張家口市下花園區(qū)飲用水源地選址方法

楊志光，陳云倩，李雙瑩，王玉蛟

河北省水文工程地質(zhì)勘查院，河北 石家莊 050021

張家口市下花園區(qū)的現(xiàn)狀供水布局以洋河為界，劃分兩個供水區(qū)域，即洋河以北區(qū)域以北水源供水為主，洋河以南區(qū)域以南水源供水為主，地下水類型均為第四系松散巖類孔隙水。南水源為山間盆地河道型孔隙水水源地，供水量7 000 m3/d，實際供水量足，南部城區(qū)需水量小，但水質(zhì)不達標，污染因素多，運行成高；北水源為山間盆地河谷型孔隙水水源地，水質(zhì)較好，但供水水量不足已經(jīng)下降至2 000 m3/d，不能滿足北部城區(qū)供水需求。因此，急需在下花園全區(qū)范圍內(nèi)尋找新的水源靶區(qū)，為下花園城區(qū)居民的飲用水安全和經(jīng)濟發(fā)展提供有力的基礎(chǔ)保障。

1 下花園區(qū)水文地質(zhì)條件

下花園區(qū)位于冀西北，河北省張家口市東南部，中心位置東經(jīng) 115°16′，北緯 40°29′，總面積為315 km2。區(qū)內(nèi)地下水賦存于松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖類巖溶水、基巖裂隙水之中。其分布受地層巖性組合、地質(zhì)構(gòu)造和地貌條件的嚴格控制，具有不均勻性[1-3]。

1.1 地下水賦存條件及分布規(guī)律

1.1.1 松散巖類孔隙水

松散巖類孔隙水是研究區(qū)主要的地下水類型，分布面積134.97 km2，地下水賦存于第四系砂、礫、卵石層中。洋河、戴家營河及施家營河的河床、河漫灘地帶，第四系沉積物厚度一般15～70 m，由中粗砂、礫石、卵石含水層夾粉土、粉質(zhì)粘土層組成，一般為較富水區(qū)，單井涌水量一般為1 000～3 000 m3/d。戴家營河楊樹溝山前沖洪積緩斜地帶，第四系沉積厚度5～50 m，含水層巖性由淡紅色粘土、粉質(zhì)粘土層夾砂、礫石、卵石層組成，厚度25～35 m，為中等富水區(qū)，單井涌水量500～1 000 m3/d。戴家營河以西、施家營河的山前斜地及溝谷地帶含水層巖性為砂礫石、砂碎石，泥質(zhì)較多，一般不含水，只在溝谷地帶有一定水量，單井涌水量<500 m3/d。

1.1.2 碳酸鹽巖類巖溶水

研究區(qū)碳酸鹽巖類巖溶水開發(fā)利用較少，且分布不均勻，面積約14.82 km2，地下水賦存于薊縣系灰?guī)r、白云巖層中。北部武家莊一帶節(jié)理和裂隙發(fā)育，主要賦存于薊縣系霧迷山組白云巖中，而南部巖溶水賦存于薊縣系鐵嶺組白云質(zhì)灰?guī)r中，為中等富水區(qū)。

1.1.3 基巖裂隙水

分布范圍較廣，面積約165.21 km2，該區(qū)按其含水介質(zhì)的成因類型劃為兩個亞類:構(gòu)造裂隙水和風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水。主要賦存于侏羅系中下統(tǒng)砂礫巖、安山巖構(gòu)造裂隙中以及燕山期巖漿巖裂隙中，在地形陡峭的分水嶺附近，地下水貧乏；在風(fēng)化帶較厚，地形有利于地下水匯集的溝谷地勢低洼地段，富水性較好。基巖中的斷層破碎帶或裂隙密集帶、阻水巖脈的迎水側(cè)，當?shù)匦蔚孛矖l件有利時，往往是地下水富集的良好地段[4-6]。

