保定市一亩泉地下水回灌水文地质条件分析

贾占军，李荣伟

（1.保定市水利水电勘测设计院，河北 保定 071051；2.保定市江河水利咨询监理有限公司，河北 保定 071051）

由于城市人口剧增，水资源的供需矛盾日益突出，近年来，由于工农业用水技术落后，水源污染，使原本贫乏的城市地下水资源生态环境恶化，而成为城市经济建设发展的瓶颈。

地下水回灌是直接扩大地下水资源的最有效的手段，也是解决当前许多地区水资源不足和改善水圈的一个重要途径［1-10］。

1 概况

一亩泉水源地位于保定市西郊一亩泉村附近，是保定市城市地下水主要供水水源，该水源地始建于1958年。1980年以来地下水每年开采量维持在0.6亿～0.8亿m3/a，由于长期大量超采地下水，形成了一亩泉水源地漏斗，至今漏斗面积已达183km2，漏斗中心水位埋深61m左右。疏干含水层厚度10.53～18.13m，疏干层以卵砾石为主，粗砂次之。过量超采地下水造成了地下水持续下降和大量环境地质问题。

一亩泉地下水漏斗的形成为储存地下水资源创造了良好的存储空间——地下水库，保定市已经实施的王快水库与西大洋水库连通工程，为回灌一亩泉地下水提供了充足水源。

2 一亩泉水源地水文地质条件

一亩泉水源地地处界河冲洪积扇的中上部，以松散岩类孔隙水为主。界河冲洪积扇由第四系晚更新世界河冲洪积堆积物组成了山前倾斜平原，由新老冲洪积扇叠加而成，在太行山前形成了天然盆底状独特储水构造。

新扇的前缘在眺山营—一亩泉—孙家塘—大固店—韩村—南腰山一带，面积183km2，物质组成主要为卵砾石；老扇为中更新世和早更新世地层。扇的顶部为卵砾石，向东颗粒变细，以黄土状粉土、粉质粘土与新扇分界。本区由上至下分为4个含水岩组。

2.1 第1含水岩组

第1含水层见于界河现代河谷和南伍侯入渗场浅层卵砾石，岩性为第四系全新统卵砾石、砂砾石、砂，颗粒由西向东逐渐变细，厚度5～15m。该含水层局部与下部第2含水层不规则式连通。

2.2 第2含水岩组

主要分布在山前倾斜平原，该岩组在杨家佐以东分为3个含水层，其1、2含水层均在一亩泉以东尖灭，第3含水层向东延伸至保定市区以东，含水层顶板埋深14～60m，厚度由西往东变薄，单层厚度5～20m，其下伏有较稳定的隔水层，隔水层西部埋深50～60m，东部埋深120m左右，隔水层岩性西部以含砾石粘性土为主，东部以粉土、粉质粘土为主，渗透系数10-5～10-7cm/s，厚度3～18m。

2.3 第3含水岩组

为单一的承压水，含水层以卵砾石、砂土为主，越流补给只能由下向上补给第2含水层。

本区地下水流向天然状态下，由西北流向东南，由于一亩泉水源地的开采漏斗的形成、漏斗区周围地下水均向漏斗中心区渗流补给。

3 区域地下水人工回灌地下库容估算

利用已有的钻孔资料，对山前冲洪积扇1条横向及4条纵向剖面进行了分析，初步查明了地下回灌空间分布规律，进一步计算出一亩泉水源地漏斗区地下库容。界河冲洪积扇横向地质剖面见图1。

总之，在大风降温前应做好防风保温准备，为猪只创造良好的生存环境，以维持猪群的稳定，充分发挥猪只的生产性能，提高猪场的效益。

图1 水文地质剖面

估算库容为回灌点2001年6月地下水位标高以上最上部采空的连续稳定的卵砾石层。地表范围北起王各庄、两渔，东至要庄、一亩泉江城一带，南至苏家营、西苟村，西至抱阳、新增庄一带，面积151km2。

计算范围内采空的砂卵砾石厚度是以地表以下和2001年6月地下水位标高以上的卵砾石层，厚度统计资料以Ⅱ—Ⅱ′、Ⅲ—Ⅲ′、Ⅳ—Ⅳ′、Ⅴ—Ⅴ＇5条剖面为主，在剖面线上适当增加井孔资料。5条剖面上部疏干卵砾石层平均厚度分别为5.4，5.3，10.6，6.5m。统计结果详见表1。

表1 上部卵砾石层埋深和厚度 单位：m

根据水文地质资料及本次水文地质试验成果，渗透系数K为500～600m/d，有效孔隙度n为0.27～0.35。地下库容量依据式（1）估算。

式中 Q为地下水采空区库容量（m3）；F为计算区面积（m2）；M为卵砾石含水层采空区平均厚度（m）；n为有效孔隙度。

经计算，地下含水层采空库容量2.67～3.46亿m3。根据本区近几年地下水观测资料分析，由于华北地区持续干旱，本区地下水位仍在不断下降，下降速率1～2m/a，因此地下库容还有继续增大的可能。

