曹虎生，閆 青

(陜西省一八五煤田地質有限公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

地下水動態(tài)是在自然和人為因素影響下，地下水水位、水溫、水量和水質等隨時間的變化過程[1]。近年來，隨著神木市清水工業(yè)園的逐步建設，人類活動改變了當?shù)氐牡孛残螒B(tài)和下墊面性質，建筑物基礎改變了地層的結構，露天礦開采破壞了含水層結構，這些人類活動對清水工業(yè)園水文地質條件產生了重大而深遠的影響，改變了園區(qū)范圍內補給徑流排泄條件及地下水動態(tài)特征。為探究地下水動態(tài)變化原因和防治措施，以清水工業(yè)園內某化工企業(yè)場區(qū)為研究對象，對地下水動態(tài)進行預測研究。

1 場區(qū)概況及地質環(huán)境條件

1.1 場區(qū)概況

該化工企業(yè)場區(qū)位于榆神工業(yè)園區(qū)清水工業(yè)園西部，占地面積約5.8 km2，地處清水溝溝腦西側，北側分布有S204省道(神木-靖邊)、榆神高速公路(榆林-神木)和包西鐵路(包頭-西安)，東側分布有神佳高速公路(神木-佳縣)，西側分布靖神鐵路專用線。場區(qū)水文地質條件變化受區(qū)域地質構造、外動力地質作用以及人類工程活動的共同影響，地下水水位變化對后期地基強夯處理、建筑荷載后的地基土和燒變巖穩(wěn)定性將產生不同程度的影響。因此，探明場區(qū)地下水的變化趨勢，對企業(yè)項目后期施工建設具有較強的技術支撐作用。

1.2 地質環(huán)境條件

地形地貌：場區(qū)地處陜北黃土高原北緣與毛烏素沙漠東南緣的接壤地帶，為風沙灘地，經過場平處理，地勢平坦。

氣象：場區(qū)處在中溫帶、半干旱大陸性季風氣候區(qū)，蒙古寒流會在春冬兩季給此地造成影響[2]，干旱少雨，蒸發(fā)量大，多年年平均降雨量583.5 mm(2013—2018年)，月最大降雨量261.9 mm，降雨量在夏秋兩季比較集中，多集中在7、8、9這3個月，占年降雨量的67%左右。

水文：場區(qū)地處禿尾河右岸清水溝支流群泉西部。場區(qū)平整前發(fā)育季節(jié)性小型沖溝，西北-東南流向，溝床散亂，流量年季變化大，在流徑途中易于下滲或斷流，以群泉的形式排入清水溝，向東10 km匯入禿尾河。場區(qū)的溝流水體主要來源于野雞河，該河發(fā)源于大保當鎮(zhèn)西高羔兔沙漠區(qū)，向東流至大保當灘地區(qū)，容納眾多溝渠后折向東南匯入場區(qū)及其周邊低洼地帶。

地層：勘察深度內地層由新至老依次為第四系全新統(tǒng)人工填土(Q4ml)、風積沙(Q4eol)、上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組(Q3s)、中更新統(tǒng)離石組(Q2l)和新近系上新統(tǒng)保德組(N2b)和侏羅系中統(tǒng)延安組(J2y)。

水文地質：場區(qū)內地下水依據(jù)其賦存條件、水力特征和含水介質分為新生界松散層孔隙潛水、中生界碎屑巖類裂隙承壓水和燒變巖裂隙潛水，其中的新生界松散層孔隙潛水含水層又可分為第四系上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組沖湖積層孔隙潛水含水層和第四系中更新統(tǒng)離石組黃土孔隙潛水弱含水層。其賦存條件受地形地貌、地層巖性、古地理環(huán)境等諸因素的綜合制約。

2 場區(qū)地下水動態(tài)影響因素

地下水動態(tài)產生的原因主要是由于地下水補給與排泄不均衡引起的，研究地下水動態(tài)的影響因素是了解地下水變化趨勢、變化幅度以及人類活動對地下水系統(tǒng)影響程度的必要途徑[3]，可以為場區(qū)地下水動態(tài)預測提供理論數(shù)據(jù)支撐。

