景星镇供水水源地选址及地下水资源评价

张喜峰

(龙江县水资源服务中心，黑龙江 龙江 161100)

1 自然地理及地质概况

1.1 交通位置及经济概况

龙江县景星镇位于黑龙江省西部，是龙江县南部的中心城镇，毗邻内蒙古自治区扎赉特旗，东北35 km为龙江县城，东北90 km为齐齐哈尔市城区，东临雅鲁河，南有罕达罕河流过。龙江县景星镇是龙江县南部二乡一镇经济、文化、商贸、交通中心，辖18个行政村，4个畜牧场，2个社区，4个居民委员会，辖区面积647 km2，其中城区面积4 km2，总人口7.1万。

1.2 气象、水文

1.2.1 气象

该区属于中温带大陆性季风气候，其特点是：春季风大，少雨干旱；夏季短促温热，雨水集中；秋季降温骤烈，凉爽霜早；冬季漫长，严寒而干燥。多年平均气温3.4 ℃，最冷月(1月)平均气温-18.7 ℃，最热月(7月)平均气温22.6 ℃。极端最低气温-36.4 ℃，极端最高气温41.2 ℃。多年平均降水量435 mm。降水多集中在6—9月份，其中7月份最大。多年平均蒸发度1399.8 mm，5—6月份蒸发强烈。

1.2.2 水文

东部约8 km有雅鲁河自西北向东南流过，南部有罕达罕河自西向东流过，在东南约10 km汇入雅鲁河，景星镇境内主要河流罕达罕河、泉水河、东三家子河、西大沟、团山沟等河流沟道。

1.3 地形地貌

地貌按形态成因可分为冲洪积扇形平原和冲洪积河谷平原(罕达罕河河谷平原)两个地貌单元，罕达罕河河谷平原按岩性形态可分为：泥砂质高漫滩和泥砂、砾石质低漫滩。景星镇位于冲洪积扇形平原南部边缘，地势略向南倾斜，其北部为扇形平原。

1.4 地质概况

内地层主要有白垩系下统嫩江组(K2n)、第四系下更新统湖积层(Q1)，中更新统冲积一湖积层(Q2)，上更新统下部冲积层(Q31)、以及上更新统雅鲁河组(Q33y)和第四系全新统冲积层(Q4)[1]。见表1。

表1 地层表

2 水文地质条件

2.1 地下水赋存条件与分布规律

龙江县地势总体西北高，东南低，由西北向东南呈阶梯状渐次排列。景星镇位于雅鲁河、罕达罕河冲积冰水扇形成扇形平原的一部分和河谷平原内。

地下水的形成和分布严格受构造、地质、地貌、气象、水文等因素的控制。

2.2 含水层描述

根据地下水的赋存条件、水力特征，地下水可划分为两种类型：第四系松散岩类孔隙潜水和碎屑岩类裂隙孔隙承压水，后者含水量较少[2-3]。

含水层富水性分级采用单位涌水量评价。含水层主要为第四系上更新统雅鲁河组和中、下更新统冲—湖积层，岩性为浅黄色、浅灰黄色圆砾，局部略含中粗砂、中细砂。本层厚度较大，分布稳定，含水量丰富。

水量丰富区(单位涌水量>20 L/s·m):分布在东南部，含水层岩性以圆砾为主。结构极为疏松，含水层厚8.13～8.17 m。水位埋深1.97～2.43 m，涌水量一般130.19～132.99 m3/d。单位涌水量20.991～22.186 L/s·m，渗透系数232.21～259.51 m/d，影响半径262.58～268.20 m。水化学类型均为HCO3-Ca型水。

水量较丰富区(单位涌水量<20 L/s·m):分布在西北部，含水层岩性以圆砾为主。结构疏松，含水层厚8.30～8.44 m。水位埋深1.80～2.36 m，涌水量一般110.24～116.67 m3/d。单位涌水量14.046～15.134 L/s·m，渗透系数165.06～183.92 m/d，影响半径269.91～291.57m。水化学类型均为HCO3-Ca型水。

