劉潤(rùn)勝,葉紅軍,李運(yùn)肖

(1.河南省地質(zhì)研究院,河南 鄭州 450016; 2.河南省地球物理空間信息研究院,河南 鄭州 450009)

研究區(qū)位于西藏自治區(qū)東部,地處怒江上游,主要為山地地貌和河谷地貌。山地地貌海拔4 km以上,相對(duì)高差深達(dá)1 km以上,局部常年有冰雪覆蓋,具有冰川地貌特征;河谷地貌分布于研究區(qū)中部,河流切割深,地形坡度大。研究區(qū)行政區(qū)劃隸屬于西藏自治區(qū)八宿縣,隨著318國(guó)道沿線及八宿縣城的建設(shè)發(fā)展,對(duì)水資源的需求日益增多,水資源的匱乏成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素[1-3]。

1 地下水類(lèi)型及主要含水層

根據(jù)含水介質(zhì)的巖性組合特征及埋藏深度、地下水的賦存條件及水動(dòng)力特征,結(jié)合本區(qū)目前的地下水開(kāi)采深度,將本區(qū)含水層組劃分為松散巖類(lèi)淺層含水層(組)和碎屑巖類(lèi)裂隙含水層(組)2類(lèi)。研究區(qū)水文地質(zhì)如圖1所示。

1.1 松散巖類(lèi)淺層含水層

淺層含水巖組主要分布在八宿縣城冷曲兩岸及拉曲河床、溝槽內(nèi),此外在各級(jí)臺(tái)地(或階地)上、斜坡坡腳處等也有分布,面積小。松散巖類(lèi)含水層由第四系沖積物的砂、礫、粘土層以及洪積物的砂、礫、粘土層等組成,主要含水層為沖積物的砂礫石層,但其分布僅限于冷曲河床及兩岸的第一、二級(jí)階地上。淺層含水層類(lèi)型為潛水。

圖1 研究區(qū)水文地質(zhì)Fig.1 Hydrogeology of the study area

淺層地下水富水性,基巖山區(qū)的溝谷及階地,含水層厚度較小,富水性較差,根據(jù)含水層的富水性大小、成因類(lèi)型,只分為弱富水區(qū)和貧水區(qū)。

(1)弱富水區(qū)(10～100 m3/d)。分布于八宿縣巴東新村、八宿縣政府一帶冷曲河及其階地中。含水砂層厚度不大、顆粒較粗。含水層全新統(tǒng)細(xì)砂、礫、粘土層。含水層1～2層,厚度一般1.2～4.5 m,含水層頂板埋深1.2～5.1 m。按5 m降深計(jì)算其單位涌水量11.28～18.15 m3/(d·m)。滲透系數(shù)0.042 3～0.045 6 m/d,導(dǎo)水系數(shù)0.21～0.23 m2/d。

(2)貧水區(qū)(<10 m3/d)。分布于八宿縣沙木村、珠八村、西巴村一帶冷曲河及其階地中。含水砂層厚度不大、顆粒較粗。含水層全新統(tǒng)細(xì)砂、礫、黏土層。含水層1～2層,厚度一般1.4～4.2 m,含水層頂板埋深1.2～5.6 m。按5 m降深計(jì)算其單位涌水量5.53～9.54 m3/(d·m)。滲透系數(shù)0.046 6～0.095 9 m/d,導(dǎo)水系數(shù)0.24～0.49 m2/d。

