青海省囊谦县水工环与地质灾害防治的研究

沈春强，王万平，罗银飞，高 源，高忠咏，康舒欣，罗平平

(1. 陕西地矿九〇八环境地质有限公司 陕西地矿地质工程勘查院有限公司,陕西 西安 710600； 2. 青海省环境地质勘查局青海省环境地质重点实验室,青海 西宁 810008; 3. 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； 4. 青海省水工环调查院 青海省水文地质及地热地质重点实验室，青海 西宁 810008;5. 长安大学 环境科学与工程学院，陕西 西安 710054)

1 水工环地质概况

1.1 自然地理及地质环境背景

调查区出露的地层主要有前第四纪地层和第四系上更新统(Q3)、全新统(Q4)，其中前第四纪地层分为石炭系下统(C1)、二叠系下统(P1)、三叠系上统(T3)、古近系(E2)。石炭系下统(C1)主要分布于调查区北部扎曲两岸山区，呈北西—南东向展布，主要为泥质粉砂岩、板岩夹泥岩和灰岩及硅质砂岩等。区内二叠系下统(P1)不甚发育，主要分布在扎曲河右岸上游一带，主要为上部灰白色厚层状灰岩，下部薄层状砂岩、砂质灰岩，底部砾岩，厚度大于113～883 m，该层与下伏下石炭系呈角度不整合接触；三叠系(T3)主要分布在扎曲左岸的中高山区，区内西南部出露很少，呈小片零星分布，主要为灰色、浅灰色中厚层—块层状灰岩夹砂岩组成，厚度132～2 150 m；古近系E2主要分布在扎曲和香曲两岸的低山丘陵区，岩性主要为紫红色、淡紫红色砾岩、砂岩等，厚度89～1 793 m。区域内新构造运动的特征，表现在在老构造运动的基础上进一步发展，并具有继承性，其特点是受断裂构造控制，在区内以震荡式上升运动为主。

1.2 水文地质条件

调查区内地下水可划分为4种类型：松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水、碎屑岩孔隙裂隙水及基岩裂隙水。松散岩类孔隙水主要赋存于扎曲和香曲河两侧第四系地层的砂卵砾石层中，含水介质为粗粒碎屑松散物质，具有良好的贮水空间，又有河水渗漏和侧向基岩山区地下水的补给，故水量较为丰富，可以分为4个区，分别为单井涌水量大于5 000 m3/d，单井涌水量1 000～5 000 m3/d，单井涌水量100～1 000 m3/d，单井涌水量小于100 m3/d；碎屑岩类孔隙裂隙水埋藏在古近系砂质泥岩及砾岩中，但含水层较薄，透水性能也较差，换算涌水量为66.78 m3/d，矿化度1.67 g/L，水化学类型为HCO3-Na型水；碳酸盐岩类裂隙孔隙水流量较小，单泉流量0.1～1 L/s，矿化度小于1 g/L，水化学类型为SO4·HCO3-Ca·Mg或HCO3-Ca·Mg型水；基岩裂隙水分布于广大基岩山区，单泉流量一般0.1～1 L/s，径流模数在1.0～3.0 L/s·km2之间，矿化度小于0.5 g/L，属HCO3-Ca型。

2 研究技术方法

2.1 水文与工程钻探

为查明河谷地带的水文地质条件，本次的水文地质钻探工作主要部署在扎曲、香曲河河谷地带。水文地质钻探工作严格按照《水文地质钻探规程》(DZ/T0148-94)进行，共部署水文地质钻孔13眼，全孔段取芯，成孔口径550 mm，总进尺590.1 m。分两次钻进，首先采用SPJ-300钻机回转钻进取芯，卵砾类大于40%，粘土类大于70%，并对岩芯进行了准确详细的描述，地层和含水层划分准确可靠；之后采用SPC-600型黄河牌车载钻机进行扩孔成井，成井口径550 mm，依据地层结构和含水层位置，分别下入Φ273 mm沉淀管、打眼缠丝包网滤水管及井壁管，人工缓慢在管外填入5～7 mm粒径的精选天然砾料，至地下水位以上3 m，填砾厚度10 cm，其质量符合《水文地质钻探规程》的相关技术要求。

