景兆凱

（河南省地質礦產勘查開發(fā)局第二地質環(huán)境調查院，河南 鄭州 450003）

黃河與淺層地下水水力聯(lián)系研究

景兆凱

（河南省地質礦產勘查開發(fā)局第二地質環(huán)境調查院，河南 鄭州 450003）

通過研究黃河與淺層地下水的水力聯(lián)系，目的為黃河下游城市建立傍河供水水源地提供技術依據。根據黃河下游地下水動態(tài)、水文地質條件、淺層地下水年齡測定、可更新能力評價、再生能力評價等方法，證實黃河下游黃河與淺層地下水的水力聯(lián)系密切。

淺層地下水；可更新能力；水力聯(lián)系；黃河下游

1 淺層地下水動態(tài)研究

淺層地下水動態(tài)在天然條件下主要受水文、氣象因素的制約，其補給以黃河側滲和大氣降水入滲為主。為研究黃河水與沿岸淺層地下水的水力聯(lián)系，對黃河水位和淺層地下水位進行了長期同步觀測。數(shù)據表明，黃河水位在7～11月水位較高，此時段淺層地下水位相應較高；12月到下年的1～3月份，黃河水位處于平水期，此時段淺層地下水位相對下降；4～6月黃河水處于低谷期，此時段地下水位下降較大（圖1）。研究表明影響淺層地下水水位變化主要因素是黃河水位的波動，據此確定淺層地下水動態(tài)為水文型。水文型地下水動態(tài)清楚表明，淺層地下水與黃河水聯(lián)系密切。

圖1 黃河水位與地下水監(jiān)測井水位變化曲線圖

2 地下水系統(tǒng)的開放性

黃河攜帶的大量泥沙在黃河下游沉積，形成巨厚的松散巖層。受人工大堤的約束，泥沙長期淤積使河床高出大堤以外地面平均5～10 m。黃河是世界著名的“地上懸河”，河水位高于兩岸地下水水位，河水側滲徑流補給地下水。河床下是黃河沖積的粉細砂、中粗砂層，且與灘地淺層含水層組直接相連（圖2）。從水文地質剖面可以看出，黃河水位相對地下水位高出很多，形成水頭差，在水力作用下，黃河水源源不斷地補給地下水。黃河沉積形成的松散巖層以砂層居多，相互疊加，粘性土多以透鏡體存在于砂層之中。松散的砂層具有巨大的孔隙空間，受黃河水的補給賦存豐富的地下水。

圖2 黃河底部水文地質剖面圖

儲存地下水的介質由全新統(tǒng)粉土、粉砂和上更新統(tǒng)中砂、細砂、中粗砂、含礫粗砂等組成，含水類型為孔隙水。垂向表現(xiàn)為下粗上細的多個沉積韻律；平面上自沖積扇軸部向下游和兩翼，含水層由粗變細，由厚變薄[1]。北部及東部含水層厚度較大，夾有1～2層粉土，部分地段粉土層缺失，含水砂層厚度在30～50 m左右，自北而南變薄。淺層微承壓水含水砂層顆粒粗、分選好、透水性強。該含水層為水源地及農業(yè)、漁業(yè)的主要開采層。

淺層含水層系統(tǒng)沒有穩(wěn)定的隔水層，主要接受大氣降水和黃河測滲補給，排泄以蒸發(fā)和開采為主。是一個相對開放的循環(huán)系統(tǒng)。

3 淺層地下水可更新能力評價

地下水可更新能力定義為單位時間內地下水系統(tǒng)中補給水體與地下水系統(tǒng)可利用儲存水體之比，即更新速率。地下水更新能力根據更新速率指標進行評價（表1），按下式計算：

式中：V為更新速率；R為年平均補給量m3/a；S為可利用儲存量m3/a。

表1 地下水更新性評價表

根據《鄭州北郊水源地供水水文地質勘探報告》研究成果，開采條件下總補給量為17629.5×104m3/a。總容積儲存量為353575.55×104m3，根據地下水降落漏斗發(fā)展預測，可利用的儲存量為66295.42×104m3。則淺層地下水更新速率為26.59%；含水層更新期為3.76年。按照開采階段地下水資源勘察規(guī)范，黃河下游傍河地下水可更新性級別為強。

通過地下水可更新能力評價，黃河下游地下水可更新性級別為強。由于地下水補給主要來源于黃河地表水，說明黃河與淺層地下水聯(lián)系密切。

4 地下水年齡測定

黃河側滲補給地下水試驗研究項目[3]，作了13個同位素氚樣測定（表2），判釋了“二元結構”多孔介質含水層中水的補給、儲存、運移及生成的相對時期。然后按照氚的含量進行地下水同位素測年（表3）。

表2 地下水環(huán)境氚分析結果表

表3 地下水環(huán)境同位素測年

按地下水環(huán)境同位素測年標準，北郊水源地13個同位素氚樣測定，TU含量大于20%，地下水的年齡小于5年。說明研究區(qū)地下水更新能力級別為強。地下水補給、徑流、排泄循環(huán)周期短，黃河水與地下水轉換快，二者聯(lián)系密切。

5 淺層地下水再生能力評價

水資源可再生能力為水資源消耗后通過天然作用或人工經營能恢復的能力。按下式計算：

式中：T為再生率；Vi為單位時間補給量，m3/a；Vt為單位時間消耗量，m3/a。

根據2014年10月中國地質大學（北京）《鄭州沿黃區(qū)環(huán)境水文地質研究與供水示范工程工作報告》研究成果[2]。研究區(qū)1995年1月至2013年12月，多年平均總補給量為11292.22×104m3，多年平均消耗量為 11478.51×104m3。再生率為98.3%。根據再生率進行地下水再生能力評價（表4）

表4 地下水再生能力評價

計算結果表明，研究區(qū)淺層地下水再生能力極強，在開采條件下，增加的開采量主要是激發(fā)黃河補給量。也充分說明淺層地下水與黃河水聯(lián)系密切。

6 結論

通過研究黃河下游地下水動態(tài)、水文地質條件、淺層地下水年齡測定、可更新能力評價、再生能力評價，證實黃河下游地表水與淺層地下水的水力聯(lián)系密切，在開采條件下可激發(fā)黃河對地下水的補給。地表水為常水頭補給源，使沿黃地下水非常豐富。鄭州北郊特大型水源地的建立，是多泥沙河流建設傍河水源地的成功典范，為鄭州市及航空港區(qū)經濟發(fā)展提供了豐富的地下水資源，作出了極大貢獻。黃河水與地下水聯(lián)系密切研究成果，可指導在黃河下游建立多個大中型傍河城市供水水源地，為下游沿黃城市經濟發(fā)展提供水資源保障。

[1]鄧曉穎等.鄭州市北郊水源地地下水動態(tài)及環(huán)境地質監(jiān)測總體報告[R].鄭州:河南省鄭州地質工程勘察院，2005.

[2]邵景力，崔亞莉，李星宇等.鄭州沿黃區(qū)環(huán)境水文地質研究與供水示范工程工作報告[R].北京:中國地質大學（北京），2014.

[3]石欽周，楊偉斌，閆震鵬等.河南省鄭州北郊水源地供水水文地質勘探報告[R].鄭州:河南省鄭州地質工程勘察院，1995.

P641.8

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1673-9000（2017）05-0021-02

2017-04-13

景兆凱(1979－)，男，河南魯山人，工程師，主要從事水工環(huán)地質等相關工作。