敖春來，呂光輝，李少華，梁 棟，鄒連亮，王金橋

（中國人民解放軍68612部隊(duì)，寧夏銀川750021）

寧夏南部山區(qū)水文地質(zhì)特征及地下水資源評價(jià)

敖春來*，呂光輝，李少華，梁 棟，鄒連亮，王金橋

（中國人民解放軍68612部隊(duì)，寧夏銀川750021）

寧夏南部山區(qū)（又稱南部黃土丘陵區(qū)）是指多年平均降水量在400mm以下的黃土丘陵地區(qū)。該區(qū)域地下水水源不足且水質(zhì)差，屬水資源缺乏、工程性缺水地區(qū)，局部地區(qū)分布高氟和苦咸水，也屬于人畜飲水困難地區(qū)。為了查清該地區(qū)的水文地質(zhì)條件，掌握該區(qū)的地下水賦存、分布、水質(zhì)變化的一般規(guī)律及開發(fā)利用條件，對該區(qū)域開展了深入的水文地質(zhì)調(diào)查研究，獲取了豐富的資料。通過調(diào)查研究，為該區(qū)域的自然資源開發(fā)、利用和環(huán)境保護(hù)提供必要的科學(xué)依據(jù)，解決回漢民族同胞生活用水問題。

寧夏；南部山區(qū)；水文地質(zhì)特征；水資源評價(jià)

寧夏南部山區(qū)（又稱南部黃土丘陵區(qū)）是指多年平均降水量在400mm以下的黃土丘陵地區(qū)。包括固原市的隆德縣、涇源縣全部，原州區(qū)南部、西吉縣東部、彭陽縣南部，總面積為1.45×104km2，占全區(qū)的22%。六盤山、月亮山和南華山等突兀于黃土丘陵之上。區(qū)內(nèi)降水條件較好，氣溫相對較低，水土流失問題突出，自然災(zāi)害頻繁，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)低而不穩(wěn)。1982年中央將其作為專項(xiàng)扶貧地區(qū)，30多年來，區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)條件發(fā)生了較大變化，水土保持工作取得較大進(jìn)展?？傮w講，該區(qū)域地下水水源不足且水質(zhì)差，也屬水資源缺乏、工程性缺水地區(qū)，局部地區(qū)分布高氟和苦咸水，也屬于人畜飲水困難地區(qū)。

1 地形地貌

寧夏南部黃土丘陵海拔2000m左右，中部山間平原海拔1300～1500m。其余地區(qū)為山地和山前丘陵及沙漠，山地與平原多交錯(cuò)分布，此起彼伏，高差懸殊。南部在北面衛(wèi)寧北山和東面羅山、青龍山、窯山、云霧山圍限的廣大地區(qū)，展布著三列弧形斷塊山地和兩列斷陷平原。第一列弧形山地包括窯山、煙筒山、泉眼山和衛(wèi)寧北山南緣山地；第二列弧形山地包括清水河西側(cè)山地和香山；第三列弧形山地包括月亮山、南華山、西華山。一、二列弧形山地之間夾持中衛(wèi)平原和清水河平原，二、三列弧形山地之間鑲嵌興仁平原和西安州平原。由南西向北東，孤形山地的曲率逐列增大，長度逐漸降低，并在東南匯聚于六盤山，向西北撒開，弧形山地及山間平原組成弧形地貌格局。

2 水文地質(zhì)特征

寧夏南部山區(qū)屬西北黃土高原的一部分，大部分為干旱、半干旱區(qū)，少雨多風(fēng)，蒸發(fā)強(qiáng)烈，地表溝壑縱橫，水土流失嚴(yán)重，苦咸水分布廣泛，為寧夏最缺水的地區(qū)，海拔1300～2400m。面積為19402.51km2。黃土一般不含水或微弱含水，河谷平原洼地中分布有較豐富的第四系孔隙水，如清水河河谷平原、葫蘆河河谷平原、西安州洼地、興仁洼地等。下伏地層主要有新近系、古近系、白堊系、及前白堊系，在適宜的部位可找到水質(zhì)較好的新近系、古近系層間水、白堊系層間承壓水和巖溶裂隙水等。分為清水河河谷平原、西吉粱峁黃土丘陵及河谷平原、海原殘塬狀黃土丘陵、清水河?xùn)|塬梁峁?fàn)铧S土丘陵和麻黃山黃土丘陵4個(gè)亞區(qū)和16個(gè)地段。

