沈春強(qiáng)，王萬(wàn)平，羅銀飛，高 源，高忠詠，康舒欣，羅平平

(1. 陜西地礦九〇八環(huán)境地質(zhì)有限公司 陜西地礦地質(zhì)工程勘查院有限公司,陜西 西安 710600； 2. 青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局青海省環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,青海 西寧 810008; 3. 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； 4. 青海省水工環(huán)調(diào)查院 青海省水文地質(zhì)及地?zé)岬刭|(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810008;5. 長(zhǎng)安大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054)

1 水工環(huán)地質(zhì)概況

1.1 自然地理及地質(zhì)環(huán)境背景

調(diào)查區(qū)出露的地層主要有前第四紀(jì)地層和第四系上更新統(tǒng)(Q3)、全新統(tǒng)(Q4)，其中前第四紀(jì)地層分為石炭系下統(tǒng)(C1)、二疊系下統(tǒng)(P1)、三疊系上統(tǒng)(T3)、古近系(E2)。石炭系下統(tǒng)(C1)主要分布于調(diào)查區(qū)北部扎曲兩岸山區(qū)，呈北西—南東向展布，主要為泥質(zhì)粉砂巖、板巖夾泥巖和灰?guī)r及硅質(zhì)砂巖等。區(qū)內(nèi)二疊系下統(tǒng)(P1)不甚發(fā)育，主要分布在扎曲河右岸上游一帶，主要為上部灰白色厚層狀灰?guī)r，下部薄層狀砂巖、砂質(zhì)灰?guī)r，底部礫巖，厚度大于113～883 m，該層與下伏下石炭系呈角度不整合接觸；三疊系(T3)主要分布在扎曲左岸的中高山區(qū)，區(qū)內(nèi)西南部出露很少，呈小片零星分布，主要為灰色、淺灰色中厚層—塊層狀灰?guī)r夾砂巖組成，厚度132～2 150 m；古近系E2主要分布在扎曲和香曲兩岸的低山丘陵區(qū)，巖性主要為紫紅色、淡紫紅色礫巖、砂巖等，厚度89～1 793 m。區(qū)域內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的特征，表現(xiàn)在在老構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展，并具有繼承性，其特點(diǎn)是受斷裂構(gòu)造控制，在區(qū)內(nèi)以震蕩式上升運(yùn)動(dòng)為主。

1.2 水文地質(zhì)條件

調(diào)查區(qū)內(nèi)地下水可劃分為4種類(lèi)型：松散巖類(lèi)孔隙水、碳酸鹽巖類(lèi)裂隙巖溶水、碎屑巖孔隙裂隙水及基巖裂隙水。松散巖類(lèi)孔隙水主要賦存于扎曲和香曲河兩側(cè)第四系地層的砂卵礫石層中，含水介質(zhì)為粗粒碎屑松散物質(zhì)，具有良好的貯水空間，又有河水滲漏和側(cè)向基巖山區(qū)地下水的補(bǔ)給，故水量較為豐富，可以分為4個(gè)區(qū)，分別為單井涌水量大于5 000 m3/d，單井涌水量1 000～5 000 m3/d，單井涌水量100～1 000 m3/d，單井涌水量小于100 m3/d；碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙水埋藏在古近系砂質(zhì)泥巖及礫巖中，但含水層較薄，透水性能也較差，換算涌水量為66.78 m3/d，礦化度1.67 g/L，水化學(xué)類(lèi)型為HCO3-Na型水；碳酸鹽巖類(lèi)裂隙孔隙水流量較小，單泉流量0.1～1 L/s，礦化度小于1 g/L，水化學(xué)類(lèi)型為SO4·HCO3-Ca·Mg或HCO3-Ca·Mg型水；基巖裂隙水分布于廣大基巖山區(qū)，單泉流量一般0.1～1 L/s，徑流模數(shù)在1.0～3.0 L/s·km2之間，礦化度小于0.5 g/L，屬HCO3-Ca型。

