黄河上游支流昂思多沟地下水资源评价及开采潜力分析

巴瑞寿，袁有靖，杨绍康，肖善虎

(1.青海省环境地质勘查局，西宁 810007；2.青海省环境地质重点实验室，西宁 810007；3.青海九〇六工程勘察设计院，西宁 810007)

地下水资源为新时代区域社会经济发展、工程规划建设的基本保障，其作用在黄河流域青海段内显得尤为重要[1-6]。昂思多沟属黄河上游左岸一级支流，流域内有昂思多镇、群科镇等重点城镇，其行政区划隶属于青海省海东市化隆县；近年来成宁铁路、牙同高速及新型村镇等工程建设日益强烈，对地下水资源的需求极为迫切；受地形地貌、地质条件的限制，区内城镇供水主要依靠基岩山区的人饮工程(引泉、截流)，但流域内村镇密集、用水量大，常出现断流、干枯等情况，村镇生活用水得不到保障，严重制约着当地社会经济发展和居民生活水平提高[7,8]。本文通过水文地质工作，查明了昂思多沟地下水的分布、赋存及补径排等条件，圈定了地下水富集地段，评价了地下水天然资源量、水质和开采潜力，为重点城镇、新型村镇及重点工程的应急、后备水源建设提供水文地质依据，意义重大。

1 研究区概况

图1 昂思多沟三维地势图Fig.1 The chorography of the Angsiduo Ditch

研究区深居内陆，远隔海洋，属典型的半干旱大陆型气候，具春季干旱多风、夏季多雨凉爽、秋季多雨潮湿、冬季寒冷漫长、降水集中等特点，多年平均降水量458.6 mm，年平均气温2.9 ℃。

2 水文地质条件

昂思多沟属黄河上游左岸一级支流，主河道长约25.0 km，纵坡降41.2‰，其上游河谷较宽，达1～1.3 km，地形平缓开阔，侵蚀作用较弱；中游河谷逐渐变窄，仅300～600 m，河流下切侵蚀严重，局部可见新近系红层出露；下游切割黄河阶地，河谷宽100～300 m，河流下切强烈(图2)。

2.1 水量丰富(单井涌水量>1 000 m3/d)

分布于昂思多沟上游(白土庄-尖巴昂)河谷内，该地段为多条支沟交汇区域，汇水面积大，补给条件好，含水层厚度大，透水性强，富水性好，单井换算涌水量均大于1 000 m3/d。据水文地质钻孔揭露，该地段含水层厚约30 m，水位埋深6.41 m，实际涌水量3295.10 m3/d，换算涌水量6 502.04 m3/d，矿化度0.415 g/L，水化学类型为HCO3-Ca·Mg型(图3)。

图2 昂思多沟水文地质图Fig.2 Hydrogeological map of the Angsiduo Ditch

2.2 水量中等(单井涌水量100～1 000 m3/d)

分布于昂思多沟中游河谷内，地下水补给条件较好，含水层厚度较大，其富水性较好，钻孔单井换算涌水量100～1 000 m3/d之间。据水文地质钻孔揭露，该地段含水层厚度约20 m，水位埋深4.58～6.18 m，实际涌水量507.79～578.56 m3/d，换算涌水量821.13～844.93 m3/d，矿化度0.349～0.451 g/L，水化学类型为SO4·HCO3-Na·Ca型。

2.3 水量贫乏(单井涌水量<100 m3/d)

分布于昂思多沟支沟河谷、河谷后缘及山前地带，该地段泥质含量较高，渗透性差，主要接受大气降水及渠系灌溉渗漏补给。因沉积环境的影响，含水层厚度不一，换算涌水量均小于100 m3/d。

3 地下水资源评价

3.1 地下水资源量评价

3.1.1 方法选择

昂思多沟上游(白土庄-尖巴昂)为地表水汇集区，流域范围广，山前沟谷发育，第四系厚度大，地表水全部入渗补给地下水；尖巴昂以南河床基底逐步抬升，河谷变窄，过水断面变小，地下水泄出补给地表水，于中游关沙村可见泥岩出露；文卜具村以南，进入黄河河谷，第四系厚度变大，过水断面变大，地表水入渗补给地下水(图4)。

综上可见，上游尖巴昂村附近为地表水与地下水的转换断面。因此，昂思多沟地下水资源量可利用排泄量总和法计算，即河谷断面径流量与地下水排泄量的总和为天然资源量。利用地下水转换断面计算昂思多沟的断面径流量，采用断面处枯水期测流资料计算河流排泄量。

