某区地下水赋存条件与规律评价分析

高淑红

(齐齐哈尔市水资源中心，黑龙江 齐齐哈尔 161005)

0 前 言

水资源是人类赖以生存和发展的自然资源，随着我国城市化、工业化进程的加快，城市供水安全问题逐步显现，水环境问题日益突出，水资源短缺、水污染已成为影响和制约城市可持续发展的重要因素。因此，加强水资源的详查工作是一项重要工作，迫在眉睫。本次工作的主要目的是为适应城镇经济社会的可持续发展，为地下水资源的合理开发、高效利用、科学管理、有效保护提供依据。

1 水文地质条件

详查区位于松嫩平原西部，嫩江由北向南流经测区东南部。区内地貌单元为冲湖积低平原和冲积河谷平原。地形平缓，坡度较小。较厚的第四纪松散堆积物中蕴藏着极其丰富地下水资源。地下水的赋存条件与分布规律严格受其地质、构造、地貌、岩性、气候等诸多因素的控制。

2 地下水类型与富水性

为正确的评价富水性，划分富水性等级，孔隙潜水富水性按统一口径273mm，降深为5m时的单井换算水量；孔隙承压水和裂隙孔隙承压水富水性按统一口径273mm，降深为15m时的单井换算水量，作为富水性等级的划分依据。

2.1 第四系孔隙潜水含水岩组(Q3、Q23、Q4)

该含水岩组遍布全区，水量较丰富，水位埋深一般6-12m，河谷平原区水位埋深<4m，年水位变幅0.5-2.28m。底板埋深47.5-58.8m。该含水岩组中部20-30m之间夹有一层细颗粒的粉质黏土、淤泥质粉质黏土，粉土、含泥质砂层及砂、含砾砂层，厚度一般1.50-6.50m，最厚14.50m。其中黏土层厚度一般<7m，局部缺失，相变为粉土、含泥质砂层。该层上部含水层岩性以中、粗砂为主，细砂次之；其下部以砾砂为主，粗砂次之。该含水岩组岩性一般具有上部细下部粗的规律。含水层总厚度一般30.00-48.00m，该含水岩组补给条件较好，富水性丰富，钻孔单井换算水量1000-3000m3/d。据本次抽水试验资料，当降深2.73-6.26m时，单井涌水量1135.99-1767.84 m3/d，单位涌水量4.816-3.269L/s·m，该区渗透系数36.04-110.06m/d，影响半径143.96-869.31m。PH值7.25-7.54，矿化度0.22-0.39g/L，水化学类型为HCO3-Ca·Mg及HCO3-Ca型水，该层水是农业用水的主要供水目的层[1]。

2.2 第四系孔隙承压水含水岩组(Q21-Q22、Q1)

2.2.1 中更新统孔隙承压水含水层

含水层岩性以粗砂、砾砂为主，次为圆砾及中、细砂。该含水层的局部地带夹有薄层粉质黏土、粉土，或粉、黏土透镜体。含水层厚度31.5-50.5m，承压水水位埋深一般为7.00-13.00m多采。按富水性分级可分为两个区，即富水性丰富区及富水性极丰富区。前者分布于测区西北部，钻孔单井换算水量1000-5000m3/d， 据FS2和HC7钻孔资料，单井换算水量为4324.16-4749.03m3/d，收集钻孔和生产井换算水量达到1000-5000m3/d；后者于测区东北及东南大面积分布，水量>5000m3/d，据FS1和QH76钻孔资料，单井换算水量为5306.14-12800.56m3/d。收集钻孔换算水量也>5000m3/d。该含水岩组渗透系数33.95-125.05m/d，影响半径177.70-601.62m。pH值7.59-7.84，矿化度0.18-0.22g/L，水化学类型为HCO3-Ca·Mg型水，该层水是工业用水和生活用水的主要供水目的层[2]。

2.2.2 下更新统孔隙承压水含水层

岩性以含砾中、细砂、含砾中、粗砂为主，局部有中、粗砂和砾砂、圆砾，厚度48-50.06m，含水层顶板埋深97.30-100.65m，为粉质黏土、粉土，底板埋深146.50-169.5m，水位埋深4.60m。钻孔单井换算水量1029.41-3712.51m3/d，PH值7.5，矿化度0.34g/L，水化学类型为HCO3-Ca·Na型水，该层水与上部中更新统孔隙承压水水力联系较密切。

