张家口市下花园区饮用水源地选址方法

杨志光，陈云倩，李双莹，王玉蛟

河北省水文工程地质勘查院，河北 石家庄 050021

张家口市下花园区的现状供水布局以洋河为界，划分两个供水区域，即洋河以北区域以北水源供水为主，洋河以南区域以南水源供水为主，地下水类型均为第四系松散岩类孔隙水。南水源为山间盆地河道型孔隙水水源地，供水量7 000 m3/d，实际供水量足，南部城区需水量小，但水质不达标，污染因素多，运行成高；北水源为山间盆地河谷型孔隙水水源地，水质较好，但供水水量不足已经下降至2 000 m3/d，不能满足北部城区供水需求。因此，急需在下花园全区范围内寻找新的水源靶区，为下花园城区居民的饮用水安全和经济发展提供有力的基础保障。

1 下花园区水文地质条件

下花园区位于冀西北，河北省张家口市东南部，中心位置东经 115°16′，北纬 40°29′，总面积为315 km2。区内地下水赋存于松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类岩溶水、基岩裂隙水之中。其分布受地层岩性组合、地质构造和地貌条件的严格控制，具有不均匀性[1-3]。

1.1 地下水赋存条件及分布规律

1.1.1 松散岩类孔隙水

松散岩类孔隙水是研究区主要的地下水类型，分布面积134.97 km2，地下水赋存于第四系砂、砾、卵石层中。洋河、戴家营河及施家营河的河床、河漫滩地带，第四系沉积物厚度一般15～70 m，由中粗砂、砾石、卵石含水层夹粉土、粉质粘土层组成，一般为较富水区，单井涌水量一般为1 000～3 000 m3/d。戴家营河杨树沟山前冲洪积缓斜地带，第四系沉积厚度5～50 m，含水层岩性由淡红色粘土、粉质粘土层夹砂、砾石、卵石层组成，厚度25～35 m，为中等富水区，单井涌水量500～1 000 m3/d。戴家营河以西、施家营河的山前斜地及沟谷地带含水层岩性为砂砾石、砂碎石，泥质较多，一般不含水，只在沟谷地带有一定水量，单井涌水量<500 m3/d。

1.1.2 碳酸盐岩类岩溶水

研究区碳酸盐岩类岩溶水开发利用较少，且分布不均匀，面积约14.82 km2，地下水赋存于蓟县系灰岩、白云岩层中。北部武家庄一带节理和裂隙发育，主要赋存于蓟县系雾迷山组白云岩中，而南部岩溶水赋存于蓟县系铁岭组白云质灰岩中，为中等富水区。

1.1.3 基岩裂隙水

分布范围较广，面积约165.21 km2，该区按其含水介质的成因类型划为两个亚类:构造裂隙水和风化带网状裂隙水。主要赋存于侏罗系中下统砂砾岩、安山岩构造裂隙中以及燕山期岩浆岩裂隙中，在地形陡峭的分水岭附近，地下水贫乏；在风化带较厚，地形有利于地下水汇集的沟谷地势低洼地段，富水性较好。基岩中的断层破碎带或裂隙密集带、阻水岩脉的迎水侧，当地形地貌条件有利时，往往是地下水富集的良好地段[4-6]。

1.2 地下水补径排条件

区地下水的补给来源主要为大气降水入渗补给，入渗补给后，沿裂隙或孔隙运移，其总的运移方向与地形坡向基本一致。地下水具有径流途径短，速补速排的特点，排泄方式主要为人工开采、泉水溢出和地下水侧向径流排泄[7]。

1.3 地下水水化学特征

工作区地下水水化学类型按照空间分布，大概可以分为3种类型。东部施家营河一带为HCO3-Ca型；中部戴家营河定方水上游一带以HCO3-Ca·Mg型为主；西部及南部以HCO3·SO4-Na·Ca·Mg型水为主。

1.4 地下水环境状况

南部洋河一带地下水为Ⅳ类水，最差指标主要为氟化物、总硬度等；北部戴家营河、东部施家营河一带水质较好。基岩裂隙水全区分布，西北及东北一带水质较好，Ⅳ类水主要分布在南部及崔家庄至花园乡一带，最差指标主要为氟化物、总硬度、硫酸盐等。碳酸盐岩类岩溶水开发利用程度较低。

2 水源地靶区选址

2.1 前期选址

综合考虑各种因素[8-12]，下花园区第四系松散岩类孔隙水富水性较好、水质符合要求的地段主要位于武家庄东南河床、河漫滩一带，但因该区已规划新农村建设，暂时不适宜建设水源地[13]，需在基岩裂隙水或碳酸盐岩类岩溶水富水地段寻找适宜的水源地靶区[14]。