2.3 地下水补给径流及排泄条件

地下水的补给、径流及排泄条件受地层、地貌、地质构造及水文、气象等因素的控制和影响。

主要含水层分布在南部、东南部，第四系上更新统雅鲁河组(Q33y)岩性为土黄色、浅黄色、褐黄色圆砾、含黏土圆砾，局部略含中粗砂、中细砂。第四系中、下更新统冲—湖积层，岩性为浅黄色、浅灰黄色圆砾、含黏土圆砾，局部含中粗砂、中细砂薄层。第四系含水层厚度较大，分布稳定，水量丰富。水位埋深浅，易接受大气降水的垂直入渗补给，另外，丰水期可接受罕达罕河水的短期侧渗补给，向东径流排泄于区外。蒸发与人工开采也是其主要排泄途径[4]。

第四系松散孔隙水主要接受邻区的侧向地下径流补给。依据区域水文地质条件，地下水天然流向由西向东。由于地下水的开采，地下水的天然流场已发生改变，北侧、西侧、南侧地下水均向东侧汇集，补给。根据等水位线图可知，地下水的总体流向为南东向，愈靠近南东侧，水力梯度愈大。

主要含水层为圆砾和中粗砂，水位埋深较浅，补给来源较近，径流通畅。地下水补给主要为大气降水的渗入补给及侧向地下径流补给。径流通畅，流向为北西——南东向。排泄因素主要为蒸发、侧向地下水径流及人工开采。

2.4 地下水水化学特征及规律

地下水水化学特征主要受区域地质、地貌及水文气象条件及人为因素所控制。

第四系松散岩类孔隙潜水为透明无色、无味、无嗅。矿化度一般为386.20～412.34 mg/l，属低矿化淡水。总硬度224.96～227.43 mg/l。本区内水化学类型HCO3-Ca型。地层岩性主要为白垩系下统龙江组(K1l)普遍分布于内，岩性上部以灰色、灰白色、暗紫色流纹岩、酸性熔岩、中性熔岩角砾岩、安山岩、凝灰角砾岩为主；下部以紫红色、灰绿色、深灰色凝灰岩、层凝灰岩、中性熔岩角砾岩、凝灰砂岩为主，夹流纹岩、酸性熔岩、熔岩角砾岩等。第四系上更新统雅鲁河组(Q3y)厚度4～9 m，岩性为土黄色、浅黄色、褐黄色圆砾、含黏土圆砾。砾石成分以中酸性火山岩为主，砾石直径5～10 cm，磨圆较好，无分选。夹有中粗砂、中细砂及黏土透镜体，大部分地区上覆黄土状亚砂土、黄土状亚黏土。第四系中、下更新统冲—湖积层，厚度5～10 m。岩性下部为浅黄色、浅灰黄色圆砾、含黏土圆砾。圆砾中砾石含量可达70～80%，砾径2～5 mm的居多，大者达20～30 cm，磨圆较好，以圆状、次圆状为主。上部为黄褐色亚黏土，局部夹粉细砂或淤泥质亚黏土。本层厚度较大，分布稳定，含水量较丰富。地下水动态类型属渗入——径流——蒸发型。水位埋深一般小于5 m，主要补给来源为大气降水的渗入补给及侧向地下径流补给。年水位变幅一般为1.5～2.5 m。地下水化学特征变化不明显，各种离子含量相对变化不大，所以水化学类型较稳定。综上所述，地下水类型主要为重碳酸钙型水，为弱碱性水[5]。

3 地下水资源评价

3.1 地下水资源量评价

3.1.1 水文地质参数计算

(1)渗透系数(K值)的确定

根据带有一个观测孔的单孔抽水试验利用稳定流计算方法计算。

稳定流抽水试验采用裘布依公式如式(1)所示：

(1)

式中：K为渗透系数，m/d；Q为单井涌水量，m3/d；rw为抽水井半径，m；r1为抽水孔与观测孔距离，m；Sw为抽水孔水位降深，m；Sr为观测孔降值的确定降深，m。计算K值为165.06～259.51 m/d。

(2)影响半径(R值)的确定

计算如公式(2)所示：

(2)

式中：R为影响半径，m；S为水位降深，m。经计算影响半径为262.58～291.57 m

3.1.2 地下水资源计算

(1)地下水资源计算

区内地下水的天然补给量包括大气降水入渗补给量、地下水侧向补给量。大气降水入渗补给量Q渗如式(3)所示：

Q渗=α·F·c

(3)

式中：α为降水入渗系数，根据经验取值为0.30；F为渗入面积，测得为39 km2；c为多年平均有效降水量，为0.435 m/a。经计算Q渗为508.95×104m3/a。

地下水侧向补给量Q侧补计算如公式(4)：

Q侧补=KBIH

(4)