2.1 清水河河谷平原亞區(qū)

清水河為黃河的一級支流，河谷平原長175km，寬約7～20km，海拔1300～1900m，面積為1503.4km2，由四級階地及兩側(cè)洪積扇組成，地勢南高北低?；诪樾陆?、古近系和白堊系，平原周邊為新近系、古近系和白堊系組成的山區(qū)，平原區(qū)第四系厚約200m左右，為寧南主要農(nóng)業(yè)區(qū)?？蓜潪轳R家河灣—李旺堡、固原北川、石碑灣黃土殘塬3個(gè)地段。

2.1.1 馬家河灣—李旺堡地段

分布于清水河河谷平原七營以北地段，面積為698.09km2，河谷平原由四級階地組成，堆積物主要為沖洪積砂、砂礫石、砂層夾粘性土層。含水層以砂礫石為主，一般為2～5層，單層厚小于20m，累積層厚為50～100m。近山地區(qū)洪積扇部位多為單一潛水，近河地帶則為潛水—承壓水，水位埋深由河床地區(qū)小于10m，增至近山地帶的120余米，富水性李旺以南大于200m3/d，向北減為小于100m3/d。由于受兩側(cè)高礦化度水的補(bǔ)給，水質(zhì)以礦化度大于3g/L的半咸水和咸水為主。

2.1.2 固原北川地段

分布于清水河河谷平原的南段，南、東、西邊界受斷裂控制，為一半封閉的斷陷盆地，盆地北部為出口，面積為715.80km2。河谷平原由四級階地組成，第四系堆積物主要為沖洪積砂、砂礫石、砂層夾粘性土層。含水層以砂礫石為主，一般為2～5層，單層厚小于20m，累積層厚50～100m。西側(cè)山前洪積物發(fā)育，構(gòu)成洪積傾斜平原，地下水類型主要為單一潛水，往東至河床地帶過渡為潛水—承壓水。

2.1.3 石碑灣黃土殘塬地段

分布于固原北部，石碑灣黃土塬區(qū)，面積為89.51km2。下部砂礫石層中的孔隙水具有承壓性，而上部黃土層孔隙水則為潛水，其間夾有黃土和砂粘土層。從發(fā)育在塬區(qū)的清靜溝兩岸可見到兩層水的浸潤線。黃土層孔隙水主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給，以滯緩的速度向四周排泄，構(gòu)成獨(dú)立的水文地質(zhì)單元。黃土層水量貧乏，單井涌水量為16m3/d，水位埋深為20～40m，含水層厚度為60m左右，水質(zhì)良好，礦化度為l.2g/L，屬HCO3-SO4—Na-Mg水。該層水在塬區(qū)均有分布，水質(zhì)好，水位埋藏較淺，成為塬區(qū)群眾生活用水的主要水源，各村落都以開挖淺井汲取地下水作為生活用水。

2.2 西吉梁峁黃土丘陵及河谷平原亞區(qū)

位于南華山、西華山、月亮山南部，六盤山西側(cè)為黃土丘陵區(qū)，葫蘆河谷平原斜貫其間，海拔2000～2400m，面積為4645.99km2。將其劃分為六盤山西麓、葫蘆河?xùn)|部梁峁?fàn)铧S土丘陵、葫蘆河河谷平原、葫蘆河西部梁峁?fàn)铧S土丘陵、樹臺(tái)洼地5個(gè)地段。

