乌兰察布市集宁区旗下营水源地水文地质条件研究

高巧利，马志超

(广东省珠海工程勘察院，广东 珠海 519000)

乌兰察布市集宁区现有6处供水水源地，由于现有水源井经过多年运行，受季节和水源保护条件的影响，供水能力逐年下降，已满足不了城区居民生活、生产的用水需要，城市供水十分紧张。因此，为了解决集宁区用水紧张的问题，乌兰察布市水利局拟开展从大黑河旗下营段调水至集宁区抗旱应急供水的可行性调研工作。本文通过钻探、抽水试验及水样的化验分析，并结合相关研究成果[1-5]，对乌兰察布市集宁区旗下营水源地地下水的类型、富水性特征、补径排特征、水位动态特征进行了分析。通过对乌兰察布市集宁区旗下营水源地水文地质条件水文地质条件的分析，可以为后期开展旗下营水源地可研提供依据。

1 研究区自然地理概况

1.1 地形地貌

研究区地形为剥蚀堆积山间沟谷洼地地形，一般谷宽1.5～3.0 km，谷中可分出河床、漫滩、冲积阶地和坡洪积裙。坡洪积裙分布在沟谷两侧，主要由粘砂土、含砾粘砂土及泥质砂砾石组成，一般向沟谷中心倾斜，坡度在10°左右。研究区海拔高程一般在1 200～1 400 m之间，地势总体东高西低，地形最低点位大黑河沿岸，大黑河河谷比较平坦，勘探线附近海拔高程约1 240～1 250 m。研究区地貌按成因可划分为三大成因类型，即构造剥蚀地形、剥蚀堆积地形及堆积地形，根据其形态及特征又可进一步划分为低中山、丘陵及河谷平原三种形态类型。

1.2 气象水文

研究区地处中温带，属内陆半干旱气候区。冬季严寒，夏季干热，春秋两季则多风沙，以西北风为主。年平均风速3.4 m/s，最大风速33.0 m/s。雨量集中在每年七、八、九月份，占全年降水量的68%，多年平均降水量351.8 mm，多年平均蒸发量1 745.3 mm。年日照为3 130 h，多年平均气温在3.5℃，极端最高气温35.7℃，极端最低气温-33.8℃。一般年平均气温在1℃以下，无霜期132 d，最大冻结深度1.96 m。

研究区内的河流有大黑河和拐角铺河。大黑河在区内是该河的中游段，拐角铺河是大黑河中游的最大支流。

2 区域地质概况

2.1 地下水类型及特征

根据含水岩类、地下水赋存条件，区内地下水可划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水及基岩裂隙水。分述如下。

2.1.1 松散岩类孔隙水

主要赋存于沟谷中，分布在第四系松散堆积物中，含水层大部分属于单层结构。河漫滩及阶地含水层厚度一般小于8 m，地下水埋藏浅，一般埋深2～5 m，透水性好，富水性较强，单井涌水量一般100～500 m3/d。大黑河河谷单井涌水量大于1 000 m3/d，矿化度多小于1 g/L，水化学类型为HCO3-Ca·Na型水，水质较好。

2.1.2 碎屑岩类孔隙裂隙水

该类地下水主要分布于山前及河谷盆地深部，含水层岩性主要为砂岩、砂砾岩。在山前其厚度较小，多为几米至几十米，在河谷平原区其厚度较大，根据区域资料，可达几十米至上百米。富水性较差，单井涌水量多为100～500 m3/d，局部地区大于500 m3/d。水质受地下水补给、径流及排泄条件影响大，矿化度多小于1 g/L，最大可达3 g/L，水化学类型多为CL·SO4·HCO3-Na型水。

2.1.3 基岩裂隙水

该类地下水主要分布于山区，基岩长期裸露地表，风化裂隙较为发育，但裂隙发育程度不同，富水性差异较大，地下水埋深不稳定。水位埋深一般大于8 m，涌水量一般小于30 m3/d。矿化度小于1 g/L，水化学类型为HCO3-Ca·Na型水，水质较好。

2.2 地下水的补给、径流、排泄条件

松散岩类孔隙潜水的补给来源主要为大气降水的垂直入渗补给，其次有山区基岩裂隙水的侧向径流补给及河谷上游的侧向径流补给。该类潜水的径流是由地形较高处沿沟谷向地形较低处运动。其排泄形式为蒸发及向区外侧向径流排泄。碎屑岩类裂隙水的补给来源主要是接受上覆该类潜水的垂向补给，少部分来自山区基岩裂隙水的侧向补给。其径流同潜水一样，由地形较高处向地形较低处径流。其排泄为侧向径流补给区外地下水。基岩裂隙水接受大气降水补给后，侧向补给松散岩类孔隙水。

