羅銀飛，高 源，孫語彤，羅平平

(1. 青海省環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810008； 2. 四川省華地建設(shè)工程有限責(zé)任公司 四川省地礦局成都水文地質(zhì)工程地質(zhì)中心，四川 成都 610000； 3. 長(zhǎng)安大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054)

本次對(duì)瑪沁縣水源地進(jìn)行水資源評(píng)價(jià)，可保證本區(qū)域水資源的可持續(xù)利用，促進(jìn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)更好更快的可持續(xù)發(fā)展，合理地評(píng)價(jià)該區(qū)域地下水資源量及可開采量，對(duì)合理規(guī)劃、配置該區(qū)域水資源有重要的指導(dǎo)意義。

1 水文地質(zhì)條件概況

調(diào)查區(qū)位于青海省果洛藏族自治州瑪沁縣，為縣境內(nèi)大武鎮(zhèn)軍牧場(chǎng)—大武鄉(xiāng)政府段格曲河谷與兩側(cè)中高山區(qū)組成的河谷盆地。區(qū)內(nèi)主要含水層為河谷第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)及野馬灘和果芒納構(gòu)造裂隙帶。區(qū)內(nèi)4種含水層間水利聯(lián)系密切，凍結(jié)層水補(bǔ)給古生界碳酸巖類和中生界碎屑巖類含水層，古生界碳酸巖類含水層和中生界碎屑巖類含水層補(bǔ)給上更新統(tǒng)洪積含水層，上更新統(tǒng)洪積含水層地下水又排泄至河谷區(qū)沖洪積含水層，構(gòu)成了依次補(bǔ)排的含水層系統(tǒng)(見圖1)。區(qū)內(nèi)野馬灘和果芒納地段賦存構(gòu)造承壓水并出露成泉[1-2]。

1 角礫；2 砂礫卵石；3 粉土；4 石英砂巖；5 礫巖；6 不整合線；7 潛水位線

2 地下水天然資源量計(jì)算

2.1 水文地質(zhì)參數(shù)確定

根據(jù)所取得的鉆孔抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用不同的計(jì)算方法計(jì)算滲透系數(shù)(K)、給水度(μ)等水文地質(zhì)參數(shù)，為確保參數(shù)的準(zhǔn)確性，首先利用前期工作施工的鉆孔抽水試驗(yàn)資料。再結(jié)合土樣分析測(cè)試結(jié)果優(yōu)選不同計(jì)算方法所得結(jié)果最終確定評(píng)價(jià)所用值。大氣降水入滲補(bǔ)給系數(shù)主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)值和鄰區(qū)資料以及以往成果選定。

2.2 天然補(bǔ)給量計(jì)算

區(qū)內(nèi)地下水主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給、地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給以及區(qū)內(nèi)格曲河上游地段地表水的滲漏補(bǔ)給。

2.2.1 大氣降水入滲補(bǔ)給量

大氣降水入滲補(bǔ)給量計(jì)算采用瑪沁縣大武氣象站1971-2013年系列降雨資料。計(jì)算公式為：

(1)

式中Q降——多年平均大氣降水入滲補(bǔ)給量，m3；

αi——各計(jì)算分區(qū)大氣降水入滲系數(shù)；

Pi——各計(jì)算分區(qū)多年平均降水量，m；

Fi——各計(jì)算分區(qū)面積，m2。

經(jīng)計(jì)算，區(qū)內(nèi)多年平均大氣降水入滲補(bǔ)給量為44 630.137 m3/d；其中河谷區(qū)補(bǔ)給量為28 898.47 m3/d。

2.2.2 地下水側(cè)向徑流量

1)側(cè)向補(bǔ)給量

地下水側(cè)向補(bǔ)給量發(fā)生在調(diào)查區(qū)的東邊界及格曲河主要支流入口處，可分段采用達(dá)西定律計(jì)算，其公式為：

Q斷=∑KiIiAi

(2)

式中Q斷——地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給量，m3/d；

Ki——第i分段含水層滲透系數(shù)，m/d；

Ii——第i分段斷面的法向水力坡度；

Ai——第i分段含水層斷面面積，m2。

式中各分段的滲透系數(shù)采用控制性鉆孔抽水試驗(yàn)求參結(jié)果，水力坡度可在流場(chǎng)圖上量取，斷面面積在剖面圖上量取。計(jì)算可知，區(qū)內(nèi)通過各支溝及河流上游斷面產(chǎn)生的側(cè)向徑流補(bǔ)給總量為3.050×104m3/d。

