青海玛沁县水源地地下水资源评价及可开采潜力

罗银飞，高 源，孙语彤，罗平平

(1. 青海省环境地质重点实验室，青海 西宁 810008； 2. 四川省华地建设工程有限责任公司 四川省地矿局成都水文地质工程地质中心，四川 成都 610000； 3. 长安大学 环境科学与工程学院，陕西 西安 710054)

本次对玛沁县水源地进行水资源评价，可保证本区域水资源的可持续利用，促进区域社会经济更好更快的可持续发展，合理地评价该区域地下水资源量及可开采量，对合理规划、配置该区域水资源有重要的指导意义。

1 水文地质条件概况

调查区位于青海省果洛藏族自治州玛沁县，为县境内大武镇军牧场—大武乡政府段格曲河谷与两侧中高山区组成的河谷盆地。区内主要含水层为河谷第四系全新统、上更新统及野马滩和果芒纳构造裂隙带。区内4种含水层间水利联系密切，冻结层水补给古生界碳酸岩类和中生界碎屑岩类含水层，古生界碳酸岩类含水层和中生界碎屑岩类含水层补给上更新统洪积含水层，上更新统洪积含水层地下水又排泄至河谷区冲洪积含水层，构成了依次补排的含水层系统(见图1)。区内野马滩和果芒纳地段赋存构造承压水并出露成泉[1-2]。

1 角砾；2 砂砾卵石；3 粉土；4 石英砂岩；5 砾岩；6 不整合线；7 潜水位线

2 地下水天然资源量计算

2.1 水文地质参数确定

根据所取得的钻孔抽水试验数据采用不同的计算方法计算渗透系数(K)、给水度(μ)等水文地质参数，为确保参数的准确性，首先利用前期工作施工的钻孔抽水试验资料。再结合土样分析测试结果优选不同计算方法所得结果最终确定评价所用值。大气降水入渗补给系数主要依据经验值和邻区资料以及以往成果选定。

2.2 天然补给量计算

区内地下水主要接受大气降水入渗补给、地下水侧向径流补给以及区内格曲河上游地段地表水的渗漏补给。

2.2.1 大气降水入渗补给量

大气降水入渗补给量计算采用玛沁县大武气象站1971-2013年系列降雨资料。计算公式为：

(1)

式中Q降——多年平均大气降水入渗补给量，m3；

αi——各计算分区大气降水入渗系数；

Pi——各计算分区多年平均降水量，m；

Fi——各计算分区面积，m2。

经计算，区内多年平均大气降水入渗补给量为44 630.137 m3/d；其中河谷区补给量为28 898.47 m3/d。

2.2.2 地下水侧向径流量

1)侧向补给量

地下水侧向补给量发生在调查区的东边界及格曲河主要支流入口处，可分段采用达西定律计算，其公式为：

Q断=∑KiIiAi

(2)

式中Q断——地下水侧向径流补给量，m3/d；

Ki——第i分段含水层渗透系数，m/d；

Ii——第i分段断面的法向水力坡度；

Ai——第i分段含水层断面面积，m2。

式中各分段的渗透系数采用控制性钻孔抽水试验求参结果，水力坡度可在流场图上量取，断面面积在剖面图上量取。计算可知，区内通过各支沟及河流上游断面产生的侧向径流补给总量为3.050×104m3/d。

2)侧向排泄量

区内地下水主要从格曲调查出口处4号断面(见图2)及东侧支沟1号断面径流排出，分段采用达西定律计算，计算方法与侧向补给量相同，经计算，通过下游断面和划定边界产生的侧向径流排泄总量为0.628×104m3/d。

2.2.3 河流渗漏补给量

根据2013年10月1日地表水流量分段观测资料，分析了德勒尼和格曲河地表水与地下水的转化关系并计算了转化量，得到区内河流渗漏补给量为0.326×104m3/d。

图2 地下水侧向径流断面位置

综上，区内地下水多年平均补给量为7.211×104m3/d，其中大气降水入渗补给量为4.463×104m3/d，占总补给量的61.89%，地下水侧向补给量为2.422×104m3/d，占总补给量的33.59%，河流渗漏补给量为0.326×104m3/d，占总补给量的4.52%。

2.3 断面径流量

分别计算过ZK3、ZK4、ZK5断面1-1′及过ZK8、ZK9断面2-2′径流量，分段采用式(2)计算。

计算得1-1′断面径流量为63 785.570 m3/d，2-2′断面径流量为28 308.108 m3/d。

2.4 区内河谷区地下水资源量均衡分析

选择河谷区第4含水层为对象进行均衡对象。补给量主要包括大气降水入渗补给量Q降水、侧向补给量Q侧补及河流渗漏补给量Q渗漏；排泄量主要包括侧向径流排泄Q侧排、向河流溢出排泄Q溢出、向野马滩泉蒸发排泄Q蒸发。除蒸发排泄量和向野马滩泉排泄量外，其余各项与前文已计算。