1.2 碎屑巖類(lèi)裂隙含水層

碎屑巖裂隙水分布于研究區(qū)大部分區(qū)域,在研究區(qū)海拔較高的地帶,出露前石炭、石炭系、侏羅紀(jì)、上白堊系地層,雖然構(gòu)造裂隙相對(duì)發(fā)育,但大氣降水和冰雪融水迅速滲入地下或通過(guò)地表徑流向海拔較低地區(qū)徑流,只有在局部構(gòu)造阻水帶以泉的形式出露,上述含水層組富水性差。研究區(qū)內(nèi)的褶皺、次級(jí)構(gòu)造發(fā)育,研究區(qū)內(nèi)的上新近系砂巖,白堊系下統(tǒng)多尼組砂頁(yè)巖等地層的巖石相當(dāng)破碎,裂隙發(fā)育,裂隙產(chǎn)狀變化大,地下水就賦存于風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙中,并沿構(gòu)造破碎帶富集,在地形低洼地帶或特殊構(gòu)造部位以泉的形式出露成巖作用及膠結(jié)程度均差,構(gòu)造裂隙極不發(fā)育,近地表風(fēng)化后具有孔隙性,富水性較差,地下水徑流模數(shù)0.001 3～0.001 9 L/(s·km2)。

2 地下水動(dòng)態(tài)類(lèi)型

2.1 松散巖類(lèi)孔隙水地下水動(dòng)態(tài)

松散巖類(lèi)孔隙潛水的動(dòng)態(tài)變化主要受氣象、地貌、水位埋深、包氣帶巖性及人為因素的綜合影響[4-6],不同地區(qū)各因素的影響強(qiáng)度不盡相同,形成不同的動(dòng)態(tài)特征,按影響潛水動(dòng)態(tài)的主要因素劃分出以下成因類(lèi)型。

(1)滲入—徑流型。分布于河谷階地及沖積谷地平原區(qū),以降水入滲、徑流排泄為潛水動(dòng)態(tài)的主要影響因素,其特點(diǎn)是:6—8月水位較低,10—12月水位較高,最高水位相對(duì)雨季滯后1個(gè)月左右(圖2)。

圖2 滲入—徑流型淺層地下水位動(dòng)態(tài)曲線Fig.2 Dynamic curves of infiltration runoff shallow groundwater level

(2)滲入—下滲型。分布于區(qū)內(nèi)階地平原區(qū),孔隙水主要受大氣降水入滲補(bǔ)給,又主要通過(guò)緩慢下滲進(jìn)行排泄,其特點(diǎn)是:6—8月水位較低,而10—12月水位較高,最高水位相對(duì)于雨季滯后1～2個(gè)月(圖3)。

圖3 滲入—下滲型淺層地下水位動(dòng)態(tài)曲線Fig.3 Dynamic curves of shallow groundwater level with infiltration and infiltration

(3)滲入—蒸發(fā)、開(kāi)采型。分布于部分河谷一級(jí)階地地下水位淺埋區(qū)。地下水受大氣降水及地表水灌溉滲入補(bǔ)給,而被蒸發(fā)和開(kāi)采排泄[7-10]。其特點(diǎn)是:水位在地表水灌溉(渠灌)期和雨季上升,而在旱熱的6、7月及地下水灌溉期下降,地下水位變化滯后時(shí)間短(圖4)。

2.2 碎屑巖類(lèi)裂隙水地下水動(dòng)態(tài)

一般均在9—11月流量最大,2—6月流量最小,與氣象的雨季和旱季相對(duì)應(yīng)而稍有滯后,且滯后時(shí)間、泉水豐枯期流量比與地下水埋藏深度密切相關(guān)(圖5)。

圖4 滲入—蒸發(fā)、開(kāi)采型淺層地下水位動(dòng)態(tài)曲線Fig.4 Dynamic curves of infiltration evaporation and mining shallow groundwater level

圖5 碎屑巖類(lèi)裂隙水地下水位動(dòng)態(tài)曲線Fig.5 Dynamic curves of groundwater level in clastic rock fissure water

3 地下水開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

根據(jù)研究區(qū)地下水資源開(kāi)采的深度、開(kāi)采量及地下水水質(zhì)的演化,地下水資源開(kāi)發(fā)利用歷史大致可分為以下2個(gè)階段。