2)側(cè)向排泄量

區(qū)內(nèi)地下水主要從格曲調(diào)查出口處4號(hào)斷面(見圖2)及東側(cè)支溝1號(hào)斷面徑流排出，分段采用達(dá)西定律計(jì)算，計(jì)算方法與側(cè)向補(bǔ)給量相同，經(jīng)計(jì)算，通過下游斷面和劃定邊界產(chǎn)生的側(cè)向徑流排泄總量為0.628×104m3/d。

2.2.3 河流滲漏補(bǔ)給量

根據(jù)2013年10月1日地表水流量分段觀測(cè)資料，分析了德勒尼和格曲河地表水與地下水的轉(zhuǎn)化關(guān)系并計(jì)算了轉(zhuǎn)化量，得到區(qū)內(nèi)河流滲漏補(bǔ)給量為0.326×104m3/d。

圖2 地下水側(cè)向徑流斷面位置

綜上，區(qū)內(nèi)地下水多年平均補(bǔ)給量為7.211×104m3/d，其中大氣降水入滲補(bǔ)給量為4.463×104m3/d，占總補(bǔ)給量的61.89%，地下水側(cè)向補(bǔ)給量為2.422×104m3/d，占總補(bǔ)給量的33.59%，河流滲漏補(bǔ)給量為0.326×104m3/d，占總補(bǔ)給量的4.52%。

2.3 斷面徑流量

分別計(jì)算過ZK3、ZK4、ZK5斷面1-1′及過ZK8、ZK9斷面2-2′徑流量，分段采用式(2)計(jì)算。

計(jì)算得1-1′斷面徑流量為63 785.570 m3/d，2-2′斷面徑流量為28 308.108 m3/d。

2.4 區(qū)內(nèi)河谷區(qū)地下水資源量均衡分析

選擇河谷區(qū)第4含水層為對(duì)象進(jìn)行均衡對(duì)象。補(bǔ)給量主要包括大氣降水入滲補(bǔ)給量Q降水、側(cè)向補(bǔ)給量Q側(cè)補(bǔ)及河流滲漏補(bǔ)給量Q滲漏；排泄量主要包括側(cè)向徑流排泄Q側(cè)排、向河流溢出排泄Q溢出、向野馬灘泉蒸發(fā)排泄Q蒸發(fā)。除蒸發(fā)排泄量和向野馬灘泉排泄量外，其余各項(xiàng)與前文已計(jì)算。

河谷區(qū)潛水蒸發(fā)排泄量可根據(jù)阿維揚(yáng)諾夫斯基公式采用離散化方法進(jìn)行計(jì)算：

E=E0×0.62

(3)

(4)

根據(jù)實(shí)測(cè)的地下水流場(chǎng)，采用離散化方法可計(jì)算出區(qū)內(nèi)潛水蒸發(fā)排泄量為3.221×104m3/d。

向野馬灘泉排泄是河谷區(qū)地下水的一個(gè)重要排泄項(xiàng)，野馬灘泉主要依靠北側(cè)區(qū)外低山丘陵區(qū)及區(qū)內(nèi)河谷區(qū)地下水的補(bǔ)給，要分析河谷區(qū)地下水的均衡狀況，須對(duì)泉水的兩個(gè)補(bǔ)給源的補(bǔ)給量進(jìn)行分割，求取河谷區(qū)地下水對(duì)泉水的補(bǔ)給量。通過前文分析，河谷區(qū)地下水對(duì)泉水的補(bǔ)給段主要位于調(diào)查區(qū)入口至“地下阻水壩位置”。因此，調(diào)查區(qū)入口處的斷面經(jīng)流量與格曲河水流量及補(bǔ)給段各匯入支溝流量的總和減去“阻水壩”下游附近ZK10號(hào)水文孔處的斷面徑流量及格曲河水流量，即可求得河谷區(qū)地下水對(duì)泉水的補(bǔ)給量，計(jì)算求得補(bǔ)給量約1.781×104m3/d。

據(jù)上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果，區(qū)內(nèi)地下水資源天然總補(bǔ)給量、天然總排泄量分別為：

天然總補(bǔ)給量Q總補(bǔ)=Q降水+Q側(cè)補(bǔ)+Q滲漏=14.434×104m3/d

天然總排泄量Q總排=Q側(cè)排+Q溢出+Q蒸發(fā)+Q泉=13.798×104m3/d

由獨(dú)立統(tǒng)計(jì)出的水資源天然補(bǔ)給量與天然泄出量基本相等，相對(duì)均衡誤差為4.41%，在允許范圍之內(nèi)，說明所選取的水文地質(zhì)與氣象參數(shù)是可靠的。

