天水市中心城區地下水資源評價與開發利用方案研究

楊紹虎， 王春暉

(甘肅省地礦局第二地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730020)

1 水文地質概況

根據最新的地質研究成果，天水市按地層區劃屬秦嶺—松潘地層區，包括北秦嶺—祁連亞區和中秦嶺亞區的一部分。出露的地層主要有前震旦紀變質雜巖、震旦—早古生代裂陷火山—沉積巖系、晚古生代沉積巖系、中新生代陸相斷陷盆地沉積和侵入巖。調查區大地構造位置地處青藏高原東北緣中央造山系中段，屬陸緣構造區祁連—北秦嶺造山帶接合部位。按照地下水賦存的地形地貌特征和分布區域，調查區內地下水可分為山區地下水、溝谷地下水和河谷地下水三大類；按照地下水含水介質巖性的不同，分為松散巖類孔隙裂隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖類巖溶裂隙水和基巖裂隙水四大類；按照地下水的埋藏條件和水動力特征，又分為潛水和承壓水兩大類。地下水資源是保障天水市經濟社會長遠發展的重要戰略資源，是工業企業和城市生活的重要水源，中心城區均由地下水水源地供水。

2 環境地質問題

2.1 區域地下水位持續下降

中心城區由開采地下水引起的水位持續下降問題，主要分布于西十里水源地、秦城區堅家河—高家灣—趙崖—分路口—慕灘—潘集寨一帶及北道社棠鐵路以北。其中西十里水源地西三十里甸子沿藉河南岸至西十里鋪一帶水位年下降速率為1.13～2.92 m，約40%的開采井不同程度地存在“吊泵”現象，單井涌水量達不到設計出水能力，已經形成了降落漏斗，而且漏斗范圍仍在緩慢擴大。漏斗中心最大水位降深達23.68 m，動水位已降至第四系底板以下幾米到十幾米。漏斗分布范圍西起董家磨，東至西團莊且跨越藉河，南北分別接近山邊，漏斗面積達10.7 km2。秦城區堅家河—高家灣—趙家崖—分路口—慕灘—潘集寨一線，水位年下降速率為1.27～3.65 m，在慕灘水源地一帶形成季節性的降落漏斗，面積達14.0 km2，造成部分開采井報廢、馬跑泉消失、官泉水位下降等環境地質問題。社棠鐵路以北水位年下降速率達1.23～1.41 m，造成渭河南、北部微咸水入侵，水質惡化。

2.2 供水水源地主要存在的問題

(1)天水市供水水資源短缺，水源地調節能力差。由于超量開采地下水引起的水位持續下降嚴重，部分水源地開采井涌水量已達不到設計出水能力，形成降落漏斗，且仍在緩慢擴大。

(2)地下水開發利用程度不平衡。部分水源地水資源豐富地段開發利用率低，水資源貧乏地段開發利用率高，造成貧水區更貧的不正常現象。

(3)水污染逐年加劇。現有供水水源地均為傍河型水源地，由于自然條件變化，受干旱影響河水流量驟減，城市工業和生活污水未經處置直接排入水體，造成河水污染嚴重，尤其是葫蘆河地表水污染最為嚴重，在枯水季節河流水質甚至為劣五類，直接影響到供水井水質。

3 地下水資源量評價

地下水資源量評價包括補給量、儲存量、允許開采量的評價。根據天水市中心城區水源地含水介質巖性、水文地質特征和地下水水動力條件，采用均衡法進行計算。根據均衡區內河谷潛水水文地質條件，建立如下均衡式：

(Q徑入+Q雨滲+Q河滲+ Q渠滲+Q灌滲)-

(Q徑出+Q溢+Q開+Q蒸)=ΔQ

(1)

式中：Q徑入為河(溝)谷地下徑流流入量，萬立方米/年；Q渠滲為渠道滲漏補給量，萬立方米/年；Q河滲為河水滲漏補給量，萬立方米/年；Q雨滲為大氣降水入滲量，萬立方米/年；Q灌入為灌溉入滲量，萬立方米/年；Q徑出為地下徑流流出量，萬立方米/年；Q溢為地下水向河流的排泄量，萬立方米/年；Q開為開采量，萬立方米/年；Q蒸為蒸發量，萬立方米/年；ΔQ為均衡變化量，萬立方米/年。