工程地质钻孔主要用于查明浅部地层结构、岩土物理学性质、地下水位埋深等，为区域地层、地下水等水位线划分及重点地区城镇规划提供基础资料。钻孔孔径127 mm，采用XY-1型钻机清水钻进，一径到底，岩芯采取率在70%～90%之间。浅井主要用于辅助查明第四系地层、包气带岩性结构，完成对钻机难以到达地区的第四系潜水含水层划分和各类样品采集。本次工作浅井工程部署合理，累计完成工作量208.2 m。

2.2 抽水试验与采样分析

对本次施工的所有水文地质钻孔进行了抽水试验。首先采用活塞和水泵联合洗井，达到水清砂净后，进行了试抽，试抽结果对比合格以后再进行正式的抽水试验，洗孔质量良好。试验过程中采用三角堰观测流量，采用mini-diver及电子水位仪观测水位，读数精确到毫米；同时采用温度计对气温、水温进行了同步观测，读数精确到0.1℃，抽水稳定持续时间均控制在8 h以上，每个落程抽水试验结束后，对恢复水位进行了观测。水化学分析主要包括水质全分析、简分析以及生活饮用水专项分析，以查明区内地下水的物理性质、化学成分、毒理指标，为划分地下水化学类型，研究区域水文地球化学特征及其垂向和水平分带规律，为研究地下水成因水质评价提供依据。

2.3 动态监测

动态观测点主要布置在河流上、下游断面，以及重要的民井、本次施工的钻孔中，基本控制了区内主要水文地质单元，观测工作由专人负责，观测期为一个水文年。地下水位采用手持电子水位仪进行测量，地表水流量采用流速仪进行测量，每15天进行一次统测。观测数据详实准确，客观地反映了地表水、地下水的动态变化规律，为研究区内水文地质动态变化规律提供了可靠依据。

2.4 地下水资源评价

地下水资源评价包括水量和水质两个方面。地下水资源包括天然资源量及允许开采量。其中采用径流模数法计算基岩裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水、碎屑岩裂隙孔隙水，用断面法进行计算松散岩类孔隙水。根据本次野外调查资料及抽水试验资料，首先进行模型概化，计算区位于扎曲河， 沿途地表水垂直渗漏补给地下水。根据以上条件概化后，区内可认为是具有水力坡度的无限含水层的源汇项，现状开采量可看成抽水井抽水量。条件概化后，按势流叠加原理，用非稳定流干扰井群法解析式求解，选取计算参数为导水系数、渗透系数、含水层厚度、给水度、抽水井流量等，从而对地下水资源量进行评价。计算公式如下。

1)采用径流模数法，计算公式如式(1)所示。

Q=3.1536·M·F

(1)

式中Q——地下水资源，104m3/a；

M——地下径流模数，L/s·km2；

F——计算段面积，km2。

2)采用断面法进行，计算公式如式(2)所示。

Q=K×W×I

(2)

式中K——渗透系数，m/d；

W——过水断面面积，m；

I——水力坡度，‰。

3)计算渗透系数K和导水系数T，计算公式如式(3)所示。

式中K——渗透系数，m/d；

Q——涌水量，m3/d；

H——含水层厚度，m；

h——含水层抽水时厚度，m；

R——抽水影响半径，m；

r——抽水孔半径，m；

T——导水系数，m2/d。

3 结果讨论与分析

3.1 地下水补径排关系

扎曲和香曲河谷潜水的主要补给来源为河水的渗漏补给及基岩裂隙水的侧向补给，河水的补给源区为无人居住的基岩山区，无人类活动，另外也未发现对地表水水质有严重影响的岩体和矿体。在香曲下游与扎曲交汇地带为囊谦县香达镇，也就是囊谦县政府所在地，此处人类活动频繁，由于河谷第四系很薄，在雨季河水和古近系红层接触，使得河水发浑，且水质较差。

