甘肃陇东能源基地地下水分布规律及开发利用对策研究

郭富赟

(甘肃省地质环境监测院，甘肃 兰州 730050)

0 引言

陇东地区煤炭、石油、天然气等矿产资源十分丰富，是国家级能源基地—鄂尔多斯盆地能源基地的重要组成部分，被称为陇东能源化工基地。陇东地区的矿产资源储量大，品质优，组合配置条件好，开发前景广阔。地下水是陇东地区重要的供水水源，但是随着能源基地建设步伐的不断加快，水资源短缺的矛盾日益凸显，因此合理利用地下水，保护有限的水资源成为当务之急。

1 区域水文地质概况

1.1 地下水类型

本区地下水主要赋存于第四系松散堆积物、白垩系保安群砂岩及平凉西部的寒武—奥陶碳酸盐岩中。石炭—侏罗系为弱—非含水层系统;六盘山一带尚有基岩裂隙水含水系统。

第四系含水岩系可分为第四系冲洪积砂砾石含水岩组和黄土含水岩组两种类型。

第四系冲洪积砂砾石含水岩组主要分布在盆地南部的泾河、汭河、黑河等河流谷地中，另外在马莲河、环江、葫芦河也有分布。含水介质以砂砾卵石、碎石为主，地下水类型为孔隙潜水。含水层渗透系数10～80 m/d间，单井涌水量多在100～3 000 m3/d。

第四系黄土含水岩组主要分布于北纬37°30'以南黄土高原区。残塬区黄土层厚100～250 m，水量较为丰富，梁峁区黄土层厚各地差异很大，由5～80 m不等，由于储水条件差，水量贫乏。残塬区潜水主要分布于庆城以南的19个黄土塬区，总面积达2491 km2。塬区黄土含水层厚度20～70 m，塬中心水位埋深30～70 m，单井涌水量在50～1 500 m3/d。梁峁区潜水主要分布于庆城以北的梁峁沟壑区及庆城以南黄土残塬塬侧的梁峁沟壑区。多赋存于黄土塬、掌杖形地，单井涌水量多小于100 m3/d，但水质较好，矿化度一般为1g/L左右，是较好的供水目的层。

白垩系含水岩系自上而下划分为3个含水岩组:罗汉洞组、环河组、洛河宜君组。

罗汉洞含水岩组分布在环县-西峰一线以西，含水层岩性以中细、中粗砂岩为主，单井涌水量500～3 000 m3/d左右。

环河组含水层岩性由砂质泥岩、泥岩及粉细砂岩组成，地下水的富水性总体较罗汉洞泾川组要弱。马莲河谷地庆阳段、柔远河谷地、茹河谷地镇原段富水性相对较好，单井涌水量500～1 000 m3/d。环县西部、崇信县、泾川与灵台西部，富水性最弱，单井涌水量小于100 m3/d。其它大部分地区富水性居中，单井涌水量在100～500 m3/d。

洛河含水岩组在区内均有分布，含水层岩性为中粗、中细砂岩和砂砾岩。含水层厚度不均，总的变化规律是自北向南，含水层厚度由厚变薄，最北部的环县一带，含水厚度在500 m以上，向南渐变为100～400 m。自中部向东西两侧，含水层由厚变薄，西峰一带含水层厚度在400～500 m，向东西两侧渐变为100～300 m。本组含水层顶板埋深普遍较大，除马莲河以东地区为200～400 m外，其余地带多在400～850 m，但承压水头普遍较高，基本均可自流，庆城一带水头最高可达102 m，单孔涌水量一般为500～1 000 m3/d，最大可达3000～5 000 m3/d。

下白垩系六盘山群碎屑岩孔隙—裂隙含水层分布于六盘山东麓地区，大部分裸露地表。和尚铺组和李洼峡组仅在华亭南川-神峪向斜盆地和北部泾河河谷中含有一定量的承压水，单孔涌水量小于100 m3/d;三桥组砾岩在崆峒泾河后峡、颉河及大岔河河谷地区砾石成分以灰岩为主，普遍具有岩溶化现象，发育溶隙(溶槽)，单孔涌水量一般为100～1 000 m3/d，最大可达3 000～5 000 m3/d，是六盘山东麓地区主要的富水地层之一。