2 研究技術(shù)方法

2.1 水文與工程鉆探

為查明河谷地帶的水文地質(zhì)條件，本次的水文地質(zhì)鉆探工作主要部署在扎曲、香曲河河谷地帶。水文地質(zhì)鉆探工作嚴(yán)格按照《水文地質(zhì)鉆探規(guī)程》(DZ/T0148-94)進(jìn)行，共部署水文地質(zhì)鉆孔13眼，全孔段取芯，成孔口徑550 mm，總進(jìn)尺590.1 m。分兩次鉆進(jìn)，首先采用SPJ-300鉆機(jī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)取芯，卵礫類(lèi)大于40%，粘土類(lèi)大于70%，并對(duì)巖芯進(jìn)行了準(zhǔn)確詳細(xì)的描述，地層和含水層劃分準(zhǔn)確可靠；之后采用SPC-600型黃河牌車(chē)載鉆機(jī)進(jìn)行擴(kuò)孔成井，成井口徑550 mm，依據(jù)地層結(jié)構(gòu)和含水層位置，分別下入Φ273 mm沉淀管、打眼纏絲包網(wǎng)濾水管及井壁管，人工緩慢在管外填入5～7 mm粒徑的精選天然礫料，至地下水位以上3 m，填礫厚度10 cm，其質(zhì)量符合《水文地質(zhì)鉆探規(guī)程》的相關(guān)技術(shù)要求。

工程地質(zhì)鉆孔主要用于查明淺部地層結(jié)構(gòu)、巖土物理學(xué)性質(zhì)、地下水位埋深等，為區(qū)域地層、地下水等水位線劃分及重點(diǎn)地區(qū)城鎮(zhèn)規(guī)劃提供基礎(chǔ)資料。鉆孔孔徑127 mm，采用XY-1型鉆機(jī)清水鉆進(jìn)，一徑到底，巖芯采取率在70%～90%之間。淺井主要用于輔助查明第四系地層、包氣帶巖性結(jié)構(gòu)，完成對(duì)鉆機(jī)難以到達(dá)地區(qū)的第四系潛水含水層劃分和各類(lèi)樣品采集。本次工作淺井工程部署合理，累計(jì)完成工作量208.2 m。

2.2 抽水試驗(yàn)與采樣分析

對(duì)本次施工的所有水文地質(zhì)鉆孔進(jìn)行了抽水試驗(yàn)。首先采用活塞和水泵聯(lián)合洗井，達(dá)到水清砂凈后，進(jìn)行了試抽，試抽結(jié)果對(duì)比合格以后再進(jìn)行正式的抽水試驗(yàn)，洗孔質(zhì)量良好。試驗(yàn)過(guò)程中采用三角堰觀測(cè)流量，采用mini-diver及電子水位儀觀測(cè)水位，讀數(shù)精確到毫米；同時(shí)采用溫度計(jì)對(duì)氣溫、水溫進(jìn)行了同步觀測(cè)，讀數(shù)精確到0.1℃，抽水穩(wěn)定持續(xù)時(shí)間均控制在8 h以上，每個(gè)落程抽水試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)恢復(fù)水位進(jìn)行了觀測(cè)。水化學(xué)分析主要包括水質(zhì)全分析、簡(jiǎn)分析以及生活飲用水專(zhuān)項(xiàng)分析，以查明區(qū)內(nèi)地下水的物理性質(zhì)、化學(xué)成分、毒理指標(biāo)，為劃分地下水化學(xué)類(lèi)型，研究區(qū)域水文地球化學(xué)特征及其垂向和水平分帶規(guī)律，為研究地下水成因水質(zhì)評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