3 研究区水文地质条件分析

3.1 研究区地下水分布赋存特征

本区属山间河谷型水文地质类型，地下水的形成、赋存、运移主要受地质构造、地貌形态、地层岩性及水文、气象等诸多因素的综合影响与控制。

低山丘陵区由于基岩裸露地表，坚硬致密，表层虽有风化，接受大气降雨入渗补给条件仍很差，相反排泄条件则很好，因而基岩裂隙水呈现出含水不连续、水量贫乏、埋藏深度变化不定的特征。

黄土丘陵区，由于黄土具有大孔隙，柱状节理发育的特点，有利于大气降雨的入渗，但因其地势较高，故以地下径流的方式补给河谷洼地孔隙潜水含水层。因此，其水量很贫乏，多数地段呈现透水不含水的特征。

山间河谷区，由于地势平坦、开阔，接受地表水、大气降水、邻区地下水条件好，成为本区最为富水的区域。

3.2 研究区水文地质分区

根据研究区水文地质特征，可将研究区划分为三个水文地质区，分述如下。

3.2.1 低山丘陵基岩裂隙水水文地质区

该水文地质区主要分布于研究区西北部，岩性主要为太古界片麻岩、大理岩及零星分布的侵入岩。该区域地下水类型为基岩裂隙水。由于基岩裸露地表，长期遭受风化剥蚀作用，节理裂隙较为发育，接受大气降雨入渗补给后形成基岩裂隙水，而后，地下水由高出向低处径流，主要以地下水径流的方式补给黄土丘陵区及河谷区。该区地下水埋深不定，含水层富水性不均一，随地形和基岩裂隙发育程度变化很大，地形高、节理裂隙发育差而水位埋深大、富水性差；地形低、节理裂隙发育好，水位埋深浅、富水性相对好。该区单井涌水量一般小于100 m3/d，水化学类型多为HCO3-Ca型水，矿化度多小于0.5 g/L，含水层厚度及水位埋深变化较大。

3.2.2 黄土丘陵裂隙、孔隙水文地质区

主要分布于山前及河谷两侧的黄土丘陵区。第四系黄土覆盖于白垩系地层及基岩之上，主要岩性为粉土、粉质粘土。黄土中孔隙、柱状节理发育，有利于大气降雨的入渗补给，形成裂隙孔隙潜水，而后以地下径流的方式补给河谷区。该区以白垩系及基岩为隔水底板，受古地形控制，含水层分布不稳定，富水性不均匀，只在地形低洼有利地下水聚集的局部地段水量相对较大，多数地段水量极小，多在100 m3/d以下，水位埋深多大于10 m，水化学类型多为HCO3-Ca·Mg型水，矿化度一般小于0.5 g/L。

3.2.3 河谷孔隙水水文地质区

分布于研究区内的大黑河河谷地带，含水层主要为第四系冲积、冲洪积的砂卵砾石层组成。地下水主要补给来源为河水入渗补给、上游河谷、沟谷地下径流补给、大气降雨入渗补给、周边黄土丘陵孔隙水补给、基岩裂隙水补给，补给源充足。地下水由上游向下游径流，除人工开采及潜水蒸发外，地下水主要以地下径流的方式排出区外。沟谷上游为地下水的径流补给区，下游为径流排泄区。该区含水层厚度约为15～35 m，水位埋深一般小于3 m。在河谷附近，单井涌水量多大于3 000 m3/d，在远离河谷地区，单井涌水量多为1 000～3 000 m3/d。水化学类型多为HCO3-Ca·Mg型，矿化度多小于0.5 g/L，为区内最为富水的地段。

3.3 供水含水层水文地质特征

研究区主要供水含水层为第四系砾砂层，分布于大黑河河谷地带。

大黑河河谷在研究区内长度3.12 km，为常年性河流。含水层岩性主要为砾砂。含水层厚度横向上中部略大于河谷两侧，如位于河谷两侧的ZK1、ZK3井含水层厚度分别为为30.06 m和25.97 m，位于河谷中心地带的ZK2井含水层厚度为33.17 m。含水层在纵向上由下游到上游略有减少，位于3条剖面之间的ZK5井含水层厚度为11.25 m，位于上游的ZK8井含水层厚度为11.03 m。

