王新剛，張龍菊

(塔里木大學水利與建筑工程學院，新疆 阿拉爾 843300)

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白楊河河谷地區(qū)地下水資源評價及水源地選擇

王新剛，張龍菊

(塔里木大學水利與建筑工程學院，新疆 阿拉爾 843300)

在分析白楊河河谷地區(qū)水文地質(zhì)條件的基礎上，以供水為目的采用均衡原理對其地下水資源及可開采資源進行定量評價，研究表明，松散層地下水系統(tǒng)的補給量為1 365.29×104m3/a、排泄量為1 359.78×104m3/a，補給量大于排泄量，為正均衡；地下水和河水水質(zhì)鍋垢多，其中有硬沉淀物，屬于起泡，無腐蝕性水。根據(jù)水資源的開發(fā)利用原則、河谷第四系厚度的變化特征以及含水層的水文地質(zhì)條件，確定該區(qū)內(nèi)煤礦水源地的方位。

白楊河；地下水；水資源評價；水源地

研究區(qū)位于阜康市東南大黃山1號煤礦南側(cè)的某河谷地區(qū)。地下水資源是該礦區(qū)工業(yè)和生活用水的主要供水水源，近年來，隨著人口迅速增長和工業(yè)高速發(fā)展，地下水的開采量日益增加；使得該礦區(qū)用水面臨著較大難題。可以說，水資源的日益緊缺已成為制約其社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展最主要因素之一。

在充分利用該區(qū)現(xiàn)有的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料基礎上，利用物探、鉆探手段查明了該區(qū)的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件；以供水為目的對該河谷地區(qū)的地下水的水質(zhì)水量做出了評價，為制定水資源開發(fā)利用規(guī)劃提供科學依據(jù)，并確定了該區(qū)煤礦水源地的方位。

研究區(qū)南北長1.36 km，東西長800 m，該河常年有水，河水流量隨季節(jié)而變化，主要由冰雪融水和泉水補給，最大流量7～8月份，入冬后流量顯著降低，年平均流量0.252 m3/s。

研究區(qū)地下水類型主要為松散巖類孔隙潛水及碎屑巖類裂隙水。含水層主要為第四系松散卵礫石層，鉆孔揭露深度為50 m；據(jù)物探結果顯示，順河上下游斷面：覆蓋層厚度較均勻，河道中部為45～65 m；垂直河道橫斷面：兩岸薄，厚度為13～20 m，河床中部較厚，厚度30～60 m。

研究區(qū)地下水的補給主要受該河的側(cè)向及垂向補給，同時也受松散層上游方向的側(cè)向補給；徑流方向總體上由南向北，局部地段因沖洪積層的埋藏條件的變化產(chǎn)生局部變化。地下水的水力坡度與地表水的水力坡度相關性較大，地表水力坡度為2.5%～8%，地下水力坡度取1.5%～2%。排泄主要是沿河谷下游方向的側(cè)向徑流，局部地段為廠礦引水。調(diào)查表明，該區(qū)供水井地下水位變幅為0.5～1.2 m，計算時用1.5 m。

1 地下水資源的評價

1.1 水文地質(zhì)參數(shù)計算[2]

根據(jù)抽水試驗井的結構及水文地質(zhì)條件圖(圖1)，抽水井為直線補給邊界的非完整井，采用具有直線補給邊界非完整孔求取參數(shù)的公式。

本次抽水試驗設計為三個落程，根據(jù)本次對已有井的抽水試驗資料繪制Q—S曲線，見圖2。

按穩(wěn)定流非完整孔潛水公式計算求解含水層的滲透系數(shù)(K)。

(1)

(2)

式中：K為滲透系數(shù)(m/d)；Q為抽水井涌水量(m3/d)；H為潛水含水層的厚度(m)，取40 m；Sw為抽水井降深(m)；d為補給邊界至抽水孔的距離，取10 m；R為影響半徑(m)；rw為水井半徑(m)

計算得K=39.30 m/d，R=60 m。

1.2 地下水水量評價

主要是對松散層地下水系統(tǒng)的水量評價，碎屑巖類孔隙裂隙水系統(tǒng)不在本次評價的范圍之內(nèi)。

圖1 抽水井井結構剖面圖

圖2 單孔抽水試驗Q-S關系曲線圖

地下水系統(tǒng)的均衡[1][2]

1.2.1 靜儲量

儲存量計算分區(qū)參數(shù)見表1。

表1 研究區(qū)地下水儲存量計算分區(qū)參數(shù)表

該區(qū)地下水的靜儲量采用以下公式計算：Q靜儲=μ·F·H

(3)

經(jīng)計算，地下水系統(tǒng)的靜儲量為323.09×104m3。

1.2.2 動儲量

研究區(qū)地下水的動儲量采用以下公式計算：Q動儲=μ·F·△H

(4)

式中：△H為地下水位變幅，取1.5 m

經(jīng)計算，研究區(qū)內(nèi)地下水的動儲量為12.1×104m3。

1.2.3 補給量

補給量主要包括：白楊河河水的入滲補給和研究區(qū)上游斷面地下水的側(cè)向補給，計算公式為：

Q補=Q水補+Q側(cè)補

(5)

Q水補=ζ×Q徑流×F淹沒

(6)

Q側(cè)補=365×μ×K×I側(cè)×F側(cè)

(7)

