甘肃中东部黄土缺水区地下水开发利用模式分析

贺兵英

(甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院，甘肃兰州 730050)

地处甘肃中、东部的黄土分布区，总称为陇中黄土高原，其中以六盘山为界分为两部分，以西为陇西黄土高原，以东为陇东黄土高原。总面积12.31×104km2。本区地域广阔、人口稠密、矿产资源丰富，多年来在甘肃省经济发展中一直占有重要位置。但受特定的自然地理条件限制，区内水资源贫乏，供需矛盾非常突出，已严重制约着本区经济的进一步发展。因此，寻找和合理开发利用有限的水资源，一直是本区急需解决的问题。本文在收集和分析已有成果资料的基础上，对开发利用地下水的模式进行了分析和探讨。

1 水文地质条件概况

陇西黄土高原地势南高北低，大部分海拔在1 200～2 500m左右，受祁连山自西向东余脉的伸入形成了一些“岛”状石质山梁，如华家岭、崛吴山、兴隆山等，山梁间有多个山间盆地及一些山前倾斜平原，平原及盆地间沉积有大厚度的第三系红层，其上黄土广布，经流水长期侵蚀，地形支离破碎，绝大部分为黄土梁峁构成的黄土丘陵，补给和赋存黄土孔隙裂隙地下水的条件极差，水量贫乏，而且许多地带水质复杂，一般均为微咸水;其间发育的河流除祖厉河、葫芦河水质较差外，其余水量相对丰富，水质较好，但分布面积有限，并且部分地段遭受污染，超采现象已较为严重;黄土层之下第三系碎屑岩类孔隙裂隙水分布广泛，并且大多具承压性，但除永登盆地、靖远盆地外，大多盆地因无良好含水层，补给源不足，因而水量贫乏，水质也较差;盆地间的“石质岩岛”多补给较好，碳酸盐岩类裂隙溶洞水和基岩裂隙水均有赋存，但分布面积较小，地下水分布很不均匀，变化较复杂，富水性差别大，有一定的开发难度。综上所述，本区地下水类型虽较多，但富水性强、水质好、易于开发利用的地段十分有限。

陇东黄土高原地势由东、北、西三面向东南方向缓慢倾斜，形如向南开口的“簸箕状盆地”，因而也称陇东盆地。区内构造单一，地层除志留系和泥盆系缺失外，其余各时代地层均有出露，其中以第四系和下白垩系分布最广，构成盆地主体，其余地层主要分布于盆地周边。区内地下水可分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水和基岩裂隙水四大类。其中松散岩类孔隙水主要分布于泾河河谷中，目前已得到了较高程度的利用，潜力较小;碎屑岩类孔隙裂隙水赋存于下白垩系地层中，为一大型自流水盆地，开采潜力较大，宜君～洛河组、华池组和罗汉洞组是主要开采目的层;碳酸盐岩类裂隙溶洞水分布于盆地西南缘，面积较小，水量有限，仅可解决部分地段供水需求;基岩裂隙水富水性普遍较差，无集中开采利用价值。

2 地下水开发利用现状及缺水状况

2.1 地下水开发利用现状

陇中黄土高原区水系主要为黄河干流、渭河与泾河水系。地表水多年平均径流量371.153×108m3，出境水量为339.137×108m3/a。地下水天然补给量 47.07 ×108m3/a，可开采资源量18.87 ×108m3/a，开采量为4.4 ×108m3/a，占可开采资源的23.32%。

目前，对地下水的开发利用以松散岩类孔隙水为主，开发地段主要集中于黄河、渭河和泾河河谷含水层厚度较大的地带以及富水性相对较好的山间(前)盆地内，以水源地集中开采的方式进行开采，由于长期开采，大多地带已形成降落漏斗，兰州的“三滩”、天水的三十里铺、定西的内官水源地一带已处于超采区。对黄土层地下水的开发利用主要集中于陇东较大的塬区，除西峰塬有集中开采水源地外，其它塬区均为零星开采井，其它地带主要利用黄土沟壑区出露的泉水，目前开采较早的西峰水源地已形成面积较大的降落漏斗，水位下降较快，成井较浅的部分开采井已报废。碎屑岩类孔隙裂隙水因水量、水质变化较大，大多地段水文地质条件仍未查清，目前除陇东盆地石油注水井开采较多外，其余地段以小型水源地和零星开采为主。碳酸盐岩类裂隙溶洞水分布面积小、研究程度低，目前仅在平凉、会宁施工有开采井，开采量较小。基岩裂隙水的分布严格受构造控制，目前主要利用沿断裂带出露的热水，开发利用程度较高，部分热泉附近相继施工了开采井，开采量逐年不断增加，其余地段因研究程度低，开采很少。

