修武县磨台营水源地岩溶水系统分析

金 萍,王现国,王关杰,李 莹

(河南省地质矿产勘查开发局第二水文地质工程地质队,河南郑州 450053)

修武县磨台营水源地岩溶水系统分析

金 萍,王现国,王关杰,李 莹

(河南省地质矿产勘查开发局第二水文地质工程地质队,河南郑州 450053)

采用补给量评价法和水均衡评价法对磨台营水源地岩溶水的资源量进行计算,通过对比计算结果,得到磨台营水源地岩溶水处于平衡阶段,且有较大的开发潜力,在合理开发利用的前提下,可作为备用水源地。

备用水源地;岩溶水;水资源

0 引言

修武县幸福水厂供水项目一期供水规模为 3×104m3/d,但是随着科技的进步、社会工业的发展以及人口的增长,这已经不能满足城市供水的需求。通过对焦作地区区域水文地质条件和有关资料进行认真分析、研究和讨论,并到磨台营水源地实地踏勘,认为磨台营作为修武县城供水水源地是适宜的。

1 岩溶水系统的边界

1.1 岩溶水水文系统与岩溶含水系统

岩溶水系统可分为两类。一是岩溶水文系统,岩溶水的汇水范围;二是岩溶含水系统,与岩溶水水力联系的岩溶含水岩系的分布空间[1]。但是通常情况下,岩溶水文系统与岩溶含水系统的范围并不一致,往往也不是相互包容的[2]。

1.2 磨台营岩溶水系统边界

岩溶含水系统的边界主要取决于地质构造,岩溶水文系统的边界则取决于地形与地质构造。根据以往的工作内容,分析研究认为,磨台营水源地位于九里山岩溶水系统焦北子系统内,故本次确定的岩溶水系统边界为焦北子系统,其具体范围为东到修武县东边界,南以凤凰岭断层为界,西到焦作市区西边界,北到省界,面积为 738 km2。

2 岩溶地下水补、径、排及其转化特征

①岩溶水的补给

九里山泉域岩溶水系统北部灰岩裸露区,为岩溶水的主要补给区。因灰岩出露面积大,构造岩溶发育,为降水入渗及河流渗漏提供了有利条件。但因各区地形、地貌、构造岩溶发育程度的不同,入渗强度强弱不均,因而表现出大气降雨、地表水流及岩溶地下水的转化程度各有差异。

在双庙 ～黑龙王庙一线以北及丹河区北部,地形较陡,沟谷深切,可见 O1贾旺页岩出露,大气降雨入渗补给岩溶地下水的条件差,因此大气降雨主要形成地表水流向下游,而在双庙 ～黑龙王庙一线以南及丹河的山路平 ～后陈庄段,地形平缓、且构造岩溶发育,大气降雨强烈入渗,地表水流大量漏失,补给岩溶地下水,造成西石河、山门河、纸坊沟洪水多年不能下山。

此外,焦作西部的丹河地表水渗漏也是本区岩溶水重要补给来源[3]。

②岩溶地下水的径流条件

凤凰岭断层西段为太行山区与平原的自然分界线,直接接受着来自太行山区强大的地下水补给,又由于本断层北升南降,奥陶系灰岩岩溶裂隙水受到断层南盘砂泥岩隔水层的阻隔,使来自北部岩溶裂隙水改变了原来运动方向,一方面表现为沿断层北侧破碎带富集、运移,另一方面沿断层走向向东形成一个近东西向强径流带。

水源地处于太行山前倾斜平原地带,为凤凰岭断层强径流区,岩溶地下水由西向东径流。

③岩溶水的排泄

岩溶水接受大气降水补给后,主要以人工开采、泉的形式排泄。

3 补给量评价法计算岩溶水资源量

3.1 计算分析范围的确定

论证区岩溶水具有补给区和开采区分布不一致的特征。补给区为九里山岩溶水系统中焦北子系统北部岩溶水裸露区,面积为 738 km2;开采区为岩溶水隐伏区、面积 329 km2。

