天水市中心城区地下水资源评价与开发利用方案研究

杨绍虎， 王春晖

(甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730020)

1 水文地质概况

根据最新的地质研究成果，天水市按地层区划属秦岭—松潘地层区，包括北秦岭—祁连亚区和中秦岭亚区的一部分。出露的地层主要有前震旦纪变质杂岩、震旦—早古生代裂陷火山—沉积岩系、晚古生代沉积岩系、中新生代陆相断陷盆地沉积和侵入岩。调查区大地构造位置地处青藏高原东北缘中央造山系中段，属陆缘构造区祁连—北秦岭造山带接合部位。按照地下水赋存的地形地貌特征和分布区域，调查区内地下水可分为山区地下水、沟谷地下水和河谷地下水三大类；按照地下水含水介质岩性的不同，分为松散岩类孔隙裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩类岩溶裂隙水和基岩裂隙水四大类；按照地下水的埋藏条件和水动力特征，又分为潜水和承压水两大类。地下水资源是保障天水市经济社会长远发展的重要战略资源，是工业企业和城市生活的重要水源，中心城区均由地下水水源地供水。

2 环境地质问题

2.1 区域地下水位持续下降

中心城区由开采地下水引起的水位持续下降问题，主要分布于西十里水源地、秦城区坚家河—高家湾—赵崖—分路口—慕滩—潘集寨一带及北道社棠铁路以北。其中西十里水源地西三十里甸子沿藉河南岸至西十里铺一带水位年下降速率为1.13～2.92 m，约40%的开采井不同程度地存在“吊泵”现象，单井涌水量达不到设计出水能力，已经形成了降落漏斗，而且漏斗范围仍在缓慢扩大。漏斗中心最大水位降深达23.68 m，动水位已降至第四系底板以下几米到十几米。漏斗分布范围西起董家磨，东至西团庄且跨越藉河，南北分别接近山边，漏斗面积达10.7 km2。秦城区坚家河—高家湾—赵家崖—分路口—慕滩—潘集寨一线，水位年下降速率为1.27～3.65 m，在慕滩水源地一带形成季节性的降落漏斗，面积达14.0 km2，造成部分开采井报废、马跑泉消失、官泉水位下降等环境地质问题。社棠铁路以北水位年下降速率达1.23～1.41 m，造成渭河南、北部微咸水入侵，水质恶化。

2.2 供水水源地主要存在的问题

(1)天水市供水水资源短缺，水源地调节能力差。由于超量开采地下水引起的水位持续下降严重，部分水源地开采井涌水量已达不到设计出水能力，形成降落漏斗，且仍在缓慢扩大。

(2)地下水开发利用程度不平衡。部分水源地水资源丰富地段开发利用率低，水资源贫乏地段开发利用率高，造成贫水区更贫的不正常现象。

(3)水污染逐年加剧。现有供水水源地均为傍河型水源地，由于自然条件变化，受干旱影响河水流量骤减，城市工业和生活污水未经处置直接排入水体，造成河水污染严重，尤其是葫芦河地表水污染最为严重，在枯水季节河流水质甚至为劣五类，直接影响到供水井水质。

3 地下水资源量评价

地下水资源量评价包括补给量、储存量、允许开采量的评价。根据天水市中心城区水源地含水介质岩性、水文地质特征和地下水水动力条件，采用均衡法进行计算。根据均衡区内河谷潜水水文地质条件，建立如下均衡式：

(Q径入+Q雨渗+Q河渗+ Q渠渗+Q灌渗)-

(Q径出+Q溢+Q开+Q蒸)=ΔQ

(1)

式中：Q径入为河(沟)谷地下径流流入量，万立方米/年；Q渠渗为渠道渗漏补给量，万立方米/年；Q河渗为河水渗漏补给量，万立方米/年；Q雨渗为大气降水入渗量，万立方米/年；Q灌入为灌溉入渗量，万立方米/年；Q径出为地下径流流出量，万立方米/年；Q溢为地下水向河流的排泄量，万立方米/年；Q开为开采量，万立方米/年；Q蒸为蒸发量，万立方米/年；ΔQ为均衡变化量，万立方米/年。

