姜 軍，徐 永，馬 媛

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西西安 710054；2.長安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710054）

0 引 言

鄂爾多斯盆地作為中國重要的能源化工基地，在實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略中占有重要地位。由于盆地地處中國干旱半干旱缺水地區(qū)，水資源短缺已成為制約區(qū)域發(fā)展和能源基地建設(shè)的主要因素［1－5］。白堊系地下水是當(dāng)?shù)啬茉纯碧介_發(fā)和基地建設(shè)的主要供水水源［6］。地下水受地形控制，由地表分水嶺向盆地周邊的都思兔河、摩林河、無定河和烏蘭木倫河等水文系統(tǒng)匯集，構(gòu)成區(qū)域地下水流系統(tǒng)［6－7］。

都思兔河發(fā)源于內(nèi)蒙古鄂托克旗烏蘭鎮(zhèn)西南的察漢淖西南，為黃河的一級支流，由東向西注入黃河，全長112.0km，流域面積約4 160km2。都思兔河流域以河流和湖泊為最終排泄點，地下水流總體由東向西往都思兔河下游匯流。以都思兔河水流系統(tǒng)面積最大，徑流最深，最遠補給區(qū)達四十里梁—安邊、新召分水嶺地區(qū)，東部一帶水流潛行于眾湖泊控制的局域性淺循環(huán)水流系統(tǒng)之下［8］。

沿都思兔河流域分布有蒙西、棋盤井、查布、烏蘭鎮(zhèn)4個重要工業(yè)園區(qū)（圖1）。其中棋盤井是鄂托克旗工業(yè)重鎮(zhèn)，所屬工業(yè)園區(qū)自2000年建立以來，累計投入資金超過72億元，到2005年，園區(qū)完成工業(yè)總產(chǎn)值34億元，成為內(nèi)蒙古自治區(qū)西部重要的煤化工、高載能基地。然而經(jīng)過幾年的快速發(fā)展，水資源短缺問題日益顯現(xiàn)，成為制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟進一步發(fā)展的瓶頸。由于當(dāng)?shù)氐乇硭Y源貧乏，地下水成為該鎮(zhèn)生活和生產(chǎn)的唯一水源，而且由于過度開發(fā)，已經(jīng)出現(xiàn)了地下水位持續(xù)下降的問題，迫切需要尋找到新的水源，以保證當(dāng)?shù)亟?jīng)濟持續(xù)健康快速發(fā)展。

筆者通過野外調(diào)查、水文地質(zhì)鉆探、抽水試驗及數(shù)值模擬等方法對都思兔河流域地下水含水系統(tǒng)的基本特征和區(qū)域地下水循環(huán)規(guī)律進行了系統(tǒng)總結(jié)，對該流域地下水富集區(qū)進行了圈定，評價了地下水資源開發(fā)利用前景，為合理開發(fā)利用流域內(nèi)地下水資源以及緩解能源基地建設(shè)對水資源需求的供需矛盾提供技術(shù)保障。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of study area

1 含水層特征

1.1 羅漢洞含水巖組

羅漢洞含水巖組主要分布在都思兔河流域西北部，巖性多為含礫粗砂巖、粗砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖、砂礫巖、薄層礫巖等。該含水層厚度為27.87～161.62m，埋深為4.79～204.65m，富水性變化大，單井涌水量60～1 800m3／d；單位涌水量為3.0～80m3／（d·m）；含水層的滲透系數(shù)平均為0.98m／d，屬于較差—中等富水含水層。該含水層分布較少且產(chǎn)水能力弱，水質(zhì)較差，供水意義不大。

1.2 環(huán)河含水巖組

環(huán)河含水巖組是都思兔河流域分布最廣的含水層，大部分地段被第四系風(fēng)積砂所覆蓋，局部出露地表。環(huán)河含水巖組巖性多為中細砂巖、礫狀砂巖、礫巖及泥巖等，孔隙度基本在20%左右［8］。因泥巖厚度小，且多呈透鏡體狀展布，不能構(gòu)成區(qū)域性隔水層。淺層地下水與中、深層地下水水力聯(lián)系密切，并同上覆風(fēng)積砂層一起構(gòu)成了統(tǒng)一的含水體。地下水在地勢較高的梁地、北部、南部分水嶺部位埋深多大于20m，個別地區(qū)（如后大梁附近）地下水位埋深在70m以上；在都思兔河及其支流沿岸低洼的剝蝕洼地、湖盆灘地或相對低洼地區(qū)水位埋深較淺，多小于5m。受局域水流系統(tǒng)控制，在地形低洼地段（湖淖）可自流，該含水層是該流域主要的供水層。