3.2 计算公式

式中:Q可为岩溶水可开采量(万 m3/a);Q降为降水入渗补给岩溶水量(万 m3/a);Q侧补为丹河水侧向补给岩溶水量(万m3/a)

式中:Q可为降水入渗补给岩溶水量(万 m3/a);Q降为降水入渗补给岩溶水系数;F为计算区面积[4]

3.3 补给量计算分析

岩溶水补给量由降水入渗补给量和丹河侧渗补给量组成。

①降水入渗补给

(1)降水入渗量的计算公式:Q降=∑P·α·F

式中:Q降为降水入渗补给量;∑P为年降水总量;α为降水入渗系数;F为计算区面积

(2)计算结果:1996年、1994年、2002年计算区面积为738 km2,岩溶水降水入渗补给量分别为 21 368万 m3/a、17 530万 m3/a、16 395万 m3/a,平均为 18 431万 m3/a。

②丹河水侧向补给量

丹河是本区常年性河流,位于丹河子系统补给区漏失严重,经多年多次实测漏失量变化不大。依据 1996年、1994年、2002年地下水动态监测报告,各典型年实测漏失量分别为 4 037万 m3/a、5 468万 m3/a、4 100万 m3/a,平均为 4 535万 m3/a。

3.4 开采量分析

由矿坑排水量、自备井开采量、自来水公司开采量组成。

①矿坑排水量

依据各典型年动态监测报告提供的矿坑排水量资料,1996年、1994年、2002年矿坑排水量分别为 17 044万 m3/a、19 775万 m3/a、14 600万 m3/a。矿坑排水中岩溶水占75%,孔隙水占 25%,其中渗漏量占矿坑排水量的 19%。以此计算各典型年矿坑排岩溶水量分别为 12 784万 m3/a、14 831万 m3/a、11 000万 m3/a,平均为 12 872万 m3/a。

②自来水开采量

焦作市现有自来水厂七个,其中两个是利用矿排水,五个是开采岩溶水,现有井 78眼,井深 120～600m不等。据统计 1996年、1994年、2002年各典型年岩溶水开采量分别 3439万 m3/a、2 072万 m3/a、4 342万 m3/a,平均 3 284万 m3/a。

③自备井开采量

区内共有自备井200余眼,据各典型年动态监测报告资料统计 1996年、1994年、2002年自备井开采岩溶水量分别为 5 210万m3/a、4 409万 m3/a、5 320万 m3/a,平均为 4 980万 m3/a。

3.5 计算结果

1996年、1994年、2002年岩溶水补给区面积为 738 km2,开采区面积为 329 km2,总面积为 1 067 km2。总补给量分别为 25 405万 m3/a、22 998万 m3/a、20 495万 m3/a,平均为22 966万 m3/a。总消耗量分别为 21 443万 m3/a、21 312万m3/a、20 662万 m3/a,平均为 21 136万 m3/a。可开采量即是总补给量。

多年平均岩溶水开采量 21 136万 m3/a、可开采量 22 966万 m3/a。

由于丰、平、枯典型年矿坑排岩溶水量分别为 12 784万 m3/a、14 831万 m3/a、11000万 m3/a,平均为 12 872万 m3/a。这些岩溶水均可处理再利用,因此岩溶水开发利用潜力较大。

4 水均衡法计算岩溶水资源量

4.1 水均衡法的原理

水均衡法也称水量平衡法或水量均衡法。是全面研究某一地区 (或均衡区)在一定时间段内(均衡期,一般为一年)地下水的补给量、储存量和消耗量之间的数量转化关系的平衡计算。

4.2 水均衡法的计算公式

对一个均衡区(或地段)的含水层组(或单元含水层组)来说,在补给和消耗的不均衡过程中,在任一时段 Δt内的补给量和消耗量之差恒等于这个含水层组中水体积(或质量)的变化量。因而建立水均衡方程式[5]:

