西藏冷曲河谷地區(qū)地下水資源合理開發(fā)利用研究

劉潤勝,葉紅軍,李運肖

(1.河南省地質(zhì)研究院,河南 鄭州 450016; 2.河南省地球物理空間信息研究院,河南 鄭州 450009)

研究區(qū)位于西藏自治區(qū)東部,地處怒江上游,主要為山地地貌和河谷地貌。山地地貌海拔4 km以上,相對高差深達(dá)1 km以上,局部常年有冰雪覆蓋,具有冰川地貌特征;河谷地貌分布于研究區(qū)中部,河流切割深,地形坡度大。研究區(qū)行政區(qū)劃隸屬于西藏自治區(qū)八宿縣,隨著318國道沿線及八宿縣城的建設(shè)發(fā)展,對水資源的需求日益增多,水資源的匱乏成為制約經(jīng)濟發(fā)展的主要因素[1-3]。

1 地下水類型及主要含水層

根據(jù)含水介質(zhì)的巖性組合特征及埋藏深度、地下水的賦存條件及水動力特征,結(jié)合本區(qū)目前的地下水開采深度,將本區(qū)含水層組劃分為松散巖類淺層含水層(組)和碎屑巖類裂隙含水層(組)2類。研究區(qū)水文地質(zhì)如圖1所示。

1.1 松散巖類淺層含水層

淺層含水巖組主要分布在八宿縣城冷曲兩岸及拉曲河床、溝槽內(nèi),此外在各級臺地(或階地)上、斜坡坡腳處等也有分布,面積小。松散巖類含水層由第四系沖積物的砂、礫、粘土層以及洪積物的砂、礫、粘土層等組成,主要含水層為沖積物的砂礫石層,但其分布僅限于冷曲河床及兩岸的第一、二級階地上。淺層含水層類型為潛水。

圖1 研究區(qū)水文地質(zhì)Fig.1 Hydrogeology of the study area

淺層地下水富水性,基巖山區(qū)的溝谷及階地,含水層厚度較小,富水性較差,根據(jù)含水層的富水性大小、成因類型,只分為弱富水區(qū)和貧水區(qū)。

(1)弱富水區(qū)(10～100 m3/d)。分布于八宿縣巴東新村、八宿縣政府一帶冷曲河及其階地中。含水砂層厚度不大、顆粒較粗。含水層全新統(tǒng)細(xì)砂、礫、粘土層。含水層1～2層,厚度一般1.2～4.5 m,含水層頂板埋深1.2～5.1 m。按5 m降深計算其單位涌水量11.28～18.15 m3/(d·m)。滲透系數(shù)0.042 3～0.045 6 m/d,導(dǎo)水系數(shù)0.21～0.23 m2/d。

(2)貧水區(qū)(<10 m3/d)。分布于八宿縣沙木村、珠八村、西巴村一帶冷曲河及其階地中。含水砂層厚度不大、顆粒較粗。含水層全新統(tǒng)細(xì)砂、礫、黏土層。含水層1～2層,厚度一般1.4～4.2 m,含水層頂板埋深1.2～5.6 m。按5 m降深計算其單位涌水量5.53～9.54 m3/(d·m)。滲透系數(shù)0.046 6～0.095 9 m/d,導(dǎo)水系數(shù)0.24～0.49 m2/d。

1.2 碎屑巖類裂隙含水層

碎屑巖裂隙水分布于研究區(qū)大部分區(qū)域,在研究區(qū)海拔較高的地帶,出露前石炭、石炭系、侏羅紀(jì)、上白堊系地層,雖然構(gòu)造裂隙相對發(fā)育,但大氣降水和冰雪融水迅速滲入地下或通過地表徑流向海拔較低地區(qū)徑流,只有在局部構(gòu)造阻水帶以泉的形式出露,上述含水層組富水性差。研究區(qū)內(nèi)的褶皺、次級構(gòu)造發(fā)育,研究區(qū)內(nèi)的上新近系砂巖,白堊系下統(tǒng)多尼組砂頁巖等地層的巖石相當(dāng)破碎,裂隙發(fā)育,裂隙產(chǎn)狀變化大,地下水就賦存于風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙中,并沿構(gòu)造破碎帶富集,在地形低洼地帶或特殊構(gòu)造部位以泉的形式出露成巖作用及膠結(jié)程度均差,構(gòu)造裂隙極不發(fā)育,近地表風(fēng)化后具有孔隙性,富水性較差,地下水徑流模數(shù)0.001 3～0.001 9 L/(s·km2)。

