馬小軍，賀根義

（新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆昌吉831100）

新疆三塘湖煤田奧依托浪崗水源地地下水資源評(píng)價(jià)

馬小軍*，賀根義

（新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆昌吉831100）

選取新疆三塘湖煤田奧依托浪崗供水水源地作為研究對(duì)象，對(duì)研究區(qū)內(nèi)區(qū)域水文地質(zhì)條件進(jìn)行了詳細(xì)分析，采用水均衡法計(jì)算了該供水水源地地下水資源量。結(jié)果表明：通過(guò)地下水資源均衡計(jì)算，該水源地處于負(fù)均衡狀態(tài)，均衡差值不大。此外，分別應(yīng)用給水度法和可開(kāi)采系數(shù)法計(jì)算了該水源地的地下水儲(chǔ)存量為和可開(kāi)采量，計(jì)算結(jié)果分別為86943.23×104m3和146.18×104m3，其中地下水可開(kāi)采量占地下水補(bǔ)給量的50%。通過(guò)對(duì)該水源地地下水資源的評(píng)價(jià)和分析，目的是為三塘湖煤炭工業(yè)基地地下水的可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)和科學(xué)評(píng)價(jià)。

三塘湖煤田；水源地；水均衡法；地下水資源評(píng)價(jià)

新疆三塘湖煤田是我國(guó)迄今為止發(fā)現(xiàn)最大的整裝煤田，是自治區(qū)“358”項(xiàng)目重點(diǎn)煤炭勘探區(qū)，同時(shí)也是自治區(qū)重點(diǎn)規(guī)劃“西煤東運(yùn)”和“疆電外送”的大型煤炭工業(yè)基地[1]。充足的水資源是保障煤炭資源順利開(kāi)采和工業(yè)基地正常運(yùn)轉(zhuǎn)的首要條件，為了解決三塘湖煤炭工業(yè)基地開(kāi)發(fā)供水問(wèn)題，在該項(xiàng)目前期研究成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析研究圈定了三塘湖北、漢水泉和奧依托浪崗三處可供研究的富水地段。本文以?shī)W依托浪崗富水地段為研究對(duì)象，利用水均衡法對(duì)該水源地地下水資源進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究，為確保順利開(kāi)發(fā)三塘湖煤田用水的安全性和可持續(xù)性提供理論依據(jù)和科學(xué)評(píng)價(jià)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于三塘湖盆地西端，地處小青琚羚山、北塔山、黑琚羚山（科克塞爾山西端）之間，總地勢(shì)四周高中間低，呈封閉的洼地形態(tài)，北部小青琚羚山，海拔800～1152m；南部黑琚羚山，海拔800～1266m；西北部為北塔山支脈，海拔800～1002m；研究區(qū)洪積平原區(qū)海拔667～900m，中間最低處（朵克托浪格）為區(qū)域上的匯水中心。地貌主要分為構(gòu)造剝蝕低山區(qū)、侵蝕剝蝕緩隆起丘陵區(qū)和堆積平原區(qū)。

研究區(qū)屬中溫帶干旱氣候，年降水量在50～150mm之間。區(qū)內(nèi)地表水主要形成于山區(qū)，經(jīng)過(guò)沿途入滲、蒸發(fā)后，最終匯入研究區(qū)中部洪積細(xì)土平原區(qū)，總匯水面積約1700km2，主要消耗于入滲和蒸發(fā)。該研究區(qū)無(wú)常年地表水系。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 地下水賦存條件及分布規(guī)律

研究區(qū)內(nèi)主要分布有基巖裂隙水、碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙水和第四系松散巖類(lèi)孔隙水。其中基巖裂隙水和碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙水富水性較差，基巖裂隙水單泉流量小于1L/s，碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙水換算單井涌水量＜100m3/d；區(qū)內(nèi)第四系松散巖類(lèi)孔隙水按賦存條件可分為單一結(jié)構(gòu)潛水區(qū)和潛水-承壓水區(qū)，其中單一結(jié)構(gòu)潛水沿洼地呈環(huán)狀分布，按富水性可劃分為換算單井涌水量＞1000m3/d區(qū)、500～1000m3/d區(qū)和100～500m3/d區(qū)；潛水—承壓水區(qū)呈東西向條帶狀分布于研究區(qū)中部，上覆潛水換算單井涌水量＜100m3/d，下伏承壓水換算單井涌水量100～500m3/d。

