青藏公路沿线多年冻土区的构造融区水资源及其供水意义

耿 昕，郭彦威，李颖智，李胜涛，王秀明

(中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定071051)

青藏公路沿线多年冻土区绝大部分属于无人区，只有少数地段分布有村镇、道班和火车站值班人员。由于特殊的地质、气候环境，沿线多年冻土区的地下水开发受到局限，大多数地区的居民仍以地表水、湖塘水为生活用水来源，据水质分析，大多数水点不符合国家饮用水标准[1]。随着铁路沿线远期经济发展，旅游人数的不断增加，村、镇规模不断扩大，为使沿线居民饮水得到保障和改善，提高人民群众生活水平，规划建设铁路沿线重点地区供水水源地对该地区小城镇建设和工程项目建设具有重要的意义。

1 沿线重点城镇及道班供水现状

青藏公路沿线昆仑山口—唐古拉山口段为大片连续多年冻土区，全长约350 km，当地居民用水受地理环境限制存在诸多问题，主要表现为资源型、水质型缺水、冻结层下水利用程度不高、冻结层上水寒季供水缺乏保障、地下水资源开发利用不足以及受国家自然保护区限制不利于大规模开采。

五道梁—沱沱河北青藏公路八十八道班段，青藏公路西为可可西里国家自然保护区、青藏公路东为三江源国家自然保护区，受国家自然保护区限制，该段内地下水不适合大规模的开发利用，当地居民多以地表水为生活用水且多数水点水质不符合饮用水标准，冬季冻结更无法满足日常使用。沱沱河唐古拉山镇位于青藏公路八十八道班—八十九道班间，松散岩类孔隙潜水及冻结层上水水量贫乏，单井计算涌水量小于100m3/d，松散岩类冻结层下水单井计算涌水量 45.88～2455.97m3/d，矿化度最高达 12.6g/L[2]，属水质型缺水。据沱沱河火车站供水孔资料，单井计算涌水量240m3/d，矿化度为2.062g/L，水化学类型为 SO4·HCO3·Cl－Na·Ca·Mg型水，水质无色、无味、透明，但经饮用水分析报告，Cl－、SO42－、NH4+、Na+、As、溶解性总固体、总硬度等项目超标，不适宜饮用，属水质型缺水。青藏公路89道班院内民井冻结层上水在暖季现状能满足道班人员生活用水，但寒季井水冻结，供水缺乏保障，属资源型缺水。通天河铁路道班位于通天河盆地，地下水类型为松散岩类孔隙潜水和松散岩类冻结层下水，松散岩类孔隙潜水单井计算涌水量小于100m3/d，矿化度0.797～1.951g/L，松散岩类冻结层下水计算涌水量70m3/d，矿化度4.347g/L，水中 Cl－、、Na+、Mn2+、As项目超标，属水质型缺水。雁石坪铁路道班供水井涌水量80m3/d，但水中As、H2S项目超标，属水质型缺水。温泉谷地主要分布松散岩类孔隙潜水和冻结层下水，松散岩孔隙潜水含水层厚度31.577m，单井计算涌水量12478.7m3/d，矿化度0.55g/L，松散岩类冻结层下水含水层岩性为冰水泥砾，含水层厚度35～260.92m，单井涌水量3834.21～4686.26m3/d;矿化度0.174～0.42g/L，但没有加以开发利用，属地下水开发利用不足引起当地供水困难。沿线重点城镇供水现状见表1。

2 构造融区水资源概况

2.1 青藏高原多年冻土区的地下水环境

在多年冻土区，多年冻土层构成相对较稳定的区域性隔水层，使地下水由原来的单一结构变成双层，甚至三层结构[3]。冻结层上水含水层受季节融化层的制约，厚度薄，埋藏浅，仅受大气降水入渗补给，同时又受到蒸发排泄影响，致使水位、相态不稳定，水量随季节性变化，水质易遭受污染，不具备供水意义。冻结层下水由于受到上部多年冻土层的阻隔限制，其补给来源非常贫乏，径流迟缓，排泄不畅，地下水在含水层中停留的时间长，水质复杂，水化学类型多变，矿化度普遍较高，其分布和赋存规律受多年冻土分布、融区分布、构造断裂的展布等诸多因素的控制而变得极其复杂，水量贫富不一，水质好坏差异悬殊，一般情况下很难找寻水量水质均满足的富水地带。在强烈的新构造运动和差异性高原隆升的作用下，青藏高原断裂带十分发育且纵横交错。在断裂带交汇处，构造裂隙发育，地下水径流条件极为良好，在地下水水热作用下，减小了冻土厚度，形成断续和连续的带状分布的融区，即构造－地下水融区，赋存于该类融区内的地下水称之为构造融区水。构造融区水常富集在活动断裂的交汇部位，呈线状并以上升泉的形式溢出地表，循环深、水温相对高，常成为富水带[4]。