2 地下水動態(tài)類型

2.1 松散巖類孔隙水地下水動態(tài)

松散巖類孔隙潛水的動態(tài)變化主要受氣象、地貌、水位埋深、包氣帶巖性及人為因素的綜合影響[4-6],不同地區(qū)各因素的影響強度不盡相同,形成不同的動態(tài)特征,按影響潛水動態(tài)的主要因素劃分出以下成因類型。

(1)滲入—徑流型。分布于河谷階地及沖積谷地平原區(qū),以降水入滲、徑流排泄為潛水動態(tài)的主要影響因素,其特點是:6—8月水位較低,10—12月水位較高,最高水位相對雨季滯后1個月左右(圖2)。

圖2 滲入—徑流型淺層地下水位動態(tài)曲線Fig.2 Dynamic curves of infiltration runoff shallow groundwater level

(2)滲入—下滲型。分布于區(qū)內(nèi)階地平原區(qū),孔隙水主要受大氣降水入滲補給,又主要通過緩慢下滲進(jìn)行排泄,其特點是:6—8月水位較低,而10—12月水位較高,最高水位相對于雨季滯后1～2個月(圖3)。

圖3 滲入—下滲型淺層地下水位動態(tài)曲線Fig.3 Dynamic curves of shallow groundwater level with infiltration and infiltration

(3)滲入—蒸發(fā)、開采型。分布于部分河谷一級階地地下水位淺埋區(qū)。地下水受大氣降水及地表水灌溉滲入補給,而被蒸發(fā)和開采排泄[7-10]。其特點是:水位在地表水灌溉(渠灌)期和雨季上升,而在旱熱的6、7月及地下水灌溉期下降,地下水位變化滯后時間短(圖4)。

2.2 碎屑巖類裂隙水地下水動態(tài)

一般均在9—11月流量最大,2—6月流量最小,與氣象的雨季和旱季相對應(yīng)而稍有滯后,且滯后時間、泉水豐枯期流量比與地下水埋藏深度密切相關(guān)(圖5)。

圖4 滲入—蒸發(fā)、開采型淺層地下水位動態(tài)曲線Fig.4 Dynamic curves of infiltration evaporation and mining shallow groundwater level

圖5 碎屑巖類裂隙水地下水位動態(tài)曲線Fig.5 Dynamic curves of groundwater level in clastic rock fissure water

3 地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀

根據(jù)研究區(qū)地下水資源開采的深度、開采量及地下水水質(zhì)的演化,地下水資源開發(fā)利用歷史大致可分為以下2個階段。

3.1 地下水資源開發(fā)利用初始階段(2006年以前)

研究區(qū)經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展相對落后,基本沒有工業(yè)設(shè)施,對水源的消耗主要來源于生活用水。研究區(qū)內(nèi)居住人口較少且相當(dāng)分散,供水模式主要有4種:①就近取用地表水;②在河流邊挖淺井(坑),深度一般1～3 m,接管取水;③在地勢較高的溝谷中攔蓄地表水接管引水自流到戶;④取用泉水。該階段地下水開采量小,主要開采松散巖類淺層孔隙水,其次為基巖裂隙水。

3.2 地下水資源開采近期階段(2006年—至今)

該階段研究區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了少量農(nóng)村工業(yè),地下水開發(fā)利用程度相對較高,主要用于人畜供水,研究區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地下水現(xiàn)狀開采量統(tǒng)計見表1,開采量小計3.65×104m3/a。主要供水模式有3種:①在地勢較高無采礦的支溝上游砌石攔蓄地表水接管引水供一戶或多戶用水;②在水文地質(zhì)條件相對較好的溝中挖溝筑壩截取基巖裂隙水接管引水供多戶或一個村用水;③在研究區(qū)南部水文地質(zhì)條件較好的地段,挖井下水泥管供多戶飲用和灌溉。該階段對地下水的開發(fā)利用達(dá)到了一個新的時期,主要開采松散巖類淺層孔隙水,其次為碎屑巖類裂隙水。

表1 研究區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地下水現(xiàn)狀開采量統(tǒng)計Tab.1 Statistics of current mining output of groundwater in towns and villages in the study area

