平凉市崆峒区韩家沟流域补给排泄条件研究

孙 睿

(甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730020)

1 序言

崆峒区是甘肃省平凉市的政治、经济、文化和交通中心，是一座新兴的工贸旅游城市，其崆峒山景区蜚声海内外。随着城区城市化进程的加快和经济社会的快速发展，对水资源需求量也逐年增加，而可供水量的匮缺严重制约了城市经济和社会的可持续发展。本文选择韩家沟为研究对象，研究其水文地质特征，以期为平凉市寻找后备水源地提供基础支撑资料。

2 自然地理条件

2.1 气象

研究区属温带半湿润气候区，四季分明，年平均气温8.9 ℃，极端最高气温37.3 ℃(八月)，极端最低气温-24.3 ℃。区域上降水量从南至北有增大的趋势，一般山区大于城区40～60 mm。降水量在年内分配极不均匀，降水主要集中在每年的7—9月份[1]。区内降水量除年内不均外，年际变化也比较显著，最大年降水量达744.5 mm(1964年)，最小年降水量仅为261.8 mm(1995年)，相差近3倍，丰水年平均降水量是枯水年的2～2.5倍。区内多年平均蒸发量为1 468.8 mm，是年均降水量的2.92倍，最大值为1 654.7 mm(1962年)，最小值为1 123.6 mm(1964年)。

2.2 水文

泾河前峡流域面积597 km2,在峡口附近建有崆峒水库，总库容2970万m3。崆峒水库年平均下泄流量最小量出现在2000年，只有1.29 m3/s；最大量出现在1990年，达到5.08 m3/s，二者相差近3.48倍。在下泄流量较小的1999—2000年，连续出现坝下河水流量小于1.0 m3/s的月份长达6个月；最小值出现在2007年1月份，坝下河水流量仅0.07 m3/s。2001年以来，除个别年份如2007年、2008年和2009年因干旱泄水量较少，其中2007年1—3月坝下流量仅0.07～0.17 m3/s。由此不难看出，水库泄水量大小和时间往往与降水量密切相关。一般来讲，当年降水量多寡会影响次年水库放水量多少，同时与农灌、电厂供水及排沙等人工因素也有必然的联系。水库下泄河水量的多寡是制约水库以下河谷潜水量丰枯的主要因素。

2.3 地形地貌

研究区地处六盘山东麓，陇东黄土高原西部，总的地形呈现西、南、北部高而中东部低的态势，海拔1 430～1 600 m。西部崆峒水库的望贺山观音殿为最高点，此处海拔1 600 m左右；最低处为研究区东部刘家磨泾河河漫滩，此处海拔1 430 m。根据地貌成因类型和形态特征，将本区划分为侵蚀构造低中山(Ⅰ)、剥蚀堆积黄土丘陵(Ⅱ)和侵蚀堆积河谷平原(Ⅲ)等3种地貌类型。

3 地质概况

研究区位于贺兰褶皱带南北向构造带与六盘山推覆构造带的复合部位，在两者的相互作用下，区域上主体构造表现为一系列的北西向压性断裂和褶皱。研究区内地质构造受外围构造影响明显，发育在外围并涉及本区影响较大的断裂构造有5条。这些断裂走向以北西西或北北西为主，多隐伏在地下，为压扭性断裂，区内无褶皱发育，仅在外围南发育有太统山背斜。

研究区构造单元属于祁吕贺兰山字型构造的脊柱——六盘山脊柱，从上古生代到中、新生代的地层均有出露，不同时期地层分布范围明显受到构造单元控制。

区内地层比较简单，分布有二叠系、三叠系、白垩系、新近系和第四系[2]。

4 研究区水文地质特征

4.1 水资源的类型

4.1.1 碎屑岩类孔隙裂隙水

已有水文地质勘查资料表明，二叠系、三叠系和新近系含水层富水性弱，具有一定供水意义的为白垩系地下水。

白垩系地下水：本区白垩系六盘山群三桥组(K1s)、和尚铺组(K1hs)是富水性较强两个含水岩组，地下水主要为层间承压水。含水层深埋于地下，其中下部三桥组以砾岩及砂岩为主，含水层顶板埋深300 m左右，水头高出顶板60～180 m，含水层厚度大，但富水性不均，受构造和岩性控制明显。砂砾岩层一般中富水性较强，单井涌水量大于1 000 m3/d，砂岩层富水性较弱，小于500 m3/d，水头埋藏较浅，河谷区低阶地区成井部分可自流，流量小于100 m3/d；上部和尚铺组为砂质泥岩，埋深达百米，含水层富水性相对较弱，单井涌水量100～200 m3/d。

