河北省承德县鞍匠乡深部承压含水层理疗天然矿泉水允许开采量评估

商金超

(华北地质勘查局五一四地质大队，河北 承德 067000)

本项目研究工作区位于河北省承德县鞍匠乡两间房村南侧，属于侵蚀构造中、低山区，北、西、南为地表分水岭，两侧山体坡陡、冲沟发育，多条冲沟呈树枝状扇形向下汇集往东北径流，东北鞍匠村处为区内地下水、地表水主要排泄口，构成一个相对完整的水文地质单元。区内地下水补给、径流、排泄受地形、地貌、岩性、构造等因素综合制约[1]。

1 地下水资源评估原则

(1)运用系统论观点，根据本区地下水系统特点，分别采用补给量和排泄量法计算地下水补给资源。

(2)研究水源地地下水可控性，考虑“三水”转换关系，利用探采结合井抽水试验资料，计算地下水允许开采量。

图1 工作区卫星图

(3)水文地质参数，以钻孔或民井揭露含水层情况来确定。

2 地下水补给资源量

(1)计算区的确定。

均衡区范围：北部、西部、南部分水岭至山咀村小桥处，面积193 km2。

补给量法计算地下水补给量：区内地下水主要接受大气降水入渗补给和农业灌溉回渗补给，大气降水入渗补给资源量主要受降水量和降水入渗条件控制[2]。

计算公式：

V补=V入渗+V灌回

(1)

式中：V补为年度地下水补给资源量；V入渗为年度大气降水入渗补给量；V灌回为年度农业灌溉水回渗量，104m3/a。

(2)大气降水入渗补给量。

计算公式：

(2)

大气降水入渗补给量分为基岩裸露区和第四系覆盖区两部分进行计算：

计算V入渗=0.05×559.7×10-3×180×106+0.02×559.7×10-3×13×106=518.24×104m3/a=14 198.36 m3/d。

(3)农业灌溉水回渗量。

区内灌溉用水以村为单位按逐年不同作物种植面积、灌溉定额和灌溉次数进行统计，统计结果见表1。

表1 地下水农业灌溉用水量统计表

农业灌溉水回渗量计算公式如下：

V灌回=V灌×β

(3)

式中V灌回为年度农业灌溉水回渗量，104m3/a；V灌为年度农业灌溉用水量，104m3/a；β为灌溉水入渗补给系数，主要受包气带岩性、地下水埋深、灌溉定额和土地平整程度等影响，本区表层土壤主要为冲洪积粉质黏土，灌溉方式为井灌，水位埋深1～3 m，β取经验值0.20。

计算V灌回=50.80×0.20=10.16×104m3/a。

(4)补给量法计算地下水补给量。

地下水天然补给资源量为：

V补=V入渗+V灌回

=518.24×104+10.16×104=528.40×104m3/a=14 476.71 m3/d

(4)

(5)地下水资源量的确定。

补给量法计算地下水天然补给资源量(大气降水入渗补给量)为518.24×104m3/a(相当于14 198.36 m3/d)，农业灌溉水回渗量10.16×104m3/a，最终地下水补给资源量为528.40×104m3/a(相当于14 476.71 m3/d)。

3 地下水资源计算质量评述

(1)根据水文地质概念模型，采用补给量计算地下水资源量是合理的。

(2)补给量法计算地下水资源量时，大气降水入渗补给量、农业灌溉水回渗量计算方法合理，计算公式正确[3]。

(3)由于本次施工钻孔较少，难以控制整个计算断面的含水层厚度及渗透系数，计算精度偏低。

4 水源地矿泉水资源允许开采量

4.1 水源地地下水开采方案

通过地下水资源计算，本区地下水多年平均补给资源量为528.40×104m3/a(相当于14 476.71 m3/d)，为本区地下水可持续利用的资源量。工作区内无大型工矿企业，地下水开采主要满足区内少量居民、牲畜生活用水和农业灌溉用水，剩余资源量依然很大。

根据业主下达的任务要求，水源地采用单井开采天然矿泉水水源。本次勘查工作完成了一个矿泉水勘探开采井ZK1，进行了枯水期、平水期抽水试验，最大降深110.40 m，最大涌水量达62 m3/d，现根据抽水试验资料，评价地下水允许开采量。

4.2 水源地矿泉水允许开采量评估

(1)允许开采量预测。该水源地类型为基岩构造裂隙水水源地，其人工开采需水量不大，且地下水天然补给资源量充足，可只计算取水构筑物的总出水量作为允许开采量，取水构筑物的总出水量根据枯水期抽水试验成果按有关计算公式进行推算。

(2)探采结合井抽水试验成果。探采结合井ZK1于枯水期、平水期、丰水期进行了单孔稳定流抽水试验，试验数据见表2。

表2 探采结合井ZK1抽水试验成果表

该含水层由上部基岩风化裂隙含水层(25.50～30.60 m)和下部基岩构造裂隙含水层(38.9～42.5、86.7～93.3、199.9～206.9、212.5～218.0、249.1～262.0 m)组成，取水段标高172.34～473.34 m，上部风化裂隙含水层透水性差，补给条件较差，下部构造裂隙含水层透水性中等，富水性强，且此段含水层为承压含水层，水头高度高出地面28.40 m，造成当地下水水位处于基岩风化裂隙含水层中时，出水量随水位降深增加呈直线型增长。

(3)单井允许开采量计算。根据含水层结构特点及抽水试验分析，探采结合井ZK1枯水期抽水试验第二降深S值较为合理，水位降深未超过承压含水层顶板(含水层顶板埋深199.90 m)，影响半径为590 m，所以取允许降深L允许=80.00 m进行允许开采量的计算，利用抽水试验法计算允许开采量过程如下：

W=f(L)线型判断：

通过计算x值判断曲线线型，计算公式为：

(5)

式中：V1为枯水期抽水试验第一降深涌水量，62 m3/h；L1为枯水期抽水试验第一降深水位下降值，110.40 m；V3为枯水期抽水试验第三降深涌水量，37 m3/h；L3为枯水期抽水试验第三降深水位下降值，52.13 m。

计算得x=1.32，V=f(L)线型为指数型。

将抽水试验数据代入指数公式：

lgV=lga+mlgL

(6)

求得系数：a=1.8480,m=0.7468，最终计算水源地单井允许开采量：

V允许=1 194 m3/d=13.82 L/s

4.3 允许开采量保证程度分析

本次工作详细查明了水源地边界和含水层特征，详细查明了矿泉水的物理化学特性，通过抽水试验取得了允许开采量计算所需参数，水源井具有丰水期、平水期、枯水期抽水试验资料，已查明矿泉水开发条件及水源卫生防护条件。

5 结论

综上所述，本次通过补给量法计算本区地下水资源量为528.40×104m3/a(相当于14 476.71 m3/d)，计算区内地下水补给量分为大气降水入渗补给及农业灌溉水回渗补给；通过对含水层结构特点及抽水试验分析，评价矿泉水资源允许开采量为1 194 m3/d(相当于13.82 L/s)。