1.2 地下水補徑排條件

區(qū)地下水的補給來源主要為大氣降水入滲補給，入滲補給后，沿裂隙或孔隙運移，其總的運移方向與地形坡向基本一致。地下水具有徑流途徑短，速補速排的特點，排泄方式主要為人工開采、泉水溢出和地下水側(cè)向徑流排泄[7]。

1.3 地下水水化學(xué)特征

工作區(qū)地下水水化學(xué)類型按照空間分布，大概可以分為3種類型。東部施家營河一帶為HCO3-Ca型；中部戴家營河定方水上游一帶以HCO3-Ca·Mg型為主；西部及南部以HCO3·SO4-Na·Ca·Mg型水為主。

1.4 地下水環(huán)境狀況

南部洋河一帶地下水為Ⅳ類水，最差指標主要為氟化物、總硬度等；北部戴家營河、東部施家營河一帶水質(zhì)較好。基巖裂隙水全區(qū)分布，西北及東北一帶水質(zhì)較好，Ⅳ類水主要分布在南部及崔家莊至花園鄉(xiāng)一帶，最差指標主要為氟化物、總硬度、硫酸鹽等。碳酸鹽巖類巖溶水開發(fā)利用程度較低。

2 水源地靶區(qū)選址

2.1 前期選址

綜合考慮各種因素[8-12]，下花園區(qū)第四系松散巖類孔隙水富水性較好、水質(zhì)符合要求的地段主要位于武家莊東南河床、河漫灘一帶，但因該區(qū)已規(guī)劃新農(nóng)村建設(shè)，暫時不適宜建設(shè)水源地[13]，需在基巖裂隙水或碳酸鹽巖類巖溶水富水地段尋找適宜的水源地靶區(qū)[14]。

根據(jù)戴家營水井2-005調(diào)查情況，井深300 m，含水層巖性為侏羅系(J)砂礫巖，抽水試驗單井涌水量為1 931.6 m3/d，水位埋深30 m左右，富水性較好，為基巖構(gòu)造裂隙水。考慮到輸水距離的經(jīng)濟性原則，初步選定現(xiàn)定方水水源地為勘察范圍(見圖1)，布置了該井井旁測深及水源地一帶視電阻率測深工作[15-17]，根據(jù)物探解譯成果對比，推斷定方水水源地部分地段物探測深曲線形態(tài)比戴家營水井形態(tài)較好。并進行ZK1勘探孔施工，孔深400.20 m。第四系厚度為30.35 m，侏羅系厚度30.35～400.20 m，主要巖性為安山巖、砂礫巖等，進行物探測井，未發(fā)現(xiàn)裂隙發(fā)育段，富水性差，未成井。物探解譯存在多解性，ZK1孔由于下段輝綠巖的侵入，反應(yīng)出的解譯形態(tài)與戴家營形態(tài)相似，且基巖構(gòu)造裂隙水分布不均勻。因此調(diào)整了水源地選址方向(見圖1)，改為尋找碳酸鹽巖類巖溶水水源地。

圖1 水源地選址示意圖

2.2 選址方向調(diào)整

通過深入研究全區(qū)水文地質(zhì)條件，下花園北部武家莊東南薊縣系霧迷山組(Jxw)和薊縣系鐵嶺組(Jxt)出露，主要巖性為燧石條帶白云巖，灰質(zhì)白云巖等，結(jié)構(gòu)致密、堅硬，地層產(chǎn)狀整體為西南傾向，節(jié)理和裂隙發(fā)育，局部可見巖溶洞穴，厚度大于800 m。巖溶水分布區(qū)大部分裸露，部分隱伏，裸露面積為5.6 km2。戴家營河河道帶附近以西其巖性為侏羅系(J1)砂礫巖，推測存在斷層。巖溶區(qū)目前無勘探孔，也無深井分布，巖溶水富水程度不明，研究程度低。