4 地下水資源供需分析

隨著工農(nóng)業(yè)迅猛發(fā)展,對水資源的需求量與日俱增,為了適應(yīng)區(qū)內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略,預(yù)測2030年工業(yè)用水量、人畜飲用水量及農(nóng)業(yè)灌溉用水量,然后進(jìn)行水資源綜合平衡分析,以便進(jìn)行合理調(diào)控使用有限的水資源。

按現(xiàn)在的工業(yè)現(xiàn)狀、灌溉用水量和人口進(jìn)行2030年用水量預(yù)測。下面按八宿縣用水類型分區(qū)進(jìn)行各項用水量預(yù)測計算。

(1)工業(yè)需水量。根據(jù)八宿縣提供的資料,綜合確定2030年工業(yè)用水重復(fù)利用率與工業(yè)萬元產(chǎn)值取水量。

根據(jù)八宿縣總體規(guī)劃,按式(1)、式(2)進(jìn)行2030年工業(yè)需水量計算。

Q預(yù)=q預(yù)×M預(yù)

(1)

q預(yù)=q起×(1-R預(yù))/(1-R起)

(2)

式中,Q預(yù)為預(yù)測年份工業(yè)用水量;q預(yù)為預(yù)測年份萬元產(chǎn)值取水量;M預(yù)為預(yù)測年份工業(yè)總產(chǎn)值;q起為起始年份萬元產(chǎn)值取水量;R預(yù)為預(yù)測年份工業(yè)用水重復(fù)利用率;R起為起始年份工業(yè)用水重復(fù)利用率。

此次計算起始年份為2020年,考慮工作區(qū)工業(yè)水平,將2020—2030年平均每年工業(yè)增長率為10%。

(2)人畜飲用水量預(yù)測。用水定額是根據(jù)工作區(qū)內(nèi)用水現(xiàn)狀,結(jié)合《城市給水工程規(guī)范》(GB 50282—98)及本次調(diào)查核查資料確定的,2030年用水量為0.065 m3/(d·人)。

(3)農(nóng)田灌溉用水量預(yù)測。雖說農(nóng)業(yè)要改變種植結(jié)構(gòu),用水量可能增加,但考慮農(nóng)業(yè)窯逐步改變灌溉模式,用水量會減少,所以2030年的需水量仍保持年灌溉面積及灌溉定額和灌溉用水量不變。

(4)其他用水量。主要考慮城市生態(tài)、公共、林漁業(yè)等方面用水,其數(shù)值是根據(jù)調(diào)查收集有關(guān)資料確定。

5 地下水供水方案

5.1 地下水資源潛力規(guī)劃

根據(jù)松散巖類孔隙水資源潛力評價分析,開采潛力多年平均為147.63×104m3/a,松散巖類孔隙水在地下水位降深值允許的范圍之內(nèi)可適當(dāng)增強開采量。根據(jù)碎屑巖類裂隙水資源潛力評價分析,開采潛力多年平均為2 037.55×104m3/a。碎屑巖類裂隙水可增強開采,進(jìn)一步合理開發(fā)利用。

5.2 安全飲用水供水方案

優(yōu)先開采松散巖類和碎屑巖類水;其次在淺層水不適宜飲用的地區(qū)選擇集中開采基巖裂隙水可飲用層段作為供水水源,供一個或多個村人畜飲用。

行政區(qū)規(guī)劃原則采用分質(zhì)分層位供水,優(yōu)先開采滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)(Ⅰ—Ⅲ類地下水)的層位的地下水,其次考慮地下水Ⅳ類水層位的地下水(適當(dāng)處理),Ⅴ類水不宜用作飲用地下水;在2個層位的地下水質(zhì)量類別一致時,優(yōu)先考慮埋藏淺易開采層位的地下水。在飲水資源不足或者不滿足飲水標(biāo)準(zhǔn)時,農(nóng)村飲用水盡量采用本地的地下水。

研究區(qū)內(nèi)地下水均無Ⅰ類水,西部花崗巖山區(qū)地下水水質(zhì)為Ⅱ類,變質(zhì)巖山區(qū)地下水水質(zhì)為Ⅱ類,局部區(qū)域為Ⅲ類。地下水屬于Ⅳ類水的地區(qū)研究區(qū)內(nèi)主要分布在珠八村松散巖類孔隙水以及碎屑巖類裂隙水。Ⅳ類水不可作為飲用水直接使用。