碳酸盐岩含水岩组主要分布于西、西南边山地，其中奥陶系中统三道沟组为纯灰岩和豹皮状灰岩，质纯层厚性脆，地下岩溶裂隙发育，是区内岩溶水的主要富集层位，单井涌水量一般都大于3 000 m3/d。

1.2 地下水循环特征

本区地下水流严格受含水系统和水文系统的控制。泾河和马莲河的支流控制着浅循环系统，地下水流向与地表水流方向基本一致，循环深度一般在100 m左右。中间水流系统主要发育在环河含水岩组中，受上下区域隔水层的控制，地下水流从补给区(白于山、子午岭和六盘山东麓)，由北、东、西三面顺层向马莲河和泾河干流汇集，最终向河流排泄。深循环水流系统主要发育在洛河组含水层中，其上以环河组下部的泥岩为顶部边界，下部以侏罗系为隔水边界。地下水流向在上下隔水顶底面的限制下，由东、北、西三面向泾河、马莲河下游汇流。在下游河谷区以垂向越流的形式补给上覆含水岩组，最终向河流排泄。

1.3 地下水水化学特征

陇东白垩系盆地的新生界地下水水化学场水平分带不明显，但白垩系地下水水化学场具有明显的系统特征:即白垩系保安群地下水水化学场存在一个由周边向中部的水平分带。

第四系地下水水化学特征:区内分布的地下水主要为河谷潜水和黄土潜水，绝大部分地段体溶解性总固体＜1 g/L，仅在河谷阶地后缘局部地段，由于径流不畅，存在溶解性总固体＞1 g/L条带状小区，但也不超过2 g/L。新生界的地下水水化学类型主要为 HCO3—Ca·Mg·Na、HCO3—Ca·Mg、HCO3—Ca、HCO3—Ca·Na 型。

白垩系地下水水化学特征

①罗汉洞、泾川组地下水水化学特征及分布规律

溶解性总固体总的规律是西南部低，多小于1 g/L，向北、向东渐高;最高点在泾川东部，溶解性总固体达6 g/L。水化学类型的变化自南向北、自西向东有明显的分带性。由灵台—镇原—环县西部，水化学类型依次为HCO3—HCO3·SO4—HCO3·SO4·Cl;由西向东依次为 HCO3·SO4—HCO3·SO4·Cl—SO4·Cl。

②环河组地下水水化学特征及分布规律

环河组地下水溶解性总固体的变化明显较宜君洛河组要复杂，总的规律是在环县东部—华池—庆城—董志塬一线，形成一溶解性总固体大于3的高值带，最高者达6 g/L，向东西两侧，溶解性总固体渐降低为＜1 g/L。水化学类型的变化规律自西南部一带向北、向东、向北东呈散射状，水化学类型变化 HCO3—HCO3·SO4—SO4—SO4·Cl;自子午岭东侧至马莲河谷地呈平行状，水化学类型的变化:HCO3—HCO3·SO4—SO4—SO4·Cl。全区绝大部分地区均为 Na型水分布，Na·Mg型水主要在正宁——庆城以东地区，Na·Ca型水在子午岭及镇原一带、环县北部有多片分布。

③洛河组地下水水化学特征及分布规律

以马莲河东岸—环江一线为轴线，出现SE—NW走向的溶解性总固体峰值带。峰值地带的溶解性总固体值均＞3 g/L，最高者为其南段宁县、正宁、合水县之间的湘乐镇一带及北段的环县县城处，溶解性总固体＞6 g/L。向东南侧逐渐变低，长庆桥一带不足1 g/L。水化学类型的变化规律是HCO3—HCO3·SO4—SO4—SO4·Cl;自子午岭东侧至马莲河谷地呈平行状，水化学类型的变化规律是:HCO3—HCO3·SO4—SO4—SO4·Cl。