根据戴家营水井2-005调查情况，井深300 m，含水层岩性为侏罗系(J)砂砾岩，抽水试验单井涌水量为1 931.6 m3/d，水位埋深30 m左右，富水性较好，为基岩构造裂隙水。考虑到输水距离的经济性原则，初步选定现定方水水源地为勘察范围(见图1)，布置了该井井旁测深及水源地一带视电阻率测深工作[15-17]，根据物探解译成果对比，推断定方水水源地部分地段物探测深曲线形态比戴家营水井形态较好。并进行ZK1勘探孔施工，孔深400.20 m。第四系厚度为30.35 m，侏罗系厚度30.35～400.20 m，主要岩性为安山岩、砂砾岩等，进行物探测井，未发现裂隙发育段，富水性差，未成井。物探解译存在多解性，ZK1孔由于下段辉绿岩的侵入，反应出的解译形态与戴家营形态相似，且基岩构造裂隙水分布不均匀。因此调整了水源地选址方向(见图1)，改为寻找碳酸盐岩类岩溶水水源地。

图1 水源地选址示意图

2.2 选址方向调整

通过深入研究全区水文地质条件，下花园北部武家庄东南蓟县系雾迷山组(Jxw)和蓟县系铁岭组(Jxt)出露，主要岩性为燧石条带白云岩，灰质白云岩等，结构致密、坚硬，地层产状整体为西南倾向，节理和裂隙发育，局部可见岩溶洞穴，厚度大于800 m。岩溶水分布区大部分裸露，部分隐伏，裸露面积为5.6 km2。戴家营河河道带附近以西其岩性为侏罗系(J1)砂砾岩，推测存在断层。岩溶区目前无勘探孔，也无深井分布，岩溶水富水程度不明，研究程度低。

岩溶水的富水地段一般分布在下游排泄区和径流区强径流带，这样的地段岩溶发育且富水极强。而该区岩溶水分布范围较小，认为富水地段应在碳酸盐岩与火成岩交界地段的排泄区，因此把寻找目标放在岩溶排泄区的下游，拟在下游方向布置物探，再进一步确定勘探孔位置。

为了确定岩溶水的下游位置，依据前期物探成果及机井资料绘制了武家庄戴家营河河道带基岩面标高剖面图(见图2)。

图2 戴家营河河道带水源地附近基岩面标高剖面图

根据戴家营河河道带基岩面标高，判断现状戴家营河的下游为岩溶水排泄区的出口，因此在下游处布置了横纵向视电阻率测深线，点距30 m，横向测深线长0.9 km，纵向测深线0.75 km。根据物探解译结果，推断出了侏罗系与蓟县系地层之间的断层位置，并在断层F东侧H5点附近白云岩裂隙发育地段布置了勘探孔ZK2(见图3)。

图3 水源地电测深H-H＇物探综合解译剖面图

3 水源地靶区选址结果

水源地ZK2钻孔孔深158 m，第四系坡洪积覆盖层约18 m，以下为蓟县系雾迷山组(Jxw)燧石条带白云岩，地层较破碎，含水层厚度约68.1 m，含水层主要利用段为40.0～45.0 m和130.0～158.0 m，抽水试验涌水量为122.5 m3/h，水位埋深较浅为10.24 m，降深7.27 m[18,19](见表1)，水质符合《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)，为HCO3-Ca·Mg型水，溶解性总固体为0.28 g/L[20,21]。

表1 抽水试验成果表

该水源地补给区总面积为67.6 km2，其中岩溶补给区面积为10.2 km2，第四系补给区面积为36.6 km2，基岩补给区面积为20.8 km2，勘探孔ZK2的水位标高为823.7 m，高于河道带第四系孔隙水的水位标高，现状岩溶水向河道带排泄。

采用排泄量法[22]计算了水源地靶区地下水允许开采量。考虑到不影响下游定方水水源地供水量的前提下，该水源地D级允许开采量为102.98×104m3/a(2 821.54 m3/d)，与现有定方水水源地同时供水能满足近期需水要求。

综合下花园区饮用水源地靶区选址方法，总结出岩溶水源地选址方法步骤的技术路线图(见图4)。

图4 水源地选址技术路线图

4 结论

论文以下花园区为例，通过两期水源地靶区选址的研究，得出以下结论：

(1)前期选址由于侏罗系基岩构造裂隙水分布不均匀，物探解译存在多解性，使得下段侵入的辉绿岩岩脉解译形态与戴家营井旁测深角砾岩、砂砾岩含水地层形态相似，结果未发现裂隙发育段，富水性差。因此，具备一定规模的构造地段，是在该地区寻找基岩构造裂隙水的目标。

(2)后期选址通过水文地质调查、物探、钻探、水质分析等综合方法，确定了研究区岩溶水的富水地段分布在碳酸盐岩与火成岩接触带，即岩溶水排泄区的裂隙发育或构造地段，富水性较强。选定的水源地靶区与现有水源地同时供水能满足研究区近期需水要求，填补了该区岩溶水富水程度不详的空白，该方法对于指导抗旱、解决旱庄的人畜饮水困难和保障城镇的供水安全意义重大。