潼关县地下水资源开发潜力与评价

卜芸芸,赵春峰

(1.陕西省一三九煤田地质水文地质有限公司,陕西 渭南 714000;2.宝鸡市冯家山水库管理局,陕西 宝鸡 721300)

0 引言

潼关县位于陕西东端,行政区划隶属陕西省渭南市,是主要的黄金采、选、冶、加工工业区之一。此外,还分布有磁铁、石墨、蛭石、大理石、石英石等矿产资源。随着潼关县秦岭北部金矿的开采及黄金产业链的完善,导致地表水无法利用,对地下水资源的需求与日俱增,供需矛盾以及由此引发的各种生态环境问题日趋严重,水资源已成为制约当地产业发展的重要因素。因此,对该地区进行地下水资源开发潜力与评价的研究具有现实意义。文章就潼关县地下水资源开发潜力与评价作简要介绍。

1 水资源形成机理及水文地质参数

1.1 地下水资源形成机理

自然地理:研究区南依秦岭北临黄河,位置处于渭河断陷盆地的东端,属于潼关隆起的一部分。受东西向秦岭山前大断裂的控制,南侧上升为基岩区,北侧下降为冲洪积平原,县域范围总体地势由南而北呈阶梯状下降,地形地貌差异显著,依次可划分为:基岩山区、黄土台塬区和黄渭阶地区[1]。本区属于暖温带大陆性雨热同季的季风性半湿润半干旱气候,多年平均降雨量596.09 mm,60%以上集中在6～9月份。地表大小河流11条,集汇为潼河、双桥河等,均属于黄河水系。

地下水资源的形成机理:研究区地处关中盆地东南部,大地构造控制着不同地段的沉积环境、岩层分布和地貌类型,从而也控制了区内地下水的分布、水量、富水性以及地下水补给、径流、排泄条件和水化学类型[2]。评价区以秦岭分水岭为界,根据地下水贮存条件、水力特征和含水介质的不同可分为3大类,即太古界太华群基岩裂隙潜水、新近系-古近系孔隙承压水和第四系松散层孔隙潜水-承压水。区内主要含水层为第四系中更新统离石组亚砂土及下更新统三门组中细砂,无明显相对隔水层,水力联系紧密,在部分地区不具有承压性,故按照潜水对待,且为非均质各向同性介质。

1.2 水资源水文地质参数确定

研究区水文地质概念模型概括:①含水层为非均质各向同性潜水层;②区内地下水主要补给源为大气降水入渗及少量的地下水侧向径流补给;③水流为平面二维流,服从达西定律;④研究区南部为隔水边界,东西部为流量边界,北部为排泄的定水头边界。

根据研究区地形地貌、地层岩性及水文地质调查与物探等资料,可划分为阶地台塬区和秦岭北麓山地区,主要对阶地台塬区第四系潜水含水层(埋深小于350 m)地下水资源进行分析评价。因秦岭北麓山地区为基岩裂隙水,地下水富水性差,开发利用难度大,因此,该区域只计算天然补给量,可开采资源量和开采潜力不作评价。

水文地质参数确定:根据勘探孔JB4、JB16、JB40抽水试验资料及收集到的资料,利用稳定流完整井计算渗透系数在0.10～1.86 m/d,平均值为0.37 m/d,给水度黄土台塬采用0.04、河流阶地采用0.16。降水入渗系数引用《陕西省地下水资源评价》(2002年)中的结果,并结合研究区内水文地质条件,分区取值见表1。

表1 降水入渗系数取值

河流渗漏补给系数据《陕西省地下水资源评价》(2002年)中石川河测流资料,经计算分析对比后选用值为0.007 4。

2 地下水资源量及开发利用

2.1 水资源量及开采潜力

地下水天然资源量:根据不同的水文地质条件,评价地下水天然补给资源量计算方法在黄土台塬区、低阶地区的第四系松散层孔隙潜水采用补给量法,山地区基岩裂隙潜水采用排泄量法[6]。对于研究区含水层补给以大气降水入渗补给为主,其次为侧向径流补给、灌溉回归补给、水库渗漏补给、河流渗漏补给,排泄主要为蒸发、河流和人工开采。对地下水补给量与排泄量取用合适的参数进行计算并对实际监测数据的整理统计,得出研究区地下水资源的天然补给量、排泄量、储存量见表2。天然补给量为136 234.72 m3/d,重复计算量为8 460.27 m3/d(灌溉回归补给量),扣除重复计算量后天然资源补给量为127 774.45 m3/d。