式中：ζ為河水垂向入滲系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗取0.000 01；Q徑流為白楊河年平均徑流量(m3/a)，取6 409×104m3/a；F淹沒為白楊河谷平均淹沒面積(m2)，取98 880 m2；I側(cè)為上游段側(cè)向補給斷面地下水水力坡度，取0.15；F側(cè)為上游段側(cè)向補給斷面面積(m2)，取斷面Ⅱ—Ⅱ面積為8 500 m2。

經(jīng)計算，該區(qū)地下水的補給量為1 365.29×104m3/a 。

1.2.4 排泄量

排泄量主要包括下游斷面的側(cè)向排泄量和河谷向下的滲漏量，計算公式為：

Q排=Q側(cè)排+Q下滲

(8)

Q側(cè)排= 365×μ×K×I側(cè)×F側(cè)

(9)

Q下滲=ξ×Q靜儲

(10)

式中：ξ為入滲補給系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗取1.9；I側(cè)為該區(qū)下游段側(cè)向排泄水力坡度，取0.2；F側(cè)為下游段側(cè)向排泄斷面面積(m2)，取斷面Ⅵ—Ⅵ面積為6 500 m2。

經(jīng)計算，該區(qū)地下水系統(tǒng)排泄量為1 359.78×104m3。

1.2.5 地下水均衡

研究表明：松散層地下水系統(tǒng)的補給量為1 365.29×104m3/a、排泄量為1 359.78×104m3/a，補給量大于排泄量，為正均衡。

允許開采量：

新建水源地要求供水量達到1 300 m3/d(47.45×104m3/a)。

(1)占研究區(qū)靜儲量百分數(shù)：47.45/323.09=14.7%

(2)占研究區(qū)補給量百分數(shù)：47.45/1365.29=3.5%

(3)占研究區(qū)排泄量百分數(shù)：47.45/1359.78=3.5%

比較表明，取水量占地下水系統(tǒng)總量的比例很小，對地下水系統(tǒng)產(chǎn)生的影響甚微，允許開采量1 300 m3/d是有保障的。

1.3 地下水水質(zhì)評價[3][4]

1.3.1 生活飲用水水質(zhì)評價

具體指標及評價結果見水源地生活飲用水評價一覽表(表2)。

評價結果為該水源地水質(zhì)完全達到國家生活飲用水衛(wèi)生標準。

1.3.2 工業(yè)鍋爐用水評價

參照《水文地質(zhì)手冊》中一般鍋爐用水水質(zhì)評價指標，對區(qū)內(nèi)地下水進行評價。鍋爐用水水質(zhì)評價結果見表3。

評價結果：該區(qū)內(nèi)地下水和河水水質(zhì)鍋垢多，其中有硬沉淀物，起泡，無腐蝕性水。

2 水源地的選擇

根據(jù)水資源開發(fā)利用原則，河谷第四系厚度的變化特征，以及含水層的水文地質(zhì)條件，區(qū)內(nèi)水源井有兩個擬選方案，基本條件詳見表4。

根據(jù)表4擬選水源地條件的比較，“擬選水源地1”應作為礦區(qū)供水井的首選地段，供水井具體井位詳見表5和圖3。

表2 水質(zhì)評價一覽表

表3 鍋爐用水水質(zhì)評價指標計算結果表

3 結語

(1)河谷區(qū)的河床及Ⅰ級階地分布的沖洪積層(Q3+4al+pl)富水豐富，是地下水開采的主要地段；二三級階地分布的沖洪積層厚薄變化較大，富水性差或是透水不含水層，不具備開采價值。

(2)該河谷區(qū)地下水水質(zhì)礦化度低、硬度小，水質(zhì)優(yōu)良，可以作為生活、生產(chǎn)、綠化用水。

(3)該區(qū)地下水補給量大于排泄量，為正均衡；以需水量為1 300 m3/d作為允許開采量是有保障的、可行的，并且確定了該區(qū)煤礦擬選水源地的具體地段。

表4 研究區(qū)擬選水源地基本條件一覽表

表5 供水井井位一覽表

[1]房佩賢，等.專門水文地質(zhì)學[M]. 北京：地質(zhì)出版社.1996，47-50，77-84.

[2]薛禹群，等.地下水動力學[M].北京:地質(zhì)出版社.1997,98-105.

[3]河北地質(zhì)局水文地質(zhì)四大隊.供水水文地質(zhì)手冊[J]. 北京：地質(zhì)出版社.1978.

[4]GB5749—2006.生活飲用水水質(zhì)標準[S].

[5]徐恒力，等.水資源開發(fā)與保護[M]. 北京：地質(zhì)出版社.2001，68-148.

Groundwater Resources Assessment and Water Source Selection of Baiyang River Valley Area

WANG Xin-gang，ZHANG Long-ju

(College of Water Resources and Architectural Engineering, Tarim University, Alar 843300, Xinjiang)

Based on the analysis of Baiyang river Valley hydrogeological conditions, the quantitative evaluation of recoverable resources and its groundwater resources was carried out by the proportional principle. The Studies show that the loose layer of groundwater recharge capacity is 1 365.29×104m3/a, excretion is 1 359.78×104m3/a, supply is greater than excretion, a positive balance. Groundwater and river water has Pot multi-scale, including hard sediments, and are sparkling ,non-corrosive water.

Bai yang river；groundwater assessment；water Source field

2016-05-23

國家自然科學基金資助項目(編號:51168042);塔里木大學校長基金碩士項目(TDZKSS201307); 塔里木大

王新剛(1985-)，男，河南開封人，講師，主要從事基坑降水和巖土體穩(wěn)定性研究。

TV211.1+2

A

1004-1184(2016)06-0044-03

學校長基金創(chuàng)新群體研究項目(編號:TDZKPY201401)