塔城沙湾县饮水安全巩固提升工程取水首部地下水量分析

李晓燕

（塔城地区水利水电勘察设计院，新疆 塔城 834700）

1 引言

饮水安全巩固提升工程建设可以提高项目所在区域饮用水安全质量，是一项极为重要的民生工程[1-3]。可供水资源总量是影响饮水工程建设的一个重要因素，只有准确调查区域水资源总量，制定科学、合理的管网布置方案，方可解决区域水资源短缺问题，为居民提供源源不断的水源[4-5]。地下水是区域水资源的重要组成部分，其分布范围广，总量较大，因此，准确调查地下水水量对饮水工程建设尤为重要[6-7]。

2 工程概况

拟建的塔城地区沙湾县东湾镇饮水安全巩固提升工程位于东湾镇辖区，距沙湾县县城约60 km。沙湾县属于典型的大陆性干旱气候区，多年平均降水量185.5 mm，多年平均蒸发量2046 mm。塔城地区沙湾县东湾镇饮水安全巩固提升工程主要解决19536 人，194631 头标准畜饮水问题，供水总规模为3012.64 m3/d，输水流量为36.29 L/s，配水流量为69.74 L/s～0.18 L/s。

3 项目区水源情况分析

3.1 地表水

距项目区最近的地表水源为发源于新疆天山北坡中段依连哈比尔尕山海拔4630 m 桥勒沟的宁家河河水。

（1）径流

地表水为宁家河河水，宁家河西干渠渠首设计径流的年内分配以宁家河西干渠渠首实测径流系列典型年的分配为依据，根据年水量相近、灌溉期（5 月～8 月）来水偏少的原则，在实测径流系列中分别选取1966年、1995年、1975年、1968年为典型年，采用年水量控制、同倍比缩放，计算得到不同保证率P=25%（丰水）、P=50%（平水）、P=75%（偏枯水）、P=95%（特枯水）的设计径流量及年内分配见表1。

表1 宁家河西干渠渠首设计径流量年内分配成果表

（2）洪水

由于宁家河渠首处有历史洪水调查资料，该地区有五处水文站点，采用地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法分析计算宁家河渠首处设计洪峰流量见表2。

表2 洪峰流量模比系数地区综合频率计算成果表

（3）泥沙

通过对石门子水文站悬移质输沙量分析计算，多年平均悬移质输沙量15.232×104t，最大年输沙量是2007年的119×104t，最小年输沙量是1977年的4.04×104t，最大年与最小年比值为29.5，说明宁家河年输沙量年际变化较大；历年最大日输沙量为35.4×104t，发生在1999年8 月2日，占全年输沙量的15.7%；石门子水文站多年平均输沙模数为241 t/km2。将石门子水文站的选用参数代入公式，可以推算出西干渠渠首处的多年平均悬移质输沙量为6.12×104t。西干渠渠首处的推移质泥沙为1.22×104t。

3.2 地下水

项目区地下水资源丰富，根据调查，在已建管道末端13+000 处形成泉眼溢出带，水量充沛，水质良好。

4 项目区取水首部河道地下水情况调查

4.1 地下水的赋存及径流条件

取水首部河道在第四系时期的河水长期冲刷作用下，使河道下切并沉积了宽度约140 m 的第四系卵砾碎石层，河床平坦开阔，现代主河床宽2 m～4 m，靠近河道左岸。拟建取水首部及渗管布置于河道右岸（见图1）。

图1 取水首部平面图

根据本次物探工作，河道电测深曲线类型仅有1 种Q型，该类型曲线所反映的地电断面为四层，曲线形态见图2。

图2 河道电测深曲线

各电性层相互关系为ρ1>ρ2>ρ3，其中ρ1层视电阻率值为864.5 Ω·m，反映了河道表层干燥卵砾石的电性地质特征；ρ2层视电阻率值为190 Ω·m，反映了河道含水砂卵砾石层的电性地质特征；ρ3层视电阻率值为32.0 Ω·m，反映了下伏砂质泥岩的电性地质特征。