2.2 缺水状况

区内大部分地段气候干旱、降水稀少，且集中于7－8月，地形切割强烈，水土流失严重，历史上一直处于缺水状态，其中景泰、永登、平川、会宁、定西、通渭、临夏、静宁、庄浪、张川、环县、华池等地是缺水最严重的地区，据不完全统计，仅生活饮用水缺水人口就达100多万，水资源短缺的问题始终是制约当地经济发展和人民生活改善的最主要因素之一。目前主要采用水库、涝坝、水窖、雨水集流等方式解决，农业更是“靠天吃饭”，每到干旱季节和年份，部分地区人畜饮用水不得不靠异地拉水解决，生存环境极其艰难。因此，寻找可供开发利用的水源，一直是本区急需解决的问题。

3 开发利用地下水的模式分析

根据近五十年来本区开展的水文地质工作和积累的相关资料，同时结合陇西和陇东黄土高原区地形地貌与地质水文地质条件的差异，现提出如下开发利用地下水的模式:

3.1 开发利用浅层地下水的模式

浅层地下水主要指赋存于表层第四系松散岩类中的河(沟)谷、山间(前)盆地砂砾卵石孔隙水和黄土孔隙裂隙水以及赋存于基岩表层风化和构造裂隙中的表层潜水。其中，河(沟)谷、山间(前)盆地砂砾卵石孔隙水目前已得到了较高程度的开发利用，已有大多供水水源地均建于该类地下水中，开发利用前景较小，开发利用方向主要放在水源地开采潜力分析和进一步寻找富水地段上(如古河道、山前、山间盆地等)，另外，在含水层厚度较薄，富水性较差的地段可采取大口径井、集流井等取水方式来解决缺水问题，如陇西黄土高原区河流的上游地段，陇东黄土高原区的大部分河流。黄土孔隙裂隙水在陇东黄土高原区的塬区有一定的利用价值，目前在较大的西峰塬、屯子塬等已得到了较高程度的利用，其它塬区利用程度较低，均有开采潜力，如合水塬、十字塬、草峰塬、独店塬等，开采地段首选于面积较大的塬中心。基岩表层风化和构造裂隙中的表层潜水主要分布于黄土高原周边和高原中的隆起地段，海拔较高、降水量较大，目前主要对出露泉水进行了较好的利用，仍具一定的潜力，可通过扩泉的方式增大出水量进一步解决缺水问题。

3.2 开发利用下伏地层地下水的模式

主要指下伏于黄土层之下的地层，在陇西和陇东差异较大，开发利用地下水的模式也有差异:

3.2.1 陇西黄土高原区

在陇西黄土高原区以新近系为主，古近系也有分布。已有成果表明:早第三纪晚期，甘肃及邻近地区处于干燥而炎热的环境，普遍形成了湖泊相等盐类矿产的棕红色泥岩，而晚第三纪初期则往往形成以河流相为主的灰白色砾岩、砂砾岩和棕黄色砂质泥岩，二者之间往往有沉积间断或平行不整合。根据有关研究成果，本区第三系是一个大型沉积盆地，称为陇中盆地，其包括四个次级盆地，除西宁盆地外，其余三个盆地均在甘肃境内，分别为陇西～静宁盆地、兰州盆地和临夏盆地，同时在构造或沉积切割作用下，又各自形成许多局部小型盆地，各盆地分布第三系地层也有较大差异。陇西—静宁盆地主要分布上甘肃群(N)河湖相砂质泥岩、细砂岩、砂砾岩和下第三系固原群(E)砾岩、砂岩互层，另外局部还有临夏组、咸水河组、徐湾组和杨稍组泥岩、砂质泥岩、粗砂岩及砂砾岩等分布。兰州盆地地层由上至下为临夏组(N2L)河流相泥岩与砾岩互层;咸水河组(N1X)河流相砂质泥岩、砂砾岩;野狐城组(E)湖相泥岩夹砂岩或砂砾岩层;西柳沟组(E)河流相砂岩或砂砾岩层。临夏盆地主要分布临夏组泥岩夹泥灰岩及砂砾岩、咸水河组砂质泥岩与砂岩互层夹砂砾岩、野狐城组(E)泥岩夹砂岩及砂砾岩、西柳沟组(E)砂岩夹少量砂砾岩、砾岩。该区黄土下伏地层地下水主要储存于第三系盆地中，前人勘探资料表明，这些盆地不同程度的赋存有潜水和承压水，如临夏第三系盆地中，赋存于临夏组砂砾岩中的承压水单井出水量可达1 000m3/d，水头高出地表20m，矿化度为1.0 g/L;在兰州第三系盆地中，承压水的单井出水量可达2 000m3/d，矿化度在1～2.0 g/L左右;陇西第三系盆地中的钻孔揭示，承压水的单井出水量可达800m3/d，矿化度在0.5 g/L左右，且水头高于地表。特别是在西部的上第三系临夏组、咸水河组及东部的上第三系甘肃群砂岩、砂砾岩中普遍发现赋存地下水。尽管这些红层盆地中的地下水水量不是十分丰富，水质大多亦欠佳，但在陇西黄土高原这样严重缺水的地区，仍然具有一定的开发利用前景，值得进一步勘查开发。2002～2003年我省在临夏、康乐、张家川、榆中等地相继打出了单井出水量上千方的淡水，特别是在榆中盆地北部和东部连塔～定远盆地的第三系咸水河组地层中施工了一些200余米深的供水井，为承压淡水，单井出水量可达1 000m3/d以上，前景较好。