3.2 水化学特征

3.2.1 地表水化学特征

据水质分析资料，调查区内扎曲以HCO3·SO4-Ca·Mg型水为主，香曲以HCO3·SO4-Ca型水为主，那溶沟以HCO3·SO4-Ca型水为主，格代则沟以HCO3-Ca·Mg型水为主。pH值7.37～8.25，矿化度253.96～374.16 mg/L，总硬度252.20～298.24 mg/L。河流地表水的水化学类型的变化特征是：支沟因流程短，水化学类型简单，矿化度小，香曲、扎曲因流域面积广，水化学类型复杂，矿化度相对较高。

3.2.2 地下水化学特征

地下水样品的测试结果显示地下水样品基本落在“1+4”区，测试结果投影于Piper三线图(见图1)，显示出碱土金属离子大于碱金属离子，强酸根离子大于弱酸根离子的特征。山区及丘陵地下水主要以HCO3、HCO3·SO4、HCO3·Cl·SO4型为主，而河谷地下水受各种因素影响，水化学类型复杂多样。通过分析，调查区山区地下水类型主要为碎屑岩裂隙孔隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水及基岩裂隙水3种，单泉流量均在0.1～1.0 L/s之间，富水性等级为中等，山区地下水不具备供水条件。河谷区地下水类型主要为松散岩类孔隙水，水为无色、无味、无嗅、透明，矿化度小于1.0 g/L的HCO3型淡水，地下水质量多数为Ⅲ类水，地下水质量级别为较好，是适合于生活用水的较好的水，含水层岩性为冲积、冲洪积的砂卵砾石层，水量极其丰富，具有较好的供水前景。

图1 地下水体Piper三线图解

3.3 地下水动态特征

河谷平原潜水，由于所处的地貌部位不同、埋藏深浅不一、比如河流的上、中、下游或是漫滩、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级阶地，则各自有不同的补给、径流和排泄条件及埋藏特点，反映在地下水的动态变化上差别很大，水位的高低峰值、水化学、地下水变化幅度也不一样。Ⅱ-Ⅲ级阶地距离地表水较远，受河水的影响较小，气象因素影响较大，因此水位年变幅比河漫滩较大。但不管是河漫滩还是Ⅰ-Ⅲ级阶地，潜水位的峰、谷值均有滞后现象，一般滞后1个月。

3.4 地下水资源评价及允许开采量评价

工作区地下水资源量是在划分区和亚区的基础上进行计算的，不同的段采用不同的方法计算。山区基岩裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水和碎屑岩类裂隙孔隙水采用径流模数法，是根据野外调查的实际资料计算的，计算是有依据的，可以满足调查的精度要求。平原区松散岩类孔隙水根据水文地质钻探资料采用断面法进行计算，计算精度较高(见表1)。

表1 松散岩类孔隙水水资源计算

香曲河段：利用本次施工的K5和K6号钻孔抽水试验资料，采用断面径流量法计算香曲河段的Ⅰ-Ⅰ′地下水断面径流量为5 200 m3/d，采用干扰井群法计算拟开采区开采量为2 000 m3/d时候在不同开采时间下的降深值，计算开采60年后的降深值为4.23 m，约占该地段平均含水层厚度的50%，开采量占断面径流量的38%，说明允许开采量2 000 m3/d是完全有保障的，但由于开采2 000 m3/d时降深已达含水层厚度的一半，不宜再增大开采量。

扎曲河段：利用本次施工的K01和K02号钻孔抽水试验资料，采用断面径流量法计算Ⅲ-Ⅲ′地下水断面径流量为8 100 m3/d，采用干扰井群法计算拟开采区开采量为2 000 m3/d时候在不同开采时间下的降深值，计算开采60年后的降深值为5.24 m，约占该地段平均含水层厚度的33.6%，开采量仅占断面径流量的24%，说明允许开采量2 000 m3/d是完全有保障的。