2.2.1 六盤山西麓地段

分布于六盤山西麓的紅層丘陵區(qū)，面積為475.37km2。主要由新近系、古近系砂巖、砂礫巖、泥巖和白堊系下統(tǒng)泥巖、泥質(zhì)砂巖組成。在構(gòu)造上為一承壓自流斜地，在陳新、隆德縣城至馬家大莊有一不對稱的傾伏向斜構(gòu)造，向斜樞紐南起山河鄉(xiāng)東側(cè)，向北過隆德縣城至馬家大莊，向原州區(qū)張易方向傾伏。向斜長約30km，寬3.5～7km，古近系始新統(tǒng)伏于漸新統(tǒng)泥巖隔水頂板之下，白堊系之上，共同組成向斜構(gòu)造。向斜構(gòu)造核部為新近系，古近系碎屑巖，單井涌水量為13.2m3/d，礦化度為12.44g/L，水化學(xué)類型是C1-SO4—Na水。核部白堊系埋深為151.92m，單井涌水量為32.96m3/d，礦化度為11.82g/L，水化學(xué)類型為SO4-Cl—Na水；翼部白堊系埋深為139.70m，單井涌水量為65.32m3/d，礦化度為0.85g/L，水化學(xué)類型為HCO3—Na水。翼部好于核部，說明向斜翼部具有開采前景。

2.2.2 葫蘆河?xùn)|部梁峁?fàn)铧S土丘陵地段

位于月亮山西南麓，葫蘆河?xùn)|岸地區(qū)，面積為1457.87km2。含水層主要為新近系、古近系砂礫巖。含水層巖性為粉砂巖、中粗砂巖、含礫砂巖和砂礫巖，結(jié)構(gòu)疏松，呈薄層狀?yuàn)A于泥質(zhì)砂巖和砂質(zhì)泥巖之中。富水性遠(yuǎn)離山前由強(qiáng)變?nèi)酰诮降貛尉克窟_(dá)700m3/d，位于北部和遠(yuǎn)離山前地帶，單井涌水量為16～210m3/d。礦化度一般小于1g/L，局部地段大于2g/L，屬HCO3-Ca-Mg和HCO3-SO4-Cg-Mg水。

2.2.3 葫蘆河河谷平原地段

位于月亮山西麓西吉縣境內(nèi)，呈狹長樹枝狀，面積為372.815km2。上覆第四系厚度小于50m，一般為30m左右，下伏新近系、古近系紅層，含水層主要為新近系。第四系巖性具有明顯的二元結(jié)構(gòu)，上部為黃土狀亞砂土、亞粘土，厚10～20m，下部為砂、砂礫石層夾粘性土層。下部砂層與砂礫石層一般都含水，潛水水位埋深主要取決于地勢的高低，一般為5～30m。礦化度多為1～3g/L，局部為小于1g/L或3～5g/L。

2.2.4 葫蘆河西部梁峁?fàn)铧S土丘陵地段

分布于黃土梁峁丘陵地區(qū)，面積為1659.15km2。上部黃土在微地貌適宜地段有局部小型淡水透鏡體外，表層大多無水，下伏為古近系砂巖、砂礫巖，富含孔隙承壓水。含水層底板埋藏深度，自當(dāng)?shù)睾庸榷夒A地算起，在蘇堡—將臺(tái)一線以南，埋藏深度為100～300m，硝河以北的蘆河上游與濫泥河之間一帶，埋藏深度為300～500m，田坪地區(qū)埋藏深度為350～550m。水位埋深由西向東有逐漸增高的趨勢，南坪、興坪一帶水位埋深為50～100m，大坪—三合鎮(zhèn)一帶水位埋深為100～200m，田坪一帶水位埋深大于200m。單井涌水量一般在100m3/d以下。礦化度在葫河西部1～3g/L，個(gè)別地區(qū)小于1g/L。往西至三合鎮(zhèn)北部田家坪一帶礦化度一般為3～5g/L，個(gè)別處大于5g/L。

