嘉峪关市北大河南岸第二水源地对区域地下水的影响研究

2016-12-12马小全

地下水 2016年6期

关键词：草滩嘉峪关市嘉峪关

张玲，尹政，马小全

(甘肃省地矿局水文地质工程地质勘察院，甘肃张掖 734000)

嘉峪关市北大河南岸第二水源地对区域地下水的影响研究

张玲，尹政，马小全

(甘肃省地矿局水文地质工程地质勘察院，甘肃张掖 734000)

嘉峪关市北大河南岸第二水源地位于酒泉西盆地，该盆地已建有六个地下水水源地，地下水开发利用程度高，采用Visual Modflow4.1软件包中的Modflow模型模块对水源地运行后研究区的地下水水位进行预测，研究该水源地建设对区内地下水的影响，综合分析认为：嘉峪关市北大河南岸第二水源地的建设对区域地下水影响较小。

北大河南岸；第二水源地；酒泉西盆地；地下水；水位预测

嘉峪关市水资源匮乏[1]，地下水开发利用程度较高[2]，位于嘉峪关西部的酒泉西盆地建有黑山湖水源地、大草滩水源地、嘉峪关水源地、北大河水源地、北大河南岸水源地、双泉水源地等六个水源地[3]，随着嘉峪关市经济社会的不断发展，现有水源地的供水能力已经不能满足城市发展的需求，因此，嘉峪关市在酒泉西盆地新建了北大河南岸第二水源地，该水源地施工7口供水井，设计开采量4.9万 m3/d。鉴于酒泉西盆地地下水水源地较多，该水源地必须进行科学合理的布局，需论证对其它水源地的影响。

1 研究区概况

1.1 水文地质条件

松散岩类孔隙水广布于盆地，是区内最重要的地下水类型，属以单一大厚度为特征的潜水含水层，含水层主要由第四系中上更新统卵石、圆砾、砾砂构成，厚度一般为40～160 m，自南西向北东渐薄。其中讨赖河北岸较厚为大于140 m，讨赖河南岸120 m左右，黑山湖水源地一带为40～120 m，大草滩水源地一带为30～100 m，嘉峪关水源地一带为30～80 m。北部山前与古阶地附近较薄，一般小于20～30 m。地下水位埋深自南西向北东由大于100 m渐变至10～20 m，水关峡一带则小于5～10 m，局部地段如水关峡、大草滩、嘉峪关、双泉等地呈泉水溢出。

研究区内含水层富水性按600 mm滤水管10 m降深单井涌水量分为极强富水区(单井涌水量大于10 000 m3/d)、强富水区(5 000～10 000 m3/d)、中等富水区(2 000～5 000 m3/d)和弱富水区(小于2 000 m3/d)等四个级别。

研究区地下水主要来源于南部山前小沟小河出山径流、讨赖河、白杨河的垂向渗漏补给和山区基岩裂隙水的侧向补给以及深层基岩承压水的顶托补给。其中讨赖河是以垂直强烈渗漏的形式补给地下水的，在河床附近形成河水—渗漏水—地下水三者之间并不连续的浸润面，并使河床下的地下水位抬升形成水丘，而河流则成“悬挂式”。

研究区地下水总的运动方向为自南西向北东运移，西部白杨河东侧和东北部水关峡、二草滩、大草滩、嘉峪关等沟谷内地下水自南西向北东运移[4]，讨赖河干流附近自西向东运移，水力坡度最小不足1‰，最大大于25‰，一般为2‰～11‰，西缓东陡。受黑山、鳖盖山、文殊山等地形地貌阻挡的影响，最后归缩于诸山之间的水关峡、大草滩车站峡谷、嘉峪关古河道、文殊山山前等地段潜流于酒泉东盆地。

地下水的排泄除侧向流出外，还有人工开采和泉水溢出。

1.2 现有地下水开采工程

嘉峪关市酒泉西盆地地下水供水工程主要为各地下水水源地及双泉截引工程。

黑山湖水源地允许开采量为3 785.05万 m3/a，是主要的工业用水水源地，作为酒钢公司的备用水源；大草滩水源地允许开采量为2 522.15万 m3/a，作为酒钢公司的备用水源；嘉峪关水源地允许开采量为4 488.15万 m3/a(包括峪泉供水所341.50万 m3/a及零星开采1 624.50万 m3/a)，主要保障全市居民生活用水和酒钢公司厂区内生产用水和生活用水的正常供应；北大河水源地允许开采量为5 355.20万 m3/a(包括傍河水源地914.20万 m3/a，火车站水源地547.50万 m3/a及管城文管所109.5万 m3/a)，属工业生产和生活用水区，是嘉峪关市主要的饮用水水源地，北大河南岸水源地地下水允许开采量为1 815.40万 m3/a，主要承担市区的生产生活供水。