3.1 地下水資源開(kāi)發(fā)利用初始階段(2006年以前)

研究區(qū)經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展相對(duì)落后,基本沒(méi)有工業(yè)設(shè)施,對(duì)水源的消耗主要來(lái)源于生活用水。研究區(qū)內(nèi)居住人口較少且相當(dāng)分散,供水模式主要有4種:①就近取用地表水;②在河流邊挖淺井(坑),深度一般1～3 m,接管取水;③在地勢(shì)較高的溝谷中攔蓄地表水接管引水自流到戶(hù);④取用泉水。該階段地下水開(kāi)采量小,主要開(kāi)采松散巖類(lèi)淺層孔隙水,其次為基巖裂隙水。

3.2 地下水資源開(kāi)采近期階段(2006年—至今)

該階段研究區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了少量農(nóng)村工業(yè),地下水開(kāi)發(fā)利用程度相對(duì)較高,主要用于人畜供水,研究區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地下水現(xiàn)狀開(kāi)采量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1,開(kāi)采量小計(jì)3.65×104m3/a。主要供水模式有3種:①在地勢(shì)較高無(wú)采礦的支溝上游砌石攔蓄地表水接管引水供一戶(hù)或多戶(hù)用水;②在水文地質(zhì)條件相對(duì)較好的溝中挖溝筑壩截取基巖裂隙水接管引水供多戶(hù)或一個(gè)村用水;③在研究區(qū)南部水文地質(zhì)條件較好的地段,挖井下水泥管供多戶(hù)飲用和灌溉。該階段對(duì)地下水的開(kāi)發(fā)利用達(dá)到了一個(gè)新的時(shí)期,主要開(kāi)采松散巖類(lèi)淺層孔隙水,其次為碎屑巖類(lèi)裂隙水。

表1 研究區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地下水現(xiàn)狀開(kāi)采量統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of current mining output of groundwater in towns and villages in the study area

4 地下水資源供需分析

隨著工農(nóng)業(yè)迅猛發(fā)展,對(duì)水資源的需求量與日俱增,為了適應(yīng)區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略,預(yù)測(cè)2030年工業(yè)用水量、人畜飲用水量及農(nóng)業(yè)灌溉用水量,然后進(jìn)行水資源綜合平衡分析,以便進(jìn)行合理調(diào)控使用有限的水資源。

按現(xiàn)在的工業(yè)現(xiàn)狀、灌溉用水量和人口進(jìn)行2030年用水量預(yù)測(cè)。下面按八宿縣用水類(lèi)型分區(qū)進(jìn)行各項(xiàng)用水量預(yù)測(cè)計(jì)算。

(1)工業(yè)需水量。根據(jù)八宿縣提供的資料,綜合確定2030年工業(yè)用水重復(fù)利用率與工業(yè)萬(wàn)元產(chǎn)值取水量。

根據(jù)八宿縣總體規(guī)劃,按式(1)、式(2)進(jìn)行2030年工業(yè)需水量計(jì)算。

Q預(yù)=q預(yù)×M預(yù)

(1)

q預(yù)=q起×(1-R預(yù))/(1-R起)

(2)

式中,Q預(yù)為預(yù)測(cè)年份工業(yè)用水量;q預(yù)為預(yù)測(cè)年份萬(wàn)元產(chǎn)值取水量;M預(yù)為預(yù)測(cè)年份工業(yè)總產(chǎn)值;q起為起始年份萬(wàn)元產(chǎn)值取水量;R預(yù)為預(yù)測(cè)年份工業(yè)用水重復(fù)利用率;R起為起始年份工業(yè)用水重復(fù)利用率。

此次計(jì)算起始年份為2020年,考慮工作區(qū)工業(yè)水平,將2020—2030年平均每年工業(yè)增長(zhǎng)率為10%。

(2)人畜飲用水量預(yù)測(cè)。用水定額是根據(jù)工作區(qū)內(nèi)用水現(xiàn)狀,結(jié)合《城市給水工程規(guī)范》(GB 50282—98)及本次調(diào)查核查資料確定的,2030年用水量為0.065 m3/(d·人)。

