西藏冷曲河谷地区地下水资源合理开发利用研究

2023-11-15刘润胜叶红军李运肖

能源与环保 2023年10期

刘润胜,叶红军,李运肖

(1.河南省地质研究院,河南郑州 450016; 2.河南省地球物理空间信息研究院,河南郑州 450009)

研究区位于西藏自治区东部,地处怒江上游,主要为山地地貌和河谷地貌。山地地貌海拔4 km以上,相对高差深达1 km以上,局部常年有冰雪覆盖,具有冰川地貌特征;河谷地貌分布于研究区中部,河流切割深,地形坡度大。研究区行政区划隶属于西藏自治区八宿县,随着318国道沿线及八宿县城的建设发展,对水资源的需求日益增多,水资源的匮乏成为制约经济发展的主要因素[1-3]。

1 地下水类型及主要含水层

根据含水介质的岩性组合特征及埋藏深度、地下水的赋存条件及水动力特征,结合本区目前的地下水开采深度,将本区含水层组划分为松散岩类浅层含水层(组)和碎屑岩类裂隙含水层(组)2类。研究区水文地质如图1所示。

1.1 松散岩类浅层含水层

浅层含水岩组主要分布在八宿县城冷曲两岸及拉曲河床、沟槽内,此外在各级台地(或阶地)上、斜坡坡脚处等也有分布,面积小。松散岩类含水层由第四系冲积物的砂、砾、粘土层以及洪积物的砂、砾、粘土层等组成,主要含水层为冲积物的砂砾石层,但其分布仅限于冷曲河床及两岸的第一、二级阶地上。浅层含水层类型为潜水。

图1 研究区水文地质Fig.1 Hydrogeology of the study area

浅层地下水富水性,基岩山区的沟谷及阶地,含水层厚度较小,富水性较差,根据含水层的富水性大小、成因类型,只分为弱富水区和贫水区。

(1)弱富水区(10～100 m3/d)。分布于八宿县巴东新村、八宿县政府一带冷曲河及其阶地中。含水砂层厚度不大、颗粒较粗。含水层全新统细砂、砾、粘土层。含水层1～2层,厚度一般1.2～4.5 m,含水层顶板埋深1.2～5.1 m。按5 m降深计算其单位涌水量11.28～18.15 m3/(d·m)。渗透系数0.042 3～0.045 6 m/d,导水系数0.21～0.23 m2/d。

(2)贫水区(<10 m3/d)。分布于八宿县沙木村、珠八村、西巴村一带冷曲河及其阶地中。含水砂层厚度不大、颗粒较粗。含水层全新统细砂、砾、黏土层。含水层1～2层,厚度一般1.4～4.2 m,含水层顶板埋深1.2～5.6 m。按5 m降深计算其单位涌水量5.53～9.54 m3/(d·m)。渗透系数0.046 6～0.095 9 m/d,导水系数0.24～0.49 m2/d。

1.2 碎屑岩类裂隙含水层

碎屑岩裂隙水分布于研究区大部分区域,在研究区海拔较高的地带,出露前石炭、石炭系、侏罗纪、上白垩系地层,虽然构造裂隙相对发育,但大气降水和冰雪融水迅速渗入地下或通过地表径流向海拔较低地区径流,只有在局部构造阻水带以泉的形式出露,上述含水层组富水性差。研究区内的褶皱、次级构造发育,研究区内的上新近系砂岩,白垩系下统多尼组砂页岩等地层的岩石相当破碎,裂隙发育,裂隙产状变化大,地下水就赋存于风化裂隙和构造裂隙中,并沿构造破碎带富集,在地形低洼地带或特殊构造部位以泉的形式出露成岩作用及胶结程度均差,构造裂隙极不发育,近地表风化后具有孔隙性,富水性较差,地下水径流模数0.001 3～0.001 9 L/(s·km2)。

2 地下水动态类型

2.1 松散岩类孔隙水地下水动态

松散岩类孔隙潜水的动态变化主要受气象、地貌、水位埋深、包气带岩性及人为因素的综合影响[4-6],不同地区各因素的影响强度不尽相同,形成不同的动态特征,按影响潜水动态的主要因素划分出以下成因类型。

(1)渗入—径流型。分布于河谷阶地及冲积谷地平原区,以降水入渗、径流排泄为潜水动态的主要影响因素,其特点是:6—8月水位较低,10—12月水位较高,最高水位相对雨季滞后1个月左右(图2)。

图2 渗入—径流型浅层地下水位动态曲线Fig.2 Dynamic curves of infiltration runoff shallow groundwater level

