宁夏南部山区水文地质特征及地下水资源评价

敖春来，吕光辉，李少华，梁 栋，邹连亮，王金桥

（中国人民解放军68612部队，宁夏银川750021）

宁夏南部山区水文地质特征及地下水资源评价

敖春来*，吕光辉，李少华，梁 栋，邹连亮，王金桥

（中国人民解放军68612部队，宁夏银川750021）

宁夏南部山区（又称南部黄土丘陵区）是指多年平均降水量在400mm以下的黄土丘陵地区。该区域地下水水源不足且水质差，属水资源缺乏、工程性缺水地区，局部地区分布高氟和苦咸水，也属于人畜饮水困难地区。为了查清该地区的水文地质条件，掌握该区的地下水赋存、分布、水质变化的一般规律及开发利用条件，对该区域开展了深入的水文地质调查研究，获取了丰富的资料。通过调查研究，为该区域的自然资源开发、利用和环境保护提供必要的科学依据，解决回汉民族同胞生活用水问题。

宁夏；南部山区；水文地质特征；水资源评价

宁夏南部山区（又称南部黄土丘陵区）是指多年平均降水量在400mm以下的黄土丘陵地区。包括固原市的隆德县、泾源县全部，原州区南部、西吉县东部、彭阳县南部，总面积为1.45×104km2，占全区的22%。六盘山、月亮山和南华山等突兀于黄土丘陵之上。区内降水条件较好，气温相对较低，水土流失问题突出，自然灾害频繁，农业生产低而不稳。1982年中央将其作为专项扶贫地区，30多年来，区内的生态环境和生产条件发生了较大变化，水土保持工作取得较大进展。总体讲，该区域地下水水源不足且水质差，也属水资源缺乏、工程性缺水地区，局部地区分布高氟和苦咸水，也属于人畜饮水困难地区。

1 地形地貌

宁夏南部黄土丘陵海拔2000m左右，中部山间平原海拔1300～1500m。其余地区为山地和山前丘陵及沙漠，山地与平原多交错分布，此起彼伏，高差悬殊。南部在北面卫宁北山和东面罗山、青龙山、窑山、云雾山围限的广大地区，展布着三列弧形断块山地和两列断陷平原。第一列弧形山地包括窑山、烟筒山、泉眼山和卫宁北山南缘山地；第二列弧形山地包括清水河西侧山地和香山；第三列弧形山地包括月亮山、南华山、西华山。一、二列弧形山地之间夹持中卫平原和清水河平原，二、三列弧形山地之间镶嵌兴仁平原和西安州平原。由南西向北东，孤形山地的曲率逐列增大，长度逐渐降低，并在东南汇聚于六盘山，向西北撒开，弧形山地及山间平原组成弧形地貌格局。

2 水文地质特征

宁夏南部山区属西北黄土高原的一部分，大部分为干旱、半干旱区，少雨多风，蒸发强烈，地表沟壑纵横，水土流失严重，苦咸水分布广泛，为宁夏最缺水的地区，海拔1300～2400m。面积为19402.51km2。黄土一般不含水或微弱含水，河谷平原洼地中分布有较丰富的第四系孔隙水，如清水河河谷平原、葫芦河河谷平原、西安州洼地、兴仁洼地等。下伏地层主要有新近系、古近系、白垩系、及前白垩系，在适宜的部位可找到水质较好的新近系、古近系层间水、白垩系层间承压水和岩溶裂隙水等。分为清水河河谷平原、西吉粱峁黄土丘陵及河谷平原、海原残塬状黄土丘陵、清水河东塬梁峁状黄土丘陵和麻黄山黄土丘陵4个亚区和16个地段。

2.1 清水河河谷平原亚区

清水河为黄河的一级支流，河谷平原长175km，宽约7～20km，海拔1300～1900m，面积为1503.4km2，由四级阶地及两侧洪积扇组成，地势南高北低。基底为新近系、古近系和白垩系，平原周边为新近系、古近系和白垩系组成的山区，平原区第四系厚约200m左右，为宁南主要农业区。可划为马家河湾—李旺堡、固原北川、石碑湾黄土残塬3个地段。

