格尔木新城地下水在工程建设中的环境效应

谢世杰，唐显军，刘加杰



格尔木新城地下水在工程建设中的环境效应

谢世杰1，唐显军2，刘加杰2

（1.四川省地质工程勘察院，成都 610072；2.四川盐业地质钻井大队，四川 自贡 643000）

在对格尔木新城水文地质特征研究的基础上，建立模型并借助Visual Modflow软件对格尔木新城规划区地下水渗流场现状、采取不同治水措施后的效果预测及地下水位对工程建设的适应性进行模拟研究。通过模拟研究对格尔木新城区地下水对工程建设的环境效应进行了评价，为该地区今后地下水的有效控制提供了一定的科学依据。

地下水；Visual Modflow；环境效应；格尔木新城

格尔木新城建设面临最大的难题是溢出带附近地下水埋藏过浅，不利于工程建设的开展。对此需要有效控制地下水水位，针对整个宏观城市规划区，对具体的建筑物尤其是基坑处于地下水水位以下的工程，应该给出相应的地下水治理措施。对于整个宏观的城市规划区的地下水水位，从已经调查的资料和城市规划方案揭示，大部分建筑物群设计在潜水深埋带和潜水浅埋带，少部分建筑物位于溢出带附近。首要问题是控制潜水浅埋带和溢出带的水位，其次对地下水位埋藏深度不利于生态环境的地段给出相应的地下水治理措施[1]，主要是水位埋藏过浅的地段给出降水措施建议，水位埋藏过深地段给出比较有效控制地下水位的措施建议。

1 自然地理条件

2.1 地理

格尔木，蒙语“河流密集的地方”，位于青海省西部柴达木盆地中南部。地理坐标东经94°35'~95°05'，北纬36°08′~36°30′。市域由南柴达木盆地和唐古拉山区的两个不相邻部分组成，平均海拔在 2 800m左右，总面积11.89×104km2。

1.2 气候

格尔木区深居内陆，远离海洋，具典型高原温极度干旱气候特征。区内降雨稀少，蒸发强烈，昼夜温差大，日照时间长，冬季寒冷而漫长，具有夏季凉爽而短促等气候特点。格尔木区多年平均年降水深为131.1mm，折合水量47.46×108m3。（表1）

表1 格尔木区降水量代表站1956～2007系列多年平均年内分配统计表

1.3 水文

区内主要河流自西向东有托拉黑河、清水河、跃进河、格尔木河等。格尔木河为区内最大、系柴达木盆地第二大河流。格尔木河流域于1955年开始水文测验工作，现纳赤台水文站和格尔木水文站开展水资源监测工作，气象观测有格尔木气象站。

2 地形地貌和地层岩性

2.1 地形地貌（图1）

格尔木市处于山地与平原的转折带，地形南高北低，昆仑山横亘耸峙尤如屏障，察尔汗低陷，二者反差十分强烈。海拔高度从5 720 m到2 710 m，相对高差达3 000m。地貌上依次可分为4 200m以上的冰雪高山、3 200～4 200m的雨雪中山、3 000～3 200m的干寒低残山、2 800～3 200m的戈壁平原、2 770～2 800m的细土平原及2 770～2 710m的盐沼平原，有清晰的层状和环带状结构，严格控制了地下水的系统性和多次转化的水文地质规律。

2.2 地层岩性

在格尔木河水流大系统范围内，可明显分为两大地质单元，即前第四纪岩层含岩浆岩组成的基岩和广布盆地的第四纪松散碎屑岩两大类型。前者属秦岭—昆仑纬向沉积构造带，全部老地层均发生变质、构造作用，产生一系列的大规模东西向压型断裂，伴随横向张裂，从而制约了山区水系发育与走向，也为扇前堆积带来了巨大的物质来源。自第三纪以来，在新构造作用下，柴达木盆地持续下降，堆积了巨厚的松散碎屑物，仅中上更新世冰水、冲洪积物厚达600m以上。

