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給和農(nóng)灌回歸補(bǔ)給。

(1)降水入滲補(bǔ)給量計(jì)算

由于區(qū)內(nèi)農(nóng)灌均采用區(qū)內(nèi)地表水水資源進(jìn)行灌溉，所以農(nóng)灌回歸補(bǔ)給量對于天然補(bǔ)給量為重復(fù)量，故在天然補(bǔ)給量計(jì)算中須扣除農(nóng)灌回歸補(bǔ)給量。經(jīng)計(jì)算：區(qū)內(nèi)多年平均大氣降水入滲補(bǔ)給量為5.939×104m3/d，當(dāng)降水量為理論頻率95%時(shí)，大氣降水入滲補(bǔ)給量為3.295×104m3/d。

(2)農(nóng)業(yè)回灌補(bǔ)給量計(jì)算

根據(jù)本次勘查期間調(diào)查的區(qū)內(nèi)農(nóng)田分布狀況、灌溉定額、灌溉時(shí)間等資料，區(qū)內(nèi)共有水澆地8 973畝，灌溉定額為170 m3/(畝·a)，灌溉時(shí)間均為153 d，農(nóng)灌回歸補(bǔ)給系數(shù)為0.25。經(jīng)計(jì)算：區(qū)內(nèi)農(nóng)灌期平均農(nóng)灌回歸補(bǔ)給量為0.249×104m3/d，全年平均農(nóng)灌回歸補(bǔ)給量為0.104×104m3/d。

因此，通過對研究區(qū)大氣降水入滲補(bǔ)給量和農(nóng)業(yè)回灌補(bǔ)給量的計(jì)算可以看出：研究區(qū)內(nèi)地下水多年平均條件下接受的總補(bǔ)給量為6.043×104m3/d，其中大氣降水入滲補(bǔ)給量為5.939×104m3/d，占總補(bǔ)給量的98.28%，農(nóng)灌回歸補(bǔ)給量0.104×104m3/d，占總補(bǔ)給量的1.72%?？鄢貜?fù)量后，區(qū)內(nèi)地下水天然資源量為5.939×104m3/d。

2)儲存量計(jì)算

本次儲存量僅計(jì)算窟野河河谷區(qū)重力水體積。計(jì)算公式為：

Q潛儲=μ·H·F

(1)

式中：Q潛儲為潛水含水層容積儲存量(m3)；μ為計(jì)算區(qū)給水度(0.17)；H為計(jì)算區(qū)含水層平均厚度(2 m)；F為計(jì)算區(qū)面積(35.15 km2)。

經(jīng)計(jì)算，區(qū)內(nèi)潛水含水層容積儲存量為1 195.1×104m3。

4 結(jié)語

本文在對神木縣窟野河地質(zhì)條件分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合以往研究工作和野外實(shí)地調(diào)查，詳細(xì)論述了窟野河的水文地質(zhì)條件，并對研究區(qū)地下水資源量進(jìn)行了計(jì)算，進(jìn)而可以為后續(xù)初步評價(jià)其地下水可開采資源提供理論基礎(chǔ)。

(1) 研究區(qū)位于陜北黃土高原東北部邊緣，屬于北溫帶半干旱大陸性氣候。地貌類型主要為沙蓋黃土丘陵區(qū)、黃土丘陵區(qū)及河谷區(qū)。依據(jù)地下水的賦存條件和水力聯(lián)系特征，區(qū)內(nèi)的含水層分為：河谷區(qū)第四系沖積層與中生界碎屑巖類風(fēng)化裂隙帶統(tǒng)一含水巖層，第四系風(fēng)積黃土裂隙孔洞潛水含水層，中生界碎屑巖類裂隙含水層。

(2)研究區(qū)第四系松散巖類孔隙、裂隙孔洞潛水類型的地下水類型以HCO3-Ca或HCO3-Ca·Mg型為主，個(gè)別為HCO3-Ca·Mg·Na型；而侏羅系、三疊系碎屑巖類裂隙水類型的水化學(xué)類型較為簡單，主要為Cl·HCO3-Na·Ca型，個(gè)別為Cl·SO4·HCO3-Na·Ca型。

(3)大氣降水入滲是區(qū)內(nèi)地下水的主要補(bǔ)給來源，大氣降水入滲系數(shù)沙蓋丘陵區(qū)為0.11，黃土丘陵區(qū)0.03，河谷區(qū)0.25。經(jīng)計(jì)算，大氣降水入滲補(bǔ)給量為：當(dāng)降水頻率50%時(shí)為5.737×104m3/d，75%時(shí)為4.598×104m3/d，90%時(shí)為3.757×104m3/d，95%時(shí)為3.295×104m3/d，多年平均為5.939×104m3/d；區(qū)內(nèi)地下水天然資源量為5.939×104m3/d。區(qū)內(nèi)潛水含水層容積儲存量為1 195.10×104m3。

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2016-08-14

陳立(1986-)，男，四川綿陽人，工程師，主要從事從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)方面的工作。

P641.8

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1004-1184(2017)03-0039-02