2.1.1 马家河湾—李旺堡地段

分布于清水河河谷平原七营以北地段，面积为698.09km2，河谷平原由四级阶地组成，堆积物主要为冲洪积砂、砂砾石、砂层夹粘性土层。含水层以砂砾石为主，一般为2～5层，单层厚小于20m，累积层厚为50～100m。近山地区洪积扇部位多为单一潜水，近河地带则为潜水—承压水，水位埋深由河床地区小于10m，增至近山地带的120余米，富水性李旺以南大于200m3/d，向北减为小于100m3/d。由于受两侧高矿化度水的补给，水质以矿化度大于3g/L的半咸水和咸水为主。

2.1.2 固原北川地段

分布于清水河河谷平原的南段，南、东、西边界受断裂控制，为一半封闭的断陷盆地，盆地北部为出口，面积为715.80km2。河谷平原由四级阶地组成，第四系堆积物主要为冲洪积砂、砂砾石、砂层夹粘性土层。含水层以砂砾石为主，一般为2～5层，单层厚小于20m，累积层厚50～100m。西侧山前洪积物发育，构成洪积倾斜平原，地下水类型主要为单一潜水，往东至河床地带过渡为潜水—承压水。

2.1.3 石碑湾黄土残塬地段

分布于固原北部，石碑湾黄土塬区，面积为89.51km2。下部砂砾石层中的孔隙水具有承压性，而上部黄土层孔隙水则为潜水，其间夹有黄土和砂粘土层。从发育在塬区的清静沟两岸可见到两层水的浸润线。黄土层孔隙水主要接受大气降水入渗补给，以滞缓的速度向四周排泄，构成独立的水文地质单元。黄土层水量贫乏，单井涌水量为16m3/d，水位埋深为20～40m，含水层厚度为60m左右，水质良好，矿化度为l.2g/L，属HCO3-SO4—Na-Mg水。该层水在塬区均有分布，水质好，水位埋藏较浅，成为塬区群众生活用水的主要水源，各村落都以开挖浅井汲取地下水作为生活用水。

2.2 西吉梁峁黄土丘陵及河谷平原亚区

位于南华山、西华山、月亮山南部，六盘山西侧为黄土丘陵区，葫芦河谷平原斜贯其间，海拔2000～2400m，面积为4645.99km2。将其划分为六盘山西麓、葫芦河东部梁峁状黄土丘陵、葫芦河河谷平原、葫芦河西部梁峁状黄土丘陵、树台洼地5个地段。

2.2.1 六盘山西麓地段

分布于六盘山西麓的红层丘陵区，面积为475.37km2。主要由新近系、古近系砂岩、砂砾岩、泥岩和白垩系下统泥岩、泥质砂岩组成。在构造上为一承压自流斜地，在陈新、隆德县城至马家大庄有一不对称的倾伏向斜构造，向斜枢纽南起山河乡东侧，向北过隆德县城至马家大庄，向原州区张易方向倾伏。向斜长约30km，宽3.5～7km，古近系始新统伏于渐新统泥岩隔水顶板之下，白垩系之上，共同组成向斜构造。向斜构造核部为新近系，古近系碎屑岩，单井涌水量为13.2m3/d，矿化度为12.44g/L，水化学类型是C1-SO4—Na水。核部白垩系埋深为151.92m，单井涌水量为32.96m3/d，矿化度为11.82g/L，水化学类型为SO4-Cl—Na水；翼部白垩系埋深为139.70m，单井涌水量为65.32m3/d，矿化度为0.85g/L，水化学类型为HCO3—Na水。翼部好于核部，说明向斜翼部具有开采前景。