5.3 農(nóng)業(yè)灌溉供水方案

在研究區(qū)地表水較為豐富,可采用渠水灌溉。農(nóng)灌井開采過程中,因不使地下水位持續(xù)下降,以節(jié)約水源為根本,大力推廣微觀技術(shù),微觀技術(shù)主要有:微噴灌、滴灌、小管出流、滲灌等高新技術(shù)節(jié)水灌溉模式。

5.4 鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水方案

研究區(qū)屬西藏自治區(qū)缺水山區(qū),村莊多分布于溝谷兩側(cè),生活用水主要來自于河流、溝谷上游,鄉(xiāng)鎮(zhèn)多位于河谷及其階地地帶,淺層地下水可集中開采,選擇水質(zhì)、水量較好的含水層作為供水水源。

6 地下水資源合理開發(fā)利用方案

根據(jù)全區(qū)地下水開采條件的均衡計算,淺層地下水可開采資源量為230.29×104m3/a,開采程度低;碎屑巖類地下水可資源開采資源量為2 037.55×104m3/a,開采程度低;目前開采量3.65×104m3/a,可以適當(dāng)加強該地區(qū)地下水資源量的利用。

6.1 碎屑巖類地下水開發(fā)利用方案

50 m以上,含水層富水性差,地下水埋深1.1～4.3 m。適宜作為農(nóng)村分散供水水源,可設(shè)計井深35 m,鉆探技術(shù)可采用沖擊鉆進(jìn),井徑325 mm。

50 m以下,含水層富水性好,適宜作為農(nóng)村安全飲水水源,可設(shè)計井深150 m,鉆探技術(shù)可采用沖擊鉆進(jìn),井徑325 mm。

6.2 松散巖類地下水開發(fā)利用方案

淺層含水巖組主要分布于較大的溝谷中,面積小。含水層為全新統(tǒng)砂、礫、粘土層,淺層含水層類型為潛水。由于受構(gòu)造控制,含水巖組底板埋深變化較大,含水巖層的空間分布不均,從溝谷上游而下底板埋深逐漸增大,含水層厚度也逐漸增大。含水層頂板埋深1～5 m,底板埋深2.7～12.92 m,含水層一般分布1～2層,總厚度達(dá)1.7～6 m。

(1)弱富水區(qū)(10～100 m3/d)。分布于八宿縣巴東新村、八宿縣政府一帶冷曲河及其階地中,含水砂層厚度不大、顆粒較粗,含水層全新統(tǒng)細(xì)砂、礫、黏土層。含水層1～2層,厚度一般1.2～4.5 m,含水層頂板埋深1.2～5.1 m。按5 m降深計算,其單位涌水量為11.28～18.15 m3/(d.m)。滲透系數(shù)為0.042 3～0.045 6 m/d,導(dǎo)水系數(shù)0.21～0.23 m2/d。

(2)貧水區(qū)(<10 m3/d)。分布于八宿縣沙木村、珠八村、西巴村一帶冷曲河及其階地中,含水砂層厚度不大、顆粒較粗,含水層全新統(tǒng)細(xì)砂、礫、黏土層。含水層1～2層,厚度一般1.4～4.2 m,含水層頂板埋深1.2～5.6 m。按5 m降深計算,其單位涌水量5.53～9.54 m3/(d·m)。滲透系數(shù)0.046 6～0.095 9 m/d,導(dǎo)水系數(shù)0.24～0.49 m2/d。

綜上所述,松散巖類地下水適宜作為農(nóng)村分散供水水源,可設(shè)計井深7～15 m,人工開挖比較危險,出于安全考慮,開采技術(shù)可采用沖擊鉆進(jìn),井徑460 mm。

7 結(jié)論

研究區(qū)內(nèi)主要開發(fā)利用淺層地下水,冷曲河南岸第四系松散巖類分布區(qū)地下水開采比較集中,以生活用水為主,研究區(qū)位于缺水型山區(qū),由于大氣降水是地下水的主要補給來源,地下水水位呈季節(jié)性變化,大氣降水的減小,使地下水補給量明顯減小,淺層地下水資源量處于下降趨勢,應(yīng)合理開發(fā)利用淺層地下水資源,避免超采。