双泉水源地为截引工程，由两支截引沟组成，2012年双泉水源地截引地下水量为2 246.94万 m3，主要承担文殊灌区河口村的灌溉任务。

2 区域地下水影响研究

2.1 水源地概况

嘉峪关市北大河南岸第二水源地位于讨赖河南岸，地处文殊山山前斜坡地带，北侧为讨赖河河谷，占地面积约1 km2，地势自南西向北东方向倾斜，水源地范围布设7眼探采结合井，井径900 mm，管径600 mm，平均井深160 m；布设两眼抽水试验观测井，用作抽水试验观测水位及以后的长观孔。

水源地开采方案：ZK3开采3 000 m3/d，ZK4开采2 000 m3/d，ZK2开采12 000 m3/d，ZK1、ZK5、ZK6、ZK7各开采8 000 m3/d。

2.2 研究区水文地质模型

2.2.1 研究范围

根据西盆地的水文地质条件、水源地分布、抽水试验成果和多年的地下水动态特征，研究区主要的地下水补给源为侧向径流流入和北大河渗漏补给，主要的排泄途径为人工开采，南部水位埋深120.00～160.00 m，北部水位埋深1.00～10.00 m。因此确定地下水数学模型范围西部和西南部以1 755.00 m地下水位等值线为水头边界，北部边界东段为黑山山前自然零流量边界；南部边界为文殊山山前自然零流量边界；东部及东北部为水关峡、大草滩车站、嘉峪关、鳖盖山—文殊山地带的侧向流出边界。整个模型区呈近似扇形分布，模拟范围面积243.70 km2。

2.1.2 模型概化

本次研究采用三维流模型，模拟区含水层内部概化为1层潜水含水层组。

模型区北部边界东段为黑山山前自然零流量边界；南部边界为文殊山山前自然零流量边界；西部及南部地下水山前径流带，地下水基本无人为开采，呈天然状态，年内地下水水位动态变幅微弱，因此，将西南部1755.00 m地下水位等值线为给定水头补给边界(τ1)；模型区东部及东北部为地下水侧向流出边界(τ2)，根据边界上游地下水动态资料给予各流出边界动态水头。

潜水含水层自由水面为模拟区的上边界(Γ0)，模型区地下水位埋深一般大于10 m，且无农田、渠系等水利设施分布，故模拟时不考虑垂向降水、凝结水、渠田水入渗和蒸发蒸腾；北大河自西南向北东流经模型区,按照北大河流量，在对应时期按计算的入渗量进行赋值,河流赋值采用线性梯度，即分别对起始点和结束点进行赋值，泉水按排水沟处理。模型区底边界以区内钻孔揭露的有效含水层厚度为依据，结合物探解译的第四系厚度综合给定(Γ4)。

2.3 数值模拟方法

地下水数学模型

2.4 模型的识别与检验

从地下水流场、观测井水位拟合进行模型的识别与检验，研究区地下水数值模型基本上反映了模拟区地下水流动规律和特征，验证了边界条件的准确性，符合模型模拟区实际的水文地质条件，故可利用该模型进行地下水开采预测。

2.5 模拟结果分析评价

2.5.1 水位影响

在已建立的地下水现状水流模型的基础上，依据讨赖河出山径流量动态，调整地下水补给项，其他水源地开采量保持现状不变，增加水源地开采井设计开采量(4.9万 m3/d)，在现状地下水水位的基础上(由于各水源地至少已运行3年，现状地下水水位已基本稳定)，分别预测勘探区水井在设计开采方案下，开采1 a、3 a、5 a、10 a及20 a后对区域地下水水位的影响。

水源地在运行1 a后地下水水位迅速下降，水源地中心点降深达4.00 m，随着开采时间的增加，地下水水位降幅变小，开采5 a后，区域地下水水位趋于稳定，不再下降，降落漏斗面积不再扩大，水源地运行对北大河水源地地下水位最大影响为3.30 m，对北大河南岸水源地地下水位最大影响为0.90 m，对嘉峪关水源地地下水位最大影响为0.88 m，对大草滩水源地地下水位最大影响为0.39 m，对双泉水源地地下水水位最大影响为0.34 m。

2.5.2 水量影响

各水源地含水层厚度为：北大河水源地68.77～151.33 m、嘉峪关水源地为30～80 m、北大河南岸水源地为80～130 m、双泉水源地为6.86～7.14 m，水源地运行引起的地下水水位下降值仅占各水源地含水层厚度的0.78%～4.96%，故水源地运行对嘉峪关水源地、北大河水源地及北大河南岸水源地水量不会产生影响。

2.5.3 对双泉水源地截引量影响

在模型中对双泉水源地建立小区域的均衡，均衡区仅包括排水沟所在网格，通过查询小区域的均衡，得到均衡区排水沟的水量，即双泉水源地截引量。

水源地运行1、3、5 a后，双泉水源地截引量分别为2 128.53万 m3/a、2 121.49万m3/a、2 116.16万 m3/a，5 a后，截引量不再减少，双泉水源地截引量减少总量为130.78万 m3/a，仅占2012年总截引量5.82%；故讨赖河南岸输水工程运行对双泉水源地影响程度较小。