1.3 洛河含水巖組

洛河含水巖組是白堊系盆地內(nèi)分布最廣的含水層。區(qū)內(nèi)未見出露，在B2、B7勘探孔中有揭露，B2勘探孔中的揭露厚度為160.09m，B7勘探孔中的揭露厚度為330.06m。含水層巖性為河流相砂巖，泥質(zhì)含量相對較高，其間夾有透鏡狀隔水體。含水層厚度為100～300m，因上覆有環(huán)河及羅漢洞含水巖組，埋藏深度較大，如查布蘇木的B2勘探孔中含水層埋深為784m，單井涌水量為559.58m3／d；B7勘探孔含水層埋深為526.45m，單井涌水量為493.98m3／d。砂巖的平均孔隙度為19.41%，粉砂巖－泥巖平均孔隙度為5.05%。

2 富水地段

根據(jù)都思兔河流域水文地質(zhì)條件，確定了3個富水區(qū)（圖2），分別是包樂浩曉富水區(qū)（宜井面積131.66km2）；巴彥布拉格富水區(qū)（宜井面積43.49km2）；好勒包勒吉富水區(qū)（宜井面積16.23km2）。

圖2 富水地段水文地質(zhì)情況Fig.2 Hydrogeological map of water－rich area

2.1 包樂浩曉富水區(qū)

包樂浩曉富水區(qū)位于研究區(qū)中部，以包樂浩曉為中心，基本沿都思兔河流河谷兩岸呈條帶狀展布，地勢北東高南西低，都思兔河從該富水區(qū)中部穿過，北東最高處1 320m，南西最低處1 220m。

本區(qū)地下水類型為白堊系環(huán)河組碎屑巖類裂隙－孔隙水。該富水區(qū)處于都思兔河中上游地下水溢出帶兩側(cè)，水位埋深由河谷（小于1m）向南北兩側(cè)增加為3～5m，個別地段為10～12m（表1）。當(dāng)井孔深度達到中部循環(huán)深度（150～550m）時，水頭高于地表，如ZK92孔水頭高于地表7.68m，地下水以自流的形式涌出。

本區(qū)含水層為白堊系環(huán)河組中細砂巖，厚度大。本次施工CB4鉆孔300m未揭穿，機井揭露最大厚度為519.14m。其含水層巖性為較單一的中細砂巖，富水性較好（圖3），單井涌水量為1 617.41～2 016.66m3／d，滲透系數(shù)為0.14～0.88m／d。

地下水補給來源為：直接接受大氣降水的入滲補給及富水區(qū)南北兩側(cè)地下水側(cè)向徑流補給。該富水區(qū)沿都思兔河呈近東西向分布，南北兩側(cè)補給帶寬，因此地下水補給方式主要為側(cè)向徑流補給方式。地下水徑流途徑較短，從南北兩側(cè)斷面接受地下水補給后，以都思兔河為中心進行排泄，由于該富水區(qū)大部分處于地下水淺埋區(qū)，水位埋深小于5m，因此地下水的排泄主要方式為潛水面蒸發(fā)，其次為河流兩岸農(nóng)田灌溉及生活用水。

表1 包樂浩曉富水區(qū)含水層參數(shù)Tab.1 Parameters of aquifer in water－rich area of Baolehaoxiao

圖3 后大梁—巴色爾海水文地質(zhì)剖面Fig.3 Hydrogeological profile of Houdaliang－Baseerhai

本區(qū)地下水水化學(xué)類型較為單一，為HCO3－Na· Ca和HCO3·Cl－Na型，礦化度為0.20～0.80g／L，適宜生活飲用、工業(yè)用水及農(nóng)業(yè)灌溉。

2.2 巴彥布拉格富水區(qū)

巴彥布拉格富水區(qū)位于研究區(qū)西北角，敖倫布拉以南、巴彥布拉格以北、都思兔河北支流以西洼地，都思兔河流處于洼地北部。北、東、南三面地勢相對較高，富水區(qū)南北海拔1 175～1 185m，中間低洼，海拔1 170～1 175m。

本區(qū)地下水類型為白堊系環(huán)河組碎屑巖類裂隙－孔隙水。該富水區(qū)處于都思兔河下游地下水溢出帶兩側(cè)，地下水水位埋深淺，為3～5m，巴彥布拉格南部地勢相對較高的地段水位埋深為5～10m。含水介質(zhì)為環(huán)河組細砂巖、中細砂巖和中粗砂巖。

