甘肃省夏河县第二水厂水源地水文地质特征及地下水资源评价

刘海 曹兴山

摘要：夏河县第二水厂水源地，位于大夏河上游河流南岸，大地构造位置上隶属于昆仑-秦岭褶皱系西秦岭褶皱带，地层较为简单，含水层为河谷第四系孔隙潜水；地下水位埋深1.43m～3.44m，岩性为第四系全新统砂砾卵石，厚7.58m～14.7m。勘探抽水降深0.43m～0.83m，涌水量为1229.8m3/d～2444m3/d，地下水静储量为388.14×105m3，开采期地下水位下降5m，地下水开采激化量为14951.9m3/d，开采20年后水位降低值一般在5m左右，未超过设计水位下降5.915m要求。水源地水质较好，符合饮用水供水标准。研究结果为地方政府水资源保护与开发提供可靠的数据支撑。

關键词：夏河县；水源地；水文地质特征；允许开采量；水资源

1.地质特征

夏河县地处甘南高原与黄土高原的过渡地带，位于大夏河上游河流南岸，夏河县在大地构造位置上隶属于昆仑-秦岭褶皱系西秦岭褶皱带。受多次构造运动影响较为复杂。水源地东侧约800m左右分布一条走向呈NW 30°的隐伏断层。断层东侧上升，西侧下降，断距约12m左右。地下水含水层受断层影响，西侧厚15m左右，东侧厚不足4m。由于地下水过水断面变化，沿断层形成泉水溢出带；水源地一带也形成规模不大的断陷盆地，含水层厚10m～15m，呈西薄东厚分布，为水源地提供了良好储水空间。

第二水厂水源地一带地层较为简单，河谷两岸山区及基底为三叠系砂岩、板岩、泥灰岩和第三系泥岩、泥质砂岩。河谷阶地和桑科草原及北部丘陵表部为第四系全新统和上更新统冲洪积粉土及砂砾卵石。全新统分布在河谷Ⅰ-Ⅲ级阶地及河床和河漫滩地区；上更新统分布在河谷Ⅳ级以上阶地地区。表层为灰黄色粉土，下部为青灰色砂砾卵石，基底为棕红色泥质砂岩。粉土厚一般0.5m～1.5m，为植物生长层。砂砾卵石厚一般10m～15m，松散，无胶结。砾卵石直径一般为5cm～10cm，最大可达20cm以上。砾卵石磨圆度较差，一般呈次棱角状或次圆状，占总量约85%左右。砂以中粗砂为主，占总量约15%左右。含泥质较少，是较好的含水层。

2.水源地水文地质条件

2.1地下水含水层与富水性

水源地一带地下水类型为第四系松散岩类沟谷孔隙潜水，主要分布在大夏河河谷地区。地下水含水层为第四系冲洪积砂砾卵石。含水层受水源地东侧隐伏断层影响，厚度变化较大，一般为5m～12m，最厚可达15m左右。地下水水质较好，属低矿化淡水。河漫滩及Ⅰ级阶地地区，水位下降5m，单井出水量一般为3000m3/d～5000m3/d左右，河漫滩及Ⅰ级阶地地区，单井出水量可达5000m3/d以上。

2.2地下水埋藏与分布

第二水厂地区，大夏河河谷宽阔，水流分散，含水层厚度一般10m～14m，水位埋深一般1m～2m左右，水质较好，符合饮用水水质标准。含水层主要分布在河漫滩及Ⅰ级阶地地区。

2.3地下水补给、径流、排泄条件

根据区域水文地质调查资料，大气降水地表水汇流系数为28.98%左右，地下水径流模数平均为0.665L/s？km2，地下水渗入系数为0.037左右。大夏河流域地下水总入渗量为0.268×108m3/a，这些水储存于岩石裂隙和孔隙中。大夏河流域的67.3%的大气降水被陆面蒸发及植物蒸腾。

水源地一带河谷宽阔，地下水一般以潜流形式向下游径流，在水源地东侧隐伏断层一带地下水溢出形成泉水溢出带。泉水溢出总量约11.0L/s。河流一般为悬河，地表径流与地下水无直接水力联系。河水往往是垂直渗漏补给地下水。

水源地一带地下水的排泄方式主要有四种：其一是地下水溢出形成泉水排泄；其二是地下水通过陆面蒸发排泄；其三是地下水通过开采排泄；其四是地下水通过地下径流向下游含水层排泄。水源地一带，地下水主要靠地下径流补给，其此为河水垂直渗漏及大气降水补给。

3.勘探抽水试验

夏河县第二水厂供水水源地勘探抽水孔抽水时采用空压机洗孔和抽水，三角堰水箱观测流量。根据ZK1、ZK2、ZK3抽水试验观测资料，勘探抽水降深0.43m～0.83m，涌水量为1229.8m3/d～2444m3/d。ZK1号孔渗透系数为169.34m/d，影响半径为44m；ZK2号孔渗透系数按单孔计算为168.9m/d，按主孔和1个观测孔计算渗透系数为119.31m/d，平均为144.11m/d，影响半径分别为55m及47.29m，平均为51.15m；ZK3号孔号孔渗透系数按单孔计算为134.74m/d，影响半径为63.5m。水源地一带勘探孔含水层渗透系数平均为149.273m/d。可以看出该水源地地下水补给、径流条件较好，地下水富水性也好。夏河县第二水厂供水水源地地区，抽水时地下水水温10℃左右，满足供水水源地的水温要求。