2.2.2 葫芦河东部梁峁状黄土丘陵地段

位于月亮山西南麓，葫芦河东岸地区，面积为1457.87km2。含水层主要为新近系、古近系砂砾岩。含水层岩性为粉砂岩、中粗砂岩、含砾砂岩和砂砾岩，结构疏松，呈薄层状夹于泥质砂岩和砂质泥岩之中。富水性远离山前由强变弱，在近山地带单井涌水量达700m3/d，位于北部和远离山前地带，单井涌水量为16～210m3/d。矿化度一般小于1g/L，局部地段大于2g/L，属HCO3-Ca-Mg和HCO3-SO4-Cg-Mg水。

2.2.3 葫芦河河谷平原地段

位于月亮山西麓西吉县境内，呈狭长树枝状，面积为372.815km2。上覆第四系厚度小于50m，一般为30m左右，下伏新近系、古近系红层，含水层主要为新近系。第四系岩性具有明显的二元结构，上部为黄土状亚砂土、亚粘土，厚10～20m，下部为砂、砂砾石层夹粘性土层。下部砂层与砂砾石层一般都含水，潜水水位埋深主要取决于地势的高低，一般为5～30m。矿化度多为1～3g/L，局部为小于1g/L或3～5g/L。

2.2.4 葫芦河西部梁峁状黄土丘陵地段

分布于黄土梁峁丘陵地区，面积为1659.15km2。上部黄土在微地貌适宜地段有局部小型淡水透镜体外，表层大多无水，下伏为古近系砂岩、砂砾岩，富含孔隙承压水。含水层底板埋藏深度，自当地河谷二级阶地算起，在苏堡—将台一线以南，埋藏深度为100～300m，硝河以北的芦河上游与滥泥河之间一带，埋藏深度为300～500m，田坪地区埋藏深度为350～550m。水位埋深由西向东有逐渐增高的趋势，南坪、兴坪一带水位埋深为50～100m，大坪—三合镇一带水位埋深为100～200m，田坪一带水位埋深大于200m。单井涌水量一般在100m3/d以下。矿化度在葫河西部1～3g/L，个别地区小于1g/L。往西至三合镇北部田家坪一带矿化度一般为3～5g/L，个别处大于5g/L。

2.2.5 树台洼地地段

位于南华山、西华山西南，为黄土梁峁丘陵区，面积为680.78km2。上部黄土广泛分布，主由粉砂质亚砂土和粉土组成，一般厚度为20～60m，具大孔隙，垂直柱状节理发育，地下水资源贫乏，分布也不均匀。在树台至大咀沟谷地带分布有第四系地下水，第四系厚为40～75m，地下水埋深为7～23m，含水层岩性为砂砾石和砂层，厚为0.5～25m，由于基底凹凸不平，局部呈滞流状态，单井涌水量为50～200m3/d，为SO4-Cl—Na-Ca和SO4-Cl—Na-Mg水，矿化度为1～3g/L。

2.3 海原残塬状黄土丘陵亚区

位于香山以南，清水河以西，南华山、西华山、月亮山北东地区，海拔1600～2000m，面积为4479.46km2，为黄土层潜水及下伏红层咸质承压水分布区。分为南华山北麓古洪积扇、西安州洼地、南西华山东北麓山前沉降带、蒿川—关桥—贾埫梁峁状黄土丘陵、兴隆—罗川红层丘陵、兴仁洼地6个地段。

2.3.1 南华山北麓古洪积扇地段

位于南华山东北麓海原县附近一带，面积为226.03km2，为黄土残塬，地面坡度大于1/50，第四系厚度大于500m，岩性结构具有一般洪积扇的特点，扇顶至前缘由单一的砂砾石层变为犬牙交错的粘性土与砂砾石互层。地下水同岩性结构相应亦由单一的潜水变为潜水—承压水。在洪积扇前缘鸭儿涧沟切割到承压水含水层，使地下水呈泉群涌出，流量达12000m3/d，水质良好，矿化度小于1g/L。山前扇顶地下水水位埋藏较深，可达200m，中、北部水位埋深为80～140m。含水层均为砂砾石层，中下部一般有5～10个含水层，累积厚度可达130m，单井诵水量为1000～2000m3/d，矿化度除个别地带大于1g/L外，其他地区均小于1g/L。