2.2.5 樹臺(tái)洼地地段

位于南華山、西華山西南，為黃土梁峁丘陵區(qū)，面積為680.78km2。上部黃土廣泛分布，主由粉砂質(zhì)亞砂土和粉土組成，一般厚度為20～60m，具大孔隙，垂直柱狀節(jié)理發(fā)育，地下水資源貧乏，分布也不均勻。在樹臺(tái)至大咀溝谷地帶分布有第四系地下水，第四系厚為40～75m，地下水埋深為7～23m，含水層巖性為砂礫石和砂層，厚為0.5～25m，由于基底凹凸不平，局部呈滯流狀態(tài)，單井涌水量為50～200m3/d，為SO4-Cl—Na-Ca和SO4-Cl—Na-Mg水，礦化度為1～3g/L。

2.3 海原殘塬狀黃土丘陵亞區(qū)

位于香山以南，清水河以西，南華山、西華山、月亮山北東地區(qū)，海拔1600～2000m，面積為4479.46km2，為黃土層潛水及下伏紅層咸質(zhì)承壓水分布區(qū)。分為南華山北麓古洪積扇、西安州洼地、南西華山東北麓山前沉降帶、蒿川—關(guān)橋—賈埫梁峁?fàn)铧S土丘陵、興隆—羅川紅層丘陵、興仁洼地6個(gè)地段。

2.3.1 南華山北麓古洪積扇地段

位于南華山東北麓海原縣附近一帶，面積為226.03km2，為黃土殘塬，地面坡度大于1/50，第四系厚度大于500m，巖性結(jié)構(gòu)具有一般洪積扇的特點(diǎn)，扇頂至前緣由單一的砂礫石層變?yōu)槿澜诲e(cuò)的粘性土與砂礫石互層。地下水同巖性結(jié)構(gòu)相應(yīng)亦由單一的潛水變?yōu)闈撍袎核Ｔ诤榉e扇前緣鴨兒澗溝切割到承壓水含水層，使地下水呈泉群涌出，流量達(dá)12000m3/d，水質(zhì)良好，礦化度小于1g/L。山前扇頂?shù)叵滤宦癫剌^深，可達(dá)200m，中、北部水位埋深為80～140m。含水層均為砂礫石層，中下部一般有5～10個(gè)含水層，累積厚度可達(dá)130m，單井誦水量為1000～2000m3/d，礦化度除個(gè)別地帶大于1g/L外，其他地區(qū)均小于1g/L。

2.3.2 西安州洼地地段

位于南華山與西華山之間的山前地帶，為新生代斷陷洼地，面積為89.66km2。第四系厚為100～300m，含水層主要為砂礫石層，分布于河床下部及兩側(cè)，頂板埋深為70～80m，厚為30～40m,具承壓性，水頭埋深為50m左右，單井涌水量大于2000m3/d，礦化度在1～3g/L。由河床向兩側(cè)含水層變薄，粒度變細(xì)，富水性變差。

2.3.3 南西華山東北麓山前沉降帶地段

位于南西華山東北麓，屬山前沉降帶，面積為934.53km2。上覆主要為第四系，厚為85～500m不等，在地貌上形成黃土殘塬，在蒿子川至西安州一線以東地區(qū)和曹家洼北部地區(qū)為單一潛水區(qū)，其他地區(qū)均為潛水—承壓水區(qū)。單一潛水區(qū)，在蒿子川至西安州一線以東地區(qū)水位埋深小于50m,在西安州北部為30～ 100m，單井涌水量小于100m3/d。

2.3.4 篙川—關(guān)橋—賈埫梁峁?fàn)铧S土丘陵地段

位于海原縣北部蒿川—關(guān)橋一帶梁峁?fàn)铧S土丘陵區(qū)，面積為2092.40km2。上部為黃土潛水，下部為新近系、古近系承壓水。下伏新近系、古近系含水層為中、細(xì)砂巖和含礫砂巖，單井涌水量為100～500m3/d，水質(zhì)差，礦化度大于5g/L。