表2 研究区地下水补给量、排泄量统计

可开采水资源量:允许开采量计算大面积开采资源量和傍河取水激发量。大面积可开采资源量采用平均布井法、均衡法和可开采系数法3种计算方法[7]。根据不同富水地段、不同开采方案,采用平均布井法分区计算研究区可开采量为75 402.19 m3/d;按照均衡法计算的研究区补给量略大于排泄量,差值为150.14 m3/d,为微弱的正均衡,则以排泄量减去潜水蒸发量作为可开采量为95 147.40 m3/d;研究区单位降深出水量为1.50 m3/h·m,取开采系数β=0.8,采用开采系数法计算得研究区可开采量为77 802.74 m3/d;因均衡法中的可开采量全部拦截径流排泄量,计算的可开采量偏大,因此本次将平均布井法和可开采系数法计算的平均值76 602.47 m3/d作为研究区可开采水资源量。此外,研究区渭河、黄河岸边低阶地区域存在侧向激发补给量[8],傍河激发量取值3 000 m3/d·km,低阶地长度为17.54 km,按农业灌溉井设计,灌溉天数以每年75 d计,则傍河取水激发量为10 812.33 m3/d。因此,研究区考虑傍河取水激发补给量的情况下,天然可开采资源量为87 414.80 m3/d。

开采潜力:研究区天然资源补给127 774.45 m3/d,天然可开采资源量87 414.80 m3/d,现状开采量53 950.68 m3/d,则研究区天然资源量见表3。开采潜力按照以下标准划分为4个等级[9],即开采潜力很强,剩余开采量大于10×104m3/d;开采潜力强,剩余开采量为(5～10)×104m3/d;开采潜力中等,剩余开采量为(1～5)×104m3/d;开采潜力较弱,剩余开采量为小于1×104m3/d。按照上述标准研究区划分为中等地区。

表3 研究区天然资源量统计

2.2 开发利用评价

根据研究区地下水资源埋藏条件以及开发利用的经济技术条件,可分为2个区、3个亚区,即宜开发区(Ⅰ)和不宜开发区(Ⅱ);宜开发区又进一步分为开发条件好区(Ⅰ1)和开发条件差区(Ⅰ2)[10-12]。

开发条件好区(Ⅰ1):渭河南岸至黄土台塬太要洼地一带,由于该区第四系松散层厚度大,含水层厚度较大,故其富水性较好,可建集中型水源地,供城镇居民生活用水及工农业用水。本区域地下水埋藏较深,建议采用供水管井开采方式,设计井深350 m,设计井距为本区域最大影响半径的2倍,即1 506 m,涌水量取参考井1/2降深时的涌水量25 m3/h。

开发条件差区(Ⅰ2):秦岭山前下水峪口—西街子—马吉村—缠腰—太峪口—李家村—东官上村一带,富水性弱。建议采用供水管井开采方式,设计井深250 m,设计井距为本区域最大影响半径的2倍,即1 000 m,涌水量取参考井二分之一降深时的涌水量12 m3/h。

不宜开发区(Ⅱ):南部山区地带,面积约231.73 km2,该区第四系松散层仅在河谷地带零星分布,含水层厚度小,含水性差,基岩裂隙水受裂隙发育程度的控制,富水性极不均一,且沿导水裂隙向邻近沟谷排泄,并沿着山前断裂破碎带渗透,直接渗入补给地下水。区域开发利用难度较大,水文地质研究程度较低,水文地质调查不充分,加上多年的金矿开采严重影响了基岩裂隙含水层排泄方式,因此,本区域不宜布井,但在河谷地带和泉点可采用大口径井的取水方式,以解决少部分山区居民生活用水问题。

3 结语

潼关县由于其特殊的自然地质因素,加之区内北部秦岭多年金矿开采,合理规划开发水资源更显重要。经勘查地下水资源量基本清楚,目前的取水工程以管井形式开采地下水资源为主,要充分利用区内丰富的地表水资源,须做好地下水资源与地表水资源的统一规划,并加强对深层地热资源的开发利用,持续探索各类水资源的补给保护和开发利用方式。