渭北咸阳市岩溶地下水天然资源评价_邓红艳.pdf

：渭渭北北咸咸阳阳市市岩岩溶溶地地下下水水天天然然资资源源评评价价邓红艳（咸阳市水利工作队，陕西 咸阳）摘要本文针对渭北咸阳市蕴藏较丰富的岩溶地下水天然资源现状，通过对永寿、礼泉、乾县、淳化、三原和泾阳地区进行调查并结合已有资料分析，查明渭北咸阳市岩溶地下水的分布规律，通过大气降水面状入渗、河流线状渗漏和水库点状渗漏三种方式分析，计算出地下水天然资源量平均为 万 ，为咸阳市今后地下水资源的开发、合理开发利用和保护提供科学依据。关键词渭北；岩溶地下水；天然资源；泉域；入渗系数；补给量；渗漏量中图分类号 文献标识码文章编号 （）收稿日期 作者简介邓红艳（），女，陕西富平人，高级工程师，主要从事水利工程科研、设计、建设与管理工作。引言地下水天然资源系指在天然条件下，赋存于系统中地下水的天然流量，它的特点是具运动性和可恢复性，通过对岩溶地下水系统多年平均补给资源的计算来评价其天然资源。调查区范围西起漆水河河谷两侧，东至淳化三原县域东界，北至永寿县中部，南部边界至礼泉三原县城一线。岩溶地下水可开采利用资源，主要分布于以碳酸盐裸露区和浅覆盖区构成的岩溶水浅循环系统区域，即岩溶水划分的方寺泉域、筛珠洞泉域、烟霞洞泉域和东部的三原区块，总面积 。图 均衡计算的水文地质概念模型岩溶水文地质概念模型调查区岩溶地下水浅循环系统包括渭北中部的筛珠洞、龙岩寺、烟霞洞三个泉域及渭北东部的三原区块。依据工程地质、水文地质调查及地下水动态的分析，岩溶水系统的补给来源主要为大气降水面状入渗、河流线状渗漏和水库点状渗漏三种方式。排泄方式包括以泉的形式天然排泄、人工开采井排泄、侧向径流排泄及向深部岩溶水系统排泄。通过对地下水的补给、径流和排泄循环途径的研究，概化出调查区域岩溶地下水系统水均衡计算的水文地质概念模型（见图）。依据概化的岩溶水文地质模型，按照不同的泉域进行水均衡分析，由于排泄量评价缺乏必要的资料，本次只对补给量计算，并以此来评价天然资源。岩溶地下水天然资源评价 降水入渗补给量大气降水入渗由于地表岩性的不同，分为裸露区直接入渗和通过覆盖层间接入渗，其入渗机制及入渗系数在各区差异较大，分别叙述如下。碳酸盐裸露区降水入渗系数的确定（）为求得调查区碳酸盐裸露区的降水入渗系数，参考裸露条件较好的岐山曹家沟支沟沙沟小流域实测地表径流和同步降水量及千阳县水沟泉域，通过均衡计算求得数据。岐山县沙沟流域面积 ，出露地层为马家沟群（）中厚层灰岩，全裸露型，地层倾角 左右，年 月 日实测降水量及沟口地表径流量，降水量 ，在仅考虑蒸发量和表层持水量的水均衡计算后，求得入渗系数达，计算参数偏大，分析认为主要原因为均衡场太小、均衡期短，未剔除洪水流量，加之干沟入渗机理复杂，也没有对无效降水量合理考虑。千阳县水沟泉域为一全排型岩溶泉，其泉域岩溶含水层为奥陶系灰岩，南、北、西三面为隔水边界；降水入渗是泉域地下水的唯一补给来源，受地形影响，地下水总体从东、西、南向泉口方向汇集，到东北边界千阳 水沟断裂北侧新近系红色粘土的阻隔（见图）迫使岩溶水沿断裂上升成泉，是一个典型的“自产自排”的地下水循环系统。泉水多年平均流量为 ，年排泄总量 万，千阳县多年平均有效降水量为 ，泉域黄土浅覆盖区面积 ，裸露碳酸盐区面积 ，取黄土浅覆盖入渗系数 ，求取黄土浅覆盖区入渗量，利用水均衡原理，计算出裸露碳酸盐区降水入渗量，反求其入渗系数。计算公式如下：黄 黄 黄（）裸 排 黄（）年 月第 卷 第 期 地下水o ，o.裸裸裸（）式中：黄、裸分别为黄土浅覆盖区、裸露碳酸盐区入渗量，万 ；为平均有效降水量，；黄、裸分别为黄土浅覆盖区、裸露碳酸盐区面积，；黄、裸分别为黄土浅覆盖区、裸露碳酸盐区降水入渗系数，无量纲；排为泉水多年平均排泄总量，万 ；（）陕西省地矿局第二水文地质队在渭北东部岩溶区开展水文地质普查时，曾在富平县赵老峪鸡岭沟小流域进行均衡试验，计算结果在 地层分布区入渗系数为，地层分布区有效入渗系数为 。