(3)農(nóng)田灌溉用水量預(yù)測(cè)。雖說(shuō)農(nóng)業(yè)要改變種植結(jié)構(gòu),用水量可能增加,但考慮農(nóng)業(yè)窯逐步改變灌溉模式,用水量會(huì)減少,所以2030年的需水量仍保持年灌溉面積及灌溉定額和灌溉用水量不變。

(4)其他用水量。主要考慮城市生態(tài)、公共、林漁業(yè)等方面用水,其數(shù)值是根據(jù)調(diào)查收集有關(guān)資料確定。

5 地下水供水方案

5.1 地下水資源潛力規(guī)劃

根據(jù)松散巖類(lèi)孔隙水資源潛力評(píng)價(jià)分析,開(kāi)采潛力多年平均為147.63×104m3/a,松散巖類(lèi)孔隙水在地下水位降深值允許的范圍之內(nèi)可適當(dāng)增強(qiáng)開(kāi)采量。根據(jù)碎屑巖類(lèi)裂隙水資源潛力評(píng)價(jià)分析,開(kāi)采潛力多年平均為2 037.55×104m3/a。碎屑巖類(lèi)裂隙水可增強(qiáng)開(kāi)采,進(jìn)一步合理開(kāi)發(fā)利用。

5.2 安全飲用水供水方案

優(yōu)先開(kāi)采松散巖類(lèi)和碎屑巖類(lèi)水;其次在淺層水不適宜飲用的地區(qū)選擇集中開(kāi)采基巖裂隙水可飲用層段作為供水水源,供一個(gè)或多個(gè)村人畜飲用。

行政區(qū)規(guī)劃原則采用分質(zhì)分層位供水,優(yōu)先開(kāi)采滿(mǎn)足飲用水標(biāo)準(zhǔn)(Ⅰ—Ⅲ類(lèi)地下水)的層位的地下水,其次考慮地下水Ⅳ類(lèi)水層位的地下水(適當(dāng)處理),Ⅴ類(lèi)水不宜用作飲用地下水;在2個(gè)層位的地下水質(zhì)量類(lèi)別一致時(shí),優(yōu)先考慮埋藏淺易開(kāi)采層位的地下水。在飲水資源不足或者不滿(mǎn)足飲水標(biāo)準(zhǔn)時(shí),農(nóng)村飲用水盡量采用本地的地下水。

研究區(qū)內(nèi)地下水均無(wú)Ⅰ類(lèi)水,西部花崗巖山區(qū)地下水水質(zhì)為Ⅱ類(lèi),變質(zhì)巖山區(qū)地下水水質(zhì)為Ⅱ類(lèi),局部區(qū)域?yàn)棰箢?lèi)。地下水屬于Ⅳ類(lèi)水的地區(qū)研究區(qū)內(nèi)主要分布在珠八村松散巖類(lèi)孔隙水以及碎屑巖類(lèi)裂隙水。Ⅳ類(lèi)水不可作為飲用水直接使用。

5.3 農(nóng)業(yè)灌溉供水方案

在研究區(qū)地表水較為豐富,可采用渠水灌溉。農(nóng)灌井開(kāi)采過(guò)程中,因不使地下水位持續(xù)下降,以節(jié)約水源為根本,大力推廣微觀技術(shù),微觀技術(shù)主要有:微噴灌、滴灌、小管出流、滲灌等高新技術(shù)節(jié)水灌溉模式。

5.4 鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水方案

研究區(qū)屬西藏自治區(qū)缺水山區(qū),村莊多分布于溝谷兩側(cè),生活用水主要來(lái)自于河流、溝谷上游,鄉(xiāng)鎮(zhèn)多位于河谷及其階地地帶,淺層地下水可集中開(kāi)采,選擇水質(zhì)、水量較好的含水層作為供水水源。