2.1 降水入滲補給

清水工業(yè)園建設之前，園區(qū)地貌形態(tài)以沙漠灘地、沙蓋黃土丘陵為主，地表多為風積沙覆蓋，有利于大氣降水的入滲補給，降水入滲補給系數(shù)為0.15～0.4，在沙漠區(qū)甚至可以達到0.6。園區(qū)建設后，隨著場地平整、強夯、地面硬化、建筑物覆蓋、地表雨洪排水系統(tǒng)的完善，場地下墊面性質發(fā)生了重大改變，導致大氣降水入滲補給系數(shù)降低到0.03～0.1，使得場地獲取的降水入滲補給量相對于建設前的補給量減小了5～10倍。這將導致場地內地下水位呈現(xiàn)出下降的趨勢。

2.2 地下水側向徑流補給

天然情況下，受清水溝排泄基準面控制，清水溝流域內地下水在獲得面狀大氣降水入滲補給后，整體由西向東向清水溝徑流，場區(qū)位于整個徑流系統(tǒng)的中下游。根據(jù)清水工業(yè)園的總體規(guī)劃，在場區(qū)上游規(guī)劃有大量的園區(qū)企業(yè)、城鎮(zhèn)居民集中區(qū)，這些設施的修建也將因下墊面性質的改變，而使得接受大氣降水入滲補給的能力大大降低。最終導致場區(qū)上游斷面上地下水匯水范圍內的總補給量減少，進而導致場區(qū)地下水側向徑流補給量減少。根據(jù)本次實地調查，野雞河流域的灘地區(qū)地下水資源開采條件相對較好，主要采用引泉、引流、機井和壓水井等方式開采用于城鎮(zhèn)用水、村鎮(zhèn)人畜用水、農業(yè)灌溉用水等，這些人工開采的存在也將導致場區(qū)地下水側向徑流補給量減少。最終使得場地內地下水位呈現(xiàn)出下降的趨勢。

2.3 西灣露天礦排水

在場區(qū)以西存在有西灣露天礦，距離場區(qū)邊界不足2 km，該露天礦的東邊界以2-2煤燒變巖西邊界為界，露天區(qū)充水水源主要為第四系薩拉烏蘇組孔隙潛水、燒變巖孔洞裂隙潛水及風化基巖裂隙承壓水[4]。露天礦生產過程中的礦坑排水將顯著改變礦坑周圍的地下水動力場特征，降低礦坑周邊地下水位。露天坑的存在一方面截斷場區(qū)上游的地下水側向徑流補給，另一方面露天坑的持續(xù)排水激發(fā)場區(qū)內地下水向露天坑排泄，這兩者共同作用將大幅降低場區(qū)地下水位。根據(jù)場區(qū)地下水位勘測資料，場區(qū)西邊界附近部分地段水位低于東鄰觀測孔的水位，表明場區(qū)西邊界局部地下水流向變?yōu)橛蓶|向西徑流。

2.4 淺溝水體滲水補給

場區(qū)西南角存在一個淺溝水體，根據(jù)調查，在清水工業(yè)園建設前，該水體為發(fā)源于大保當鎮(zhèn)西高羔兔沙漠區(qū)的野雞河，向東流徑至大保當灘地區(qū)，容納眾多溝渠后折向東南匯入場區(qū)及其周邊低洼地帶，至此又下滲轉化為地下水。清水工業(yè)園建設后，該淺溝水體為場區(qū)上游野雞河因工業(yè)園區(qū)及城鎮(zhèn)居民集中區(qū)建設而改道集中流入場區(qū)而形成的，同時也是園區(qū)市政排水、西灣露天礦礦坑排水的集中排放點，該水體匯集的水除部分蒸發(fā)外，全部下滲補給了場區(qū)的地下水。如果該水體長期存在，額外增加的市政排水、西灣露天礦礦坑排水的下滲補給，將抬高該水體周邊的地下水位。根據(jù)工業(yè)園區(qū)整體規(guī)劃，園區(qū)將采用疏排、填埋夯實的方式對該水體進行治理，屆時該補給量將不復存在。相對于園區(qū)建設前，場區(qū)在該處獲得的野雞河滲漏補給量將消失，也將導致場區(qū)該水體周邊內地下水位顯著下降。

