内蒙古黄旗海盆地地下水补径排及动态变化研究
2024-06-25田滨丁楠王武熊海钦杨浩赵薇
田滨 丁楠 王武 熊海钦 杨浩 赵薇
［关键词］黄旗海；地下水监测；补给；径流；排泄；动态变化
1 研究区概况
1.1 自然地理
研究区位于内蒙古自治区乌兰察布市中南部，属大陆性季风气候。区内多年平均降水量363.9 mm，主要集中在每年六到八月份，多年平均蒸发量1745.3 mm，无霜期132 d，最大冻结深度1.91 m。黄旗海作为内蒙古高原众多封闭型内陆湖泊之一，在反演干旱区气候变化方面起着极其重要的作用[1]。
研究区面积1178.26 km2。地形地貌为盆地，东、西、南三面多山，丘陵起伏连绵，中部为辽阔的冲湖积平原。总体地势以黄旗海为中心，四周外围高，相对高差200～400 m。
1.2 水文地质
以黄旗海为中心，以周边山麓边沿为界线。地下水类型主要为以下四类。
1.2.1第四系松散岩类孔隙水
主要分布在黄旗海冲湖积平原内，含水层岩性主要为砂砾石及含砾中粗砂，由边缘向湖中心颗粒逐渐由大变小，含水层层数增多。其厚度在5 m左右，地下水位埋深潜水多小于5 m，该含水层厚度小，在黄旗海南部和东部冲湖积物颗粒较细，单井涌水量小于500 m3/d。在湖积平原的中部和近河谷地段厚度稍大，单井涌水量500～1000 m3/d。
1.2.2玄武岩孔洞裂隙水
主要分布于熔岩台地之上，区域内，东、西部出露地表，中南部因断陷下沉隐伏于第四系含水层之下。含水层岩性特征为气孔状玄武岩与致密块状玄武岩互层，在区域西北部地形高处的浅埋藏区，地下水分布不连续，水位、水量变化大。含水层分布不稳定，富水性差异较大，一般情况下，水量贫乏，单井涌水量小于100 m3/d，在受构造影响的特殊部位，水量丰富，单井涌水量大于500 m3/d。
1.2.3碎屑岩类裂隙孔隙水
广泛分布于区域内，北部地表出露，向南隐伏于上更新世以后地层之下。该含水层水量变化大，富水的条件主要取决于砂岩、砂砾岩中泥质含量的多少和胶结程度的好坏。其与沉积过程中古河道的摆动有关。该含水岩组补给源有限，不稳定，单井涌水量变化大，抽水时间越长，单井涌水量越小。该含水层具承压性，在巴音塔拉、水泉地、赞达营等地形成自流区。
1.2.4大理岩岩溶裂隙水
分布范围较小，多呈条带状分布，主要在集宁区西北部的霸王河河谷两侧、老虎山东侧，大理岩经过多次构造和变质作用，在侵入岩接触带或岩石蚀变带附近，硅化和蛇纹化作用强烈，节理裂隙发育，有部分大理岩经构造作用，在地下水运移溶蚀作用下，沿裂隙形成了大小不等的溶洞和溶蚀裂隙，为地下水的储存提供了空间。
总体上大气降水补给和山丘区地下径流补给为盆地内地下水主要补给来源，地下水由盆地边沿向黄旗海运移，盆地接受北、西、南三面地下径流的侧向补给，仅水位埋深小于4 m地区有蒸发排泄外，其余地下水均以较短距离的地下径流排向黄旗海中[2]。地下水水质主要受地貌、气象、径流条件和人为因素影响，在监测区上游地区，地下水径流条件良好，水循环流畅，交替作用强烈，地下水以溶滤作用为主。到了下游区，由于地层岩性变细、地形趋缓，地下水径流条件变差，水循环缓慢，地下水水位埋深较浅、蒸发强度较大，地下水以蒸发作用为主，盐分含量较高，水质差。
2 地下水补、径、排泄条件
2.1 地下水补给