式中：Q侧补为地下水的侧向补给量，m3/d；B为补给断面宽度，m；I为水力坡度；H为含水层厚度，m。

参数选择：K根据勘探试验孔计算结果取平均值192.43 m/d，B、I均在图中测得，H为勘探试验资料，取平均值为8.30 m。计算结果见表2。

表2 地下水侧向补给量计算成果表

根据计算结果，地下水天然资源量见表3。

表3 地下水天然资源量成果表

(2)供水水源地地下水资源计算

供水源地大气降水入渗补给量Q渗根据公式(3)计算，渗入面积在图中测得为0.74 km2，计算Q渗为264.58 m3/d。

地下水侧向补给量Q侧补根据公式(4)计算，计算参数根据LQ号孔《1984年龙江县水利局群孔抽水试验资料》中数据，渗透系数K取171.05 m/d，含水层厚度H取8.36 m，补给断面宽度B在图中测得为855 m；水力坡度I按开采末期为14‰。计算结果见表4。

表4 供水源地地下水侧向补给量计算成果表

根据计算结果，供水源地地下水天然资源量见表5。

表5 供水源地地下水天然资源量成果表

3.1.3 地下水资源量评价

通过抽水试验资料取得了可靠的水文地质参数，所计算的地下水天然资源量及可开采资源量,地下水的天然资源量为962.73×104m3/a，供水水源地地下水的天然资源量为17 381.42 m3/d，可开采资源量为14 000 m3/d。

3.2 地下水水质评价

地下水是景星镇居民生活用水及工业用水的主要水源，水质直接影响着区内的生活生产，下面对地下水的水质状况使用生活用水标准和工业用水水质评价标准分别予以评价[6]。

3.2.1 生活饮用水水质评价

依据《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)，对区内地下水进行评价，区内地下水水质较好，均为无色、无嗅、无味、透明，各项目均符合生活饮用水水质标准。

3.2.2 工业用水水质评价

一般锅炉用水水质评价根据锅垢总量(H0)、硬垢系数(Kn)、起泡系数(F)、腐蚀系数(Kk)四项指标进行评价。

(1)锅垢总重量(H0)如式(5)：

H0=S+C+36rFe2++17rAl3++

20rMg2++59rCa2+

(5)

式中：H0为锅垢总重量，mg/L；S为水中悬浮物含量，mg/L；C为胶体(SiO2+Fe2O3+Al2O3)含量，mg/L；rFe2+、rAl3+、rMg2+、rCa2+分别为Fe2+、Al3+、Mg2+、Ca2+离子的摩尔含量，mmol/L。

(2)硬垢系数(Kn)如式(6)、式(7)所示：

Kn=Hn/H0

(6)

Hn=SiO2+20rMg2++

68(r Cl-+rSO42--rNa+-rK+)

(7)

式中：Hn为硬锅垢重量，mg/L；SiO2为硅酸的含量，mg/L；

(3)起泡系数(F)如式(8)：

F=62rNa++78rK+

(8)

(4)腐蚀作用酸性水与碱性水分别如式(9)、式(10)所示：

酸性水：

Kk=1.008(rH++rAl3++rFe2++

rMg2+-rHCO3--CO32-)

(9)

碱性水：

Kk=1.008(rMg2+-rHCO3-)

(10)

Kk>0，腐蚀性水；Kk<0，但Kk+0.0503 Ca2+>0；半腐蚀性水，Kk<0且Kk+0.0503Ca2+<0，非腐蚀性水。

评价结果表明，该区域内地下水为锅垢少，硬沉淀物，半起泡，非腐蚀性水。锅炉使用时需要适当处理。

3.3 开发利用现状

根据2018年《龙江县国民经济统计资料》及《黑龙江省用水定额标准》截直至2018年末，景星镇共有人口64 872人，总需用水量为4216.68 m3/d，农业灌溉主要为机电井提水及喷滴灌溉，面积为45 000 hm2，总需用水量为11 250×104m3，工业用水量较少。

4 水源地的选择与布井方案

根据该区水文地质条件、地下水富水性及景星镇中、长期发展规划，景星镇城区供水水源地拟选在景星镇的南部，规划面积0.74 km2，总开采量为14 000 m3/d。建议在拟选水源地范围内，依据地下水资源评价结果、含水层渗透系数、影响半径、水位降深等，采用平均布井法，共需布设开采井5眼，井径不小于300 mm，井深不大于80 m，井距不小于100 m。