2.3.5 興隆—羅川紅層丘陵地段

位于清水河河谷平原同心—李旺堡的西側(cè)一帶，面積為589.49km2。出露的主要地層為新近系、古近系砂層、砂巖、砂礫巖，局部地段被黃土覆蓋，承壓水單井涌水量為100～500m3/d,水質(zhì)差，礦化度均大于5g/L。

2.3.6 興仁洼地地段

位于香山南麓，面積為547.345km2。為新生代形成的地塹式斷陷洼地，地勢自東南向西北傾斜，最低處位于郝家集西北約2km。洼地內(nèi)充填了較厚的第四系沉積物，巖性主要為洪積粘性土夾砂層和砂礫石層。含水層巖性主要為砂層和砂礫石層，一般有3～6個(gè)含水層，累積厚度可達(dá)100m。含水層按水力性質(zhì)可分上下兩段：下段（100～300m）為承壓含水層，水頭埋深為8.7～28.42m，單井涌水量大于2000m3/d，礦化度為2～4g/L，水化學(xué)類型為SO4-Cl—Na-Mg水；上段為潛水含水層，水位埋深為12～85m，由南北兩側(cè)向洼地中心變淺，南側(cè)水位最深達(dá)85m，北側(cè)為40m，單井涌水量為100～600m3/d，水質(zhì)較差，礦化度為3～5g/L，屬Cl-SO4—Na-Mg水。

2.4 清水河?xùn)|塬梁峁?fàn)铧S土丘陵亞區(qū)

位于清水河?xùn)|部，為黃土塬、梁、峁?fàn)铧S土丘陵區(qū)，海拔1500～2000m，面積為7377.3km2。分為草廟—孟塬、南北古脊梁、官廳—古城、窯山—張家塬—炭山和予旺洼地5個(gè)地段。

2.4.1 草廟—孟塬地段

分布于王洼、彭陽縣城東部，面積為1357.37km2。沉積了巨厚的白堊系，白堊系中地下水水質(zhì)好，礦化度為0.88～0.972g/L，氟含量在0.88～1.00mg/L，水化學(xué)類型為HCO3-SO4—Na-Mg水。

2.4.2 南北古脊梁地段

南北古脊梁位于大羅山、青龍山以南為黃土覆蓋的中低山，面積為1235.186km2，是寧南缺水地區(qū)找水最有前景的地段。主要含水層為寒武系、奧陶系、青白口系碳酸鹽巖。碳酸鹽巖溶隙發(fā)育程度較低，屬巖溶裂隙水。水位埋深182～387m，中等富水，水質(zhì)為微咸水，水化學(xué)類型為HCO3-Cl-SO4—Na-Mg水和SO4-Cl—Na-Mg水，氟離子含量1～3mg/L。

3 地下水資源評價(jià)

地下水天然補(bǔ)給資源，指地下水系統(tǒng)中參與現(xiàn)代水循環(huán)和水交替，可以恢復(fù)、更新的重力地下水。地下水可開采資源量，指在一定技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件下，開采過程中不會(huì)誘發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境問題，可以持續(xù)開采利用的地下水量。地下水天然補(bǔ)給資源量、可開采資源量，按淡水（礦化度小于1g/L）、微咸水（礦化度小于1～3g/L）、半咸水（礦化度小于3～5g/L）分配水量，地下水資源總量中不包括礦化度大于5g/L的咸水量。

3.1 地下水天然補(bǔ)給資源量

3.1.1 大氣降雨入滲法

采用大氣降雨入滲法計(jì)算補(bǔ)給資源量。計(jì)算公式如下：

式中：а——滲入系數(shù)；

A——年降水量，108m3/a；

F——計(jì)算區(qū)面積，km2。

3.1.2 地下水徑流模數(shù)法

采用地下水徑流模數(shù)法計(jì)算其天然補(bǔ)給資源量。計(jì)算公式如下：

式中：QM——地下水天然補(bǔ)給資源，108m3/a；

M——徑流模數(shù)，L/（s·km2）；

F——計(jì)算區(qū)面積，km2。

3.1.3 計(jì)算各項(xiàng)補(bǔ)給量之和

（1）以多年平均降水入滲補(bǔ)給量與田間灌溉入滲補(bǔ)給量之和作為天然補(bǔ)給資源量，天然入滲補(bǔ)給資源均以平均降水入滲補(bǔ)給量與田間灌溉入滲補(bǔ)給量之和作為其天然補(bǔ)給資源量。計(jì)算公式：