研究区补给主要由降雨入渗补给量7795.75×104 m3/a、侧向径流补给量1516.64×104m3/a、灌溉回渗补给量413.3×104m3/a 和洪水入渗补给量10.13×104m3/a，四个部分组成。研究区一个水文年内地下水补给量合计9735.82×104m3/a（表1）。黄旗海盆地内松散层直接接受大气降水补给，山丘区接受大气降水补给后，通过地下径流侧向补给下游含水层。通过灌溉少部分回渗补给地下水，洪水入渗补给主要发生在黄旗海以南地区。根据动态长观资料计算并参照以往资料及经验值得出各含水层的大气降水入渗系数，入渗系数取值范围0.05～0.2。根据前人给出的水位埋深区的灌溉回渗系数值取确定灌溉回渗系数β值为0.15。根据抽水试验和恢复水位试验计算得到渗透系数取值范围0.66～6.42[3，4]。
2.2 地下水径流
山前倾斜平原和台边斜地孔隙潜水接受补给后，在外围地势高且基岩裸露处，降水补给地下水后通过重力作用向盆地中心运移至黄旗海汇集，以短距离的径流，直接补给湖盆洼地中潜水。由于盆地中部含水岩组岩性颗粒较细，地下水径流滞缓，其水力坡度为0.6‰～0.19‰，渗透系数为0.66～6.42 m/d。
2.3 地下水排泄
研究区地下水排泄主要途径为蒸发、人工开采和地下径流补给黄旗海。经计算研究区蒸发量5635.21×104m3/a（表2），开采量依据水利水资源公报资料及野外调查资料进行统计3448.42×104m3/a，地径流补给黄旗海地下水小于654.02×104m3/a，利用水均衡法[5，6]计算相对误差小于1%。
由上述计算可知，黄旗海四周地下水埋深较浅部位蒸发量较大，蒸发量在总排泄量中占有比重大于60%。
3 地下水动态
通过获取地下水水位长期观测资料，对研究区地下水水位年内的变化趋势进行了统计和研究。黄旗海盆地地下水动态变化可以大致分为三种类型。
3.1 渗入—蒸发型
该动态类型主要发生于黄旗海平原南部一带。
潜水位埋藏浅，主要为垂直交替作用，潜水接受降雨补给后地下水位快速回升；而同样在蒸发强烈时期，水位加速降速。每年高水位和低水位出现期与当年气象条件有密切关系，高水位一般出现在7、8月，低水位出现在9、10月。
3.2 渗入―蒸发―开采型该动态类型主要发生在黄旗海平原地下水埋藏较浅及霸王河沟谷水位埋深较浅的农业灌溉区。有垂直交替和水平交替作用外，还有人工开采等。地下水动态变化总趋势呈下降状态，3月份，冰雪消融补给地下水，地下水位抬深，5～7月灌溉期水位下降，结束后，地下水水位又呈现恢复上升状态，在雨季水位呈现小幅上升与下降的交替，其原因在于大气降水渗入补给之后，受开采影响，水位并没有明显上升，又受不同程度的蒸发影响，出现小幅度的上升与下降趋势，但是其变化甚微。
3.3 渗入—开采型
该动态类型主要分布集宁区城区范围和周边地区。该动态类型所属地段主要以水浇地、居民人畜饮用开采为主，主要接受大气降水渗入补给，年初较稳定，3～6月用水量大开始下降，随着夏季降雨，地下水在雨季接受补给，水位普遍上升。6～8月水位上升，8～9月下降，9～12月水位上升；从动态曲线可看出，其地下水水位受大气降水与人为开采大小的变化而变化。
4 结论
（1）由研究可知：内蒙古黄旗海盆地地下水补给、径流、排泄条件主要受到气象因素和人为因素控制，降雨渗入对地下水的补给占全部地下水补给量的80.07%，蒸发因素在排泄总量中占比大于60%。在黄旗海北东方向地下水埋深较浅地区有一定开采潜力，可适当夺取蒸发量来实现。
（2）黄旗海南部（渗入—蒸发型）地下水位动态曲线变化主要与气象因素有关，降雨后水位迅速上涨，蒸发强烈水位下降，高水位出现期与当年降雨量多寡有关；黄旗海北岸（渗入—蒸发—开采型）地下水位动态曲线变化与气象因素和人类地下水开采有关，既有垂直交替，又有水平交替作用，还有人工开采。城区（渗入—开采型）主要是降雨和人类地下水开采活动有关，地下水水位受大气降水与人为开采大小的变化而变化。