图1 　格尔木市交通位置图[2]

表2 模拟选取渗透系数

表3 各观测井模拟水位与实测水位对比

区内平原区第四系分为全新统（Q4）一般厚小于40m，岩性有风积砂、冲洪积卵砾石、砂砾石、粉土、粉质粘土，向北逐渐变为冲湖积、湖沼盐类堆积的细粒物质。上更新统冲洪积（Q3、Q3）厚层卵砾石、砂砾石，溢出带以北粒度变细，砂砾石、砂层夹粉质粘土或互层厚88～127m。中更新统冰水洪积、冰水湖积（Q2、 Q2）层，厚150～200m，为砂砾石、砂层，局部夹粉质粘土。下更新统冰水、冰水湖积层（Q1、Q1）厚80～310m，岩性为含泥卵砾石、砂砾石过渡为砂层，北部平原区逐渐变细为粉土、粉质粘土或泥岩，已胶结或半胶结。

3 区域水文地质条件

地下水的赋存与分布主要受地质构造、地貌、岩性、气候和古地貌条件的控制，根据赋存条件和水理特征，格尔木的地下含水系统分为基岩裂隙水和松散岩类孔隙水两大含水系统[3]。

基岩裂隙水含水系统分布在南部山区地段，是昆仑山的一部分。该含水系统具有含水性差，富水性强的特点，推测单井涌水量一般小于100 m3/d，地下水大多沿沟谷岩层裂隙渗出，补给格尔木河河水。

松散岩类孔隙水含水系统分布在山前平原地段，向平原地区发展含水结构不断变化，从而导致了地层含水性、富水性、导水性、承压性、水化学等产生了有规律的变化。总体规律为戈壁砾石区为粗粒厚单层潜水含水系统，细土平原区为中粒中厚层多层承压含水系统，盐沼平原区为细粒薄层多层承压自流含水系统[4]。

4 地下水渗流场模拟

4.1 模型的建立

本次模拟采用加拿大Waterloo公司开发的三维地下水流及污染物运移模拟软件Visual MODFLOW 4.0来模拟地下水流动过程。本次地下水流模拟的重点是为了评价格尔木新城区地下水水位的变化状况，预测未来工程建设中各个降水措施即开挖集水廊道、格尔木河河道整治、新城区内人工湖的防渗对格尔木新城区地下水水位的影响。

模型空间范围：东西X方向14 000m，南北Y方向19 000m，平面共剖分单元180×319个，剖分后每层包括57 420个单元格；设计深度2 500～3 000m。模型在垂向上分为9层。

在水流模型的参数选取上，本次模型主要考虑各分层的给水度和渗透系数。模拟区地层主要由第四纪冲洪积Q41（al+pl）砂砾石和粘土组成，根据前期大量钻孔的抽水和注水试验成果经过分析整理，获得参数K，如表2所示。图2为渗流模型范围图，图3为模型内地层剖分示意图。

图2 格尔木新城所处地貌示意图

图3 渗流模型范围图

4.2 模型的校验

本文利用前期大量钻孔水位利用surfer进行差分获得该区地下水位，以此作为模型初始水头，赋予模型各个单元。模拟现状条件下，对模型生成的各观测井水位与各观测井实测水位进行对比，校验模型。各观测井模拟水位与实测水位的对比情况如表3所示。由对比结果可知，各观测井水位与实测水位拟合度较好，显示所建模型与地质原型相符。

4.3 模拟地下水埋深对工程建设的适应性

地下水广泛存在于地基土中，土中含水量的高低不仅对土的物理、力学性质产生影响，而且还会影响建筑物的稳定性和耐久性（孔祥国，2005）。地下水位埋深对地基基础施工和地基承载力也会有较大的影响，钢筋混凝土基础会受到地下水的腐蚀[5]。