河谷区潜水蒸发排泄量可根据阿维扬诺夫斯基公式采用离散化方法进行计算：

E=E0×0.62

(3)

(4)

根据实测的地下水流场，采用离散化方法可计算出区内潜水蒸发排泄量为3.221×104m3/d。

向野马滩泉排泄是河谷区地下水的一个重要排泄项，野马滩泉主要依靠北侧区外低山丘陵区及区内河谷区地下水的补给，要分析河谷区地下水的均衡状况，须对泉水的两个补给源的补给量进行分割，求取河谷区地下水对泉水的补给量。通过前文分析，河谷区地下水对泉水的补给段主要位于调查区入口至“地下阻水坝位置”。因此，调查区入口处的断面经流量与格曲河水流量及补给段各汇入支沟流量的总和减去“阻水坝”下游附近ZK10号水文孔处的断面径流量及格曲河水流量，即可求得河谷区地下水对泉水的补给量，计算求得补给量约1.781×104m3/d。

据上述统计结果，区内地下水资源天然总补给量、天然总排泄量分别为：

天然总补给量Q总补=Q降水+Q侧补+Q渗漏=14.434×104m3/d

天然总排泄量Q总排=Q侧排+Q溢出+Q蒸发+Q泉=13.798×104m3/d

由独立统计出的水资源天然补给量与天然泄出量基本相等，相对均衡误差为4.41%，在允许范围之内，说明所选取的水文地质与气象参数是可靠的。

3 地下水允许开采资源量计算

3.1 开采地段选取

河谷区第四系冲洪积层孔隙含水层是区内最具开采意义的含水体，考虑到便于向县城和拟建飞机厂供水，同是照顾到调查区东段区域用水，并且为准确取定水文地质参数以保证评价计算结果可靠，将施工了ZK3、ZK4、ZK5及ZK8、ZK9号水文地质孔的两处地段选择为供水靶区。

3.2 开采方式

根据水文地质条件并考虑经济性，拟采用管井开采方式，设计6眼供水井，井径0.152 4 m，均为穿透第四系冲洪积层完整井。沿断面1-1′布设W-01、W-02、W-03，井间距为1 000 m，井距河谷区边界1 100 m；沿断面2-2′布设W-04、W-05、W-06(见图3)，井间距为600 m，井距河谷区边界600 m。单井出水量控制在4 000 m3/d以内。

图3 开采井布置

3.3 地水开采方案干扰井群计算

3.3.1 评价模型及数学表达

根据前述开采技术条件和开采区水文地质条件，开采区概化为长23 441 m，宽4 525 m，平均厚约65.1 m带状含水层。水源地东北侧和西南侧均为中高山区与格曲河河谷区分界线，基岩透水性差，可以概化为隔水边界；西北及东南侧均为格曲河河谷区，岩性为第四纪砂卵石砾，透水性好，河床介质为冲积砂砾卵石层，可将其概化为测向流入和流出边界。根据以上条件概化后，开采区可认为是具有水力坡度和汇源项的无限含水层，开采井可看成抽水井。根据以上条件概化后，按叠加原理可用非稳定流干扰井群法解析式求解，其数学模型为：

为满足上述数学模型，沿两条隔水边界分别做一次映射，用仿泰斯公式计算降深，公式为：

(6)

(7)

(8)

式中：s为各井点的水位降深，m；μ为给水度；K为渗透系数，m/d；H为开采区含水层厚度，m；Qi为第i口井组的涌水量(抽水井为正，注水井为负，m3/d)；W(ui)为井函数；r为距井距离；n=1,2,…i口井组；T为导水系数；t为抽水持续时间。

3.3.2 水位降深预测

在6口井同时开采情况下，分别预测不同开采方案下6眼井中心处的降深。以24 000 m3/d的开采量持续开采20年后开采中心降深为7.96 m；开采18 000 m3/d时，开采中心降深值为5.97 m；开采12 000 m3/d时，开采中心降深值为3.98 m；在不大于12 000 m3/d的开采方式下，最大降深更小；故各开采方式下降深均满足设计要求。本着在满足降深要求下尽可能取得更大开采量的原则，推荐采用单井开采量4 000 m3/d，总开采量24 000 m3/d的开采方案。

4 结 语

青海玛沁县格曲河河谷区地下水多年平均补给量为14.434×104m3/d，排泄量为 13.798×104m3/d，整体上处于正均衡状态，地下水资源量较为丰富。

根据解析计算和频率分析计算结果，河谷区第四系冲洪积层潜水采用管井开采方式，开采量2.40×104m3/d，开采潜力2.40×104m3/d；需要注意的是，虽然研究区地下水资源较为丰富，对区域社会经济发展十分有利，但是在发展的同时仍要将水资源保护放在首位，节约水资源，合理规划地下水开采量，杜绝肆意开采行为，避免出现地下水超采现象。