3 地下水允許開采資源量計(jì)算

3.1 開采地段選取

河谷區(qū)第四系沖洪積層孔隙含水層是區(qū)內(nèi)最具開采意義的含水體，考慮到便于向縣城和擬建飛機(jī)廠供水，同是照顧到調(diào)查區(qū)東段區(qū)域用水，并且為準(zhǔn)確取定水文地質(zhì)參數(shù)以保證評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果可靠，將施工了ZK3、ZK4、ZK5及ZK8、ZK9號(hào)水文地質(zhì)孔的兩處地段選擇為供水靶區(qū)。

3.2 開采方式

根據(jù)水文地質(zhì)條件并考慮經(jīng)濟(jì)性，擬采用管井開采方式，設(shè)計(jì)6眼供水井，井徑0.152 4 m，均為穿透第四系沖洪積層完整井。沿?cái)嗝?-1′布設(shè)W-01、W-02、W-03，井間距為1 000 m，井距河谷區(qū)邊界1 100 m；沿?cái)嗝?-2′布設(shè)W-04、W-05、W-06(見圖3)，井間距為600 m，井距河谷區(qū)邊界600 m。單井出水量控制在4 000 m3/d以內(nèi)。

圖3 開采井布置

3.3 地水開采方案干擾井群計(jì)算

3.3.1 評(píng)價(jià)模型及數(shù)學(xué)表達(dá)

根據(jù)前述開采技術(shù)條件和開采區(qū)水文地質(zhì)條件，開采區(qū)概化為長(zhǎng)23 441 m，寬4 525 m，平均厚約65.1 m帶狀含水層。水源地東北側(cè)和西南側(cè)均為中高山區(qū)與格曲河河谷區(qū)分界線，基巖透水性差，可以概化為隔水邊界；西北及東南側(cè)均為格曲河河谷區(qū)，巖性為第四紀(jì)砂卵石礫，透水性好，河床介質(zhì)為沖積砂礫卵石層，可將其概化為測(cè)向流入和流出邊界。根據(jù)以上條件概化后，開采區(qū)可認(rèn)為是具有水力坡度和匯源項(xiàng)的無限含水層，開采井可看成抽水井。根據(jù)以上條件概化后，按疊加原理可用非穩(wěn)定流干擾井群法解析式求解，其數(shù)學(xué)模型為：

為滿足上述數(shù)學(xué)模型，沿兩條隔水邊界分別做一次映射，用仿泰斯公式計(jì)算降深，公式為：

(6)

(7)

(8)

式中：s為各井點(diǎn)的水位降深，m；μ為給水度；K為滲透系數(shù)，m/d；H為開采區(qū)含水層厚度，m；Qi為第i口井組的涌水量(抽水井為正，注水井為負(fù)，m3/d)；W(ui)為井函數(shù)；r為距井距離；n=1,2,…i口井組；T為導(dǎo)水系數(shù)；t為抽水持續(xù)時(shí)間。

3.3.2 水位降深預(yù)測(cè)

在6口井同時(shí)開采情況下，分別預(yù)測(cè)不同開采方案下6眼井中心處的降深。以24 000 m3/d的開采量持續(xù)開采20年后開采中心降深為7.96 m；開采18 000 m3/d時(shí)，開采中心降深值為5.97 m；開采12 000 m3/d時(shí)，開采中心降深值為3.98 m；在不大于12 000 m3/d的開采方式下，最大降深更?。还矢鏖_采方式下降深均滿足設(shè)計(jì)要求。本著在滿足降深要求下盡可能取得更大開采量的原則，推薦采用單井開采量4 000 m3/d，總開采量24 000 m3/d的開采方案。

4 結(jié) 語

青海瑪沁縣格曲河河谷區(qū)地下水多年平均補(bǔ)給量為14.434×104m3/d，排泄量為 13.798×104m3/d，整體上處于正均衡狀態(tài)，地下水資源量較為豐富。

根據(jù)解析計(jì)算和頻率分析計(jì)算結(jié)果，河谷區(qū)第四系沖洪積層潛水采用管井開采方式，開采量2.40×104m3/d，開采潛力2.40×104m3/d；需要注意的是，雖然研究區(qū)地下水資源較為豐富，對(duì)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分有利，但是在發(fā)展的同時(shí)仍要將水資源保護(hù)放在首位，節(jié)約水資源，合理規(guī)劃地下水開采量，杜絕肆意開采行為，避免出現(xiàn)地下水超采現(xiàn)象。