2.2.3 碎屑岩类裂隙孔隙承压水含水岩组

该含水岩组为新近系中-上新统大安组，全区均有分布，据昕富岛FK矿泉井和L33钻孔资料，含水层岩性为灰、灰白色砂砾岩、中粗砂岩，含水层厚度40.10-48.70m，顶板埋深169.5-182.6m，水头高出地面3.00-6.51m，水位降深5.20-4.49m时，涌水量765-951.8 m3/d，单井换算涌水量2206.43-2219.10m3/d。渗透系数为4.990-7.998 m3/d，其地下水化学类型为低矿化的重碳酸钠型水，矿化度170-200mg/L，pH值7.10-7.94。该层水偏硅酸含量普遍较高，超过矿泉水规范中偏硅酸的界限值25.00mg/L。据齐齐哈尔市昕富岛矿泉水井2013年水质检验报告，偏硅酸含量为30.68mg/L。该层水含水层厚度较大，富水性较强，水质好，且埋藏深度较大，但水头较高，易开采，是生活用水的备用水源，亦是矿泉水开发的供水水源，具有较大的开采潜力。

2.3 地下水补给、径流及排泄条件

本区地下水的形成、赋存、分布及地下水的运移，受地形、地貌、地质构造及气象水文条件的控制和影响，其地下水的补给、径流、排泄条件既有共同点，又有一定的差异。

2.3.1 第四系孔隙潜水

1)补给来源：包括大气降水的入渗补给、邻区的地下径流侧向补给、嫩江江水的侧向补给、地表水灌溉的渗漏补给。

2)径流条件：受地质地貌条件的控制，潜水区域流向大体与地面坡降一致，波状低平原地下水由西北流向西南(受江水补给的影响)地下水流速与其水力坡度及地面坡度有关。本区地面坡度1‰-2‰，地下水水力坡度0.5‰-3.5‰。

3)排泄条件：潜水的排泄主要有向下伏承压水含水层的越流排泄、农灌区的开采排泄，和向下游邻区的侧向地下径流排泄及河谷漫滩区的蒸发排泄。

2.3.2 第四系孔隙承压水

1)补给来源：主要是上层潜水通过弱透水层或天窗越流补给承压水，次为邻区的侧向径流补给。

2)径流条件：测区均为承压水径流区。承压水主体流向由北西向南东流，富拉尔基区对下部承压水集中大量长期开采是其排泄的主要方式，向南侧、东南侧地下径流。

3)排泄条件：下部承压水流向为南东，补给来源为上部潜水的越流补给及地下水侧向径流补给，排泄主要为人工开采及侧向径流。

2.3.3 新近系碎屑岩类孔隙承压水

含水层埋藏于第四系孔隙水含水层之下，由于上覆地层厚度大，故不易直接接受大气降水的入渗补给，地下水主要接受邻区含水层的侧向径流补给及上层孔隙水的越流补给。人工开采和地下侧向径流是该层水的主要排泄方式。

2.4 地下水动态

2.4.1 地下水动态的影响因素

地下水动态的影响因素主要为气象、水文、地质、地貌及含水层岩性，人为因素等。

1)气象。在测区低平原上选取有代表意义的D8号长观井资料，集中降雨引起水位明显的抬升，集中降雨的多少影响水位高低，雨量越大，潜水水位也越高。降雨是本区地下水动态的主要影响因素，它基本上控制着潜水水位的上升时间和幅度。

2)水文。由于嫩江河床与潜水含水层存在着水力联系，故江水对河谷平原及附近潜水动态有影响。

3)地质、地貌及含水层岩性。在不同地貌单元及同一地貌单元不同地段，因包气带岩性和饱水带岩性不尽相同，导致各种因素作用程度有差异。地貌和含水层岩性对本区的潜水水位动态有一定的影响。

4)人为因素。由于城区密集的建筑物覆盖，阻止了降雨的渗入和潜水的蒸发，从而影响着市区及附近的潜水动态。另外，大量农业用水的开采，已构成了对潜水动态的较大影响。从动态曲线上看，在农业用水量较大的4、5月份；地下水位有明显的下降。开采强度是本区潜水动态的主要影响因素之一，它主要控制着集中开采区及附近潜水下降的幅度。

2.4.2 地下水水位变化规律

1)潜水变化。地下水位年内呈季节性变化，即在一年内，水位出现一个峰值和一个谷值，降水补给增强，农业用水基本停止开采，空气的相对湿度相对增大，蒸发受限。此时，潜水的补给大于排泄，水位明显上升，雨季过后，补给减少，排泄量相对增强，潜水位逐渐下降，至翌年雨季前达谷值。地下水水位在空间上的变化：主要表现为因地貌、含水层岩性不同，各种因素作用的程度不同，导致水位的变幅、波动频率、升降速度的差异。