4 回灌水流失可能性分析

4.1 向第3含水组渗漏的可能性

由前述可知，回灌含水层为第1含水组及第2含水组中的第1、2含水层。其中第1含水组仅分布于界河河床及山前南伍侯入渗场周围，第2含水组分布广泛，在杨家佐以东细分为3个含水层，其中1、2含水层在均在一亩泉漏斗区以东尖灭，第3含水层向东延伸至保定市区以东，含水层顶板埋深14～60m，厚度由西往东变薄，单层厚度5～20m。

4.2 回灌水向外流域流失的可能性

由于一亩泉水源地开采漏斗的形成，在西南部南五侯村—吴庄地下水由西南流向东北一亩泉方向；东庄地下水反漏斗和平原水库反漏斗地下水向四周扩散、往西流向一亩泉方向。

回灌水唯一可能流至外流域的通道为苏家营—疙疸屯一线，此区为界河冲洪积老扇的延伸方向，回灌水可能沿第3含水岩组向东南清苑方向补给。

回灌后反漏斗地下水位上升高度及影响范围可由估算公式估算，估算公式的理论基础是热流理论和Dupit～Forrchheimer假说，假说条件：一是渗漏水向下流动到达地下水或隔水层时，地下水沿水平流线流动，其流速与地下水深度无关；二是水平流线流动的速度与自由水面的坡度成正比，估算距回灌区不同距离地下水位抬升值如公式（2）。

式中 S为向无限地层中壅水渗透时的地下水位（m）；t为灌注时间（d）；μ为给水系数；a为压力传导系数或水位传导系数（m2/d）；M为水的浊度 （kg/m3）；r、k0为淤填沉积物的容量和渗透系数（kg/m3、m2/d）；H軓为水源的已知水头（m）；x为距回灌中心的距离；b为渠道的半宽度（m）。

计算结果如表2。

表2 回灌时间与水位上升高度关系

计算可知，地下水位变化不大，这与含水层岩性有关。回灌区岩性以卵砾石为主，地下水流速较快，不易造成壅水过高，加之下游一亩泉水源地大量集中开采，加速了回灌水的扩散。因此，回灌区地下水位不会高过疙疸屯一带地下水位，回灌区补给的地下水向外流域流失的可能性很小。

5 南伍侯入渗场水文地质条件

南伍侯入渗场位于南伍侯与新增庄之间，地势平坦开阔，表部覆盖薄层粘性土，厚度1～2m，下部为厚层卵砾石，具有良好的自然回灌入渗条件。往东北一亩泉方向地势逐渐增高，覆盖层逐渐增厚，不利于引渠及回灌工程布置。

2002年回灌试验区共布设2个勘探孔，勘探结果两孔地层情况基本一致，60m以上透水层以卵砾石为主，中粗砂次之，卵砾石粒径一般2～15cm，大者30cm以上。以由上至下砂卵砾石大致分为4层，埋深依次为2.0～11.0m、15.3～22.0m、27.1～30.0m、47.0～52.3m，砂卵砾石总厚度23.9m，其中30m以上砂卵砾石厚度18.6m，约占地层总厚度的62%，30.0m以下砂卵砾石强透水层厚度5.3m，其余地层为粘性土，或胶结中粗砂等，具中等～弱透水性。

6 回灌方式的选择

根据回灌场地质条件和水文地质条件，地下水回灌应以浅层渠灌为主，辅以大口井灌的联合运行方式。

6.1 浅层渠灌

浅表层砂卵砾石埋深1～2m，首先剥去上部土层，以卵砾石为基底修建入渗渠。浅层渠灌方式具有回灌效果好，易于清淤等优点。由于场区地下含水层层位多，之间存在相对弱透水层，为直接补给较深含水层，还需考虑采用大口井做为回灌入渗通道。

6.2 大口井回灌

大口井回灌具有占地面积小，不受季节影响等优点，但需定期进行洗井，以防止产生淤塞。根据现场井灌试验，井深60m直径0.6m的单井回灌量为40～60m3/h，且回灌量将随井陉的增大而显著增大。

7 结语

一亩泉水源地超采地下水漏斗区面积已达183km3，具有独特的盆底式储水构造，约有3亿m3的储水空间，具备回灌地下水的良好地质条件。为达到同时向浅层和中层含水层补水的目的，地下水人工回灌以浅层渠灌为主，辅以大口井回灌的方法。实践说明地下水回灌方法可行，回灌效果良好。

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