2.5 鐵路路基阻水

緊鄰場區(qū)西邊界處建設有靖神鐵路專用線，該鐵路路基建設將原野雞河河道切斷，園區(qū)將河道約束改道后通過鐵路橋涵引流至場區(qū)西南角的淺溝水體，現(xiàn)狀條件下，該水體中的水自由下滲補給場區(qū)內的地下水，改變了地表水體下滲補給的位置，對場地內局部地下水流場形態(tài)有一定影響。根據(jù)園區(qū)規(guī)劃，該淺溝水體將通過疏排、填埋夯實的方式進行治理，屆時約束改道后的野雞河將直接向下游排泄，場區(qū)內原野雞河的散排下滲補給將不復存在，將導致場區(qū)內地下水位下降。

2.6 清水溝泉水排泄

清水溝是清水溝流域的集中排泄區(qū)，天然條件下流域內地下水所獲得補給量將全部以泉的形式在清水溝溝腦及兩側溝坡排泄，其中以溝腦燒變巖大泉排泄為主。清水工業(yè)園區(qū)建設后，通過以上多種形式改變了流域內地下水的循環(huán)模式，也導致場區(qū)內地下水補給量大幅減少。但流域內補給量減少的同時，清水溝泉水排泄卻始終存在，只是排泄量將持續(xù)減少。在這種補給排泄的循環(huán)模式作用下，場區(qū)地下水在相當長的時期內處于負均衡狀態(tài)，地下水位將持續(xù)大幅下降，直至新的動態(tài)平衡形成，場區(qū)的地下水動態(tài)才將趨于平穩(wěn)。

3 場地地下水動態(tài)預測

3.1 地下水側向徑流補給消失情況下動態(tài)預測

地下水位變化的計算：隨著清水工業(yè)園大規(guī)模建成，清水溝流域降水入滲補給大幅減少，場區(qū)西邊界地下水側向補給量也將大幅減少?？紤]極端情況下，地下水側向補給量完全消失時，場區(qū)的地下水位變化可用下式近似計算

(1)

式中：h—場區(qū)地下水位，m；h1—清水溝溝腦燒變巖大泉排泄標高，約1 110 m；W—場地硬化后降水入滲補給強度，約6×10-5m3/(d·m2)；K—場區(qū)含水層平均滲透系數(shù)(約1 m/d)；x—場區(qū)一點至燒變巖大泉的距離，2 750 m。

對比分析：將場區(qū)各參數(shù)代入上式可近似計算出地下水側向補給量完全消失時，場區(qū)的地下水浸潤線形態(tài)趨于平緩，地下水位標高最高處僅比燒變巖大泉泉口標高高出約1 m。經與現(xiàn)狀地下水浸潤線形態(tài)對比分析可知，地下水側向補給量完全消失時，場區(qū)的地下水位將最大下降近30 m。

3.2 西灣露天礦排水情況下動態(tài)預測

地下水位變化計算：場區(qū)西側的西灣露天礦排水條件下，露天坑東部地區(qū)地下水在露天坑排泄基準的控制下，將向露天坑徑流，此時場區(qū)的地下水位變化可用下式近似計算

(2)

式中：h2—西灣露天礦排泄標高，約1 090 m；l—西灣露天礦排泄邊界至燒變巖大泉的距離，約3 850 m。

對比分析：將場區(qū)各參數(shù)代入上式可近似計算出地下水側向補給量完全消失時，受西灣露天坑排水及場地硬化影響，場區(qū)地下水位總體向露天坑徑流，清水溝泉水趨于消失。經與現(xiàn)狀地下水浸潤線形態(tài)對比分析可知，在西灣露天坑排水及場地硬化影響下，場區(qū)的地下水位將最大下降近50 m，屆時場區(qū)燒變巖含水層將趨于疏干狀態(tài)。

4 結語

地下水補給和排泄量的變化可直接反映在地下水位的上升與下降[5]，清水工業(yè)園化工企業(yè)場區(qū)地下水動態(tài)受氣象和上游地區(qū)人類工程活動作用影響，水位變幅較大，具有雙峰特征。當上游地下水側向補給量完全消失時，場區(qū)的地下水位將最大下降近30 m；受西灣露天坑排水及場地硬化影響，場區(qū)地下水位將大幅度下降，最大下降近50 m。