(2)渗入—下渗型。分布于区内阶地平原区,孔隙水主要受大气降水入渗补给,又主要通过缓慢下渗进行排泄,其特点是:6—8月水位较低,而10—12月水位较高,最高水位相对于雨季滞后1～2个月(图3)。

图3 渗入—下渗型浅层地下水位动态曲线Fig.3 Dynamic curves of shallow groundwater level with infiltration and infiltration

(3)渗入—蒸发、开采型。分布于部分河谷一级阶地地下水位浅埋区。地下水受大气降水及地表水灌溉渗入补给,而被蒸发和开采排泄[7-10]。其特点是:水位在地表水灌溉(渠灌)期和雨季上升,而在旱热的6、7月及地下水灌溉期下降,地下水位变化滞后时间短(图4)。

2.2 碎屑岩类裂隙水地下水动态

一般均在9—11月流量最大,2—6月流量最小,与气象的雨季和旱季相对应而稍有滞后,且滞后时间、泉水丰枯期流量比与地下水埋藏深度密切相关(图5)。

图4 渗入—蒸发、开采型浅层地下水位动态曲线Fig.4 Dynamic curves of infiltration evaporation and mining shallow groundwater level

图5 碎屑岩类裂隙水地下水位动态曲线Fig.5 Dynamic curves of groundwater level in clastic rock fissure water

3 地下水开发利用现状

根据研究区地下水资源开采的深度、开采量及地下水水质的演化,地下水资源开发利用历史大致可分为以下2个阶段。

3.1 地下水资源开发利用初始阶段(2006年以前)

研究区经济技术发展相对落后,基本没有工业设施,对水源的消耗主要来源于生活用水。研究区内居住人口较少且相当分散,供水模式主要有4种:①就近取用地表水;②在河流边挖浅井(坑),深度一般1～3 m,接管取水;③在地势较高的沟谷中拦蓄地表水接管引水自流到户;④取用泉水。该阶段地下水开采量小,主要开采松散岩类浅层孔隙水,其次为基岩裂隙水。

3.2 地下水资源开采近期阶段(2006年—至今)

该阶段研究区内出现了少量农村工业,地下水开发利用程度相对较高,主要用于人畜供水,研究区各乡镇地下水现状开采量统计见表1,开采量小计3.65×104m3/a。主要供水模式有3种:①在地势较高无采矿的支沟上游砌石拦蓄地表水接管引水供一户或多户用水;②在水文地质条件相对较好的沟中挖沟筑坝截取基岩裂隙水接管引水供多户或一个村用水;③在研究区南部水文地质条件较好的地段,挖井下水泥管供多户饮用和灌溉。该阶段对地下水的开发利用达到了一个新的时期,主要开采松散岩类浅层孔隙水,其次为碎屑岩类裂隙水。

表1 研究区各乡镇地下水现状开采量统计Tab.1 Statistics of current mining output of groundwater in towns and villages in the study area

4 地下水资源供需分析

随着工农业迅猛发展,对水资源的需求量与日俱增,为了适应区内经济发展战略,预测2030年工业用水量、人畜饮用水量及农业灌溉用水量,然后进行水资源综合平衡分析,以便进行合理调控使用有限的水资源。

按现在的工业现状、灌溉用水量和人口进行2030年用水量预测。下面按八宿县用水类型分区进行各项用水量预测计算。

(1)工业需水量。根据八宿县提供的资料,综合确定2030年工业用水重复利用率与工业万元产值取水量。

根据八宿县总体规划,按式(1)、式(2)进行2030年工业需水量计算。

Q预=q预×M预

(1)

q预=q起×(1-R预)/(1-R起)

(2)

式中,Q预为预测年份工业用水量;q预为预测年份万元产值取水量;M预为预测年份工业总产值;q起为起始年份万元产值取水量;R预为预测年份工业用水重复利用率;R起为起始年份工业用水重复利用率。

此次计算起始年份为2020年,考虑工作区工业水平,将2020—2030年平均每年工业增长率为10%。

(2)人畜饮用水量预测。用水定额是根据工作区内用水现状,结合《城市给水工程规范》(GB 50282—98)及本次调查核查资料确定的,2030年用水量为0.065 m3/(d·人)。

(3)农田灌溉用水量预测。虽说农业要改变种植结构,用水量可能增加,但考虑农业窑逐步改变灌溉模式,用水量会减少,所以2030年的需水量仍保持年灌溉面积及灌溉定额和灌溉用水量不变。