2.3 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

動(dòng)態(tài)觀測(cè)點(diǎn)主要布置在河流上、下游斷面，以及重要的民井、本次施工的鉆孔中，基本控制了區(qū)內(nèi)主要水文地質(zhì)單元，觀測(cè)工作由專(zhuān)人負(fù)責(zé)，觀測(cè)期為一個(gè)水文年。地下水位采用手持電子水位儀進(jìn)行測(cè)量，地表水流量采用流速儀進(jìn)行測(cè)量，每15天進(jìn)行一次統(tǒng)測(cè)。觀測(cè)數(shù)據(jù)詳實(shí)準(zhǔn)確，客觀地反映了地表水、地下水的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，為研究區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律提供了可靠依據(jù)。

2.4 地下水資源評(píng)價(jià)

地下水資源評(píng)價(jià)包括水量和水質(zhì)兩個(gè)方面。地下水資源包括天然資源量及允許開(kāi)采量。其中采用徑流模數(shù)法計(jì)算基巖裂隙水、碳酸鹽巖類(lèi)裂隙巖溶水、碎屑巖裂隙孔隙水，用斷面法進(jìn)行計(jì)算松散巖類(lèi)孔隙水。根據(jù)本次野外調(diào)查資料及抽水試驗(yàn)資料，首先進(jìn)行模型概化，計(jì)算區(qū)位于扎曲河， 沿途地表水垂直滲漏補(bǔ)給地下水。根據(jù)以上條件概化后，區(qū)內(nèi)可認(rèn)為是具有水力坡度的無(wú)限含水層的源匯項(xiàng)，現(xiàn)狀開(kāi)采量可看成抽水井抽水量。條件概化后，按勢(shì)流疊加原理，用非穩(wěn)定流干擾井群法解析式求解，選取計(jì)算參數(shù)為導(dǎo)水系數(shù)、滲透系數(shù)、含水層厚度、給水度、抽水井流量等，從而對(duì)地下水資源量進(jìn)行評(píng)價(jià)。計(jì)算公式如下。

1)采用徑流模數(shù)法，計(jì)算公式如式(1)所示。

Q=3.1536·M·F

(1)

式中Q——地下水資源，104m3/a；

M——地下徑流模數(shù)，L/s·km2；

F——計(jì)算段面積，km2。

2)采用斷面法進(jìn)行，計(jì)算公式如式(2)所示。

Q=K×W×I

(2)

式中K——滲透系數(shù)，m/d；

W——過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m；

I——水力坡度，‰。

3)計(jì)算滲透系數(shù)K和導(dǎo)水系數(shù)T，計(jì)算公式如式(3)所示。

式中K——滲透系數(shù)，m/d；

Q——涌水量，m3/d；

H——含水層厚度，m；

h——含水層抽水時(shí)厚度，m；

R——抽水影響半徑，m；

r——抽水孔半徑，m；

T——導(dǎo)水系數(shù)，m2/d。

3 結(jié)果討論與分析

3.1 地下水補(bǔ)徑排關(guān)系

扎曲和香曲河谷潛水的主要補(bǔ)給來(lái)源為河水的滲漏補(bǔ)給及基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給，河水的補(bǔ)給源區(qū)為無(wú)人居住的基巖山區(qū)，無(wú)人類(lèi)活動(dòng)，另外也未發(fā)現(xiàn)對(duì)地表水水質(zhì)有嚴(yán)重影響的巖體和礦體。在香曲下游與扎曲交匯地帶為囊謙縣香達(dá)鎮(zhèn)，也就是囊謙縣政府所在地，此處人類(lèi)活動(dòng)頻繁，由于河谷第四系很薄，在雨季河水和古近系紅層接觸，使得河水發(fā)渾，且水質(zhì)較差。

