南水北调北京市东干渠地质水文循环规律研究

向传华，李永乐

（华北水利水电学院，河南 郑州 450045）

0 引言

东干渠是南水北调北京配套工程环路供水的重要组成部分，担负着第十水厂、通州水厂、亦庄水厂、京津发展带、黄村水厂、郭公庄水厂的供水任务。 它起于团城湖至第九水厂输水工程预留分水口，沿5 环路，经广顺桥、亦庄桥、凉水河与南干渠相接，全长约44.6 km。 本文以北京市东干渠为研究区，探讨地下水循环规律，以减少地下水对盾构井及管线的危害。

1 工程水文地质特征及单元划分

1.1 工程水文地质特征

工程区位于北京平原区中上部，分布在永定河冲洪积扇左边缘。 地形总体由西北向东南呈略微倾斜状，地貌轮廓从山区到平原呈阶梯状形态，依次可划分为山地地貌、山麓、山前地貌和冲积平原地貌。一般海拔在1 000～1 500 m 之间， 地面标高在23～44 m之间，坡降在0.03%～0.05%之间(如图1 所示)。

1.2 工程单元划分

地质构造为中朝准地台华北断坳褶，包括北京迭断陷，顺义迭断陷、坨里～丰台迭凹陷和黄村迭凸起。 区域内分布3 层地下水，上层为潜水，下层为承压水，大部分地区地下水埋深在5～8m，沿隧洞轴线从西北向东南呈降低趋势。 管线跨永定河冲洪积扇和清河古河道区两个不同的地貌单元， 根据地形地貌和地层岩性，沿线划分为低山丘陵和平原两个水文地质区段。

图1 东干渠线路及邻近山区地貌图Fig.1 East main canal and near mountain area geomorphologic map

2 区域岩溶地下水的运移规律

2.1 岩溶地下水的分布特征

岩溶槽谷区形成一个完整的地下水循环系统[1]，主要由厚层灰岩、白云质岩、泥质灰岩组成，厚度在200 m 左右。 O23、O25两段厚度在60 m 和110 m 左右，岩性主要是泥晶岩及颗粒泥晶灰岩，富水性强。通过水文监测井资料及测试、岩溶地下水的Ca2+,HCO3-,pH 值和电导率均大于砂岩裂隙水， 表明了岩溶独特的动态规律，如表1 所示。 在整个系统内，低山丘陵地区地势较高，地层褶皱紧密，常形成高水位区，在水头差的水动力驱动下向平原区流动。

表1 岩溶地下水与裂隙水的水质对比Table 1 Quality comparison of Karst underground water and pore water

2.2 西北部低山丘陵区地下水的运移规律

槽谷区碳酸盐岩层裸露并沿山岭成带状分布[2]，含水层主要为裂隙孔隙浅水，大气降水可以直接入渗补给。由于广泛出露的古老地层为中上元古界(包括长城系、蓟县系和青白口系)，由浅变质的海相碳酸盐岩和石英砂岩、砂页岩组成，入渗补给的雨水在两翼的厚砂岩阻挡下沿溶隙向溶蚀洼地和漏斗渗漏，大量的地下水在表层循环，水力坡度大，径流畅通，部分径流在特殊的地质地貌下以泉水的形式排出。

在低山丘陵区周围，由于山前地带、洼地溶隙发育不均衡，覆盖层厚度小，上层溶隙水与溶隙潜水层水力联系少[3]。 丰水期上部为空隙水、下部为岩溶水，枯水期时为岩溶水。 北京市水资源短缺，开采过度，地下水位大幅度下降，岩溶水位往往低于河流水位，岩溶水可通过河流水的渗漏补给。

2.3 东南部平原区地下水的运移规律

平原区地貌主要由流经北京地区的河流侵蚀、冲积形成，地势较平坦，向东南缓倾斜，平均海拔50～60m。河流地貌包括现代河流和由永定河多次摆动改道形成的古河道。 一般岩溶覆盖地层较厚，孔隙水和岩溶水之间有较厚、较松散的淤积黏性土分布，阻碍了水流渗透。 因此，岩溶得不到大气降雨的补给。 在古河道切割的新生区，岩溶水主要通过孔隙水的越流补给和外侧径流排出。

