晉北某縣熱電廠基建期及試生產(chǎn)期供水可行性研究

祝應(yīng)宏

(華北有色工程勘察院有限公司水文公司，河北石家莊 050021)

1 概述

山西省晉北某縣擬建熱電廠，擬引用黃河水作為生產(chǎn)和生活用水水源，引黃工程預(yù)計(jì)引到廠內(nèi)正常使用，至少尚需2年時(shí)間，建設(shè)方擬在廠址附近就近尋找水源地，論證是否可解決基建期生產(chǎn)和生活用水的需要?；ㄆ?8個(gè)月左右，需水量400 m3/h，按每天使用20 h規(guī)劃，基建期合計(jì)需水量約8 000 m3/d;熱電廠投產(chǎn)后黃河水引來之前試生產(chǎn)需水量10 400 m3/d。為解決基建和試生產(chǎn)期生產(chǎn)生活用水，本文對(duì)當(dāng)?shù)氐叵滤饕呛庸入A地地下水的資源現(xiàn)狀進(jìn)行了分析研究，并提出建議。

2 地質(zhì)與水文地質(zhì)

2.1 地質(zhì)

該縣第四系黃土分布面積較廣，地層產(chǎn)狀較平緩，致使基巖露頭的地層少且不完整，根據(jù)基巖露頭和鉆孔揭露的地層資料由老到新為:1)古生界(Pz)。古生界地層主要有寒武系中、上統(tǒng)(∈2+3)，奧陶系下、中統(tǒng)(O1+2)，石炭系中、上統(tǒng)(C)和二疊系(P)，石炭、二疊系埋深115 m～188 m，厚度135 m～336 m，奧陶系馬家溝組灰?guī)r埋深250 m～524 m，揭露厚度200 m～300 m。2)中生界(Mz)。侏羅系(J):包括大同組(J1)和云崗組(J2)，大同組的巖性為灰白及淺灰色中粗砂巖、細(xì)砂巖、灰黑色粉砂巖、砂質(zhì)頁巖及煤層，大同組總厚度210 m。云崗組巖性為灰白色粗砂巖及紫、紫紅、灰綠色砂巖、粉砂巖及砂質(zhì)頁巖。云崗組厚度120 m。侏羅系總厚度為330 m。白堊系(K):該系地層在縣內(nèi)廣泛出露，其巖性為灰白色含礫粗砂巖、紫紅色灰綠色砂質(zhì)泥巖及粉細(xì)砂巖。底部夾有兩層玄武巖?？偤穸?50 m。3)新生界(Kz)。下第三系(E):火山噴發(fā)的玄武巖，灰紫、紫褐色，有氣孔構(gòu)造，致密塊狀，厚度250 m。新第三系地層巖性為鈣質(zhì)膠結(jié)的礫巖層，致密堅(jiān)硬。31.90 m～61.80 m，厚度4.40 m～26.30 m。下伏二疊系泥巖、砂質(zhì)泥巖。第四系(Q):a.下更新統(tǒng)(Q1)。棕黃色粉細(xì)砂，含少量礫石，夾薄層粘土層。出露厚度6 m～8 m。b.中更新統(tǒng)(Q2)。統(tǒng)稱離石黃土，巖性為微紅色粉質(zhì)粘土、粉土，夾砂礫石透鏡體，出露厚度10 m。c.上更新統(tǒng)(Q3)?？h境內(nèi)廣泛分布，統(tǒng)稱馬蘭黃土，巖性為灰黃色粉土夾砂礫石層，礫石成分大部為玄武巖，礫徑一般1 cm～5 cm，個(gè)別大者近1 m，有的礫石層呈半膠結(jié)狀態(tài)。上更新統(tǒng)黃土層總厚度15 m～30 m。d.全新統(tǒng)(Q4)。分布河谷及階地。巖性為土黃色粉土、粉質(zhì)粘土及砂礫石層，礫石分選性較好，顆粒較均勻，磨圓度較好，呈滾圓狀。