3.2 水化學(xué)特征

3.2.1 地表水化學(xué)特征

據(jù)水質(zhì)分析資料，調(diào)查區(qū)內(nèi)扎曲以HCO3·SO4-Ca·Mg型水為主，香曲以HCO3·SO4-Ca型水為主，那溶溝以HCO3·SO4-Ca型水為主，格代則溝以HCO3-Ca·Mg型水為主。pH值7.37～8.25，礦化度253.96～374.16 mg/L，總硬度252.20～298.24 mg/L。河流地表水的水化學(xué)類(lèi)型的變化特征是：支溝因流程短，水化學(xué)類(lèi)型簡(jiǎn)單，礦化度小，香曲、扎曲因流域面積廣，水化學(xué)類(lèi)型復(fù)雜，礦化度相對(duì)較高。

3.2.2 地下水化學(xué)特征

地下水樣品的測(cè)試結(jié)果顯示地下水樣品基本落在“1+4”區(qū)，測(cè)試結(jié)果投影于Piper三線圖(見(jiàn)圖1)，顯示出堿土金屬離子大于堿金屬離子，強(qiáng)酸根離子大于弱酸根離子的特征。山區(qū)及丘陵地下水主要以HCO3、HCO3·SO4、HCO3·Cl·SO4型為主，而河谷地下水受各種因素影響，水化學(xué)類(lèi)型復(fù)雜多樣。通過(guò)分析，調(diào)查區(qū)山區(qū)地下水類(lèi)型主要為碎屑巖裂隙孔隙水、碳酸鹽巖類(lèi)裂隙巖溶水及基巖裂隙水3種，單泉流量均在0.1～1.0 L/s之間，富水性等級(jí)為中等，山區(qū)地下水不具備供水條件。河谷區(qū)地下水類(lèi)型主要為松散巖類(lèi)孔隙水，水為無(wú)色、無(wú)味、無(wú)嗅、透明，礦化度小于1.0 g/L的HCO3型淡水，地下水質(zhì)量多數(shù)為Ⅲ類(lèi)水，地下水質(zhì)量級(jí)別為較好，是適合于生活用水的較好的水，含水層巖性為沖積、沖洪積的砂卵礫石層，水量極其豐富，具有較好的供水前景。

圖1 地下水體Piper三線圖解

3.3 地下水動(dòng)態(tài)特征

河谷平原潛水，由于所處的地貌部位不同、埋藏深淺不一、比如河流的上、中、下游或是漫灘、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)階地，則各自有不同的補(bǔ)給、徑流和排泄條件及埋藏特點(diǎn)，反映在地下水的動(dòng)態(tài)變化上差別很大，水位的高低峰值、水化學(xué)、地下水變化幅度也不一樣。Ⅱ-Ⅲ級(jí)階地距離地表水較遠(yuǎn)，受河水的影響較小，氣象因素影響較大，因此水位年變幅比河漫灘較大。但不管是河漫灘還是Ⅰ-Ⅲ級(jí)階地，潛水位的峰、谷值均有滯后現(xiàn)象，一般滯后1個(gè)月。

3.4 地下水資源評(píng)價(jià)及允許開(kāi)采量評(píng)價(jià)

工作區(qū)地下水資源量是在劃分區(qū)和亞區(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算的，不同的段采用不同的方法計(jì)算。山區(qū)基巖裂隙水、碳酸鹽巖類(lèi)裂隙巖溶水和碎屑巖類(lèi)裂隙孔隙水采用徑流模數(shù)法，是根據(jù)野外調(diào)查的實(shí)際資料計(jì)算的，計(jì)算是有依據(jù)的，可以滿足調(diào)查的精度要求。平原區(qū)松散巖類(lèi)孔隙水根據(jù)水文地質(zhì)鉆探資料采用斷面法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算精度較高(見(jiàn)表1)。