3 地下水循环系统动态分析

3.1 浅层地下水水位动态规律

浅层地下水一般厚度为10～30m， 含水层岩性由洪积、冲洪积成因的沙、沙砾石、泥质松散堆积物组成。 浅层地下水在水平方向上连续性较好，天然动态类型为渗入、蒸发、径流型，根据长期观测孔资料分析,地下水水位多年来变化不大，始终在多年平均水位上下波动(如图2 所示)。 其水位动态变化规律为：在一个水文年中，一般6～9 月份（汛期）受集中降水影响，地下水位较高，其他月份水位较低，水位年变幅一般在2～4m 之间， 与区域大气降水的季节性变化规律基本一致。

图2 浅层地下水水位多年动态曲线（图中数字为长期观测孔编号）Fig.2 Many years' dynamic curves of thin layer underground water level

3.2 层间水～承压水水位动态规律

拟建管线沿线赋存的潜水～承压水在水位较低时表现为潜水，在水位升高时表现为承压水，其动态类型属径流～开采型。 长期观测孔资料显示该层地下水水位有下降的趋势，其地下水的水位动态变化规律一般为：9 月～来年3 月份水位较高，其他月份相对较低，年自然变化幅度约为2～6 m。管线沿线所在区域潜水～承压水水位多年动态变化曲线如图3 所示。

图3 区域层间水～承压水水位多年动态变化曲线（图中数字为长期观测孔编号）Fig.3 Confined water level changes of many years

3.3 地下水补、径、排条件及其流场特征

根据水位动态规律及区域水文地质条件分析，天然动态类型分别为渗入、蒸发、径流型和渗入、径流型，两者均接受大气降水入渗、侧向径流补给。 排水方式主要为地下水侧向径流和越流。 由于地下水开采强度大,地下水位降落漏斗的中心区，往往就是地面沉降量最大的地区[4]。 受地下水开采影响,在楼梓庄和亦庄形成两个大的水位降落漏斗，使地下水在半壁店附近形成分水岭，北部地区地下水向楼梓庄地下水降落漏斗区汇流，南部地区地下水向亦庄地下水降落漏斗区汇集。 总体流向为自西北向东南。

4 水循环规律及水系统稳定性评价

本区域地下水含水层有浅层、中层、深层3 类。浅层水是地下水的主要来源，浅层水水文地质条件在空间分布上东西部差异很大。 在东南部平原区，含水层岩性为沙、沙质粉土、沙砾石，为潜水及微承压水，含水层时代为全新世及晚更新世。 西北部为低山丘陵区,含水层主要为裂隙孔隙浅水。地下水一般富集在10～30 m 深度之间， 处于地下水圈交汇中，属于浅层地下水循环系统。 中深层水含水组分布在一个比较稳定的隔水层之下，最高水位呈曲线波动，这是受大气降水因素影响所致。

5 结论

本文从低山丘陵、平原两个不同的水文地质区对浅水、层间深层水进行了系统的水循环分析，结果显示： 区内基岩裂隙水和松散类孔隙水的分布受构造的控制，在不同的地质构造下有不同的运移规律。应积极探讨工程项目区地下水及地下水补、径、排运动规律，以减少对盾构隧洞、坚井及管线的危害。

[1] 周东来.徐州市岩溶地下水运移规律的研究[J].地质灾害与环境保护，2006（4）：66-67.

[2] 李永乐. 豫西黄土的基本特征及其工程地质性质研究[J].华北水利水电学院学报,1995（2）：31-32.

[3] 张莹,苏小四. 六盘山岩溶水与白垩系地下水的水力联系研究[J]. 人民黄河，2010（1）：55-56.

[4] 王祎萍,吴保德,贾三满,等. 南水北调工程对北京地区生态环境变化的影响研究[J]. 中国地质灾害与防治学报,2009（2）：71-72.