據(jù)CB1孔揭露，細砂巖厚度為73.26m，中細砂巖厚度為81.48m，其下為中粗砂巖，含水層厚度達346.70m，未見底。含水層組成顆粒具有較明顯的上細下粗規(guī)律。含水層顆粒較粗，孔隙發(fā)育，地下水富水性好，單井涌水量為3 000～3 900m3／d（圖4），滲透系數(shù)為0.74～0.81m／d（表2）。

表2 巴彥布拉格富水區(qū)含水層參數(shù)Tab.2 Parameters of aquifer in water－rich area of Bayanbulage

本區(qū)地下水接受河谷北、南及東向地下水的側(cè)向徑流補給及中深層環(huán)河組、洛河組裂隙－孔隙地下水的越流補給，地下水補給充沛，具有承壓水的性質(zhì)，多數(shù)深度在200m內(nèi)的機井在非農(nóng)業(yè)灌溉期間自流。地下水以潛水蒸發(fā)、向河流溢出的形式排泄。

本區(qū)水化學(xué)類型單一，為SO4·Cl－Na型，礦化度0.6～0.8g／L，適宜生活飲用、工業(yè)用水及農(nóng)業(yè)灌溉。

2.3 好勒包勒吉富水區(qū)

好勒包勒吉富水區(qū)位于詳查區(qū)西南部，查布蘇木以南、哈圖以北。東西兩側(cè)為梁地，海拔為1 300～1 350m，中間低洼，海拔1 230～1 250m。

圖4 巴彥布拉格—好勒包勒吉水文地質(zhì)剖面Fig.4 Hydrogeological profile of Bayanbulage－Haolebaoleji

本區(qū)地下水類型為白堊系環(huán)河組碎屑巖類裂隙－孔隙水。該富水區(qū)處于好勒包勒吉洼地中，地下水水位埋深3～5m，最大水位埋深5.22m。其含水介質(zhì)為環(huán)河組細砂巖、中細砂巖。據(jù)CB6孔揭露，細砂巖厚度為60m，細砂巖與中細砂巖之間夾厚度不等的泥質(zhì)粉砂巖，最大為1.20m，且不連續(xù)；其下為中細砂巖，揭露厚度230m。含水層膠結(jié)程度差，孔隙發(fā)育，地下水補給充沛，地下水富水性好，單井涌水量為3 400～4 700m3／d，滲透系數(shù)為0.59～0.98m／d（表3）。

表3 好勒包勒吉富水區(qū)含水層參數(shù)Tab.3 Parameters of aquifer in water－rich area of Haolebaoleji

本區(qū)地下水接受西側(cè)、南側(cè)及東側(cè)地下水側(cè)向徑流補給，垂向上接受中深環(huán)河含水巖組地下水的頂托補給；地下水以潛水蒸發(fā)、向北部徑流的形式排泄。

本區(qū)水化學(xué)類型為SO4·Cl·HCO3－Na、SO4· Cl－Na型，礦化度為0.40～0.60g／L，適宜生活飲用、工業(yè)用水及農(nóng)業(yè)灌溉。

3 供水前景分析

根據(jù)當(dāng)?shù)亻_采條件分析，為了降低地下水開采對生態(tài)環(huán)境的影響，可在地下水淺埋區(qū)選擇合適的地段，采用中段懸掛式非完整井結(jié)構(gòu)以及平均布井的方式，開采白堊系地下水資源。

根據(jù)流域內(nèi)抽水試驗資料以及開采井工作現(xiàn)狀，確定包樂浩曉富水區(qū)各方案開采井單井抽水量為1 000、1 500、2 000m3／d，巴彥布拉格富水區(qū)各方案開采井單井抽水量為1 500、2 000、2 500m3／d，好勒包勒吉富水區(qū)各方案開采井單井抽水量為1 500、2 000、2 500m3／d；各富水區(qū)開采井間距1 000、1 500、2 000m，開采層位均為中段懸掛式非完整井。這樣上述3個富水區(qū)共設(shè)計了27種計算方案［9］。

在多年平均降水量、蒸發(fā)量以及農(nóng)業(yè)開采現(xiàn)狀條件下，根據(jù)各方案模擬計算結(jié)果，潛水位最大下降幅度（簡稱“最大降深”，但本次計算的中段懸掛式非完整井最大降深應(yīng)出現(xiàn)在模型第2層，而不是潛水位的最大下降幅度）：包樂浩曉富水區(qū)為8.23～101.63m，巴彥布拉格富水區(qū)為3.72～38.11m，好勒包勒吉富水區(qū)為1.90～10.66m。各計算方案作用的降落漏斗降深情況見表4～6。