巖溶水的富水地段一般分布在下游排泄區(qū)和徑流區(qū)強徑流帶，這樣的地段巖溶發(fā)育且富水極強。而該區(qū)巖溶水分布范圍較小，認為富水地段應(yīng)在碳酸鹽巖與火成巖交界地段的排泄區(qū)，因此把尋找目標放在巖溶排泄區(qū)的下游，擬在下游方向布置物探，再進一步確定勘探孔位置。

為了確定巖溶水的下游位置，依據(jù)前期物探成果及機井資料繪制了武家莊戴家營河河道帶基巖面標高剖面圖(見圖2)。

圖2 戴家營河河道帶水源地附近基巖面標高剖面圖

根據(jù)戴家營河河道帶基巖面標高，判斷現(xiàn)狀戴家營河的下游為巖溶水排泄區(qū)的出口，因此在下游處布置了橫縱向視電阻率測深線，點距30 m，橫向測深線長0.9 km，縱向測深線0.75 km。根據(jù)物探解譯結(jié)果，推斷出了侏羅系與薊縣系地層之間的斷層位置，并在斷層F東側(cè)H5點附近白云巖裂隙發(fā)育地段布置了勘探孔ZK2(見圖3)。

圖3 水源地電測深H-H＇物探綜合解譯剖面圖

3 水源地靶區(qū)選址結(jié)果

水源地ZK2鉆孔孔深158 m，第四系坡洪積覆蓋層約18 m，以下為薊縣系霧迷山組(Jxw)燧石條帶白云巖，地層較破碎，含水層厚度約68.1 m，含水層主要利用段為40.0～45.0 m和130.0～158.0 m，抽水試驗涌水量為122.5 m3/h，水位埋深較淺為10.24 m，降深7.27 m[18,19](見表1)，水質(zhì)符合《地下水質(zhì)量標準》(GB/T 14848—2017)，為HCO3-Ca·Mg型水，溶解性總固體為0.28 g/L[20,21]。

表1 抽水試驗成果表

該水源地補給區(qū)總面積為67.6 km2，其中巖溶補給區(qū)面積為10.2 km2，第四系補給區(qū)面積為36.6 km2，基巖補給區(qū)面積為20.8 km2，勘探孔ZK2的水位標高為823.7 m，高于河道帶第四系孔隙水的水位標高，現(xiàn)狀巖溶水向河道帶排泄。

采用排泄量法[22]計算了水源地靶區(qū)地下水允許開采量。考慮到不影響下游定方水水源地供水量的前提下，該水源地D級允許開采量為102.98×104m3/a(2 821.54 m3/d)，與現(xiàn)有定方水水源地同時供水能滿足近期需水要求。

綜合下花園區(qū)飲用水源地靶區(qū)選址方法，總結(jié)出巖溶水源地選址方法步驟的技術(shù)路線圖(見圖4)。

圖4 水源地選址技術(shù)路線圖

4 結(jié)論

論文以下花園區(qū)為例，通過兩期水源地靶區(qū)選址的研究，得出以下結(jié)論：

(1)前期選址由于侏羅系基巖構(gòu)造裂隙水分布不均勻，物探解譯存在多解性，使得下段侵入的輝綠巖巖脈解譯形態(tài)與戴家營井旁測深角礫巖、砂礫巖含水地層形態(tài)相似，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)裂隙發(fā)育段，富水性差。因此，具備一定規(guī)模的構(gòu)造地段，是在該地區(qū)尋找基巖構(gòu)造裂隙水的目標。

(2)后期選址通過水文地質(zhì)調(diào)查、物探、鉆探、水質(zhì)分析等綜合方法，確定了研究區(qū)巖溶水的富水地段分布在碳酸鹽巖與火成巖接觸帶，即巖溶水排泄區(qū)的裂隙發(fā)育或構(gòu)造地段，富水性較強。選定的水源地靶區(qū)與現(xiàn)有水源地同時供水能滿足研究區(qū)近期需水要求，填補了該區(qū)巖溶水富水程度不詳?shù)目瞻祝摲椒▽τ谥笇?dǎo)抗旱、解決旱莊的人畜飲水困難和保障城鎮(zhèn)的供水安全意義重大。