高原冻土区找水规律特点分析和研究

祝应宏 唐 哲

(华北有色工程勘察院有限公司，河北 石家庄050021)

0 前言

工作区位于青海省曲麻莱县大场矿北部，地处中纬度高海拔区，空气稀薄，属高寒草原半干旱气候。区内平均气温－3.9℃，最冷月1月份月平均气温－15.7℃，最热月7月份月平均气温7.6℃，年平均气温差23.3℃，日平均气温差14.3℃，无霜期16天，光照充分。相对湿度在30%-60%之间，属半干旱和半干燥区。多年平均降水量370mm，蒸发量达1528mm，受地理、地形等条件的影响，降水量在空间分布上呈现一定的分带性，从东到西，由南向北，降水量有一定程度的递减，蒸发量呈增加趋势。

本区位于扎拉依——梢日哦地表分水岭以北，为柴达木盆地内陆水系，为一相对完整和封闭的水文地质单元，区内主要河流为秀水河，从东向西流经本区，汇水面积达1729.77km2。南北为高大山体，构造剥蚀强烈，岩性主要为二叠系和三叠系砂岩、板岩和泥页岩、凝灰岩，风化强烈，裂隙发育。中部为河流冲洪积平原，岩性主要为中细砂砾石，粘土砾石，厚度最大达70.0m。

工作区地处青藏高原腹地，地势高亢，气候寒冷，冻土层广泛分布，区内冻土按其年内及年际间的变化特点，可分为季节性冻土及多年冻土。季节性冻土分布与地表浅部，冻结厚度为2.70-3.50m，随季节而变化，一般每年4月底5月初随暖季的到来，季节性冻土层从地表开始融化，直至9月底融化层达到最大深度；10月份从地表开始冻结，11月底至翌年3月份全部冻结，年融冻期150天左右，其余时间属于封冻期。多年冻土分布与季节性冻土之下，平均厚度为20.85m，最大厚度达28m。多年冻土稳定，为一天然的隔水屏障。成为本区找寻地下水的最大难题。

1 找水前景分析和水源地选择

遵循“由近及远，循序渐进”的原则，我们首先考虑在矿区附近的大场沟和东岔河一带开展工作，但两河沟汇水面积小，仅75km2，且冲沟狭窄，第四系厚度薄，透水性差；矿区一带砂（砾）岩板岩分布面积广，但风化裂隙水富水性较弱，相对孤立和分散；灰岩裂隙水富水性较强，但灰岩沿区域构造破碎带分布，分布面积太小，地下水资源量有限。

业主曾考虑采用矿区北部23km的秀水河地表水，亦存在诸多问题，每年1 1月至次年4月河水基本冻结，仅有少量潜流从冰层下通过，并且水质也难得到保证，其次河流下游为格尔木市温泉水库，直接采用地表水会对其造成影响。

综合上述我们将勘察目标选择在秀水河与扎拉依给陇哇交汇一带的河谷区，截取秀水河河床地下水，袭夺河流地表水入渗补给量作为开采量。通过物探资料结合钻孔资料，水源地河床之下分布着强含水带，河床内无多年冻土存在，冻结层上水和下水合二为一，成为统一含水层。

2 地下水补给、迳流和排泄条件

河床第四系孔隙含水层是本次水文地质勘察的主要供水目的层，地下水的主要补给方式为秀水河河水的渗漏补给，其次为冻结层下水的侧向补给。

水源地以上秀水河流域汇水面积大，山区基岩风化裂隙发育，接受大气降水和雪水融化入渗补给后，基岩裂隙水、第四系冻结层上水短途运移、就地排泄，溢出成泉，汇聚成表流，构成秀水河基流，形成常年性河流，沿着秀水河河床形成融溶区，穿过多年冻土层，形成带状“天窗”，沟通了河水与地下水，河床之下含水层为粗砂砾卵石，结构松散，透水性强，河水与地下水之间水力联系密切，强含水带两翼为广泛分布的弱含水体，其上覆盖厚大、分布广的多年冻土相对隔水层。秀水河为当地最低侵蚀基准面，河床汇聚区域地表水，地下水地表水水力联系密切，垂向交替运动频繁；河床之下强含水带汇聚区域冻结层下水并接受上游河流渗漏补给后自东向西径流排泄，因此，水源地附近为区域地下水地表水排泄的“总闸门”，水源地附近秀水河基流量和潜流量代表了区域地下水资源量。

地下水接受河流地表水入渗透补给和侧向补给后除部分蒸发排泄外，主要顺河床向西往河流下游排出域外。

图1 水源地地下水地表水相互补排关系

图2 水源地地下水侧向排泄量概化图

3 水源地运行流场预测

拟选水源地位于秀水河河流融区内，砂砾卵石含水层厚度大，透水性强，地下水径流畅通，主要接受上游河床地下水侧向补给和河流地表水的入渗补给。水源地地下水设计取水量为8000m3/d，水源地长期运行会形成一个地下水降落漏斗，采用潜水完整井井群干扰非稳定流理论预测开采条件下水源地地下水降落漏斗形态和影响范围，并分析了水源地开采对周围环境影响。

图3 解析法预测水源地开采条件下地下水位降深等值线图

根据地下水位预测降深图，水源地生产运营后，各地段地下水位有一定降深，水源地中心地下水位下降3.82m，外围地下水位下降0.10-0.20m，抽水降落漏斗最远扩展200m，只疏干了含水层的6.36%；抽水井靠近河流地表水，将加大地表水的入渗量，以保证地下水流场的相对稳定。

由于开采降深小，抽水漏斗影响范围小，水源地运行对区域水环境的影响微乎其微。

4 结语

4.1 水源地秀水河河床宽阔，河道摆动幅度大，常年有地表水，是形成河流融区的基本条件，河流融区内无多年冻土，含水层呈统一含水系统，地下水径流畅通；

4.2 水源地汇水面积大，汇集大范围的地表水，是河流地表水的重要补给来源，为河水入渗补给河床地下水提供了物质保证；

4.3 广泛分布的多年冻土为天然屏障，冻土上水有一定透水性，但厚薄，相态不稳定，冻土下水透水性弱，补给和循环条件差，具承压性，有一定厚度和广阔的范围。冻土上水在暖期补给水源地河床地下水，冻土下水长期缓慢持续补给河床地下水；

4.4 高原冻土区水资源贫乏，地下水资源弥足珍贵，合理开发利用水资源的同时，应切实保护水资源和水环境。