4.地下水资源评价

地下水资源的评价主要是对水量和水质的评价。地下水资源计算包括地下水动储量、地下水静储量、地下水开采激化量，地下水开采量。

4.1地下水动储量计算

地下水动储量是指单位时间流经含水层横断面水的体积。即地下水的天然流量或地下水断面径流量。地下水动储量计算式如下：

Q=B.K.H.I

式中：Q-地下水动储量（m3/d）；B-地下水过水断面宽度，地质剖面中量取（m）；K-地下水渗透系数，取平均值149.273（m/d）；H-含水层厚度，地质剖面中量取（m）；I-地下水水力坡度，依据ZK1、ZK2、ZK3计算。

水源地地下水动储量计算结果如（表1）。

4.2地下水静储量计算

地下水静储量是指地下水位年变动带以下含水层中储存的重力水。

地下水静储量计算式如下：

Q=W.H.ū

式中：W-计算区面积，水文地质图中量取（m）；H-计算区含水层平均厚度，水文地质图中分片量取（m）；ū-给水度，根据岩性取经验值0.22。

区内地下水静储量分大夏河南岸和大夏河北岸计算。大夏河南岸地下水静储量为383.16×105m3；大夏河北岸地下水静储量为428.82×105m3。

4.3地下水开采激化量计算

地下水开采激化量是指地下水开采条件下，水力坡度增大，袭夺相邻含水层中地下水量。夏河县第二水厂供水水源地开采井呈一字形分布在大夏河南岸河漫滩及Ⅰ级阶地地区，地下水长期开采后，地下水下降漏斗过河袭夺大夏河北岸地下水，地下水水力坡度增大，形成地下水开采激化量。计算方法可用地下水断面径流量公式计算。假设开采井水位下降5m，地下水开采激化量可达149519m3/d。

4.4地下水开采量计算

夏河縣第二水厂供水水源地含水层分布面积较大，对水源地开采井水位降低值进行计算时，其边界条件概化如下：将大夏河南岸概化为无限边界；大夏河河水与地下水无直接水力联系，大夏河北岸地下水含水层分布面积较广，概化为无限边界；将水源地含水层概化为均质含水层。根据水源地水文地质条件，选用潜水完整井井群干扰非稳定流理论公式对水源井进行干扰计算。水位降低值进行计算时分第1开采方案和第2开采方案计算如下：

（1）第1开采方案

依据夏河县城市近期日供水9000m3/d的设计，水源地共施工开采井7眼，单井开采量为3000m3/d，可选择10JQB-125/40电动潜水泵。正常情况下，其中3眼开动，4眼为备用井。根据水源地含水层岩性和厚度，设计水源井降深为含水层厚度的1/2。开采20年末水位下降大约5.466m～ 5.735m。各水源井的水位降低值计算如表2所示。

夏河县第二水厂水源地设计开采9000m3/d，在20年开采期内水源不会枯竭，地面不会发生沉降，水质不会发生恶化。水源地地区区域性地下水位虽然每年以0.286m的速度持续下降，但20年末区域性水位下降最大接近含水层厚度的1/2。在干扰开采抽水条件下，水源地各供水井水位总下降值最大5.735m，未超过含水层厚度1/2的5.915m的要求。

（2）第2开采方案

依据夏河县城市近期日供水10000m3/d的设计，水源地共布置开采井7眼，单井开采量为2000m3/d，可选择10JQB-70/40电动潜水泵。正常情况下，其中5眼开动，2眼为备用井（由于ZK1号孔出水量较小，不参与开采量计算）。根据水源地含水层岩性和厚度，设计水源井降深为含水层厚度的1/2，大约为5.915m。各水源井的水位降低值计算如表3所示。

20年后开采井ZK1、ZK2、ZK3、SK3、SK4水位下降超过5m，但水位下降未超过含水层厚度1/2的5.915m。水源地最西部的SK2水位下降最小的为4.916m，水位下降最大的为5.596m，未超过水位下降的允许要求。鉴于上述计算成果，夏河县第二水厂水源地设计开采量10000m3/d，在20年开采期内水源不会枯竭，地面不会发生沉降，水质不会发生恶化。水源地地区区域性地下水位虽然每年以0.28m的速度持续下降，但20年末区域性水位下降最大未超过含水层厚度的1/2，水源地供水是有保证的。

5.水源地保护

生活饮用水水源地，风景名胜区水体，重要渔业水体和其他有特殊价值的水体。地下水水源周边50m不能搞建设，周边500m不能有污染的企业。夏河县第二水厂水源地为第四系孔隙潜水，含水层为砂砾卵石。地下水水位埋藏较浅，地下水受污染可能性较大。依据《饮用水水源保护区划分技术规范》HJ/T338-2007，根据饮用水水源地所处的地理位置，水文地质条件，供水的数量，开采方式和污染源的分布划定。各级地下水保护区的范围应根据当地的水文地质条件确定，并保证开采规划水量时能达到所要求的水质标准。

地下水饮用水源保护区（包括一级，二级和准保护区）水质各项指标不得低于GB/T14848中的Ⅲ类标准。孔隙水保护区是以地下水取水井为中心，溶质质点迁移100天的距离为半径所围定的范围为一级保护区；一级保护区以外溶质质点迁移1000天的距离为半径所围定的范围为二级保护区；补给区和径流区为准保护区。中小型水源地保护区半径计算经验公式如下：

R=ɑ×K×I×T/n

式中：R-保护区半径（m）；ɑ-安全系数，一般取150%；K-含水层渗透系数（m/d），取149.273m/d；I-水力坡度，取0.00871；T-污染物水平迁移时间（天）取100天和1000天；n-有效孔隙度，取0.22。

计算结果水源地一级保护区半径为886.5m，二级保护区半径为8865m。与《饮用水水源保护区划分技术规范》HJ/ T338-2007规范中规定近似。

参考文献：

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[3]景志华.滦平县安纯沟门水源地水文地质特征及地下水资源评价[J].资源信息与工程， 2018， 33（03）：56-57.