2.2 水文地質(zhì)

河谷階地孔隙水含水巖組。河谷階地寬度1 500 m～2 000 m，厚度6.63 m～15.08 m，巖性上部為粉土，下部為粉質(zhì)粘土夾礫石層透鏡體，地下水位埋深0.7 m～9.2 m，河漫灘小于2 m，一級(jí)階地2 m～4 m，二級(jí)階地大于4 m。對(duì)位于河漫灘的4個(gè)勘探孔作抽水試驗(yàn):單井出水量227.49 m3/d～530.76 m3/d，單位涌水量q=4.42 m3/(h·m)～5.68 m3/(h·m)，滲透系數(shù)K=5.60 m/d～20.96 m/d。地下水主要靠大氣降水入滲補(bǔ)給，其次為黃土丘陵區(qū)地下水側(cè)向補(bǔ)給，排泄于河;洪水期地表水有短時(shí)間補(bǔ)給地下水，20世紀(jì)80年代以來由于降水量的減少，水位呈下降趨勢(shì)。水位年變幅0.1 m～2.0 m。每年5月～6月份水位都低，7月份以后開始上升。1983年～2002年二級(jí)階地水位下降1.2 m，平均年降幅0.06 m。水質(zhì)較好，pH值7.5～8.2，礦化度一般小于0.5 g/L，總硬度90 mg/L～324 mg/L，HCO3-Ca·Mg型水。第三系玄武巖裂隙水含水巖組。分布在縣西北，出露標(biāo)高1 600 m以上，厚度200 m～300 m，裂隙不甚發(fā)育，加之是多次噴發(fā)使各層間為致密塊狀玄武巖及風(fēng)化層，因此玄武巖整體富水性較差，以前僅有小股泉水，其流量0.4 m3/h～3.6 m3/h，在下伏白堊系接觸面上的低凹處有時(shí)泉水流量稍大。主要接受大氣降水補(bǔ)給，以泉或潛流形式流出地表，補(bǔ)給排泄于第四系地下水。水質(zhì)好，pH值7.0，總硬度161.46 mg/L，HCO3-Ca·Mg型水。侏羅、白堊系碎屑巖裂隙水含水巖組。1)白堊系碎屑巖裂隙水含水巖組。白堊系地層分布較廣，總厚度達(dá)800余米，但由于以泥巖為主，所夾砂巖多為泥質(zhì)膠結(jié)，裂隙不發(fā)育，地層產(chǎn)狀較平緩，垂直補(bǔ)給條件差，整體看富水性差。單位涌水量q=0.000 96 m3/(h·m)，實(shí)際為非含水層。水質(zhì)較差，pH值7.3，總硬度704.16 mg/L，為Cl·SO4-Ca·K+Na型水。2)侏羅系碎屑巖裂隙水含水巖組。侏羅系地層出露于本縣東部，總厚度約330 m，中下部有多層灰白色砂巖，有的為中粗砂巖，為本系主要含水層，由于東部煤礦采煤排水，造成大范圍水位下降，據(jù)前人調(diào)查的22個(gè)煤礦，除兩個(gè)礦無水外，其他礦坑排水量為8 m3/d～150 m3/d。地下水多為HCO3-Ca·Mg型水，水質(zhì)尚好，部分地段水質(zhì)較差。二疊系碎屑巖裂隙水含水巖組出露于東南部，地層總厚度150 m～368 m，巖性為砂頁巖互層，其中砂巖為含水層，一般裂隙不發(fā)育，富水性較差。據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)，單位涌水量q=0.005 m3/(h·m)～0.70 m3/(h·m)，滲透系數(shù)K=0.18 m/d～0.33 m/d，屬弱富水性。水質(zhì)較好，為HCO3-Ca·Mg型水。寒武、奧陶系碳酸鹽巖巖溶水含水巖組。該縣南部位于神頭泉域的東北角。神頭泉域的面積不到全縣面積的1/2。