利用本次施工的K03和K04号钻孔抽水试验资料，采用断面径流量法计算Ⅳ-Ⅳ′地下水断面径流量为8 300 m3/d，采用干扰井群法计算拟开采区开采量为2 000 m3/d时候在不同开采时间下的降深值，计算开采60年后的降深值为6.07 m，约占该地段平均含水层厚度的67.4%，开采量仅占断面径流量的24%，说明允许开采量2 000 m3/d是完全有保障的；扎曲河上下游开采量叠加，开采量仅占断面径流量的48.2%，允许开采量也是完全有保障的。

3.5 地质情况与地质灾害防治

调查区岩体分为坚硬块状侵入岩岩组、坚硬—较坚硬层状砂岩、灰岩岩组和较软弱—软弱层状砂岩、泥岩岩组3大类；土体类型划分为冲积卵石单层土体、上部粉砂、粉土、填土，下部多卵石、砾石土、上部粉细砂、粉土，下部多泥质砾石、含泥质砾石3大类。区内分为高山工程地质区、低山丘陵工程地质区和河谷冲洪积平原工程地质区3类工程地质区，其高山工程地质区和低山丘陵工程地质区的工程地质条件差，不适宜工程建设；河谷冲洪积平原工程地质区工程地质条件较好，适宜工程地质建设。对调查区进行了工程建设适宜性评价，分为建设条件极差的场地、建设条件很差的场地、适宜建设的场地及较适宜建设的场地。评价认为扎曲和香曲河谷区为工程建设适宜场地，扎曲和香曲近山麓区及各支沟地带为工程建设较适宜场地，周边山区为工程建设不适宜场地。

调查发现区内地质灾害5类：滑坡、崩塌、泥石流、不稳定斜坡、河流塌岸，不稳定斜坡是区内最主要的地质灾害类型，其占所调查地质灾害总数的43%，潜在或已经危害到当地的建设发展及人民群众财产安全。根据区内地质环境条件的实际情况、主要环境地质问题和人类工程经济活动现状等因素及分区原则，划分出3个环境地质区，分别为地质环境条件较好，宜发展城建的河谷冲洪积平原区；地质环境条件较差，宜发展牧业的低山丘陵区；地质环境条件差，不宜发展城镇建设的高海拔中高山区。为囊谦县的城镇建设提供了一定的环境地质依据。

4 结 论

1)调查区山区地下水类型主要为碎屑岩裂隙孔隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水及基岩裂隙水3种，单泉流量均在0.1～1.0 L/s之间，富水性等级为中等，山区地下水不具备供水条件。河谷区地下水类型主要为松散岩类孔隙水，水为无色、无味、无嗅、透明，矿化度小于1.0 g/L的HCO3型淡水，地下水质量多数为Ⅲ类水，地下水质量级别为较好，是适合于生活用水的较好的水，含水层岩性为冲积、冲洪积的砂卵砾石层，水量极其丰富，具有较好的供水前景。

2)对调查区采用径流模数法、断面法进行了地下水资源评价，工作区基岩山区地下水天然资源总量为0.297 6×108m3/a，扎曲和香曲河谷潜水的补给来源于河水渗漏和无人居住的基岩地区，水质较好；而在香曲下游与扎曲交汇地带为囊谦县香达镇，人类活动频繁，水质较差。针对囊谦县香达镇建设和社会经济发展水平，地下水的开采利用适合高处开采地处供给的方式，其允许开采量分别占断面径流量的50%和24%，说明允许开采量2 000 m3/d是完全有保障的。

3)根据区内地质、地貌条件、岩土体类型，香达镇城镇建成区及城镇规划区为适宜建设区和较适宜建设区；基本查清了区内地质灾害及分布特征，针对调查区地质灾害特征，划分出3个环境地质区，对调查区进行了工程建设适宜性评价，分为建设条件极差的场地、建设条件很差的场地、适宜建设的场地及较适宜建设的场地，为囊谦县的城镇及地震灾区后重建提供一定的环境地质依据。