整个河谷区富含第四系孔隙潜水，富水性的变化规律与含水层的厚度相关，河床中部含水层厚度大于两侧。总体来说，研究区内地下水径流通畅，形成了良好的地下潜水，水化学类型为HCO3-Ca·Mg，矿化度多小于0.5 g/L。

3.4 地下水补给、径流及排泄条件

研究区位于大黑河河谷平原中，地下水的补给主要接受河水入渗补给、大气降雨入渗补给、河谷上游地下水径流补给。周围的低山丘陵地下水向河谷汇集，由上游向下游径流，最后通过人工开采及地下水径流排泄。故本区处在地下水的补给径流带上。现按不同水文地质区，结合地质、地貌等条件分述如下。

3.4.1 低山丘陵基岩裂隙水水文地质区

本区属区域地下水的补给区，接受大气降雨入渗补给。虽然基岩表层风化破碎，节理裂隙较为发育，但很不均一，又多被泥土、砂石所充填，加之地形起伏较大、水利坡度也大，故接受大气降雨补给量较少，基岩裂隙水相当贫乏。

由于本区地势较高，形成的基岩裂隙水以地下径流的方式由高处向低处运移，补给黄土丘陵区及山间河谷区，在水位埋藏浅的地段有部分水量以蒸发的形式而排泄。

3.4.2 黄土丘陵裂隙孔隙水水文地质区

本区除普遍接受大气降水的垂直入渗补给外，尚接受少量的基岩裂隙水的侧向径流补给。虽然黄土孔隙、裂隙较发育，但因地表遭受侵蚀切割严重，地形支离破碎，冲沟发育，加之本区降雨量小而集中，故不利于大气降水的入渗，也不利于地下水的赋存，致使地下水极为贫乏。其形成的孔隙潜水以地下径流的方式补给山间河谷、丘间沟谷砂砾石含水层。

3.4.3 山间河谷孔隙水水文地质区

本区主要接受侧向及垂向两个方向补给。

1)侧向补给主要包括：

(1)河、沟谷两侧低山区丘陵裂隙水与黄土丘陵孔隙水的地下径流补给，其补给量的大小随地形、岩性的不同而有所变化，一般黄土冲沟发育、汇水面积大的沟谷地段补给量较大，而冲沟不发育，汇水面积小的黄土台地边缘、基岩边部则补给量小。

(2)河谷上游地下水径流补给。

2)垂向补给包括：

(1)大气降水入渗补给

本区上部覆盖较薄的粉土，地下水水位埋深多小于3 m，降水入渗条件好。

(2)河流入渗补给

河流入渗补给是本区最大的补给源。大黑河河水径流量较大，而且由本次施工资料可知，本区地下水水位埋深多小于3 m，含水层上覆的粉土厚度较薄，多小于2 m，隔水性较差，地表河水入渗容易。在本次所施工的8眼钻孔中，离河谷近，单井涌水量随之增加，也说明了地下水主要接受河水补给这一事实。根据计算可知，研究区地下水的补给来源主要为大黑河河水，地下水的补给受河水影响极大。由于河水流量极易受到外界环境比如降雨、上游开采量、季节等因素的影响，本区地下水的补给量可能会随时变化。

3.4.4 排泄方式

本区地下水总的径流方向与地表水流向一致。由于河谷区含水层以砂砾石为主，颗粒粗，透水性好，故地下水径流条件好，最后在研究区西南的河谷区流出区外。其排泄方式主要有：

(1)本区地下水径流出口为西南部的大黑河河谷处。虽然断面狭窄但出口处的含水层厚度大、渗透系数大，为地下水的径流创造了良好的条件。地下水径流排泄是区内的主要排泄方式。

(2)蒸发排泄：本区地下水水位埋深较浅，存在一定量的蒸发排泄，但是由于其面积较小，蒸发量有限。

4 结语

(1)根据含水岩类、地下水赋存条件，区内地下水可划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水及基岩裂隙水；根据研究区水文地质特征，可将研究区划分为低山丘陵基岩裂隙水水文地质区、黄土丘陵裂隙、孔隙水文地质区、河谷孔隙水水文地质区，其中河谷孔隙水水文地质区是区内最为富水的地段。

(2)研究区位于大黑河河谷平原中，地下水的补给主要接受河水入渗补给、大气降雨入渗补给、河谷上游地下水径流补给。周围的低山丘陵地下水向河谷汇集，由上游向下游径流，最后通过人工开采及地下水径流排泄。