2.3.2 西安州洼地地段

位于南华山与西华山之间的山前地带，为新生代断陷洼地，面积为89.66km2。第四系厚为100～300m，含水层主要为砂砾石层，分布于河床下部及两侧，顶板埋深为70～80m，厚为30～40m,具承压性，水头埋深为50m左右，单井涌水量大于2000m3/d，矿化度在1～3g/L。由河床向两侧含水层变薄，粒度变细，富水性变差。

2.3.3 南西华山东北麓山前沉降带地段

位于南西华山东北麓，属山前沉降带，面积为934.53km2。上覆主要为第四系，厚为85～500m不等，在地貌上形成黄土残塬，在蒿子川至西安州一线以东地区和曹家洼北部地区为单一潜水区，其他地区均为潜水—承压水区。单一潜水区，在蒿子川至西安州一线以东地区水位埋深小于50m,在西安州北部为30～ 100m，单井涌水量小于100m3/d。

2.3.4 篙川—关桥—贾埫梁峁状黄土丘陵地段

位于海原县北部蒿川—关桥一带梁峁状黄土丘陵区，面积为2092.40km2。上部为黄土潜水，下部为新近系、古近系承压水。下伏新近系、古近系含水层为中、细砂岩和含砾砂岩，单井涌水量为100～500m3/d，水质差，矿化度大于5g/L。

2.3.5 兴隆—罗川红层丘陵地段

位于清水河河谷平原同心—李旺堡的西侧一带，面积为589.49km2。出露的主要地层为新近系、古近系砂层、砂岩、砂砾岩，局部地段被黄土覆盖，承压水单井涌水量为100～500m3/d,水质差，矿化度均大于5g/L。

2.3.6 兴仁洼地地段

位于香山南麓，面积为547.345km2。为新生代形成的地堑式断陷洼地，地势自东南向西北倾斜，最低处位于郝家集西北约2km。洼地内充填了较厚的第四系沉积物，岩性主要为洪积粘性土夹砂层和砂砾石层。含水层岩性主要为砂层和砂砾石层，一般有3～6个含水层，累积厚度可达100m。含水层按水力性质可分上下两段：下段（100～300m）为承压含水层，水头埋深为8.7～28.42m，单井涌水量大于2000m3/d，矿化度为2～4g/L，水化学类型为SO4-Cl—Na-Mg水；上段为潜水含水层，水位埋深为12～85m，由南北两侧向洼地中心变浅，南侧水位最深达85m，北侧为40m，单井涌水量为100～600m3/d，水质较差，矿化度为3～5g/L，属Cl-SO4—Na-Mg水。

2.4 清水河东塬梁峁状黄土丘陵亚区

位于清水河东部，为黄土塬、梁、峁状黄土丘陵区，海拔1500～2000m，面积为7377.3km2。分为草庙—孟塬、南北古脊梁、官厅—古城、窑山—张家塬—炭山和予旺洼地5个地段。

2.4.1 草庙—孟塬地段

分布于王洼、彭阳县城东部，面积为1357.37km2。沉积了巨厚的白垩系，白垩系中地下水水质好，矿化度为0.88～0.972g/L，氟含量在0.88～1.00mg/L，水化学类型为HCO3-SO4—Na-Mg水。

2.4.2 南北古脊梁地段

南北古脊梁位于大罗山、青龙山以南为黄土覆盖的中低山，面积为1235.186km2，是宁南缺水地区找水最有前景的地段。主要含水层为寒武系、奥陶系、青白口系碳酸盐岩。碳酸盐岩溶隙发育程度较低，属岩溶裂隙水。水位埋深182～387m，中等富水，水质为微咸水，水化学类型为HCO3-Cl-SO4—Na-Mg水和SO4-Cl—Na-Mg水，氟离子含量1～3mg/L。