2.2 地下水補(bǔ)給、徑流和排泄條件

研究區(qū)內(nèi)基巖裂隙水主要接受大氣降水直接入滲補(bǔ)給，沿風(fēng)化和構(gòu)造裂隙流動(dòng)，以側(cè)向流出的方式排泄；研究區(qū)內(nèi)碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙水主要接受上游區(qū)地下水側(cè)向流入補(bǔ)給，沿含水層層間流動(dòng)，以側(cè)向流出的方式排泄。該區(qū)內(nèi)地下水總體上表現(xiàn)為自北、西、南3個(gè)方向由洪積礫質(zhì)平原區(qū)向細(xì)土平原區(qū)徑流，其中上部礫質(zhì)平原區(qū)地層顆粒粗，地下水徑流條件好，水力坡度相對(duì)平緩，一般約為0.42‰，至中部細(xì)土平原區(qū)，地層顆粒變細(xì)，地下水徑流條件變差，水力坡度增大至1.1‰～2.5‰。研究區(qū)地下水循環(huán)示意圖如圖1所示。

圖1 研究區(qū)地下水循環(huán)示意圖

區(qū)內(nèi)地下水最終匯集到細(xì)土平原區(qū)中東部，現(xiàn)無(wú)人工開(kāi)采利用，也無(wú)天然排泄點(diǎn)，最終全部消耗于潛水蒸發(fā)和蒸騰。經(jīng)過(guò)計(jì)算，研究區(qū)內(nèi)地下水蒸發(fā)蒸騰量為294.25×104m3/a。

2.3 地下水水化學(xué)特征

研究區(qū)地下水化學(xué)組份含量變化及運(yùn)移規(guī)律表現(xiàn)為：作為地下水補(bǔ)給源的山區(qū)地下水水化學(xué)作用以溶濾作用為主，區(qū)內(nèi)洪積礫質(zhì)平原作為徑流區(qū)以溶濾及陽(yáng)離子交替吸附作用為主，區(qū)中部細(xì)土平原區(qū)作為排泄區(qū)以蒸發(fā)濃縮作用為主。

研究區(qū)內(nèi)潛水水化學(xué)類(lèi)型為SO2-4·Cl—Na·（Ca）、Cl·SO2-4—Na·（Ca）和Cl—Na型水，礦化度由1～3g/L漸變?yōu)?～5g/L，最高達(dá)70g/L，總體上呈現(xiàn)為由南北兩側(cè)向中部、由西向東礦化度增高、南部地下水礦化度略低于北部的分布規(guī)律；承壓水水化學(xué)類(lèi)型為SO2-4·Cl—Na·Ca型水，礦化度2.87g/L。

3 地下水資源量評(píng)價(jià)

3.1 水均衡方程

依據(jù)研究區(qū)南部、北部及西部以側(cè)向流入補(bǔ)給和暴雨洪流入滲補(bǔ)給，以潛水蒸發(fā)蒸騰為排泄的水文地質(zhì)條件，將北塔山、黑琚羚山、小青琚羚山的山前平原區(qū)去除透水不含水區(qū)的研究區(qū)地段作為本次地下水資源計(jì)算均衡區(qū)，面積262.34km2。計(jì)算均衡周期為2012年1～12月共計(jì)一年時(shí)間。

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件及調(diào)查研究結(jié)果，綜合確定地下水均衡方程如式（1）所示：

式中：ΔQ——地下水儲(chǔ)存量的變化量，104m3/a；

Q側(cè)入——地下水側(cè)向流入量，104m3/a；

Q洪滲——暴雨洪流入滲補(bǔ)給量，104m3/a；

Q雨滲——降雨入滲補(bǔ)給量，104m3/a；

Q潛蒸——潛水蒸發(fā)蒸騰量，104m3/a。

3.2 均衡要素計(jì)算

3.2.1 地下水補(bǔ)給量計(jì)算

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件及地下水流場(chǎng)，研究區(qū)內(nèi)主要地下水類(lèi)型為第四系松散巖類(lèi)單一結(jié)構(gòu)孔隙潛水，采用斷面法計(jì)算地下水側(cè)向流入量。研究區(qū)內(nèi)地下水主要補(bǔ)給來(lái)源為南、北、西三側(cè)地下水側(cè)向流入補(bǔ)給及洪流入滲補(bǔ)給。

