白杨河河谷地区地下水资源评价及水源地选择

王新刚，张龙菊

(塔里木大学水利与建筑工程学院，新疆 阿拉尔 843300)



白杨河河谷地区地下水资源评价及水源地选择

王新刚，张龙菊

(塔里木大学水利与建筑工程学院，新疆 阿拉尔 843300)

在分析白杨河河谷地区水文地质条件的基础上，以供水为目的采用均衡原理对其地下水资源及可开采资源进行定量评价，研究表明，松散层地下水系统的补给量为1 365.29×104m3/a、排泄量为1 359.78×104m3/a，补给量大于排泄量，为正均衡；地下水和河水水质锅垢多，其中有硬沉淀物，属于起泡，无腐蚀性水。根据水资源的开发利用原则、河谷第四系厚度的变化特征以及含水层的水文地质条件，确定该区内煤矿水源地的方位。

白杨河；地下水；水资源评价；水源地

研究区位于阜康市东南大黄山1号煤矿南侧的某河谷地区。地下水资源是该矿区工业和生活用水的主要供水水源，近年来，随着人口迅速增长和工业高速发展，地下水的开采量日益增加；使得该矿区用水面临着较大难题。可以说，水资源的日益紧缺已成为制约其社会经济可持续发展最主要因素之一。

在充分利用该区现有的工程地质和水文地质资料基础上，利用物探、钻探手段查明了该区的水文地质和工程地质条件；以供水为目的对该河谷地区的地下水的水质水量做出了评价，为制定水资源开发利用规划提供科学依据，并确定了该区煤矿水源地的方位。

研究区南北长1.36 km，东西长800 m，该河常年有水，河水流量随季节而变化，主要由冰雪融水和泉水补给，最大流量7～8月份，入冬后流量显著降低，年平均流量0.252 m3/s。

研究区地下水类型主要为松散岩类孔隙潜水及碎屑岩类裂隙水。含水层主要为第四系松散卵砾石层，钻孔揭露深度为50 m；据物探结果显示，顺河上下游断面：覆盖层厚度较均匀，河道中部为45～65 m；垂直河道横断面：两岸薄，厚度为13～20 m，河床中部较厚，厚度30～60 m。

研究区地下水的补给主要受该河的侧向及垂向补给，同时也受松散层上游方向的侧向补给；径流方向总体上由南向北，局部地段因冲洪积层的埋藏条件的变化产生局部变化。地下水的水力坡度与地表水的水力坡度相关性较大，地表水力坡度为2.5%～8%，地下水力坡度取1.5%～2%。排泄主要是沿河谷下游方向的侧向径流，局部地段为厂矿引水。调查表明，该区供水井地下水位变幅为0.5～1.2 m，计算时用1.5 m。

1 地下水资源的评价

1.1 水文地质参数计算[2]

根据抽水试验井的结构及水文地质条件图(图1)，抽水井为直线补给边界的非完整井，采用具有直线补给边界非完整孔求取参数的公式。

本次抽水试验设计为三个落程，根据本次对已有井的抽水试验资料绘制Q—S曲线，见图2。

按稳定流非完整孔潜水公式计算求解含水层的渗透系数(K)。

(1)

(2)

式中：K为渗透系数(m/d)；Q为抽水井涌水量(m3/d)；H为潜水含水层的厚度(m)，取40 m；Sw为抽水井降深(m)；d为补给边界至抽水孔的距离，取10 m；R为影响半径(m)；rw为水井半径(m)

计算得K=39.30 m/d，R=60 m。

1.2 地下水水量评价

主要是对松散层地下水系统的水量评价，碎屑岩类孔隙裂隙水系统不在本次评价的范围之内。

图1 抽水井井结构剖面图

图2 单孔抽水试验Q-S关系曲线图

地下水系统的均衡[1][2]

1.2.1 静储量

储存量计算分区参数见表1。

表1 研究区地下水储存量计算分区参数表

该区地下水的静储量采用以下公式计算：Q静储=μ·F·H

(3)

经计算，地下水系统的静储量为323.09×104m3。

1.2.2 动储量

研究区地下水的动储量采用以下公式计算：Q动储=μ·F·△H

(4)

式中：△H为地下水位变幅，取1.5 m

经计算，研究区内地下水的动储量为12.1×104m3。

1.2.3 补给量

补给量主要包括：白杨河河水的入渗补给和研究区上游断面地下水的侧向补给，计算公式为：

Q补=Q水补+Q侧补

(5)

Q水补=ζ×Q径流×F淹没

(6)

Q侧补=365×μ×K×I侧×F侧

(7)

