河北省承德縣鞍匠鄉深部承壓含水層理療天然礦泉水允許開采量評估

商金超

(華北地質勘查局五一四地質大隊，河北 承德 067000)

本項目研究工作區位于河北省承德縣鞍匠鄉兩間房村南側，屬于侵蝕構造中、低山區，北、西、南為地表分水嶺，兩側山體坡陡、沖溝發育，多條沖溝呈樹枝狀扇形向下匯集往東北徑流，東北鞍匠村處為區內地下水、地表水主要排泄口，構成一個相對完整的水文地質單元。區內地下水補給、徑流、排泄受地形、地貌、巖性、構造等因素綜合制約[1]。

1 地下水資源評估原則

(1)運用系統論觀點，根據本區地下水系統特點，分別采用補給量和排泄量法計算地下水補給資源。

(2)研究水源地地下水可控性，考慮“三水”轉換關系，利用探采結合井抽水試驗資料，計算地下水允許開采量。

圖1 工作區衛星圖

(3)水文地質參數，以鉆孔或民井揭露含水層情況來確定。

2 地下水補給資源量

(1)計算區的確定。

均衡區范圍：北部、西部、南部分水嶺至山咀村小橋處，面積193 km2。

補給量法計算地下水補給量：區內地下水主要接受大氣降水入滲補給和農業灌溉回滲補給，大氣降水入滲補給資源量主要受降水量和降水入滲條件控制[2]。

計算公式：

V補=V入滲+V灌回

(1)

式中：V補為年度地下水補給資源量；V入滲為年度大氣降水入滲補給量；V灌回為年度農業灌溉水回滲量，104m3/a。

(2)大氣降水入滲補給量。

計算公式：

(2)

大氣降水入滲補給量分為基巖裸露區和第四系覆蓋區兩部分進行計算：

計算V入滲=0.05×559.7×10-3×180×106+0.02×559.7×10-3×13×106=518.24×104m3/a=14 198.36 m3/d。

(3)農業灌溉水回滲量。

區內灌溉用水以村為單位按逐年不同作物種植面積、灌溉定額和灌溉次數進行統計，統計結果見表1。

表1 地下水農業灌溉用水量統計表

農業灌溉水回滲量計算公式如下：

V灌回=V灌×β

(3)

式中V灌回為年度農業灌溉水回滲量，104m3/a；V灌為年度農業灌溉用水量，104m3/a；β為灌溉水入滲補給系數，主要受包氣帶巖性、地下水埋深、灌溉定額和土地平整程度等影響，本區表層土壤主要為沖洪積粉質黏土，灌溉方式為井灌，水位埋深1～3 m，β取經驗值0.20。

計算V灌回=50.80×0.20=10.16×104m3/a。

(4)補給量法計算地下水補給量。

地下水天然補給資源量為：

V補=V入滲+V灌回

=518.24×104+10.16×104=528.40×104m3/a=14 476.71 m3/d

(4)

(5)地下水資源量的確定。

補給量法計算地下水天然補給資源量(大氣降水入滲補給量)為518.24×104m3/a(相當于14 198.36 m3/d)，農業灌溉水回滲量10.16×104m3/a，最終地下水補給資源量為528.40×104m3/a(相當于14 476.71 m3/d)。

3 地下水資源計算質量評述

(1)根據水文地質概念模型，采用補給量計算地下水資源量是合理的。

(2)補給量法計算地下水資源量時，大氣降水入滲補給量、農業灌溉水回滲量計算方法合理，計算公式正確[3]。

(3)由于本次施工鉆孔較少，難以控制整個計算斷面的含水層厚度及滲透系數，計算精度偏低。

4 水源地礦泉水資源允許開采量

4.1 水源地地下水開采方案

通過地下水資源計算，本區地下水多年平均補給資源量為528.40×104m3/a(相當于14 476.71 m3/d)，為本區地下水可持續利用的資源量。工作區內無大型工礦企業，地下水開采主要滿足區內少量居民、牲畜生活用水和農業灌溉用水，剩余資源量依然很大。

根據業主下達的任務要求，水源地采用單井開采天然礦泉水水源。本次勘查工作完成了一個礦泉水勘探開采井ZK1，進行了枯水期、平水期抽水試驗，最大降深110.40 m，最大涌水量達62 m3/d，現根據抽水試驗資料，評價地下水允許開采量。

4.2 水源地礦泉水允許開采量評估

(1)允許開采量預測。該水源地類型為基巖構造裂隙水水源地，其人工開采需水量不大，且地下水天然補給資源量充足，可只計算取水構筑物的總出水量作為允許開采量，取水構筑物的總出水量根據枯水期抽水試驗成果按有關計算公式進行推算。

(2)探采結合井抽水試驗成果。探采結合井ZK1于枯水期、平水期、豐水期進行了單孔穩定流抽水試驗，試驗數據見表2。

表2 探采結合井ZK1抽水試驗成果表

該含水層由上部基巖風化裂隙含水層(25.50～30.60 m)和下部基巖構造裂隙含水層(38.9～42.5、86.7～93.3、199.9～206.9、212.5～218.0、249.1～262.0 m)組成，取水段標高172.34～473.34 m，上部風化裂隙含水層透水性差，補給條件較差，下部構造裂隙含水層透水性中等，富水性強，且此段含水層為承壓含水層，水頭高度高出地面28.40 m，造成當地下水水位處于基巖風化裂隙含水層中時，出水量隨水位降深增加呈直線型增長。

(3)單井允許開采量計算。根據含水層結構特點及抽水試驗分析，探采結合井ZK1枯水期抽水試驗第二降深S值較為合理，水位降深未超過承壓含水層頂板(含水層頂板埋深199.90 m)，影響半徑為590 m，所以取允許降深L允許=80.00 m進行允許開采量的計算，利用抽水試驗法計算允許開采量過程如下：

W=f(L)線型判斷：

通過計算x值判斷曲線線型，計算公式為：

(5)

式中：V1為枯水期抽水試驗第一降深涌水量，62 m3/h；L1為枯水期抽水試驗第一降深水位下降值，110.40 m；V3為枯水期抽水試驗第三降深涌水量，37 m3/h；L3為枯水期抽水試驗第三降深水位下降值，52.13 m。

計算得x=1.32，V=f(L)線型為指數型。

將抽水試驗數據代入指數公式：

lgV=lga+mlgL

(6)

求得系數：a=1.8480,m=0.7468，最終計算水源地單井允許開采量：

V允許=1 194 m3/d=13.82 L/s

4.3 允許開采量保證程度分析

本次工作詳細查明了水源地邊界和含水層特征，詳細查明了礦泉水的物理化學特性，通過抽水試驗取得了允許開采量計算所需參數，水源井具有豐水期、平水期、枯水期抽水試驗資料，已查明礦泉水開發條件及水源衛生防護條件。

5 結論

綜上所述，本次通過補給量法計算本區地下水資源量為528.40×104m3/a(相當于14 476.71 m3/d)，計算區內地下水補給量分為大氣降水入滲補給及農業灌溉水回滲補給；通過對含水層結構特點及抽水試驗分析，評價礦泉水資源允許開采量為1 194 m3/d(相當于13.82 L/s)。