秦州区西十里水源地扣除重复量，地下水总补给量为866.4万立方米/年，总排泄量为1 169.0万立方米/年，排泄量大于补给量，地下水总体处于负均衡状态，均衡差为-302.6万立方米/年。由于西十里水源地与慕滩水源地城市供水管网并网，虽然开采量减少至533.7万立方米/年，但仍然形成-302.6万立方米/年的均衡差，实际开采量明显超过地下水允许开采量，水位平均降幅大于1.05m，降落漏斗依然存在。

麦积区东部慕滩水源地扣除重复量，地下水总补给量为2 244.8万立方米/年，总排泄量为2 267.7万立方米/年，排泄量大于补给量，地下水总体处于负均衡状态，均衡差为-22.9万立方米/年。慕滩水源地2016年开采量为1 506.7万立方米，在枯水期形成了面积达14.14km2的季节性降落漏斗，中心点最大水位降深大于含水层厚度的一半，但在丰水期补给量增大，该降落漏斗消失。

调查区内地表水径流量年际变化大，部分河流枯水年甚至断流干涸，支流和两侧沟谷多为季节性有水沟谷，地表水对地下水的补给表现为变水位非稳定补给，傍河取水计算公式不适宜于调查区内内河(沟)谷地下水允许开采量计算。因此，各重点地段水源地允许开采量的计算和确定，应满足下列要求：(1)取水方案在技术上可行，经济上合理；(2)在整个开采期内动水位不超过设计值，出水量不会减少；(3)水质、水温的变化不超过允许范围；(4)不发生危害性的环境地质现象和影响已建水源地的正常生产。

本次调查能够确定调查区地下水在开采条件下的各项均衡要素，宜采用水均衡法计算和确定允许开采量。经计算，秦州区西部水源地地下水允许开采量为508.14万立方米/年；麦积区慕滩水源地地下水允许开采量为1 110.88万立方米/年。

4 地下水质量评价

根据中心城区水源地范围内地下水水质分析，依据《地下水质量标准》(GB/T14848—93)中推荐的评价方法，选用综合评价法评价。评价过程首先利用水质分析资料与评价标准确定各单项组分的评分值Fi，然后利用公式求取综合评分值。根据综合评价结果，将中心城区地下水划分为以下四类：

Ⅱ类：符合集中式供水水源地水质标准区，主要分布在藉河河谷四十里铺—西十里铺、渭河河谷南岸啤酒厂—潘集寨、社棠镇大部地段，地下水适宜于各种用途，综合评价分值2.16≤F<2.5，地下水水质良好。

Ⅲ类：符合分散式供水水源地水质标准区，主要分布于西十里—吕二沟口、东十里铺—分路口及社棠镇局部地段，三阳川渭河南岸及天水郡一带，地下水符合生活饮用水标准，综合评价分值2.5≤F<4.25，地下水水质较好。

Ⅳ类：符合一般工业用水水质标准区，主要分布于吕二沟—东十里铺、慕滩—大沟局部地段以及中滩—张家村一带，适用于工农业用水，综合评价分值4.25≤F<7.2，地下水水质较差。经适当处理后可作为人饮水源。

Ⅴ类：符合一般农田灌溉水质标准区，主要分布于麦积城区—下曲湾、石马坪—七里墩及三阳川葫芦河北，地下水水质仅适宜于农田灌溉用水，综合评价分值F≥7.2，地下水水质极差。

5 地下水资源开发利用方案

根据前面分析计算，天水市中心城区西部水源地和慕滩水源地地下水的开采潜力指数P分别为0.48和0.38，P值均小于0.8，属地下水开采潜力不足区，地下水资源已经超采。地下水超采区内存在的主要环境地质问题是区域地下水位下降和水质恶化的问题。

中心城区西部水源地目前建有开采井51眼，供水量约为1.2×104m3/d，慕滩水源地建有开采井24眼，供水量约为4.8×104m3/d，近年来也出现地下水水位下降现象，水源地附近部分民用井已经干涸，水源地开采井的供水能力也逐渐下降。目前西十里水源地部分机井水位下降较为剧烈，已停止运行。慕滩水源地24眼机井全部满负荷运行，基本满足城区居民的用水需求。但由于长期满负荷运行，两处水源地均出现水位下降的趋势，加上城市规模不断扩大，水源地处于城市规划区，环境保护难度加大，急需调整水源结构，拓展水源类型，建议勘查开发秦州区和麦积区南部山区水源地，以平衡当前地下水资源超采现状。