经过物探剖面解译，河道内地层岩性分为两层：上层为松散卵砾石，下部为不透水的砂质泥岩。其中从右岸至河床方向约90 m 范围内，砂质泥岩埋深约15 m；从左岸至河床方向约50 m 范围内，砂质泥岩埋深约7 m。

上部松散的卵砾石层构成了区内最重要的潜水含水层。潜水埋藏深度在河道内一般0.2 m～0.5 m，地下水埋深浅；在靠近河道右岸处，地下水出溢地表，有两条地下水出溢带S1、S2，宽度1 m～2 m，长度由取水首部处向上游延伸60 m～70 m。

地下水主要来源于上游含水层的侧向流入渗补给，河床潜流的径流条件主要受河床的坡度和含水层介质所控制，总体上沿河道以2.3%的水力坡度向下游畅流，径流条件良好。

4.2 含水层特征及赋水性

本次工作共进行了2 组试坑抽水试验，含水层参数由大口井抽水试验计算得来；2 组抽水试验布置于物探线处、右岸至河床方向约90 m 范围内。其计算方法采用潜水非完整井（半球状井底，井壁、井底进水）计算公式：

式中：Q 为出水量，m3；Sω为水位降深，m；H 为含水层有效厚度，m；R 为影响半径，m；lo为静水位至大口井井底距离，m；l 为动水位至大口井井底距离，m；rW为大口井半径，m。参数计算结果见表3。

表3 试坑抽水试验计算成果表

由计算结果可以看出：渗透系数基本接近，渗透系数取小值50 m/d。

4.3 地下水资源量计算

拟建取水首部处地下水资源量包括地下水出溢量和潜流量。根据含水层结构和渗管可能的影响范围，取大口井处垂直河道、并距右岸90 m 长度断面（含水层厚度15 m）作为标准计算断面。

a.地下水出溢量Q1

根据对附近居民走访调查，地下水出溢带S1、S2常年流水，年内变化不大。本次工作用三角堰进行了流量测定。结果见表4。经测定，地下水出溢量为Q1=1400 m3/d。

表4 S1、S2 测流结果表

b.地下水潜流量Q2

潜流量是指当含水层中地下水的径流量。根据标准断面的水文地质条件，其潜流量采用达西公式计算。过水断面单位面积潜流量q 按下式计算：

式中：K 含水层渗透系数50 m/d；I 水力坡度，实测值2.3%。

计算得单位面积潜流量：q=1.15 m3/d。

标准断面的潜流量Q2按下式计算：

式中：L 含水层宽度，取90 m；M 含水层厚度，取15 m。

通过计算，标准断面处地下水潜流量为Q2=1550 m3/d。

c.地下水总资源量Q

地下水出溢量和地下水潜流量两项之和为标准断面地下水总补给资源量。即：

4.4 取水建筑布置方案建议

通过本次水文地质勘察查明拟建取水首部处地下水埋深较浅，约0.5 m；含水层厚度较大透水性好，渗透系数50 m/d，且地下水水质好，符合开采河床潜流量条件，适宜用渗管开采地下水。

根据现场条件，右岸地下水呈条带状出溢，出溢水量为1400 m3/d。河床含水层单位面积潜流量为1.15 m3/d，可根据所需开采潜流量的大小，设置渗管的埋深和长度。

5 结论

为了查明塔城沙湾县饮水安全巩固提升工程取水首部地下含水层分布情况，采用物探手段进行调查。结果表明：河道内地层岩性分为两层：上层为松散卵砾石，下部为不透水的砂质泥岩，地下水径流条件良好。通过理论计算地下水总补给资源量为2950 m3/d，适宜用渗管开采地下水，可根据所需开采潜流量的大小，设置渗管的埋深和长度。