（1）側(cè)向流入量。研究區(qū)南、北、西三面各選取一條計(jì)算斷面，一條位于研究區(qū)北部橫穿TK2、SK5、SK7、SK12鉆孔的A-G斷面，一條位于研究區(qū)西部縱貫TK2、SK1鉆孔的A-J斷面，最后一條位于研究區(qū)南部橫穿TK4、SK9、SK13鉆孔的J-M斷面，分別進(jìn)行計(jì)算。

地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給量采用達(dá)西定律計(jì)算，公式為：

式中：Q側(cè)入——地下水側(cè)向流量，104m3/a；

K——斷面處含水層滲透系數(shù)，m/d；

I——水力坡度；

B——斷面寬度，m；

M——含水層厚度，m；

sinα——地下水流向與斷面夾角，（°）。

（2）暴雨洪流入滲量。由于暴雨洪流入滲量一部分在研究區(qū)外沿途產(chǎn)生入滲，匯入側(cè)向流入量中，一部分沿地表流入研究區(qū)中部洪積細(xì)土平原后產(chǎn)生入滲，本次僅對(duì)流入洪積細(xì)土平原的暴雨洪流入滲量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：

式中：Q洪滲——暴雨洪流入滲量，104m3/a；

F——產(chǎn)流面積，km2；

X——年降水量，mm/a；

m——地表水產(chǎn)流系數(shù)，參考干旱區(qū)類(lèi)比值為0.05～0.15，結(jié)合研究區(qū)的地形、降雨量并參考前人經(jīng)驗(yàn)取值0.05；

δ——暴雨洪流滲漏補(bǔ)給系數(shù)，參考前人洪流入滲經(jīng)驗(yàn)值并結(jié)合研究區(qū)地層結(jié)構(gòu)、巖性取值，山前戈壁礫石帶取值0.65，中部洪積細(xì)土平原取值0.14。

（3）降雨入滲補(bǔ)給量。在山前戈壁礫石帶大氣降水的入滲補(bǔ)給量不受水位埋深限制，但受次降雨強(qiáng)度的影響，只有當(dāng)次降雨量≥10mm時(shí)，才具有補(bǔ)給意義，其降雨入滲系數(shù)α可以在0.10～0.15之間取值。

在細(xì)土平原帶，據(jù)新疆境內(nèi)地礦局、水利廳等地下水均衡試驗(yàn)場(chǎng)成果，水位埋深大于5m的地區(qū)，降雨入滲極其微弱，可視為零。對(duì)于水位埋深小于5m的地區(qū)，只有當(dāng)次降雨量≥10mm時(shí)，才具有補(bǔ)給意義[2-3]。

據(jù)本次野外建立的簡(jiǎn)易氣象觀測(cè)站觀測(cè)數(shù)據(jù)，在2012年6～10月間，研究區(qū)內(nèi)共發(fā)生10次降雨，降雨量在0.2～2.3mm之間，單次降雨量均小于5mm，不會(huì)對(duì)洪積細(xì)土平原地下水產(chǎn)生入滲補(bǔ)給。同時(shí)，降雨后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)人員實(shí)地調(diào)查，洪積礫質(zhì)平原地表浸潤(rùn)層厚度僅為3～7cm，未對(duì)地下水產(chǎn)生入滲補(bǔ)給。

3.2.2 地下水排泄量計(jì)算

潛水蒸發(fā)蒸騰主要產(chǎn)生于潛水位埋深小于5米的地區(qū)，與氣象因素、土壤質(zhì)地、植被和潛水位埋深密切相關(guān)。計(jì)算公式為：

式中：Q潛蒸——潛水蒸發(fā)蒸騰量，104m3/a；

F——計(jì)算區(qū)面積，km2；

E——水面蒸發(fā)量，mm/a；

C1——潛水蒸發(fā)系數(shù)；

C2——植物蒸騰系數(shù)。

3.3 均衡計(jì)算結(jié)果

根據(jù)各項(xiàng)均衡要素計(jì)算結(jié)果，區(qū)內(nèi)的地下水補(bǔ)給量為292.35×104m3/a，地下水總排泄量為294.24× 104m3/a，地下水均衡為負(fù)均衡狀態(tài)，均衡差值為-1.89× 104m3/a，但均衡差不大，與研究區(qū)內(nèi)實(shí)際情況（區(qū)內(nèi)補(bǔ)給量全部消耗于蒸發(fā)蒸騰，地下水無(wú)天然露頭、無(wú)人工開(kāi)采和向區(qū)外排泄現(xiàn)象）是相符的，具體計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 研究區(qū)地下水均衡計(jì)算結(jié)果表