4.1.2 松散岩类孔隙水

区内较大的支沟均为泾河一级支沟，其走向多与泾河干流垂直。南部较北部发育，并且多发育于基岩山区，沟谷长度,多数在1～25 km。这3条较长沟谷流域面积较大，存在有一定的地下潜流补给河谷潜水。特别是胭脂河流域面积达207 km2，谷底较宽有阶地发育，地下潜流量较大，对韩家沟水源地产生较大补给。其余沟谷流域面积小，且沟谷短浅，沟谷基岩出露或第四系厚度薄等，基本无沟谷潜流。总的来讲，沟谷潜水含水层普遍较薄，富水性亦弱，受地下水补给以及地形地貌等条件限制，不具备建设集中供水水源地的条件。

河谷潜水在区内分布最广，含水层具有埋藏浅，水量丰富，水质良好，补给充裕的特点，地下水资源潜力大，具备大规模集中开采和利用价值，是目前平凉城区主要供水水源。

4.2 河谷潜水含水层埋藏、分布及富水性

4.2.1 含水层埋藏、分布及介质特征

河谷潜水含水层主要由圆砾和卵石组成，其中卵石含量一般为10%～40%，圆砾含量一般在20%～50%，砂含量介于15%～30%，其余为黏性土。含水层厚度和地下水水位埋藏深度受地形地貌和第四系基底起伏的控制，沿河谷和垂直河谷方向均呈规律性变化，局部存在微地貌影响。纵向上，从河谷上游的聚仙桥后沟入泾河处，沿河谷向下游崆峒古镇至玄武大道含水层厚度有逐渐增加的趋势，即由聚仙桥附近的17 m增加到崆峒古镇北的23 m；沿河谷中央，水位埋深由上游峡口的6～8 m增大到崆峒古镇广成大酒店附近的9～12 m，局地甚至达到20～26 m。导致水位埋深增大的原因：一是崆峒古镇上游特别是拟选水源地段Ⅰ级阶地较发育，与河漫滩高差较小，而在此以下随着Ⅰ级阶地逐渐消失，Ⅱ级阶地与河漫滩的高差显著增加，导致水位埋深增大；二是泾河南岸发育有较大规模的洪积扇群，使地下水埋深增大。横向上，河谷潜水含水层厚度和水位埋深变化更加剧烈。总的规律是：泾河南岸由河谷边缘至现代河床，含水层厚度表现出由薄增厚的规律，处于河谷边缘的Ⅳ级阶地前缘，含水层厚度只有2.65～6.50 m；Ⅱ级阶地前缘至Ⅰ级阶地和河漫滩，含水层厚度增加到16.9～22.9 m，基底明显下凹，表明这是过去古河道向北扩展的结果；泾河北岸Ⅰ级阶地含水层厚度普遍为12.5～17.0 m，河漫滩地带含水层厚度与Ⅰ级阶地基本相同。地下水位埋深从河谷边缘向河谷中心呈现由深渐浅的变化规律，泾河南岸Ⅳ级阶地水位埋深达47～50 m，至Ⅱ级阶地部位减小至20～28 m，Ⅰ级阶地普遍小于10 m，一般为5～8 m。泾河南岸由于有多个洪积扇叠加分布，并覆盖在Ⅱ级阶地之上，使这一地貌单元内地面标高增加，水位埋深陡然加深，大多在27～38 m之间。

4.2.2 含水层的渗透性

河谷潜水含水层透水性较好，河谷高阶地及边缘，由于含水层的分选性和磨圆度相对较差，泥质含量也较高，渗透系数较差，一般小于20 m/d，其他地段多大于50 m/d。

4.2.3 含水层的富水性

河谷潜水水量受含水层厚薄和含水层中泥沙含量多寡的影响较明显，河谷两侧高阶地富水性弱，除含水层较薄外，与其泥砂质含量较大不无关系，单井出水量表现贫乏。另外，有大面积洪积扇分布的地段，因洪积物与冲积物的相互叠置沉积，地层颗粒的分选性差，也影响了含水层的富水性，如崆峒古镇S5钻孔，处于被洪积扇覆盖的Ⅱ级阶地前缘部位，含水层厚度达16.97 m，抽水试验降深为11.95 m时，相应单井涌水量1 680 m3/d，与在相同地貌单元而无洪积扇发育的Q7钻孔相比，在相同降深条件下，单井涌水量相差近3倍。