在各計算方案作用下，開采量主要由截取的無效蒸發(fā)排泄量組成，占開采量的99.32%～99.96%。包樂浩曉富水區(qū)開采時，都思兔河流量僅減少202.82～1 218.633m3／d；巴彥布拉格富水區(qū)開采時，都思兔河流量僅減少20.89～145.12m3／d；好勒包勒吉富水區(qū)開采時，都思兔河流量僅減少了1.07～15.44m3／d。

對比這27個開采方案的計算結(jié)果，各宜井區(qū)隨著單井開采量的增加，井間距逐步縮小，或者說隨著開采強度增加，開采井計算的最大降深逐步增加。井間距較小時，單井開采量增加引起開采井計算的最大降深增加幅度較大，且當(dāng)單井開采量增加到一定程度時，引起開采井計算的最大降深增加速度將進一步增大（圖5～7）。

隨著開采強度的增加，都思兔河流量及潛水蒸發(fā)量的減少量也在逐漸增加。地下水開采量主要由截取蒸發(fā)量為主，隨著開采強度增加，蒸發(fā)量的減少量基本呈線性增加。

根據(jù)各方案作用下的地下水埋深分布、開采井最大降深、地下水溢出量的變化等，推薦包樂浩曉富水區(qū)的開采方式（方案BAO－02）為：單井涌水量為1 000m3／d，井間距1 500m，開采井?dāng)?shù)55眼，總開采量55 000m3／d；巴彥布拉格富水區(qū)的開采方式（方案BA－05）為：單井涌水量為2 000m3／d，井間距1 500m，開采井?dāng)?shù)18眼，總開采量36 000m3／d；好勒包勒吉富水區(qū)的開采方式（方案HAO－07）：設(shè)計單井涌水量為2 500m3／d，井間距1 000m，開采井?dāng)?shù)13眼，總開采量32 500m3／d。3個富水區(qū)總推薦可開采量為123 500m3／d。

表4 包樂浩曉富水區(qū)各開采方案作用的漏斗形態(tài)統(tǒng)計Tab.4 Statistics of groundwater funnel shapes for different exploitation schemes in water－rich area of Baolehaoxiao

表5 巴彥布拉格富水區(qū)各開采方案作用的漏斗形態(tài)統(tǒng)計Tab.5 Statistics of groundwater funnel shapes for different exploitation schemes in water－rich area of Bayanbulage

表6 好勒包勒吉富水區(qū)各開采方案作用的漏斗形態(tài)統(tǒng)計Tab.6 Statistics of groundwater funnel shapes for different exploitation schemes in water－rich area of Haolebaoleji

圖5 包樂浩曉富水區(qū)開采強度與最大降深關(guān)系Fig.5 Relationship between exploitation intensity and maximum drawdown in water－rich area of Baolehaoxiao

圖6 巴彥布拉格富水區(qū)開采強度與最大降深關(guān)系Fig.6 Relationship between exploitation intensity and maximum drawdown in water－rich area of Bayanbulage

圖7 好勒包勒吉富水區(qū)開采強度與最大降深關(guān)系Fig.7 Relationship between exploitation intensity and maximum drawdown in water－rich area of Haolebaoleji

4 結(jié) 語

（1）鄂爾多斯盆地都思兔河流域包樂浩曉、巴彥布拉格、好勒包勒吉3處富水區(qū)位于地下水淺埋區(qū)，主要補給為側(cè)向徑流及大氣降水入滲補給，排泄方式以潛水面蒸發(fā)及向河流排泄為主。因此在地下水淺埋區(qū)，結(jié)合含水層單井涌水量的大小，采用中段懸掛式非完整井，平均布井，單一開采白堊系環(huán)河組地下水，最大限度地奪取潛水蒸發(fā)排泄量。

（2）包樂浩曉富水區(qū)管井開采方式推薦為：開采井間距1 500m，井深300m，單井開采量為1 000 m3／d，開采井?dāng)?shù)55眼，總開采量55 000m3／d；巴彥布拉格富水區(qū)管井開采方式推薦為：開采井間距1 500m，井深300m，單井開采量為2 000m3／d，開采井?dāng)?shù)18眼，總開采量36 000m3／d；好勒包勒吉富水區(qū)管井開采方式推薦為：開采井井間距1 000m，井深300m，單井開采量為2 500m3／d，開采井?dāng)?shù)13眼，總開采量32 500m3／d。上述3個富水區(qū)總開采量為123 500m3／d。

（3）為了使有限的地下水資源能可持續(xù)利用，防止出現(xiàn)不良的地質(zhì)環(huán)境問題，在開發(fā)利用地下水資源時，應(yīng)因地制宜地確定合理的開發(fā)利用方案，以達到資源、環(huán)境、社會協(xié)調(diào)發(fā)展為目標(biāo)。

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