汪 云,亓 明,劉 蕾,楊海博,趙 耀,韓智昕
(1.中國冶金地質(zhì)總局山東正元地質(zhì)勘查院,山東 泰安 271000;2.萊蕪市國土資源局萊城分局,山東 萊蕪 271100)
關(guān)鍵字:Arcgis;Google earth;礦區(qū);水文地質(zhì)
目前針對礦區(qū)水文地質(zhì)分析與地下水涌水量計算方面的研究較少,而流域面積圈定的準(zhǔn)確程度決定著流域內(nèi)水資源量計算的準(zhǔn)確性。
往往在無地形圖條件下進行圈定的時候,由于人為原因,勢必會出現(xiàn)一定的誤差。本文運用Arcgis法和Google earth法對礦區(qū)周邊地下水情況進行計算和反算,最終得出合理的結(jié)果;運用單因子指數(shù)法進行水質(zhì)評價和分析超標(biāo)原因。
樺甸市夾皮溝礦區(qū)地層位于華北區(qū)的遼東分區(qū),大地構(gòu)造位置位于Ⅰ中朝準(zhǔn)地臺—Ⅱ遼東臺隆—Ⅲ鐵嶺~靖宇抬拱—Ⅳ龍崗斷塊。
地層主要由一套混合礦化作用強、變質(zhì)深,具有黑云角閃質(zhì)建造的各種混合礦物組成[1]。區(qū)域構(gòu)造為以花崗山脈為核心的復(fù)式褶皺,由一系列段軸褶皺系的穹隆和盆地組成。礦區(qū)周邊地下水類型主要有兩類即松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙水。
研究區(qū)內(nèi)松散巖類孔隙潛水化學(xué)類型為HCO3-Ca-Mg或HCO3-Cl-Ca-Mg型,礦化度小于0.5g/L,PH值為5~7.3,總硬度為4g/L~16g/L;基巖裂隙水化學(xué)類型為HCO3-Ca。礦化度低于0.5g/L。
利用Google earth軟件標(biāo)尺中的路徑功能結(jié)合流域定義和真實的地形條件進行圈定,然后將圈定圖像導(dǎo)入CAD中,根據(jù)Google earth上顯示的比例尺進行面積計算。首先將地理空間數(shù)據(jù)云提供的樺甸市DEM數(shù)據(jù)導(dǎo)入Arcgis軟件[2],通過出水口坐標(biāo)找到流域出水口,利用面要素shapefile大致圈定研究區(qū)域,對圈定的大致區(qū)域上進行掩膜提取,通過水文分析工具對掩膜提取后的區(qū)域進行填洼處理,在無填洼的DEM基礎(chǔ)上確定研究區(qū)流向,確定流量,最后提取分水嶺進而劃分出去所研究的流域。將自動生成流域的DEM通過轉(zhuǎn)換工具中的柵格轉(zhuǎn)面工具對生成的流域面積進行計算。
借助Arcgis軟件中水文分析工具計算圈定礦區(qū)地下水流域面積為47.06km2,根據(jù)地形情況圈定匯水區(qū)域即流域面積為47.56 km2,其中圈定河谷平原面積為2.28 km2。
經(jīng)兩種方法計算夾皮溝河流域多年平均地表水資源量為1764.75×104m3和1783.50×104m3,徑流系數(shù)均為0.462。
根據(jù)分析礦區(qū)的地質(zhì)與水文地質(zhì)條件結(jié)合《專門水文地質(zhì)學(xué)》中不同巖性和降水量的平均年降水入滲補給系數(shù)值確定研究區(qū)河谷平原的的降雨入滲系數(shù)α=0.20,經(jīng)計算得夾皮溝河流域松散巖類孔隙水量為24.02×104m3和22.61×104m3,基巖裂隙水總量為220.69×104m3和222.10×104m3,區(qū)內(nèi)地下水資源量總計為244.71×104m3。
根據(jù)計算結(jié)果對基巖裂隙水補給模數(shù)進行反算,Arcgis圈定法基巖裂隙水補給模數(shù)反算結(jié)果為4.93×104m3/a·km2,Google Earth圈定法基巖裂隙水補給模數(shù)反算結(jié)果為4.90×104m3/a·km2,兩種方法反算基礦區(qū)降水入滲系數(shù)均為0.04,因為研究區(qū)內(nèi)存在一部分花崗巖和變質(zhì)巖,因此反算結(jié)果均合理可靠,故兩種方法在計算礦區(qū)水文地質(zhì)分析與地下水涌水量計算均可作為參考。根據(jù)夾皮溝礦區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)情況確定松散巖類孔隙水可開采系數(shù)為0.75,基巖裂隙水可開采系數(shù)為0.20,計算結(jié)果見表1。
表1 夾皮溝河礦區(qū)周邊地下水可開采量計算表
本文采用單因子指數(shù)法,對照生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006)進行標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)計算。當(dāng)單項標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)>1時,表示該礦區(qū)水質(zhì)參數(shù)所表征的污染物已滿足不了標(biāo)準(zhǔn)要求,水體已受到污染;反之,則滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
由評價結(jié)果分析可知,夾皮溝選礦廠附近河水水樣除Mn外,其余各項指標(biāo)均能滿足生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006)。
Mn超過生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)且標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)為2.29,主要原因是,河谷地層中Mn含量相對較高,致使河流附近的地下水中Mn含量相對較高,當(dāng)?shù)叵滤a給地表水時,導(dǎo)致地表水中Mn含量也相對較高;其次當(dāng)?shù)乇硭鹘?jīng)地表時,溶濾了地層中的Mn,導(dǎo)致河水中Mn含量較高,該區(qū)碳酸鹽硬度>50%。
(1)采用單指標(biāo)指數(shù)法對夾皮溝河流域水質(zhì)量評價結(jié)果為選礦廠附近河水和地下水中Mn均超標(biāo),標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)分別為2.29、2.57。
經(jīng)分析超標(biāo)原因是夾皮溝河流域存在Arcgis圈定的2.28km2和Google earth圈定的2.54km2河谷平原地貌,分別占整個流域面積的4.84%和5.34%,初步分析是由于地層中含錳等造巖礦物,在腐殖酸作用下,錳元素從礦石中析出所導(dǎo)致。
(2)Arcgis水文分析工具和Google earth軟件在礦區(qū)地下水流域面積圈定上合理可靠,圈定的面積可作為水資源量計算依據(jù)。