当 Q补＞Q消时,岩溶水水位上升,Q超、Q变为正值,为正均衡。

当 Q补＜Q消时,岩溶水水位下降,Q超、Q变为负值,为负均衡。

当 Q补≈Q消时,岩溶水水位基本不变,Q超、Q变正、负值很小,为动平衡状态。

式中:Q超为 Δt时段内岩溶水超采量;Q变为Δt时段内水体积变化量,数量上等于超采量;Q侧补为丹河侧向补给量;Q开为岩溶水开采量;μ为岩溶水含水层给水度:裸露区为水位变动带给水度,隐伏区为含水层弹性给水度;F为 时段内岩溶水评价区面积;ΔH为 Δt时段岩溶水水位变幅;Δt为计算时段。

4.3 计算结果

1996年、1994年、2002年岩溶水补给区面积为 738 km2,开采区面积为 329 km2,总面积为 1067 km2。超采量分别为+3 972万 m3/a、+1 686万 m3/a、 -167万 m3/a。

多年平均岩溶水超采量 +1830万 m3/a,岩溶水水位平均上升速率为 0.87m/a。

综合评价认为,现状条件下就评价区整体而言,岩溶水处于正均衡状态。2002年前 10年岩溶水水位平均上升速率为0.87m/a。

5 结论与建议

5.1 结论

通过以上两种方法计算得到以下结论:

(1)补给量评价法计算得到多年平均岩溶水开采量21 136万 m3/a、可开采量 22 966万 m3/a。 丰、平、枯典型年矿坑排岩溶水量分别为 12 784万 m3/a、14 831万 m3/a、11 000万 m3/a,平均为 12 872万 m3/a。这些岩溶水均可处理再利用,因此岩溶水开发利用潜力较大。

(2)水均衡法计算得到的多年平均岩溶水超采量 +1 830万 m3/a,岩溶水水位平均上升速率为 0.87m/a。现状条件下就评价区整体而言,岩溶水处于正均衡状态。2002年前10年岩溶水水位平均上升速率为 0.87m/a。

(3)磨台营岩溶水水源地处于平衡阶段,且有较大的开发潜力,在合理开发利用的前提下,可以作为备用水源地。

5.2 建议

在备用水源地区域,应建立完善的水量、水质监测网络,科学布设地下水位和水质动态监测井,定期进行水位观测和水质化验,实施水量水质动态监测,实时监控区域内地表水、地下水水量和水质的变化,预测备用水源地水量水质发展演变趋势,及时向当地政府及水资源管理部门和相关企业提供水量、水质信息。

[1]王现国.豫西龙涧泉岩溶水系统研究[J].人民黄河.2010,32(5):42-44

[2]张人权,周宏,陈植华等.山西郭庄泉岩溶水系统分析[J].地球科学.1991,16(1):1-17

[3]潘国营,韩怀彦,张慧娟.焦作岩溶水系统水质模拟与污染原因探讨[J].焦作工学院学报(自然科学版),2000,19(6):417-420

[4]王树谦、陈南祥编著.水资源评价与管理.水利水电出版社,1996.2

[5]赵云章.朱中道等.河南省地下水资源与环境.中国大地出版社,2004.6

K arstW ater System Analyzed of M otaiying water source in Xiuwu

JIN Ping,WANG Xian-guo,WANG Guan-jie,LIYing
(The second Hyd rogeololgy and Engineering geology team of Henan provincial Bureau of Geo-exploration and Mineral Development)

The article takes the water recharged evaluation method and Water balance assessmentmethod to calculate karst water resource in the Motai station source,compared to the results,itobtained the conclusion was karst water source in equilibrium phase,and have greater development potential,in the rational exploitation of the p remise,can be used as alternative water source.

Alternate water source;karstwater resource and water resource

P641.134

B

1004-1184(2011)01-0014-02

2009-07-14

金萍(1981-),女,辽宁锦州人,工程师,主要从事水工环地质勘察工作。