断面径流量计算公式[11,12]：

Q=KIF

(1)

图4 昂思多沟纵剖面图Fig.4 The profile of the Angsiduo Ditch

式中：Q为断面径流量，m3/d；K为渗透系数，m/d；I为地下水水力坡度，‰；F为过水断面面积，m2。

3.1.2 参数确定

(1)水力坡度(I)。据钻孔及民井的水位标高，采用平距法求得。计算公式：

(2)

式中：I为水力坡度，‰；H为水位高差，m；L为水平距离，m。

(2)渗透系数(K)。根据抽水试验结果采用稳定流、非稳定流及水位恢复法3种理论方法求得。

(3)影响半径(R)。计算公式：

(3)

式中:R为影响半径，m；Sw为抽水井内水位降深，m；K为渗透系数，m；H为含水层的厚度，m。

3.1.3 计算结果

根据上述方法及计算参数，计算得昂思多沟地下水天然资源量为41 874.02 m3/d；其中，断面径流量30 123.62 m3/d，河流排泄量11 750.4 m3/d(表1)。

表1 排泄量总和法计算表Tab.1 Calculation table of total excretion

3.2 水质评价

昂思多沟谷潜水的水质主要受制于拉脊山山区及群科尔盆地丘陵区地下水的化学成分；因补给、排泄、径流条件及与高盐量红层的联系程度不同，沟谷内不同地段潜水的水化学特征存在较大差异。

昂思多沟上游地下水主要接受大气降雨及基岩裂隙水补给，汇水面积广，有较通畅的径流条件，地下水总硬度140.11～170.14 mg/L，矿化度0.176～0.190 g/L，Sr含量0.62～0.67 mg/L，水化学类型HCO3-Ca型，水质好；随着丘陵区地下水补给的增加，及对基底及边界红层盐分的溶滤，中游地下水总硬度260.21～335.27 mg/L，矿化度0.415～0.451 g/L，水化学类型HCO3-Ca·Mg型；下游地下水补径排条件变差，地下水总硬度462.87～625.50 mg/L，矿化度0.677～0.814 g/L，水化学类型HCO3·SO4-Mg·Na·Ca型。昂思多沟潜水piper三线图显示，上游潜水位于“1区”，向中下游逐渐向“4区”过渡，表明自上游向下游径流过程中，碱土金属、弱酸根离子减少，而碱金属、强酸根离子逐渐增加，地下水矿化程度升高，水质逐渐变差(图5)。

图5 昂思多沟潜水piper三线图Fig.5 piper trilinear nomograph of the Angsiduo Ditch

4 开采潜力分析

通过前期地质工作，圈定昂思多沟上游(白土庄-尖巴昂)为地下水富集地段，质优量丰，且Sr含量达0.62～0.67 mg/L，属富锶型天然矿泉水，为优质水源。经实地调查，该地段宜开采河谷宽度约200～350 m，场地有硬化路与外接相通，上游无污染源，适宜集中开采地下水的方式进行开采。

采用平均布井法计算可开采资源量，计算公式如下：

Q=Q单NT

(4)

(5)

式中：Q为可开采资源量，m3/d；Q单为平均单井出水量，m3/d；N为布井数；F为宜开采面积，m2；T为开采时间，d；R为平均影响半径，m。

受河谷地形条件的影响，该区域内开采井沿河谷线状布置为宜，可布置开采井4眼，井间距约200 m。可开采资源量13 180.40 m3/d，占断面径流量的43.8%，水质水量均有保证。

5 结 论

(1)经地质调查、水文地质钻探及抽水试验等工作，圈定昂思多沟上游(白土庄-尖巴昂)为富水地段，含水层厚约30 m，实际涌水量3 295.10 m3/d，换算涌水量6 502.04 m3/d，地下水资源丰富。

(2)昂思多沟尖巴昂附近为地下水与地表水的转换断面，采用排泄量总和法计算，昂思多沟地下水天然资源量为41 874.02 m3/d。

(3)昂思多沟地下水自上游向下游径流过程中，水中碱土金属、弱酸根离子含量减少，而碱金属、强酸根离子逐渐增加，呈现出矿化度升高、水质变差的趋势；昂思多沟上游地下水中Sr含量达0.62～0.67 mg/L，属富锶型天然矿泉水，为优质水源。

(4)采用平均布井法计算，昂思多沟上游地下水可开采资源量13 180.40 m3/d，质优量丰，可作为区内重点城镇、新型村镇及重点工程的后备、应急优质水源。

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