岩溶水水化学特征:裸露型及覆盖型岩溶水(碳酸盐岩)和黄土潜水化学特征基本一致，表明该类水直接来源于大气降水的入渗补给，而且径流途径短，循环条件好。埋藏型岩溶水(碳酸盐岩)TDS升高，水化学类型趋于复杂化，主要表现在TDS达0.4～1.0 g/L，阳离子中三大离子含量平均化，阴离子中SO42-的含量明显升高，最高比例可达阴离子总量的40﹪。

2 地下水开采引发的主要环境地质问题

2.1 低碘水环境与地方性甲状腺肿、大骨节病、克山病

甘肃陇东地区属低碘水环境，流行的地方病主要有碘缺乏大骨节病、克山病等。子午岭西侧、达溪河以南及其上游地区最为严重。

2.2 水资源短缺问题

甘肃省环县华池地区由于受古近系膏盐地层的影响和白垩系岩相、地下水径流条件的控制，这里苦咸水呈大面积连片分布，另外在准格尔—延长石炭系—侏罗系碎屑岩基岩裂隙水分布区也有苦咸水分布。咸水分布总面积达3 650 km2，这里严重缺水区，群众生活十分困难。

2.3 地下水水位下降和水资源衰减问题

在黄土源区的董志塬，城镇生活用水、工业用水大量增加，再加上地表水体受污染，地下水开采量逐年增加，开采井的数量增多，深度增大，超采地下水越来越严重。根据调查统计，年降深幅度1～3 m。特别是西峰水源地和驿马水源地，西峰油田开采区注水井的大量打井，致使董志塬地下水出现掠夺式开采，更加快了地下水水位下降的速度，塬区群众自打的土井有的水位下降，有的已经干涸，驿熊饮水工程水源地两年时间内地下水位下降了16 m。

石油开采过程中对白垩系承压水的开采，白垩系地下水弹性储存量总体上呈逐年递减的趋势变化，根据内布设各含水岩组水源井水头下降值计算年均减少量3 407.5×104m3/a。

2.4 地下水污染

石油的长期开发已使沿马莲河的水体、土壤受到污染。污染物为烃类、COD、氨、氮、酚类等。据环保部门提供的情况，全市受污染的河流占到辖区河流总长度的48.08%，经多年检测，马莲河全段被有机类污染，环江曲子到宁县桥头的马莲河为严重污染段，挥发酚、化学耗氧量(COD)等严重超标。柔远河水体长期处于劣Ⅴ类水质，基本丧失水体功能。

泾河谷地分布有崆峒城区、崆峒四十里铺、泾川县城等城镇，城镇的生活废水和工业污水大量排放、垃圾和废渣大量堆放，使泾河水和地下水受到了污染，有害物质有化学耗氧量、悬浮物、硫化物、石油、挥发酚、六价铬、氰化物等。

3 地下水开发利用方向

3.1 地下水开采优先顺序

地下水开采优先顺序不仅要体现“先生存后发展”、“发展与环境保护并重”的原则，初步确定地下水开采优先顺序应为生活用水—生态用水—工业用水—农业用水。

3.2 开采形式

根据地下水资源丰富程度、地下水埋藏条件与分布特征和不同的供水对象要求，宜采用集中开采与分散开采相结合的形式。工业和城市以集中供水为主，便于管理，也比较经济;而农牧业和农村人畜饮用水以分散开采为宜。在特别缺水的农牧业区，很难找到适宜于一村一户的淡水水源时，有条件时也可相对集中开采，分散供水。同时，开采方式还应结合地下水资源特点，如在补给条件好的傍河型水源地适当加大开采强度，以获得更多的河水激发补给量。在生态环境十分脆弱、地下水资源比较分散的沙盖、黄土梁峁区，不宜集中开采地下水，宜集泉或在排泄带引用汇集的河水基流量。在弱富水地区，但有淡水资源赋存时，可采用渗流井、大口井—辐射井、集水廊道(渗渠)、竖井汇流和引泉引流等开采形式。