6 地下水資源合理開(kāi)發(fā)利用方案

根據(jù)全區(qū)地下水開(kāi)采條件的均衡計(jì)算,淺層地下水可開(kāi)采資源量為230.29×104m3/a,開(kāi)采程度低;碎屑巖類(lèi)地下水可資源開(kāi)采資源量為2 037.55×104m3/a,開(kāi)采程度低;目前開(kāi)采量3.65×104m3/a,可以適當(dāng)加強(qiáng)該地區(qū)地下水資源量的利用。

6.1 碎屑巖類(lèi)地下水開(kāi)發(fā)利用方案

50 m以上,含水層富水性差,地下水埋深1.1～4.3 m。適宜作為農(nóng)村分散供水水源,可設(shè)計(jì)井深35 m,鉆探技術(shù)可采用沖擊鉆進(jìn),井徑325 mm。

50 m以下,含水層富水性好,適宜作為農(nóng)村安全飲水水源,可設(shè)計(jì)井深150 m,鉆探技術(shù)可采用沖擊鉆進(jìn),井徑325 mm。

6.2 松散巖類(lèi)地下水開(kāi)發(fā)利用方案

淺層含水巖組主要分布于較大的溝谷中,面積小。含水層為全新統(tǒng)砂、礫、粘土層,淺層含水層類(lèi)型為潛水。由于受構(gòu)造控制,含水巖組底板埋深變化較大,含水巖層的空間分布不均,從溝谷上游而下底板埋深逐漸增大,含水層厚度也逐漸增大。含水層頂板埋深1～5 m,底板埋深2.7～12.92 m,含水層一般分布1～2層,總厚度達(dá)1.7～6 m。

(1)弱富水區(qū)(10～100 m3/d)。分布于八宿縣巴東新村、八宿縣政府一帶冷曲河及其階地中,含水砂層厚度不大、顆粒較粗,含水層全新統(tǒng)細(xì)砂、礫、黏土層。含水層1～2層,厚度一般1.2～4.5 m,含水層頂板埋深1.2～5.1 m。按5 m降深計(jì)算,其單位涌水量為11.28～18.15 m3/(d.m)。滲透系數(shù)為0.042 3～0.045 6 m/d,導(dǎo)水系數(shù)0.21～0.23 m2/d。

(2)貧水區(qū)(<10 m3/d)。分布于八宿縣沙木村、珠八村、西巴村一帶冷曲河及其階地中,含水砂層厚度不大、顆粒較粗,含水層全新統(tǒng)細(xì)砂、礫、黏土層。含水層1～2層,厚度一般1.4～4.2 m,含水層頂板埋深1.2～5.6 m。按5 m降深計(jì)算,其單位涌水量5.53～9.54 m3/(d·m)。滲透系數(shù)0.046 6～0.095 9 m/d,導(dǎo)水系數(shù)0.24～0.49 m2/d。

綜上所述,松散巖類(lèi)地下水適宜作為農(nóng)村分散供水水源,可設(shè)計(jì)井深7～15 m,人工開(kāi)挖比較危險(xiǎn),出于安全考慮,開(kāi)采技術(shù)可采用沖擊鉆進(jìn),井徑460 mm。

7 結(jié)論

研究區(qū)內(nèi)主要開(kāi)發(fā)利用淺層地下水,冷曲河南岸第四系松散巖類(lèi)分布區(qū)地下水開(kāi)采比較集中,以生活用水為主,研究區(qū)位于缺水型山區(qū),由于大氣降水是地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源,地下水水位呈季節(jié)性變化,大氣降水的減小,使地下水補(bǔ)給量明顯減小,淺層地下水資源量處于下降趨勢(shì),應(yīng)合理開(kāi)發(fā)利用淺層地下水資源,避免超采。