3 地下水资源评价

地下水天然补给资源，指地下水系统中参与现代水循环和水交替，可以恢复、更新的重力地下水。地下水可开采资源量，指在一定技术、经济条件下，开采过程中不会诱发严重的环境问题，可以持续开采利用的地下水量。地下水天然补给资源量、可开采资源量，按淡水（矿化度小于1g/L）、微咸水（矿化度小于1～3g/L）、半咸水（矿化度小于3～5g/L）分配水量，地下水资源总量中不包括矿化度大于5g/L的咸水量。

3.1 地下水天然补给资源量

3.1.1 大气降雨入渗法

采用大气降雨入渗法计算补给资源量。计算公式如下：

式中：а——渗入系数；

A——年降水量，108m3/a；

F——计算区面积，km2。

3.1.2 地下水径流模数法

采用地下水径流模数法计算其天然补给资源量。计算公式如下：

式中：QM——地下水天然补给资源，108m3/a；

M——径流模数，L/（s·km2）；

F——计算区面积，km2。

3.1.3 计算各项补给量之和

（1）以多年平均降水入渗补给量与田间灌溉入渗补给量之和作为天然补给资源量，天然入渗补给资源均以平均降水入渗补给量与田间灌溉入渗补给量之和作为其天然补给资源量。计算公式：

式中：Q补——潜水补给量，即天然补给资源量，108m3/a。

（2）以径流量与田间入渗补给量之和作为天然补给资源量，天然补给资源量以径流量与田间入渗补给量之和作为其天然补给资源量。计算公式：

式中符号意义同前。

3.1.4 大气降雨入渗法和断面法断面法计算公式：

式中：Q——断面径流量，108m3/a；

Ki——计算分断面内平均渗透系数，m/d；

Mi——计算分断面内平均含水层厚度，m；

Li——计算分断面长度，m。

3.1.5 大气降雨入渗法和排泄量法排泄量法计算公式如下：

式中：Q排——地下水天然排泄量，108m3/a；

∑Q上——上游各河谷测流断面处地表水总径流量，108m3/a；

∑Q下——下游各河谷测流断面处地表水总径流量，108m3/a。

3.1.6 参数选取

（1）有效降水系数（Y）。有效降水系数（Y）即有效降水量与年总降水量之比。有效降水量与雨量的大小、历时长短、前期雨量的影响、含水层及表土的岩性、地下水埋藏条件等因素密切相关，因此有效降水定比较困难。在宁夏南部山区以雨季（7～9月份）降水量或全年总降水量的70%作为有效降水量。

（2）降水入渗补给系数（а）。降水入渗补给系数（а）的取值与年降水量大小及年内变化特点、地下水埋深变化、岩性等因素有关。

3.1.7 计算结果分析

宁夏南部山区天然补给资源量为9.9912×105m3/d。

3.2 地下水可开采量

3.2.1 山区可开采资源量计算

（1）山区基流量法。采用山区基流量的20%作为其开采资源，计算公式：

式中：Q山——山区可开采资源量，108m3/a；

Q——山区基流量，108m3/a；

ф——系数，取0.2。

（2）平均布井法。采用水位降深15m，管径为12寸时的单井涌水量，按含水层厚度的1/2计算。计算公式为：

式中：Q开——地下水开采量，108m3/a；

Q——统一管径12寸，降深15m时的单井涌水量，m3/d；

F——计算区面积，km2；

R——影响半径，m；

t——开采时间，d。

（3）以允许开采量与散井开采量及泉天然排泄量之和作为可开采资源量，计算方法如下：

弹性储存量计算公式：

式中：Q储——承压含水层地下水弹性储存量，108m3；

S*——弹性释水系数；

F——含水层的计算面积，km2；

H——承压含水层自顶板算起的压力水头高度，m。

可开采资源量采用下式计算：

P641

A

1004-5716（2015）05-0063-05

2014-05-22

2014-06-25

敖春来（1978-），男（汉族），重庆人，工程师，现从事野战给水地质研究工作。