3.4 地下水儲(chǔ)存量計(jì)算

3.4.1 潛水含水層儲(chǔ)存量

研究區(qū)內(nèi)潛水含水層厚度變化較大，為了計(jì)算之便，將含水層厚度與水文地質(zhì)條件相近的區(qū)域劃分為同一個(gè)計(jì)算區(qū)，分別計(jì)算各分區(qū)的儲(chǔ)存量，最終得到各系統(tǒng)的潛水含水層儲(chǔ)存量。采用給水度法計(jì)算研究區(qū)潛水含水層儲(chǔ)存量，計(jì)算公式為：

式中：W——潛水含水層儲(chǔ)存量，104m3；

F——研究區(qū)內(nèi)含水層面積，km2；

H——研究區(qū)內(nèi)含水層厚度，m；

μ——潛水含水層給水度，無(wú)因次。

根據(jù)式（5）計(jì)算，潛水含水層儲(chǔ)存量為84992.36× 104m3。

3.4.2 承壓水含水層儲(chǔ)存量

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)承壓水含水層情況，可將其分為承壓含水層彈性?xún)?chǔ)存量和承壓水頭疏干到含水層頂板轉(zhuǎn)變?yōu)闈撍蟮膬?chǔ)存量2部分計(jì)算。

（1）承壓含水層彈性?xún)?chǔ)存量。采用彈性釋水系數(shù)法計(jì)算承壓含水層儲(chǔ)存量，計(jì)算公式為：

式中：W——承壓含水層彈性?xún)?chǔ)存量，104m3；

F——含水層的分布面積，km2；

S——彈性釋水系數(shù)，無(wú)因次；

h——自承壓水含水層頂板算起的壓力水頭高度，m。

（2）承壓水頭疏干到含水層頂板轉(zhuǎn)變?yōu)闈撍蟮膬?chǔ)存量。研究區(qū)內(nèi)承壓含水層彈性釋壓后，將承壓含水層厚度視為與其水文地質(zhì)條件相近的潛水，采用潛水含水層儲(chǔ)存量的計(jì)算公式計(jì)算承壓水儲(chǔ)存量。計(jì)算公式為：

式中：W——承壓水頭疏干到含水層頂板轉(zhuǎn)變?yōu)闈撍蟮膬?chǔ)存量，104m3；

F——研究區(qū)內(nèi)含水層面積，km2；

H——承壓含水層厚度，m；

μ——含水層給水度，無(wú)因次。

根據(jù)式（6）和式（7）計(jì)算，承壓含水層彈性?xún)?chǔ)存量和承壓水頭疏干到含水層頂板轉(zhuǎn)變?yōu)闈撍蟮膬?chǔ)存量分別為301.99×104m3和1648.88×104m3。

綜合以上計(jì)算結(jié)果，研究區(qū)內(nèi)潛水儲(chǔ)存量為84992.36×104m3，承壓水儲(chǔ)存量為1950.87×104m3，因此研究區(qū)地下水儲(chǔ)存量為86943.23×104m3。

3.5 地下水可開(kāi)采資源量計(jì)算

區(qū)內(nèi)地下水可開(kāi)采資源量采用可開(kāi)采系數(shù)法計(jì)算，可開(kāi)采系數(shù)取值依據(jù)2003年中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局最新一輪全疆地下水資源評(píng)價(jià)中數(shù)據(jù)，可開(kāi)采系數(shù)取值0.62，并結(jié)合水利廳2004年全疆地下水資源評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，可開(kāi)采系數(shù)取值在0.5～0.81之間，考慮當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀及條件，本次評(píng)價(jià)確定研究區(qū)地下水可開(kāi)采系數(shù)取值為0.5。計(jì)算公式：

X824

A

1004-5716(2015)02-0125-04

2014-03-06

馬小軍（1987-），男（回族），甘肅會(huì)寧人，助理工程師，現(xiàn)從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)方面的工作。