據(jù)鉆孔資料，單位涌水量q=0.934 L/(s·m)，主要含水層為奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組(O2x)、下統(tǒng)冶里組(O1l)，其次為中統(tǒng)上馬家溝組及寒武系上統(tǒng)。水質(zhì)為HCO3-Ca·Mg型水，礦化度0.35 g/L～0.45 g/L，pH值7.33～8.43。2005年，2010年前人在此區(qū)域做過找水工作，并施工兩口巖溶供水井，奧陶系馬家溝組灰?guī)r埋深250 m～524 m，揭露厚度200 m～300 m，單井涌水量50 m3/h，水位降深38 m，單位涌水量1.3 m3/(h·m)。

3 水源地可行性分析

地下水主要靠大氣降水入滲補(bǔ)給，其次為黃土丘陵區(qū)地下水側(cè)向補(bǔ)給，排泄于河;洪水期地表水有短時(shí)間補(bǔ)給地下水，80年代以來由于降水量的減少和開采量增加，水位呈下降趨勢(shì)。水位年變幅0.1 m～2.0 m。每年5月～6月份水位最低，7月份以后開始上升。1983年～2002年二級(jí)階地水位下降1.2 m，平均年降幅0.06 m。地下水水質(zhì)較好，pH值7.5～8.2，礦化度一般小于0.5 g/L，總硬度90 mg/L ～324 mg/L，HCO3-Ca·Mg型水。

根據(jù)2007年水資源調(diào)查評(píng)價(jià)資料，對(duì)河谷階地區(qū)地下水資源量:采用地下水補(bǔ)給量法計(jì)算出1980年～2005年年平均地下水資源量為772萬m3，其中降水入滲補(bǔ)給量320萬m3，南北兩岸側(cè)向補(bǔ)給量452萬m3(南岸198萬m3和北岸254萬m3;采用排泄量法計(jì)算地下水資源量為662.1萬m3，其中河谷階地蒸發(fā)量118萬m3，潛流量32.22萬 m3，基流量44.88萬 m3，開采消耗量467萬m3。河谷階地區(qū)地下水年開采量(包括農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城鎮(zhèn)生活等用水)576.34萬m3，凈耗水量467萬m3(見表1)。從十里河階地區(qū)地下水資源量和開采量分析，按全部年開采576.34萬m3，剩余資源量?jī)H有85.5萬m3。但是，考慮可重復(fù)利用部分，還有可利用109.4萬m3。如果考慮動(dòng)用小部分凈儲(chǔ)量，還可以減少蒸發(fā)量(考慮減少50%)，可激發(fā)約60萬m3，故可開采資源量約255萬m3(698.36 m3/d)，較需水量還差1 000 m3/d～3 400 m3/d。因此，對(duì)于河階地區(qū)水資源量方面而言，要增開用水量8 000 m3/d～10 400 m3/d的水源地，確實(shí)地下水資源量不能滿足要求。

表1 河谷階地區(qū)地下水資源量利用情況 104m3/年

4 結(jié)論和建議

1)河谷階地水資源量，不能滿足基建期、試生產(chǎn)期生產(chǎn)生活用水8 000 m3/d～10 400 m3/d的要求，若考慮從寒武、奧陶系碳酸鹽巖巖溶水含水巖組找水，需進(jìn)行專項(xiàng)調(diào)查研究工作，并從經(jīng)濟(jì)效益論證是否合理。

2)鑒于河谷階地區(qū)水資源分析狀況，尚余資源量與擬建水源地需水量有缺口不大，而且按計(jì)劃在引黃工程將水引到擬建廠區(qū)，先期生產(chǎn)只運(yùn)行半年，故如果在不嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)鼐用窈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水的前提下，采取建壩攔截洪水期地表水結(jié)合開采部分地下水的方案，解決基建期、試生產(chǎn)期的用水需求還是有可能的。