通过地面调查与对比，渭北中部的碳酸盐地层、岩性特征、构造发育程度与渭北东部有明显差异，而与千阳水沟泉域地质条件更为接近，故对入渗系数选取以水沟泉域计算结果来做为渭北中部的裸露碳酸盐区入渗系数 更为合理。图 水沟泉地质剖面表 覆盖层厚度 黄土层降水入渗系数研究成果统计表位置地貌部位静水位埋深 降水入渗系数资料来源时间 黄河流域黄土塬区中心黄土塬边 原地矿部水文所乾县、礼泉、兴平、咸阳黄土塬 陕西地矿一水 凤翔、扶风、岐山黄土塬 陕西地矿一水 富平黄土塬 陕西地矿一水 洛川黄土塬 陕西地矿二水 黄土覆盖区降水入渗系数的确定）覆盖层埋深 降水入渗系数确定针对大气降水通过黄土入渗补给地下水这一问题，前人已进行了大量的定性定量研究工作。据 年陕西地矿局第二水文队洛川县黄土塬区地下水赋存规律及资源评价，在洛川塬黄土厚度 ，黄土总的降水入渗系数在 。年陕西地矿局第一水文队在乾礼兴咸黄土塬区地下水资源评价及开发利用研究 中，求得水位埋深 黄土覆盖地区，黄土降水入渗系数为 。原地矿部水文所 年完成的黄河流域地下水资源及合理开发利用和截洪引渗地下调蓄技术研究 中也进行了计算。由于覆盖层厚度对入渗影响较大，降水入渗系数变化大，故以覆盖层厚度 为界，分为 和 两个区间来分析。综合前人研究成果（见表），确定覆盖层黄土厚度 的区间降水入渗系数取 。）覆盖层埋深 降水入渗系数确定根据区内额实际情况，覆盖层厚度 的碳酸岩地区降水入渗系数主要参考牛鼻峰泉域的研究成果。礼泉县牛鼻峰泉是一个典型的黄土覆盖基岩的全排型泉，该泉位于黄土残塬区，为簸箕形封闭洼地，受地形影响地下水总体上从西、北、东向西南泉口汇集，由于受上奥陶统唐王陵组（）含砾泥岩层阻隔而迫使地下水沿黄土底部含泥砾石和基岩风化壳顺层向泉口汇流；在深切沟谷排泄地表成泉。泉域面积 ，黄土覆盖层厚度在 之间，大气降水入渗补给是该泉域的唯一补给源，排泄以泉和人工开采为主。对该泉域进行水均衡计算，均衡期内降水量为 ，据动态观测资料，区域潜水位平均变化为 （下降 ），黄土含水层给水度取 ，计算覆盖层厚度 的降水入渗系数为 。降水入渗补给量的计算降水量的选取，龙岩寺泉域取乾县气象站 年（年）降水资料，筛珠洞泉域取淳化气象站 年（年）降水资料，入渗分区面积的量取采用电子版地质图，由 软件直接读取。依据每个泉域裸露碳酸盐区浅覆盖和深覆盖碳酸盐区面积及当地不同降水频率，分别计算丰水年（）、平水年（）和枯水年（）各分区所能接受的降水入渗补给量见表 表。表 碳酸盐裸露区降水入渗补给量计算表（以泉域计算）泉域名称入渗系数面积 降水量 入渗补给量 万 龙岩寺筛珠洞烟霞洞三原区块 合计（平均）河流渗漏量调查区内主要河流有泾河、漆水河、泔河、漠西河、冶峪河和清河等，这些河流及其支流在流经灰岩裸露段或浅层覆盖的河谷时，因河水位一般高于岩溶地下水位，河水沿着岩第 卷第 期地下水 年 月溶裂隙或薄层覆盖层渗漏补给地下水，构成岩溶水的另一个重要补给源。表 碳酸盐裸露区降水入渗补给量计算表（以行政区计算）行政区名称入渗系数面积 降水量 入渗补给量 万 永寿县乾县礼泉县泾阳县三原县淳化县 合计（平均）表 碳酸盐覆盖区降水入渗补给量计算表（以泉域计算）泉域名称入渗系数面积 降水量 入渗补给量 万 龙岩寺筛珠洞烟霞洞三原区块合计 厚度 厚度 厚度 厚度 厚度 厚度 厚度 表 碳酸盐覆盖区降水入渗补给量计算表（以行政区划计算）行政区名称入渗系数面积 降水量 入渗补给量 万 永寿县乾县礼泉县三原县淳化县合计 厚度 厚度 厚度 厚度 厚度 厚度 厚度 厚度 厚度 厚度 河流的渗漏量受流经区地层岩性、构造发育程度及河水位与岩溶水位差等诸多因素影响。区内北部由碎屑岩组成的基岩山区，其沟谷多形成有常年溪流和小河，而在碳酸盐岩组成山区的沟谷罕有常年径流，干谷比比皆是，沟内地表水从平凉组（）碎屑岩区形成径流进入马家沟群（）灰岩后即产生渗漏，在未流出沟口已漏失殆尽。根据测流结果按下式求出各河流的渗漏率，然后结合河流多年平均径流量计算年渗漏量。