3.3 开采层位

黄土高原的河谷阶地区主要开采浅层水，采用截流渗井等取水工程，可以部分满足中小城镇供水需要。在黄土下伏白垩系深层水水质较好的富水地段，可适量布置深井取水，以满足工矿及居民点比较集中的供水需求。周边岩溶区水地下水资源的富集条件较好，可以一并开采。区内农牧业供水以分散、浅层为主;而工业及城市供水以集中的深、浅层结合为宜，以免集中供水区出现大面积降落漏斗，引发生态环境问题。

3.4 分质供水与综合利用

在有条件的地段可采用分质供水。根据陇东地区特点，可大致致划分为以下三类:

淡水(小于1g/L):适合于多种用途，但应以生活饮用水优先。

次淡水(1～2 g/L):虽矿化度稍高于国家生活饮用水标准，但在缺水地区可以作为人畜饮用水源，并适合其他一般用途。

大于2 g/L:适合一般农牧业、部分工业、植树造林和城市绿化用水，经适当处理后也可作为严重缺水地区的人畜饮水水源。

4 地下水环境保护对策

建议采区以下对策:

4.1 建设地下水监测体系

地下水资源在陇东地区极为缺乏，鉴于前期石油、煤炭开发已造成严重的地下水资源污染和衰竭，严重影响到当地社会经济发展和社会稳定。因此，在完善已有监测系统(主要是黄土潜水和河谷潜水)的基础上，重点针对白垩系保安群潜水——承压水系统和岩溶水系统，实施地下水在线监测系统和重点污染源自动监测系统，对地下水水质、水位实施在线监测;同时对电力、造纸、制革、采煤、石油炼化等企业安装污染源在线监测装置。

4.2 开展地下水资源评价与保护区划工程

供水保障是能源基地建设的基本条件，要根据水资源情况来规划能源开发和基地建设，遵循“就水近煤、合理规划”的原则，加强水资源勘查工作，适度超前搞好水源配套建设，以满足基地建设的用水需要。陇东能源化工基地建设、经济发展、城市化进程和人民生活水平的提高、生态环境改善都迫切需要水资源的支撑。针对本区自然生态环境脆弱，水资源相对匮乏、总量珍贵的状况，加强水资源的统一调度和合理配置，保护水资源，防止资源开发对水资源的污染和破坏，合理开发利用地下水，对基地建设和可持续发展具有重大的意义。

4.3 持续开展地下水调查研究项目，提高基础研究程度

加强围绕能源基地的地下水资源勘查评价，查清陇东能源化工基地地下水资源及其分布，提高“热点”和前景地段地下水勘查精度，研究地下水资源的合理开发与配置，按照不同供水目的开展盆地地下水管理，是陇东能源化工基地地下水勘查工作的重点。一些关键水文地质题需要得到解决，如白垩系盆地西南缘的边界性质及六盘山区岩溶地下水与白垩系盆地地下水的关系问题;白垩系盆地中地下水与河流地表水关系问题;盆地北部环县一带白垩系地下水与白于山北侧盐池一带白垩系地下水关系问题(或白于山西段地下分水岭是否存在的问题);石油开发是否对白垩系盆地地下水已造成污染的问题;煤炭开采对含水系统影响问题等。

5 结语

陇东能源基地开发建设对于甘肃省的经济发展具有极其重要的战略意义，但该地区地质环境极为脆弱，对地下水资源的合理利用将是陇东地区未来发展的重中之重，必须坚持地下水资源开发和环境保护并重的基本方针，因地制宜，合理开发，预防为主，保护优先，制定切实可行的地下水合理利用的分阶段目标，实现地区经济的可持续发展。

［1］候光才等，鄂尔多斯盆地地下水勘查研究［M］，地质出版社，2008.

［2］赵晖等，淮河流域地下水资源调查评价与利用研究［J］，地下水，2010(3)，44-47.

［3］李生永等，鄂尔多斯盆地地下水勘查(甘肃)报告［M］，甘肃省地质调查院，2005.

［4］陈梦熊，西北干旱区水资源的开发利用与生态环境［M］，地震出版社，1998.