陇西黄土高原下伏第三系地层地下水的开发利用主要有两种模式。一是在盆地中寻找相对富水、水质较好的含水岩组或颗粒较粗的层位。如徐湾组、杨稍组和凤凰组就是区域上相对富水、水质较好的含水岩组，另外，区内第三系地层总体上以泥岩为主，但均夹有一定厚度的砂砾岩、砾岩等粗粒相沉积，其间赋存地下水水量相对富水、水质较好。但总体上该类地下水除局部地段富水性较好外，大部分地段富水性较弱，因此，在开发利用时可采取与上覆松散层地下水混合取水的方式。如榆中钢厂蒋家营水源地第四系砂砾卵石含水层富水性较弱，单井涌水量多小于500m3/d，下伏第三系含水层富水性也较弱，单井涌水量一般小于500m3/d，二者混合取水单井涌水量均在1 000m3/d左右，较好的解决了钢厂的用水问题。又如临夏市位于临夏盆地近中心一带，岩性为以粉砂岩、泥岩为主的湖心相堆积，第三纪后期，盆地处于一个较为平静的时期，沉积物普遍以细碎屑的粉砂岩及泥岩为主，含水层富水性较弱，单井涌水量多小于500m3/d，上覆第四系砂砾卵石含水层厚度较薄，一般在3.7～6.3m之间，富水性也较弱，单井涌水量也多小于500m3/d，二者混合抽水最大涌水量为2 600m3/d;二是在盆地边缘碎屑岩中寻找水量相对富水、水质较好的含水层组，因为盆地边缘沉积物颗粒较粗，补给与径流条件较好，水量相对富水，水质大部分地段均好。如张川～龙山盆地中，在恭门一带靠近山前地区砂砾岩居多，水质普遍较好，矿化度多小于1 g/L，至县城近盆地中心附近以泥质砂岩、泥岩为主，水质变差。2002年我局第一地质矿产勘查院在靠近山前的马关乡西台施工探采结合孔1眼，含水层岩性为上第三系泥岩所夹的薄层砾岩、砂岩、砂砾岩，含水介质为孔隙裂隙，含水层单层厚度0.3～9.2m，共13 层，总厚度50.2m，承压水头 +16.00m，自流量43m3/d，推算最大出水量 467.77m3/d，矿化度 0.98 g/L。

3.2.2 陇东黄土高原区

陇东黄土高原区下伏地层以下白垩系为主，分布广泛，以平凉—铜城大断裂为界，分为六盘山群和保安群，以西为六盘山群，以东为保安群。六盘山群地层自下而上为:三桥组(K1s)灰色、紫红色砾岩、角砾岩，厚850m以上;和尚铺组(K1h)砂质泥岩、细砂岩夹青灰色泥岩、页岩及薄层泥灰岩;李洼峡组(K1lw)厚层砾岩，粉砂岩、泥岩及页岩;马东山组(K1m)泥岩及泥灰岩;乃家河组(K1n)泥岩夹少量泥灰岩。保安群地层自下而上为:宜君组(K1y)砾岩，厚75～100m;洛河组(K1l)中粗砂岩夹薄层砂质泥岩，厚50～300m;华池组(K1hc)厚层细砂岩夹薄层泥岩、砂质泥岩，厚100～300m;环河组(K1h)泥岩夹细砂岩，或互层，厚90～390m;罗汉洞组(K1lh)细砂岩及砂岩，厚100～320m;泾川组(K1j)砂质泥岩与泥质砂岩互层厚300m。该区白垩系构成了一个大型盆地(陇东盆地)，黄土下伏地层地下水主要储存于该盆地中，以承压水为主，六盘山群含水层主要为三桥组砾岩，单井涌水量为100～1 000m3/d，矿化度0.5～1 g/L，水头在平凉市泾河河谷高出地面约20m;保安群各组中均赋存有承压水，各组水文地质要素既有联系又有区别(表1)，但综合而言，宜君～洛河组、华池组和罗汉洞组具有水头高、水量丰富，水质较好的特点，是该盆地自流水开采的主要目的层。