式中：ζ为河水垂向入渗系数，根据经验取0.000 01；Q径流为白杨河年平均径流量(m3/a)，取6 409×104m3/a；F淹没为白杨河谷平均淹没面积(m2)，取98 880 m2；I侧为上游段侧向补给断面地下水水力坡度，取0.15；F侧为上游段侧向补给断面面积(m2)，取断面Ⅱ—Ⅱ面积为8 500 m2。

经计算，该区地下水的补给量为1 365.29×104m3/a 。

1.2.4 排泄量

排泄量主要包括下游断面的侧向排泄量和河谷向下的渗漏量，计算公式为：

Q排=Q侧排+Q下渗

(8)

Q侧排= 365×μ×K×I侧×F侧

(9)

Q下渗=ξ×Q静储

(10)

式中：ξ为入渗补给系数，根据经验取1.9；I侧为该区下游段侧向排泄水力坡度，取0.2；F侧为下游段侧向排泄断面面积(m2)，取断面Ⅵ—Ⅵ面积为6 500 m2。

经计算，该区地下水系统排泄量为1 359.78×104m3。

1.2.5 地下水均衡

研究表明：松散层地下水系统的补给量为1 365.29×104m3/a、排泄量为1 359.78×104m3/a，补给量大于排泄量，为正均衡。

允许开采量：

新建水源地要求供水量达到1 300 m3/d(47.45×104m3/a)。

(1)占研究区静储量百分数：47.45/323.09=14.7%

(2)占研究区补给量百分数：47.45/1365.29=3.5%

(3)占研究区排泄量百分数：47.45/1359.78=3.5%

比较表明，取水量占地下水系统总量的比例很小，对地下水系统产生的影响甚微，允许开采量1 300 m3/d是有保障的。

1.3 地下水水质评价[3][4]

1.3.1 生活饮用水水质评价

具体指标及评价结果见水源地生活饮用水评价一览表(表2)。

评价结果为该水源地水质完全达到国家生活饮用水卫生标准。

1.3.2 工业锅炉用水评价

参照《水文地质手册》中一般锅炉用水水质评价指标，对区内地下水进行评价。锅炉用水水质评价结果见表3。

评价结果：该区内地下水和河水水质锅垢多，其中有硬沉淀物，起泡，无腐蚀性水。

2 水源地的选择

根据水资源开发利用原则，河谷第四系厚度的变化特征，以及含水层的水文地质条件，区内水源井有两个拟选方案，基本条件详见表4。

根据表4拟选水源地条件的比较，“拟选水源地1”应作为矿区供水井的首选地段，供水井具体井位详见表5和图3。

表2 水质评价一览表

表3 锅炉用水水质评价指标计算结果表

3 结语

(1)河谷区的河床及Ⅰ级阶地分布的冲洪积层(Q3+4al+pl)富水丰富，是地下水开采的主要地段；二三级阶地分布的冲洪积层厚薄变化较大，富水性差或是透水不含水层，不具备开采价值。

(2)该河谷区地下水水质矿化度低、硬度小，水质优良，可以作为生活、生产、绿化用水。

(3)该区地下水补给量大于排泄量，为正均衡；以需水量为1 300 m3/d作为允许开采量是有保障的、可行的，并且确定了该区煤矿拟选水源地的具体地段。

表4 研究区拟选水源地基本条件一览表

表5 供水井井位一览表

[1]房佩贤，等.专门水文地质学[M]. 北京：地质出版社.1996，47-50，77-84.

[2]薛禹群，等.地下水动力学[M].北京:地质出版社.1997,98-105.

[3]河北地质局水文地质四大队.供水水文地质手册[J]. 北京：地质出版社.1978.

[4]GB5749—2006.生活饮用水水质标准[S].

[5]徐恒力，等.水资源开发与保护[M]. 北京：地质出版社.2001，68-148.

Groundwater Resources Assessment and Water Source Selection of Baiyang River Valley Area

WANG Xin-gang，ZHANG Long-ju

(College of Water Resources and Architectural Engineering, Tarim University, Alar 843300, Xinjiang)

Based on the analysis of Baiyang river Valley hydrogeological conditions, the quantitative evaluation of recoverable resources and its groundwater resources was carried out by the proportional principle. The Studies show that the loose layer of groundwater recharge capacity is 1 365.29×104m3/a, excretion is 1 359.78×104m3/a, supply is greater than excretion, a positive balance. Groundwater and river water has Pot multi-scale, including hard sediments, and are sparkling ,non-corrosive water.

Bai yang river；groundwater assessment；water Source field

2016-05-23

国家自然科学基金资助项目(编号:51168042);塔里木大学校长基金硕士项目(TDZKSS201307); 塔里木大

王新刚(1985-)，男，河南开封人，讲师，主要从事基坑降水和岩土体稳定性研究。

TV211.1+2

A

1004-1184(2016)06-0044-03

学校长基金创新群体研究项目(编号:TDZKPY201401)