秦州區西十里水源地扣除重復量，地下水總補給量為866.4萬立方米/年，總排泄量為1 169.0萬立方米/年，排泄量大于補給量，地下水總體處于負均衡狀態，均衡差為-302.6萬立方米/年。由于西十里水源地與慕灘水源地城市供水管網并網，雖然開采量減少至533.7萬立方米/年，但仍然形成-302.6萬立方米/年的均衡差，實際開采量明顯超過地下水允許開采量，水位平均降幅大于1.05m，降落漏斗依然存在。

麥積區東部慕灘水源地扣除重復量，地下水總補給量為2 244.8萬立方米/年，總排泄量為2 267.7萬立方米/年，排泄量大于補給量，地下水總體處于負均衡狀態，均衡差為-22.9萬立方米/年。慕灘水源地2016年開采量為1 506.7萬立方米，在枯水期形成了面積達14.14km2的季節性降落漏斗，中心點最大水位降深大于含水層厚度的一半，但在豐水期補給量增大，該降落漏斗消失。

調查區內地表水徑流量年際變化大，部分河流枯水年甚至斷流干涸，支流和兩側溝谷多為季節性有水溝谷，地表水對地下水的補給表現為變水位非穩定補給，傍河取水計算公式不適宜于調查區內內河(溝)谷地下水允許開采量計算。因此，各重點地段水源地允許開采量的計算和確定，應滿足下列要求：(1)取水方案在技術上可行，經濟上合理；(2)在整個開采期內動水位不超過設計值，出水量不會減少；(3)水質、水溫的變化不超過允許范圍；(4)不發生危害性的環境地質現象和影響已建水源地的正常生產。

本次調查能夠確定調查區地下水在開采條件下的各項均衡要素，宜采用水均衡法計算和確定允許開采量。經計算，秦州區西部水源地地下水允許開采量為508.14萬立方米/年；麥積區慕灘水源地地下水允許開采量為1 110.88萬立方米/年。

4 地下水質量評價

根據中心城區水源地范圍內地下水水質分析，依據《地下水質量標準》(GB/T14848—93)中推薦的評價方法，選用綜合評價法評價。評價過程首先利用水質分析資料與評價標準確定各單項組分的評分值Fi，然后利用公式求取綜合評分值。根據綜合評價結果，將中心城區地下水劃分為以下四類：

Ⅱ類：符合集中式供水水源地水質標準區，主要分布在藉河河谷四十里鋪—西十里鋪、渭河河谷南岸啤酒廠—潘集寨、社棠鎮大部地段，地下水適宜于各種用途，綜合評價分值2.16≤F<2.5，地下水水質良好。

Ⅲ類：符合分散式供水水源地水質標準區，主要分布于西十里—呂二溝口、東十里鋪—分路口及社棠鎮局部地段，三陽川渭河南岸及天水郡一帶，地下水符合生活飲用水標準，綜合評價分值2.5≤F<4.25，地下水水質較好。

Ⅳ類：符合一般工業用水水質標準區，主要分布于呂二溝—東十里鋪、慕灘—大溝局部地段以及中灘—張家村一帶，適用于工農業用水，綜合評價分值4.25≤F<7.2，地下水水質較差。經適當處理后可作為人飲水源。

Ⅴ類：符合一般農田灌溉水質標準區，主要分布于麥積城區—下曲灣、石馬坪—七里墩及三陽川葫蘆河北，地下水水質僅適宜于農田灌溉用水，綜合評價分值F≥7.2，地下水水質極差。

5 地下水資源開發利用方案

根據前面分析計算，天水市中心城區西部水源地和慕灘水源地地下水的開采潛力指數P分別為0.48和0.38，P值均小于0.8，屬地下水開采潛力不足區，地下水資源已經超采。地下水超采區內存在的主要環境地質問題是區域地下水位下降和水質惡化的問題。

中心城區西部水源地目前建有開采井51眼，供水量約為1.2×104m3/d，慕灘水源地建有開采井24眼，供水量約為4.8×104m3/d，近年來也出現地下水水位下降現象，水源地附近部分民用井已經干涸，水源地開采井的供水能力也逐漸下降。目前西十里水源地部分機井水位下降較為劇烈，已停止運行。慕灘水源地24眼機井全部滿負荷運行，基本滿足城區居民的用水需求。但由于長期滿負荷運行，兩處水源地均出現水位下降的趨勢，加上城市規模不斷擴大，水源地處于城市規劃區，環境保護難度加大，急需調整水源結構，拓展水源類型，建議勘查開發秦州區和麥積區南部山區水源地，以平衡當前地下水資源超采現狀。