4.3 河谷潜水的补给、径流和排泄条件

4.3.1 补给条件

(1)河水渗漏补给。蒋家沟入泾河处任家庄一带，泾河河道截弯取直整治后，河漫滩及河床砾卵石裸露且渗透性强，潜水位又明显低于河水位，因此，河水流经此段时产生强烈入渗补给地下水。

泾河地表水下渗段(C4-C5)上断面河水流量明显大于下断面，测流期间测流段无农灌截引等河水外排，除沿途有少量蒸发损失外，绝大部分下渗进入到潜水含水层。经计算，泾河渗漏向河谷潜水的补给量为295.30万m3/a。

(2)南部高阶地地下潜流补给。区内泾河南岸连续发育有Ⅳ、Ⅴ级阶地，自崆峒镇南一直延伸至刘家沟，长度达4.1 km。据已有资料和本次钻探揭露，上述高阶地底部潜水含水层厚3～6.5 m，地下水位标高明显高于低阶地地下水位，形成较大量的侧向补给。高阶地潜流补给量为160.60万m3/d。

4.3.2 径流条件

由于受南部高阶地地下水侧向潜流的补给的影响，南部高阶地潜水流向与河水流向产生一定的交角，呈北东方向径流汇集于河谷中心[3]。河谷中心地段潜水自上游向下游过程中，充分反映了现状泾河地表水与地下水之间的补排关系。蒋家沟口上游，开采量少，河谷潜水基本处于天然状态，表现出地下水补给河水；蒋家沟口下游，地下水位低于河水位，转换为河水补给地下水，特别是崆峒镇以下，地表水以垂向入渗方式补给地下水。

4.3.3 排泄条件

区内潜水的排泄途径主要为溢出地表转化为泾河河水、少量的蒸发和开采。

(1)溢出地表转化为泾河河水排泄。泾河在蒋家沟上游均接受潜水溢出排泄。此外，通过调查一级阶地前缘和长期观测孔水位资料证明，潜水水位高于河水位，亦说明地下水向河水排泄。一年的枯水期不明显，但在平水期、丰水期，聚仙桥-蒋家沟段泾河两岸Ⅰ级阶地前缘及河漫滩有较大量的地下水以泉群渗出。此外，受支沟补给作用的影响，在有洪积扇缘冲沟也有少量地下水溢出。经测流，单泉泉水流量一般0.012～0.13 L/s。潜水与泾河地表水联系十分密切，二者相互转化。目前，上述地段由于人工开采量小，地下水基本处于天然状态。本次调查时间为3—5月份，属于平水期，沿岸边大部分仍为地下水向河流排泄的地段。根据测流资料计算得出，研究区地下水总溢出量为399.82万m3/a，其中泾河溢出量为377.08万m3/a，主要溢出段分布在上游拟选水源地一带。

(2)开采排泄。经现场调查统计，区内地下水开采井分布数量较少，单井年开采量不大，所开采的地下水主要用于人畜饮用和部分农田灌溉。据调查，研究区共有机(民)井12眼(不含压水井)，年地下水开采量236.69万m3，其中泾河韩家沟水源地有开采井1眼，年开采地下水10.20万m3。

(3)蒸发排泄。泾河沿岸Ⅰ级阶地前缘和河漫滩地段地下水水位埋藏较浅，之前的试验资料表明，当地潜水位极限埋深为4 m，有利于地下水蒸发排泄。地下水蒸发排泄量为36.24万m3/a，其中泾河韩家沟水源地地下水蒸发排泄量为9.70万m3/a。

5 结论

本文从研究区的自然地理和地质条件入手，分析了研究区的水文地质条件，总结了水资源的类型，含水层埋藏和分布，以及介质特征、补给和排泄条件，可为后续在研究区及其周围寻找水源地提供基础的水文地质资料。