表1 松散巖類(lèi)孔隙水水資源計(jì)算

香曲河段：利用本次施工的K5和K6號(hào)鉆孔抽水試驗(yàn)資料，采用斷面徑流量法計(jì)算香曲河段的Ⅰ-Ⅰ′地下水?dāng)嗝鎻搅髁繛? 200 m3/d，采用干擾井群法計(jì)算擬開(kāi)采區(qū)開(kāi)采量為2 000 m3/d時(shí)候在不同開(kāi)采時(shí)間下的降深值，計(jì)算開(kāi)采60年后的降深值為4.23 m，約占該地段平均含水層厚度的50%，開(kāi)采量占斷面徑流量的38%，說(shuō)明允許開(kāi)采量2 000 m3/d是完全有保障的，但由于開(kāi)采2 000 m3/d時(shí)降深已達(dá)含水層厚度的一半，不宜再增大開(kāi)采量。

扎曲河段：利用本次施工的K01和K02號(hào)鉆孔抽水試驗(yàn)資料，采用斷面徑流量法計(jì)算Ⅲ-Ⅲ′地下水?dāng)嗝鎻搅髁繛? 100 m3/d，采用干擾井群法計(jì)算擬開(kāi)采區(qū)開(kāi)采量為2 000 m3/d時(shí)候在不同開(kāi)采時(shí)間下的降深值，計(jì)算開(kāi)采60年后的降深值為5.24 m，約占該地段平均含水層厚度的33.6%，開(kāi)采量?jī)H占斷面徑流量的24%，說(shuō)明允許開(kāi)采量2 000 m3/d是完全有保障的。

利用本次施工的K03和K04號(hào)鉆孔抽水試驗(yàn)資料，采用斷面徑流量法計(jì)算Ⅳ-Ⅳ′地下水?dāng)嗝鎻搅髁繛? 300 m3/d，采用干擾井群法計(jì)算擬開(kāi)采區(qū)開(kāi)采量為2 000 m3/d時(shí)候在不同開(kāi)采時(shí)間下的降深值，計(jì)算開(kāi)采60年后的降深值為6.07 m，約占該地段平均含水層厚度的67.4%，開(kāi)采量?jī)H占斷面徑流量的24%，說(shuō)明允許開(kāi)采量2 000 m3/d是完全有保障的；扎曲河上下游開(kāi)采量疊加，開(kāi)采量?jī)H占斷面徑流量的48.2%，允許開(kāi)采量也是完全有保障的。

3.5 地質(zhì)情況與地質(zhì)災(zāi)害防治

調(diào)查區(qū)巖體分為堅(jiān)硬塊狀侵入巖巖組、堅(jiān)硬—較堅(jiān)硬層狀砂巖、灰?guī)r巖組和較軟弱—軟弱層狀砂巖、泥巖巖組3大類(lèi)；土體類(lèi)型劃分為沖積卵石單層土體、上部粉砂、粉土、填土，下部多卵石、礫石土、上部粉細(xì)砂、粉土，下部多泥質(zhì)礫石、含泥質(zhì)礫石3大類(lèi)。區(qū)內(nèi)分為高山工程地質(zhì)區(qū)、低山丘陵工程地質(zhì)區(qū)和河谷沖洪積平原工程地質(zhì)區(qū)3類(lèi)工程地質(zhì)區(qū)，其高山工程地質(zhì)區(qū)和低山丘陵工程地質(zhì)區(qū)的工程地質(zhì)條件差，不適宜工程建設(shè)；河谷沖洪積平原工程地質(zhì)區(qū)工程地質(zhì)條件較好，適宜工程地質(zhì)建設(shè)。對(duì)調(diào)查區(qū)進(jìn)行了工程建設(shè)適宜性評(píng)價(jià)，分為建設(shè)條件極差的場(chǎng)地、建設(shè)條件很差的場(chǎng)地、適宜建設(shè)的場(chǎng)地及較適宜建設(shè)的場(chǎng)地。評(píng)價(jià)認(rèn)為扎曲和香曲河谷區(qū)為工程建設(shè)適宜場(chǎng)地，扎曲和香曲近山麓區(qū)及各支溝地帶為工程建設(shè)較適宜場(chǎng)地，周邊山區(qū)為工程建設(shè)不適宜場(chǎng)地。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害5類(lèi)：滑坡、崩塌、泥石流、不穩(wěn)定斜坡、河流塌岸，不穩(wěn)定斜坡是區(qū)內(nèi)最主要的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型，其占所調(diào)查地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的43%，潛在或已經(jīng)危害到當(dāng)?shù)氐慕ㄔO(shè)發(fā)展及人民群眾財(cái)產(chǎn)安全。根據(jù)區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件的實(shí)際情況、主要環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題和人類(lèi)工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)現(xiàn)狀等因素及分區(qū)原則，劃分出3個(gè)環(huán)境地質(zhì)區(qū)，分別為地質(zhì)環(huán)境條件較好，宜發(fā)展城建的河谷沖洪積平原區(qū)；地質(zhì)環(huán)境條件較差，宜發(fā)展牧業(yè)的低山丘陵區(qū)；地質(zhì)環(huán)境條件差，不宜發(fā)展城鎮(zhèn)建設(shè)的高海拔中高山區(qū)。為囊謙縣的城鎮(zhèn)建設(shè)提供了一定的環(huán)境地質(zhì)依據(jù)。