式中：Q補(bǔ)——潛水補(bǔ)給量，即天然補(bǔ)給資源量，108m3/a。

（2）以徑流量與田間入滲補(bǔ)給量之和作為天然補(bǔ)給資源量，天然補(bǔ)給資源量以徑流量與田間入滲補(bǔ)給量之和作為其天然補(bǔ)給資源量。計(jì)算公式：

式中符號意義同前。

3.1.4 大氣降雨入滲法和斷面法斷面法計(jì)算公式：

式中：Q——斷面徑流量，108m3/a；

Ki——計(jì)算分?jǐn)嗝鎯?nèi)平均滲透系數(shù)，m/d；

Mi——計(jì)算分?jǐn)嗝鎯?nèi)平均含水層厚度，m；

Li——計(jì)算分?jǐn)嗝骈L度，m。

3.1.5 大氣降雨入滲法和排泄量法排泄量法計(jì)算公式如下：

式中：Q排——地下水天然排泄量，108m3/a；

∑Q上——上游各河谷測流斷面處地表水總徑流量，108m3/a；

∑Q下——下游各河谷測流斷面處地表水總徑流量，108m3/a。

3.1.6 參數(shù)選取

（1）有效降水系數(shù)（Y）。有效降水系數(shù)（Y）即有效降水量與年總降水量之比。有效降水量與雨量的大小、歷時(shí)長短、前期雨量的影響、含水層及表土的巖性、地下水埋藏條件等因素密切相關(guān)，因此有效降水定比較困難。在寧夏南部山區(qū)以雨季（7～9月份）降水量或全年總降水量的70%作為有效降水量。

（2）降水入滲補(bǔ)給系數(shù)（а）。降水入滲補(bǔ)給系數(shù)（а）的取值與年降水量大小及年內(nèi)變化特點(diǎn)、地下水埋深變化、巖性等因素有關(guān)。

3.1.7 計(jì)算結(jié)果分析

寧夏南部山區(qū)天然補(bǔ)給資源量為9.9912×105m3/d。

3.2 地下水可開采量

3.2.1 山區(qū)可開采資源量計(jì)算

（1）山區(qū)基流量法。采用山區(qū)基流量的20%作為其開采資源，計(jì)算公式：

式中：Q山——山區(qū)可開采資源量，108m3/a；

Q——山區(qū)基流量，108m3/a；

ф——系數(shù)，取0.2。

（2）平均布井法。采用水位降深15m，管徑為12寸時(shí)的單井涌水量，按含水層厚度的1/2計(jì)算。計(jì)算公式為：

式中：Q開——地下水開采量，108m3/a；

Q——統(tǒng)一管徑12寸，降深15m時(shí)的單井涌水量，m3/d；

F——計(jì)算區(qū)面積，km2；

R——影響半徑，m；

t——開采時(shí)間，d。

（3）以允許開采量與散井開采量及泉天然排泄量之和作為可開采資源量，計(jì)算方法如下：

彈性儲(chǔ)存量計(jì)算公式：

式中：Q儲(chǔ)——承壓含水層地下水彈性儲(chǔ)存量，108m3；

S*——彈性釋水系數(shù)；

F——含水層的計(jì)算面積，km2；

H——承壓含水層自頂板算起的壓力水頭高度，m。

可開采資源量采用下式計(jì)算：

P641

A

1004-5716（2015）05-0063-05

2014-05-22

2014-06-25

敖春來（1978-），男（漢族），重慶人，工程師，現(xiàn)從事野戰(zhàn)給水地質(zhì)研究工作。