表1 青藏公路沿线主要村镇、道班、车站现状供水一览表

2.2 构造融区水的形成条件

挽近构造活动及冻土的限制控制着青藏高原多年冻土区地下水的分布和运动，各种活动断层和断陷盆地等构成格架，控制着地表水和地下水的径流、排泄条件。活动性断裂破坏和改变了多年冻土区的热平衡状况，并沿断裂带产生构造融区如青藏铁路沿线即发育着24处构造融区[3]。但并非所有构造破碎带均能形成融区。只有在破碎带内有地下水的赋存和循环，才可在局部形成融区。作为稳定的热源和传热媒介，地下水不断地运移将地下热量和暖季地表的热量散发于冻土层中。断裂的性质控制着地下水发育程度。同一断层带内，在断层上盘往往发育派生的张性及张扭性断裂，是地下水储存和运移的良好场所。地下水释放热能使多年冻土层减薄，甚至形成构造融区。而在断层下盘，一般为压扭性断裂，透水性差，往往发育着多年冻土层[5]。

2.3 构造融区水的水量、水质

青藏高原多年冻土区的构造融区水基本上以上升泉的形式存在，其水量、水质主要受构造规模、岩性的影响，规模大、赋水介质好，地下水水量较大，水质较好，反之则流量较小，冬季冻结呈冻胀丘的形式存在。青藏公路沿线多年冻土区的构造泉水量水质情况见表2。

表2 青藏公路沿线多年冻土区构造融区水水量、水质统计表

3 构造融区水的供水意义

如表1所示，除纳赤台、西大滩和不冻泉已被利用之外，其它构造泉均未得到开发，又如表2所示，有部分构造泉水量可观，水质条件较好，如果能将其开发利用，可很大程度上缓解沿线村镇的供水压力。其中，纳赤台和西大滩两处矿泉附近人烟稀少，无污染，青藏铁路、青藏公路由矿泉边通过，交通较为便利，西大滩大型锶矿泉上升泉群最小流量45852.48m3/d，可满足年产饮用天然矿泉水成品24万 t(2000万箱)的建厂水量，目前已投入生产。不冻泉地区居民目前生活用水来源完全靠不冻泉的补给，在丰水期可满足日常使用，但在枯水期流量较小，故在天然泉边上进行了人工扩泉，缓解了小镇建设的供水压力。