上 下上（）河渗 河（）式中：上、下为上下断面流量，万 ；为河流渗漏第 卷第 期地下水 年 月率，无量纲；河渗为河流渗漏量，万 ；河为河流平均径流量，万 ；泾河为区内最大的一条河流，张家山水文站以上其流域面积为 ，平均年径流 亿，泾河自北向南从筛珠洞泉域流过，在碳酸盐岩地层内流经长达 。据东庄水库论证报告钻孔资料，泾河在老龙山断层沙坡断层之间为悬河，河水位高出岩溶地下水位 ，且在两岸 范围内形成反漏斗，河水入渗补给岩溶地下水。针对泾河渗漏与否及渗漏量多少问题，前人已经进行了四次测流，前期勘查参考西安水文局测流成果。年第一次测流总体表现为不渗漏；年第二次测流总体表现为渗漏，但对测流资料分析后认为，施测期间水位最大波动幅度达 ，其中五次测流中有三次测验的总不确定度达 以上，因此精度不高，成果不能应用；年第三次测流为总体为不渗漏，测验期间水位最大波动幅度 ，测验总不确定度小于 ，精度较高，其中测量的三个断面，在西马庄到白云岩断面全部反映为渗漏，渗漏率渗漏率为 ，平均为 ，这个测流段恰好包含老龙山断层，在该段地表岩溶较发育，可见溶洞就有数十个，应该说具备有渗漏的地质背景。年 月在泾河上第四次测流表现为不渗漏，测流时机把握比较好，采用多线多点长历时的测验方法，施测期间水位最大波动幅度仅 ，流量测验总不确定度为 。测流结果反映测量段是不渗漏的，我认为可以从以下几个方面来理解，（）测量段灰岩长度仅为 ，而泾河穿越筛珠洞泉域灰岩段长度，所以施测的这一段不漏水，不能说明整个泾河灰岩峡谷段都不漏水；（）应用水量平衡原理分析计算，方法是科学合理的，但因本次测流连续观测水位时段有限，计算时段传播历时施测次数较少，对计算成果的精度有一定影响；第三，测量时对应的流量为 ，而泾河年际流量变化非常大，渗漏有可能存在“临界值”。综合以上分析对比，泾河四次测流，断面设置不够理想，存在以点带面的片面性。因此，本次资源评价采用泾河第三次测流成果西马庄到白云岩断面的渗漏率取 ，并以此代表泾河在全部灰岩段的渗漏率。经计算，咸阳市渭北岩溶地区河水渗漏量为 万 。水库渗漏量咸阳市渭北岩溶区主要有羊毛湾水库、乾陵水库、红崖水库等均位于龙岩寺泉域。羊毛湾水库位于漆水河龙岩寺以上 ，建成于 年，属大（二）型水库。该水库建成蓄水后，一直达不到设计蓄水位，库面漩涡汽泡很多，渗漏严重，致使位于库区下游干涸多年的龙岩寺泉水因此复出。水库渗漏量达来水量的 ，目前虽经自然淤积、人工堵渗、防漏工程处理，水库渗漏仍未彻底解决。据调查，现在水库在低水位运行时日渗漏量 万，高水位运行时日渗漏量 万，参考 年水库渗漏量统计，羊毛湾水库多年平均渗漏量为 万。区内小型水库无观测资料，参考羊毛湾水库的渗漏率计算其渗漏量。经计算，渭北咸阳市水库渗漏量为 万 。计算公式如下：渗 蓄 库（）式中：渗为水库渗漏量，万 ；蓄为水库蓄水量，万；库为水库渗漏率，无量纲，取值 ；天然资源综合评价对各泉域及各行政分区分别计算各项补给量，其结果见表、表。咸阳市渭北岩溶地下水天然资源总量为 万 ，平均 万 。岩溶地下水天然资源中地表水渗漏占 ，大气降水入渗占 。表 渭北咸阳市岩溶地下水天然资源量汇总表（以泉域计算）泉域（区块）名称降水入渗 万 裸露区覆盖区河流渗漏 万 水库渗漏 万 天然资源量万 万 龙岩寺 筛珠洞 烟霞洞 三原区块 合计 表 渭北咸阳市岩溶地下水天然资源量汇总表（以行政区计算）行政区名称降水入渗 万 裸露区覆盖区河流渗漏 万 水库渗漏 万 天然资源量万 万 永寿县 乾县 礼泉县 泾阳县三原县 淳化县合计 结语渭北咸阳市岩溶地下水天然资源的开发利用程度高，通过大气降水面状入渗、河流线状渗漏和水库点状渗漏三种方式分析，计算出渭北咸阳市岩溶地下水的天然资源量，为咸阳市今后地下水资源的合理开发利用和保护提供了方向和科学依据。参考文献时监，梁永平，王晶 渭北西部黄土塬隐伏岩溶区地下水资源评价及其开发利用研究 中国岩溶（）马致远 陕西渭北东西部隐伏岩溶地下水的差异 西北地质（）张治平 渭北岩溶水赋存规律及综合利用 中国北方岩溶及岩溶水 北京：地质出版社 第 卷第 期地下水 年 月