陇东黄土高原下伏地层地下水的开发利用模式与陇西基本一致。一是在盆地中寻找相对富水、水质较好的含水岩组或颗粒较粗的层位，如宜君－洛河组、华池组和罗汉洞组，以及洪冲积扇相、河流相和沙漠相等颗粒较粗的沉积岩相。目前该盆地中大部分地段和用水单位均开采这三个含水岩组地下水，日开采量已近10万方;二是在盆地边缘或盆地中寻找补给、径流条件较好的地段，这些地段相对富水、水质较好。如我省2002年在西峰巴家咀蒲河边罗汉洞组砂岩中施工探采结合井5眼，评价水源地1处，日允许开采量1万方。又如2002年实施大调查项目《鄂尔多斯盆地地下水勘查》时，在宁县马莲河谷地下水径流相对畅通区施工钻孔水量丰富、水质较好，而在马莲河西侧塬边钻孔水质较差，水量较小。

表1 保安群承压水水文地质要素一览表

3.3 开发利用盆地周边基岩隆起区地下水的模式

盆地周边基岩隆起区地下水的找水模式为:即首先选择降水量相对大区，其次寻找岩层破碎、易于入渗区或是地下水集中排泄区，然后选择易于富水的地段或岩层，也即有利的蓄水构造或储水空间，盆地周边的基岩隆起区就是这种模式。因为基岩隆起区海拔较高，降水量大，植被较好，利于补给，构造发育，山前常有阻水断裂(或断裂破碎带)，并且出露老地层多(多有砂岩、灰岩)，有利于地下水的储存和富集、水量丰富，而且径流途径短，水质较好，如天水、武山、清水、通渭温泉和会宁龙王峡、西和二郎坝、景泰正路岩溶水、平凉太统山水源地等都是这种模式。下面以太统山水源地为例表述:

平凉太统山水源地位于平凉市南部山区的太统山一带，岩溶水沿太统山背斜呈条带状展布，北部边界为太统山北断裂，灰岩以此断裂为界与下白垩系碎屑岩接触;南边界为太统山南麓灰岩与二叠系碎屑岩的接触带，南北边界均为隔水边界;东西边界为太统山背斜的两倾伏端，即东到甘沟以东，西至后沟，总面积约16 km2。

该区降水丰富，降水量大于550 mm，基岩裸露，山大沟深，植被较好。太统山为灰岩裸露区，地貌特征表现为常态山，地表石芽、溶沟、溶槽比较发育，干溶洞也有零星分布。本区位于祁吕贺山字型构造体系的脊柱～贺兰褶带的南段与陇西系旋卷构造六盘山旋回褶带的复合部位，在两者的相互作用下呈棋盘格式构造格局，主体构造表现为一系列的北西向压性断裂和褶皱。出露碳酸盐岩地层为奥陶系中统三道沟组纯灰岩和豹皮状灰岩，以及平凉组页岩、角砾状灰岩，其中平凉组因岩性不均匀的影响，岩溶不发育，基本不含水，其相对于三道沟组为隔水层，三道沟组灰岩质纯层厚性脆，岩溶发育，富水性强，是系统内的主要含水层位。银洞官庄以西，三道沟组灰岩裸露地表，为裸露型岩溶水，银洞官庄以东，三道沟组上覆平凉组和二叠系碎屑岩，为埋藏型岩溶水，并具有承压性，在甘沟的部分地段还可自流，如甘沟自流孔勘探初期水头高9m，自流量高达8 200m3/d，评价中型水源地一处，填补了我省城市供水中无岩溶水水源地的空白，缓解了平凉市供水紧张局面。

4 结语

陇中黄土高原是甘肃省最为缺水的地区，供需矛盾非常突出，目前对地下水的开发主要集中于河谷、山间盆地的第四系松散岩类地下水，黄土区下伏碎屑岩类孔隙裂隙水和周边基岩裂隙水多为点状开采，地下水仍具一定的开发潜力。本文指出浅层地下水主要放在水源地开采潜力分析和进一步寻找富水地段上，黄土区下伏碎屑岩类深层水及周边基岩裂隙水主要寻找富水性好的含水岩组和有利于储水的构造。通过进一步挖掘潜力和寻找新的富水地段，可不同程度地缓解部分地段的缺水问题。

［1］甘肃省地质调查院.甘肃省严重缺水地区找水示范成果总结报告.1997.

［2］甘肃省地质调查院.鄂尔多斯盆地(甘肃)地下水勘查报告.2007.

［3］张彦林、李生永，等.陇东盆地西部岩溶地下水形成机制研究.中国地质.2006.