针对沿线主要城镇现状饮水困难地区，构造泉资源可发挥巨大的作用。如五道梁地区，当地居民目前仍以附近河水和湖塘水为日常饮用水源，时常出现肚痛现象，2010年本项目在五道梁南部山区发现大量上升泉群，该地距离五道梁固定居民点8 km，有简易公路可到达，泉群丰水期平均流量为1529.28m3/d，水质良好，可作为小型水源地进行开发利用，届时将解决五道梁居民饮水困难的问题。二道沟地区人畜饮水也以河水为主，饮水安全得不到保障，经过在该地区野外调查，在青藏公路79道班和82道班附近共发现了4处具有供水意义的构造泉，总流量1625.443m3/d，除细菌超标外其它指标均符合水质标准，经处理后适合饮用，如开发利用可解决二道沟地区人畜饮水问题。青藏高原唐古拉山镇沱沱河地区是青藏公路重要的交通枢纽，由于特殊的自然地理条件和气候条件，根据沱沱河盆地供水水文地质条件分析，该盆地水资源在时空分布不平衡，松散岩类冻结层上水水量小，而冻结层下水则赋存于湖相沉积的钙质粉砂岩及泥岩中，地层含盐成份高，同时又受到地表咸水的补给，矿化度最高达99.1g/L，人畜不能饮用，无实际供水意义，更没有开发利用价值，当地居民用水受到限制，属于水质型缺水地区。野外调查时在青藏公路90道班处发现上升泉群(距唐古拉山镇18km)，该构造泉流量673.92m3/d，矿化度0.7g/L，水质良好。该地区常驻人口数量为1679人，镇内没有较大建筑行业，更无工业及农业生产，水资源利用主要为人类生活用水，用水标准按50 L/人·d计算，需水量为83.95m3/d，目前该地区居民已开始从此处拉水，但在水源处未加以开发，且交通不便。雁石坪镇地处安多县北部，109国道、青藏铁路、兰西拉光缆从这里经过，是青藏公路重要的交通枢纽，同时，这里还有学校、政府、商店及饭店。该镇位于布曲河边三级基座阶地上，当地居民多打民井取水，单井出水量12.96m3/d，为HCO3－Ca型水。雁石坪镇主要以牧业为主，全镇常驻人口1450人，镇内没有较大建筑行业，更无工业及农业生产，水资源利用主要为人类生活用水，用水标准按50 L/人·d计算，需水量为72.5m3/d，总需民井5.59个，但因民井寒季冻结而导致饮水困难，所以该镇常驻人口暖季日常生活用水可以采用民井方式供给。根据雁石坪地区远期规划建设，需开发利用其它水源。在雁石坪北约20 km，青藏公路96道班东约20m处布曲河边调查发现一控水构造上升泉，平均流量259.2m3/d，平均水温9℃，除细菌样超标外，其它均符合饮用水标准，可为雁石坪镇远期规划提供备用水源地。

此外，位于唐古拉山北坡的温泉谷地内，热矿泉十分发育，最高热泉温度可达72℃。在广阔的青藏高原多年冻土区，出现72℃的热矿泉水是十分可贵的，它不但是一种天然资源，而且补给、径流、排泄条件良好，并且有一定数量的F、HBO2、H2SiO3等物质，有一定的开发利用价值[6]。

4 结语

(1)青藏公路沿线多年冻土区当地居民用水受地理环境限制存在诸多问题，主要表现为资源型、水质型缺水、冻结层下水利用程度不高、冻结层上水寒季供水缺乏保障、地下水资源开发利用不足以及受国家自然保护区限制不利于大规模开采。

(2)构造融区水的形成主要受构造断裂的控制，在断裂带交汇处，构造裂隙发育，地下水径流条件极为良好，在地下水水热作用下，减小了冻土厚度，形成断续和连续的带状分布的融区，即构造－地下水融区，其水量、水质主要受构造规模、岩性的影响，规模大、赋水介质好，地下水水量较大，水质较好，反之则流量较小，冬季冻结呈冻胀丘的形式存在。

(3)在气候恶劣的青藏高原，构造融区水资源对于青藏公路沿线的城镇居民生活用水及城镇建设有着举足轻重的作用，具有重要的供水意义。

(4)为保护青藏高原脆弱的生态环境，应合理有序地开发地下水资源。例如清水河源头构造泉，其流量与清水湖息息相关，若开发利用后容易导致湖泊萎缩甚至消失、湿地退缩、植被退化、土地沙化等环境地质问题，故建议不开发此类构造融区水资源。

致谢:青海省水工环调查院的谭立渭为本文稿提供了宝贵的资料，在此表示诚挚的谢意!

[1]毕焕军.青藏高原多年冻土区地下水特征及开发利用前景分析[J].冰川冻土.2003，25(增刊1):17–19.

[2]辛元红，李永国，贾小龙，等.长江源区生态环境地质调查报告[R].西宁:青海省地质调查院.2008.

[3]程国栋，金会军.青藏高原多年冻土区地下水及其变化[J].水文地质工程地质.2013，40(1):1－11.

[4]Fujun Niu，Zhanju Lin，Hua Liu，Jiahao Lu，Characteristics of thermokarst lakes and their influence on permafrost in Qinghai–Tibet Plateau，Geomorphology，2011，132(3):222 – 233.

[5]张森琦，曹福祥，李旭峰等.青藏公路沿线不冻泉地区构造控水机理研究[J].吉林大学学报(地球科学版).2011(增刊1):253－258.

[6]樊溶河，张治安.唐古拉山北坡温泉谷地的地热地质特征[J].水文地质工程地质.1985(4):35－38.