4 結(jié) 論

1)調(diào)查區(qū)山區(qū)地下水類(lèi)型主要為碎屑巖裂隙孔隙水、碳酸鹽巖類(lèi)裂隙巖溶水及基巖裂隙水3種，單泉流量均在0.1～1.0 L/s之間，富水性等級(jí)為中等，山區(qū)地下水不具備供水條件。河谷區(qū)地下水類(lèi)型主要為松散巖類(lèi)孔隙水，水為無(wú)色、無(wú)味、無(wú)嗅、透明，礦化度小于1.0 g/L的HCO3型淡水，地下水質(zhì)量多數(shù)為Ⅲ類(lèi)水，地下水質(zhì)量級(jí)別為較好，是適合于生活用水的較好的水，含水層巖性為沖積、沖洪積的砂卵礫石層，水量極其豐富，具有較好的供水前景。

2)對(duì)調(diào)查區(qū)采用徑流模數(shù)法、斷面法進(jìn)行了地下水資源評(píng)價(jià)，工作區(qū)基巖山區(qū)地下水天然資源總量為0.297 6×108m3/a，扎曲和香曲河谷潛水的補(bǔ)給來(lái)源于河水滲漏和無(wú)人居住的基巖地區(qū)，水質(zhì)較好；而在香曲下游與扎曲交匯地帶為囊謙縣香達(dá)鎮(zhèn)，人類(lèi)活動(dòng)頻繁，水質(zhì)較差。針對(duì)囊謙縣香達(dá)鎮(zhèn)建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，地下水的開(kāi)采利用適合高處開(kāi)采地處供給的方式，其允許開(kāi)采量分別占斷面徑流量的50%和24%，說(shuō)明允許開(kāi)采量2 000 m3/d是完全有保障的。

3)根據(jù)區(qū)內(nèi)地質(zhì)、地貌條件、巖土體類(lèi)型，香達(dá)鎮(zhèn)城鎮(zhèn)建成區(qū)及城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)為適宜建設(shè)區(qū)和較適宜建設(shè)區(qū)；基本查清了區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害及分布特征，針對(duì)調(diào)查區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特征，劃分出3個(gè)環(huán)境地質(zhì)區(qū)，對(duì)調(diào)查區(qū)進(jìn)行了工程建設(shè)適宜性評(píng)價(jià)，分為建設(shè)條件極差的場(chǎng)地、建設(shè)條件很差的場(chǎng)地、適宜建設(shè)的場(chǎng)地及較適宜建設(shè)的場(chǎng)地，為囊謙縣的城鎮(zhèn)及地震災(zāi)區(qū)后重建提供一定的環(huán)境地質(zhì)依據(jù)。