2)承压水。由于承压含水层与潜水含水层之间的隔水层不甚连续，即局部弱隔水，甚至有天窗存在，承压水接受渗漏和一定条件下的越流补给。因此，承压水受潜水影响，也具有明显的周期性、季节性变化规律

3)地下水水温变化规律。水温的变化主要受气温、地下水补给途径及水位的控制，同时受地温、地表水体、地表覆盖物等因素的影响和控制。

4)地下水动态类型及其特征。根据地下水动态主要控制因素，结合区内水文地质条件分析，地下水动态类型主要有：水文型；渗入—径流、开采型；径流—开采型。

3 地下水资源评价

3.1 地下水资源计算的原则和方法

依据《供水水文地质勘察规范》(GB50027-2001)的要求，在富拉尔基城区85km2的范围内采用水均衡法对地下水的补给量和排泄量进行计算，同时计算地下水的可开采量。环保、经济合理的开发利用地下水，保障人民的用水安全，应优先开发浅层地下水，合理开采利用中、深层承压水。在集中供水水源地以先保证生活用水为主，其次为工业用水。农田灌溉用水应采取分散型供水方式。

3.2 参数计算与选择

3.2.1 渗透系数

根据带观测孔的单孔抽水试验确定。

潜水利用稳定流裘布依潜水无限含水层公式：

(1)

承压水利用：

(2)

3.2.2 影响半径

采用库萨金公式计算：

潜水：

(3)

承压水：

(4)

3.2.3 潜水导水系数、给水度、水位传导系数

(5)

3.2.4 承压水导水系数、弹性给水度、水位传导系数

(6)

3.2.5 降水入渗系数、潜水蒸发系数

根据包气带岩性、地下水埋藏条件确定大气降水渗入系数和潜水蒸发系数。

3.3 地下水资源计算

3.3.1 地下水资源计算分区

地下水资源计算分区依据地下水类型划分为孔隙潜水和孔隙承压水2个大区。根据地貌单元、地表岩性差异划分亚区，以便根据水文地质参数进行开采资源计算评价。

3.3.2 地下水资源计算方法

采用均衡法进行地下水资源的计算。对一个含水层组来说，在补给与消耗的动态平衡发展过程中，任一时间的补给与消耗之差，等于含水层组中水体的变化量。在这一均衡时段内其补给量与排泄量随开采量变化而变化。分别对各均衡要素进行计算。

3.3.3 水均衡法计算补给量及排泄量

Q侧补+Q降补+Q河补+Q渠补+Q开补-Q侧排-Q蒸发-Q越排-Q开排=Q储变

(7)

3.3.4 地下水开采量

地下水的实际开采量，根据齐齐哈尔市水务局和齐齐哈尔市地下水资源管理处调查统计资料：松散岩类孔隙潜水为24492.60 m3/d(893.98×104m3/a)，孔隙承压水为54763.56m3/d(1998.87×104m3/a)。总计：79256.16m3/d(2892.85×104m3/a)。

地下水的补给量与排泄量相差-327.37 m3/d，去掉越流量31035.20 ×104m3/d，其补给量为100845.19m3/d，排泄量101172.56m3/d，均衡结果见表4-10。

3.3.6 地下水可开采量计算

地下水可开采量采用开采系数法计算。据齐齐哈尔市水利勘测设计研究院提交的《黑龙江省齐齐哈尔市区地下水超采区调查与评价报告》成果及本次补给量计算结果，承压水开采系数取0.9，可开采量为55202.99 m3/d，接近补给量；潜水开采系数取0.8，可开采量为56434.99m3/d。

4 地下水资源量评价

依据含水层的空间分布及含水介质、地貌特征的差异划分,潜水分为3个计算区，承压水为1个区，采用水均衡法、分别计算了孔隙潜水与孔隙承压水的补给量、排泄量；采用开采系数法，计算了可开采量。