图４ 模型内地层剖分示意图

图4是格尔木新城规划区模型范围内的现状地下水潜水埋深等值线图，图5是地下水对地基基础建设的适应性图，结合这两幅图可知，在新城规划范围内，地下水埋藏深度<1m的区域，即地下水位对工程建设的适应性差的区域面积约为8.83km2，分布在格茫公路两侧，为图中红色区域。在新城规划范围内，地下水位埋藏深度在1~3m的区域，即地下水位对工程建设的适应性较差的区域面积约为1.48km2，分布规划区中部以及小岛村以北和中村村范围内，为图中橙色区域。在新城规划范围内，地下水位埋藏深度在3~5m的区域，即地下水位对工程建设的适应性较好的区域面积约为0.69km2，分布在规划区中部和汽车三队范围内，为图中黄色区域。在新城规划范围内，地下水位埋藏深度>5m的区域，即地下水位对工程建设的适应性良好的区域面积约为13.60km2，分布在规划区中部以南范围内，为图中绿色区域。

格尔木新城规划区总面积约为24.6 km2，其中地下水位对工程建设的适应性良好的区域较大，占总面积的55%；地下水位对工程建设的适应性较好的区域占总面积的3%；地下水位对工程建设的适应性较差的区域占总面积的6%；地下水位对工程建设的适应性差的区域占总面积的36%，如图6所示。

图5 模拟区现状地下水埋深等值线图

图6 现状地下水位对工程建设的适应性

5 降水方案建议

水库岸边渗漏和水库调蓄、控水作用是引起格尔木地区地下水上升的主要原因，但对水库修建防渗帷幕投资巨大，劳民伤财，不予考虑。本文提供两种降水方案，分别是：

1）河道防渗。一是河道整治，束窄河床宽度，减小河流入渗面积，一是对河床底部采取水泥铺底，河堤坝采取混凝土砌筑，减小河道入渗系数，以此减小河水对新城区地下水的入渗补给。

2）在格尔木新城区内重要问题地带修建排水沟。格尔木新城规划区内地下水位埋深最浅的地带即地下水溢出带位于新城规划区格茫公路附近，由于该区地下水位埋藏太浅，对工程建设尤其是地基基础建设会产生不利影响，为消除此影响，使工程建设顺利的进行，给新建建筑物提供安全保障，本论文提出了在地下水溢出带附近修建排水沟的设想。

图7 地下水位对工程建设适应性分布范围饼状图

[1] 张静. 旱区地下水位变化引起的表生生态效应及其评价[D]. 长安大学, 2011.

[2] 寇文杰. 格尔木河流域地表水与地下水相互转换关系及其合理开发利用研究[D]. 中国地质大学 (北京), 2006.

[3] 汪生斌. 浅论大柴旦地区某水源地地下水资源评价[J]. 中国西部科技, 2012, 11(3): 53-54.

[4] 罗银飞. 青海省格尔木河流域山前平原区地下水系统及地下水资源评价[D]. 中国地质大学 (北京), 2013.

[5] 刘慧. 山西庞庞塔井田地下水环境影响评价研究[D]. 中国地质大学 (北京), 2013.

Environmental Effect of Groundwater in the Golmud New City District in Engineering Construction

XIE Shi-jie1TANG Xian-jun2LIU Jia-jie2

(1-Sichuan Research Institute of Geological Engineering Survey, Chengdu 610072; 2-Sichuan Geological and Drilling Team for Salt Industry, Zigong, Sichuan 643000)

A model is established based on hydrogeological features of the Golmud new city district. The model is applied tosimulation study of current situation of drainage seepage, forecast of effect after water treatment and adaptability of groundwater level to engineering construction in the Golmud new city district by means of Visual Modflow. Environmental effect of groundwater to engineering construction in the Golmud new city district is evaluated.

groundwater; Visual Modflow; environmental effect; Golmud new city district

2018-05-18

谢世杰（1987-），男，四川眉山人，工程师，主要从事水文地质、工程地质和环境地质方面工作

P641.69

A

1006-0995（2019）01-0101-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.01.024