(4)其他用水量。主要考虑城市生态、公共、林渔业等方面用水,其数值是根据调查收集有关资料确定。

5 地下水供水方案

5.1 地下水资源潜力规划

根据松散岩类孔隙水资源潜力评价分析,开采潜力多年平均为147.63×104m3/a,松散岩类孔隙水在地下水位降深值允许的范围之内可适当增强开采量。根据碎屑岩类裂隙水资源潜力评价分析,开采潜力多年平均为2 037.55×104m3/a。碎屑岩类裂隙水可增强开采,进一步合理开发利用。

5.2 安全饮用水供水方案

优先开采松散岩类和碎屑岩类水;其次在浅层水不适宜饮用的地区选择集中开采基岩裂隙水可饮用层段作为供水水源,供一个或多个村人畜饮用。

行政区规划原则采用分质分层位供水,优先开采满足饮用水标准(Ⅰ—Ⅲ类地下水)的层位的地下水,其次考虑地下水Ⅳ类水层位的地下水(适当处理),Ⅴ类水不宜用作饮用地下水;在2个层位的地下水质量类别一致时,优先考虑埋藏浅易开采层位的地下水。在饮水资源不足或者不满足饮水标准时,农村饮用水尽量采用本地的地下水。

研究区内地下水均无Ⅰ类水,西部花岗岩山区地下水水质为Ⅱ类,变质岩山区地下水水质为Ⅱ类,局部区域为Ⅲ类。地下水属于Ⅳ类水的地区研究区内主要分布在珠八村松散岩类孔隙水以及碎屑岩类裂隙水。Ⅳ类水不可作为饮用水直接使用。

5.3 农业灌溉供水方案

在研究区地表水较为丰富,可采用渠水灌溉。农灌井开采过程中,因不使地下水位持续下降,以节约水源为根本,大力推广微观技术,微观技术主要有:微喷灌、滴灌、小管出流、渗灌等高新技术节水灌溉模式。

5.4 乡镇供水方案

研究区属西藏自治区缺水山区,村庄多分布于沟谷两侧,生活用水主要来自于河流、沟谷上游,乡镇多位于河谷及其阶地地带,浅层地下水可集中开采,选择水质、水量较好的含水层作为供水水源。

6 地下水资源合理开发利用方案

根据全区地下水开采条件的均衡计算,浅层地下水可开采资源量为230.29×104m3/a,开采程度低;碎屑岩类地下水可资源开采资源量为2 037.55×104m3/a,开采程度低;目前开采量3.65×104m3/a,可以适当加强该地区地下水资源量的利用。

6.1 碎屑岩类地下水开发利用方案

50 m以上,含水层富水性差,地下水埋深1.1～4.3 m。适宜作为农村分散供水水源,可设计井深35 m,钻探技术可采用冲击钻进,井径325 mm。

50 m以下,含水层富水性好,适宜作为农村安全饮水水源,可设计井深150 m,钻探技术可采用冲击钻进,井径325 mm。

6.2 松散岩类地下水开发利用方案

浅层含水岩组主要分布于较大的沟谷中,面积小。含水层为全新统砂、砾、粘土层,浅层含水层类型为潜水。由于受构造控制,含水岩组底板埋深变化较大,含水岩层的空间分布不均,从沟谷上游而下底板埋深逐渐增大,含水层厚度也逐渐增大。含水层顶板埋深1～5 m,底板埋深2.7～12.92 m,含水层一般分布1～2层,总厚度达1.7～6 m。

(1)弱富水区(10～100 m3/d)。分布于八宿县巴东新村、八宿县政府一带冷曲河及其阶地中,含水砂层厚度不大、颗粒较粗,含水层全新统细砂、砾、黏土层。含水层1～2层,厚度一般1.2～4.5 m,含水层顶板埋深1.2～5.1 m。按5 m降深计算,其单位涌水量为11.28～18.15 m3/(d.m)。渗透系数为0.042 3～0.045 6 m/d,导水系数0.21～0.23 m2/d。

(2)贫水区(<10 m3/d)。分布于八宿县沙木村、珠八村、西巴村一带冷曲河及其阶地中,含水砂层厚度不大、颗粒较粗,含水层全新统细砂、砾、黏土层。含水层1～2层,厚度一般1.4～4.2 m,含水层顶板埋深1.2～5.6 m。按5 m降深计算,其单位涌水量5.53～9.54 m3/(d·m)。渗透系数0.046 6～0.095 9 m/d,导水系数0.24～0.49 m2/d。

综上所述,松散岩类地下水适宜作为农村分散供水水源,可设计井深7～15 m,人工开挖比较危险,出于安全考虑,开采技术可采用冲击钻进,井径460 mm。