用水均衡法计算区内潜水的补给量为70543.74 m3/d(2574.85 ×104m3/a)，排泄量为71425.81 m3/d(2607.04 ×104m3/a)；承压水的补给量为61336.65m3/d(2238.79 ×104m3/a)，排泄量为60781.95 m3/d(2218.54 ×104m3/a)。由于潜水的越流排泄量和承压水的越流补给量是同一个量，地下水总资源量计算时要去掉重复量。即潜水的越流排泄量(承压水的越流补给量)31035.20×104m3/d。然后，区内地下水总的补给量为100845.19m3/d(3680.85 ×104m3/a)，总排泄量为101172.56 m3/d(3692.80 ×104m3/a)，地下水的补给量与排泄量基本处于均衡状态。

计算补给量潜水为70543.74 m3/d，可开采量为56434.99 m3/d，补给量大于可开采量，是有足够补给保证的，还可以有开采的潜力的，特别是河谷平原区。承压水补给量为61336.65m3/d，可开采量为55202.99 m3/d，与补给量相近，所以如果开采量增加，将形成地下水水位下降漏斗。

5 具有供水前景的水源区资源计算与评价

齐齐哈尔市富拉尔基区城镇经过1年多的野外勘查工作，已经基本查明了区内的地层层序，水文地质条件，并为城区拟建水源地选择了1处具有供水前景的地段。

5.1 具有供水前景水源区确定的依据

本区含水岩层(组)，按其赋存条件和水力特性分为三个含水层(段)，即上更新统孔隙潜水含水层，中下更新统孔隙承压含水层，新近系中上新统大安组裂隙孔隙承压水。其中，上更新统孔隙潜水含水层，埋藏浅，一般埋深6—10m，厚度较大，厚度35—45m，分布稳定，富水性较强，易于开采利用，但是，地下水已被污染，局部地带已出现了氯化物型水和硝酸型水，已经不能满足生活用水标准和部分工业用水要求，只可做为农田灌溉用水。而中下更新统孔隙承压水含水层，埋藏较浅，一般上覆5—11m厚的黄土状粉质黏土，一般顶板埋深为45—55m，厚度大，45—55m，分布稳定，富水性强，地下水化学类型单一，为HCO3—Ca·Mg和HCO3—Ca型水。易于开采利用，是理想的供水目的层，大安组裂隙孔隙承压含水层，埋藏深度大，开采利用较困难。具有供水前景地段圈定依据：勘探发现，在富区区砖瓦厂一带，含水层颗粒粗，其岩性为砂砾石、含砾中粗砂、中粗砂，结构松散，厚度32.00m，单井出水量4324.16m3/d，换算出水量为4324.16m3/d，地下水极为丰富，水化学类型为HCO3—Ca·Mg型水。依据上述条件，确定后富拉尔基砖瓦厂1处地段为城区可供详勘的水源地，圈定面积为3km2。

5.2 具有供水前景水源区开采资源计算与评价

5.2.1 具有供水前景水源区开采资源计算

稳定流平均布井法

1)公式：

Q开=Q单·n·T

(8)

2)参数来源：单井涌水量为设计出水量，影响半径根据设计出水量确定，供水地段面积为图中圈定的面积。

3)预测开采量

5.2.2 开采量评价

利用开采强度法评价开采量的保证程度，根据稳定流计算预测开采量。计算供水地段的开采强度，通过开采强度预测开采稳定状态下的水位降。用它和区内允许水位降值相比较，如果该值小于允许水位降值，说明预测开采量有保证。允许水位降值的确定根据水源地水文地质条件，顶板埋深45-55m，预测漏斗中心水位降35m为宜。

后水哈拉具有供水前景的供水水源地开采量评价

将该处概化成一个1.5×2km的矩形开采区，其开采强度ε=0.0067m。

公式：

(9)

式中：ε为开采强度，m/d；t为开采时间，d；μ*为弹性给水度，根据FS1号钻孔，取值为1.7×10-3；Lx为开采区长度的一半，m；Ly为开采区宽度的一半，m；S*(α，β)为函数，查表得出；a为导压系数，m2/d，根据FS1号钻孔，取值为5.2×106m2/d。

经计算：S=0.0067×365×0.0073/0.74×10-3=24.12(m)

区内最大允许水位降为35m，因 24.12 m<35.00 m，所以预测开采量是有保证的。

6 结 论

通过对某区地下水赋存条件与规律评价，为适应城镇经济社会的可持续发展，为地下水资源的合理开发、高效利用、科学管理、有效保护提供依据，同时对城镇地下水资源详查的基本任务是在城镇地区可能富水地段，基本查明水文地质条件，初步评价地下水资源，地下水可开采量(允许开采量)，满足C级精度要求，对地下水资源开采量进行评价。