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1、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 冰川冻土期月 ,且, 第年第卷 多年冻土地区供水水源选择及其评价 诬 以大兴安岭西林吉造纸厂用水为例 白元旭 中国市政工程东北设计研究院 , 长春 提要根据西林吉多年冻土区水文地质条件分析 , 简述了地下水资源分布特征 , 在 水源选择上 , 除考虑地表水之外 , 还要开发利用基岩裂隙水 , 并以融区储存量进行调节 , 以满足枯水期所需求的水量而达到稳定供水的目的进行了探讨 。 关键词多年冻土储存量地温 西林吉地处祖国边睡的大兴
2、安岭多年冻土地区 , 北与俄罗斯隔江黑龙江相望 , 是我国重要木材产地之一 。 为在改革开放中振兴林区经济 , 进行原木深加 工 , 出口创 汇 , 以提高经济效益为此 , 西林吉林业局 于年筹建年 一 万吨造纸厂 , 其需水 量为万 。 但由于供水水源未定 , 工厂 不能立项 。 我院 自年以来 , 陆续 在该区做过勘察工作 , 通过对地下水和地表水系统研究 , 基本查明了冻土区地下水运移 规律诚然 , 在多年冻土区解决用水并不是轻而易举的事情 。 然而 , 因地制宜地进行综 合开发 , 充分利用水资源 , 还是有可能解决的 。 笔者曾多次在该区勘察 , 兹就拟建造纸 厂供水水源选择与评价作
3、一探讨 。 自然地理 本区位于大兴安岭北坡低山丘陵区 , 地处高纬度寒冷地带 , 海拔为 一 , 相对高差为 公一礴 。 根据大小兴安岭多年冻土分布及南界 的划分 , 该区属于大片 连续多年冻土区 。 由于第三纪以来长期的剥蚀作用 , 古夷平面 “ 平顶山 ” 为其主要地貌景 观 , 山坡平缓 , 岭顶平坦 , 水文网密度大 , 河谷宽阔 , 河曲与河谷阶地发育 , 河谷坡降 小 本区主要水系为额木尔河 , 在西林吉有其支流大林河 、 老槽河汇人 , 而后 向北经 站流人黑龙江额木尔河发源于大兴安岭面包山 , 总流域面积为 , 河流全 长为 , 多年平均流量为 , 最小流量为 。 最低水位出现
4、于 月中旬 , 最高水位出现于月下旬 。 本区气候属于寒温带大陆性气候 , 由于受欧亚次大陆冰川气候的影 响 , 属于连续多 本文于年月口收到 , 年月 日改回 。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 冰川冻土卷 年 冻土带 , 冻层厚 达 一 。 地 温年 变 化 深 度 为 一 , 最 低 地温 为一 一 一 。 该区受西伯利亚寒流和蒙古高压气流的影响 , 冬季严寒而漫长 , 夏季短暂 , 冰 冻期长达 一 个月 。 历年平均气温为一 , 在月最低平均气温为一
5、, 月最高 气温为 名 , 多 年平均降水 量 为 , 并多集 中于 一 月 , 约占年降水量的 , 年平均蒸发量为 。 该区在冬季多西北风 , 夏季多西南风 , 月至翌年 月为冻结期 , 季节冻结深度达 一 。 河流封河日期一般在月中旬以后 , 开河 日期约在月中旬以后 。 地质及水文地质条件 区内出露的地层有侏罗系中统额木尔群和上统兴安岭群 。 前者为陆相碎屑沉积 , 主 要是砾岩夹砂岩 、 砂砾岩 、 页岩后者为安山质玄武岩 、 安山岩 、 流纹岩 。 此外 , 在西 林吉西山以及本区西北角黑山头一带 , 分布海西期中粗粒花岗岩 。 第四系上更新统分布于阶地上以及沟谷 中 , 由亚粘土
6、、 中粗砂 、 砂卵石组成 , 厚约 一 。 全新统分布于额木尔河 , 大林河和 老槽河岸边漫滩上 , 由细砂 、 砂卵石组 成 , 厚度为 一 。 由于受大林河 、 额木尔河断裂的影响 , 形成主要构造形迹有图 , 压扭性断裂 一 , 大林河压扭性断裂 , 以陡角度冲断层为主 , 断裂面呈 舒缓波状 , 大致沿 “ 向展布 , 与地层走向近似平行 , 倾角一 “。 困口口回团团团口团困 叹 ”“ 异 感护 一 嚎瑞 议 仪 , 子 ” 扮 图西林吉地质构造图 侏罗系上统火山碎 屑岩侏罗系中统西林 占组海西期 花岗岩第四系冲击一洪积层 压扭性断裂扭张性断裂张扭 、 断裂钻孔 、 编号 , 线
7、示水量 , 线下示抽降 一冻层 厚度 岩层产状河流 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 期白元旭多年冻土地区供水水源选择及其评价 犷 。 戈节冻区 盛必 泌 忿 岭 一 乃口一 ,山 一 ” 巷 西林吉扩 林场 红尹 。 , 广 班 、 飞澎 维 图 惬 巫习 钻 。 壹二“ 断面 匡困 、分 界线 区 三三 地 层 分 界线 巨 二 第四系地层 三 口嗽我, 匹困准 巨口” “ 巨三 地 形,。线 巨 到 ,及向 【二 三 卜 ,。 巨日 公。及 桥, 匣曰 铁。
8、及 。 巨口 居 民 住宅 ,、丫涟之 、 卜厂口 卜分区 , 沪 丢滩军匕 西林吉年月测流断面位置平面 图 钻孔及编号 上侏罗统地层 测流断面编号冻融分界线地层分界线第四系地层中侏罗统地层 海西期花岗岩二地形等高线河流及流向 辘湖公路 及 桥 梁 铁路及桥梁居民住宅 一 , 张扭性断裂 一 , 该断裂以 “ 向展布 , 倾向 , 断裂面近于直 立 , 倾角 一名 “, 以水平方向平移和扭力为主 。 额木尔河沿此断裂发育 。 扭张断裂 一 , 在水平挤 压和扭力作用 之 下 , 除上述向压扭性和 向张扭性断裂之外 , 还伴生着和两组扭裂带 , 其走 向为 , 倾 向 , 倾角 “ 。 该区地下
9、水的埋藏 、 分布及其运移均受多年冻土和构造影 响及控制 , 可分为冻结层 上水和冻结层下水 。 冻结层上水埋藏于第四系松散层的孔隙中 , 因受季节冻土 的影 响和控制而主要分布 于沿河两岸融区内 。 含水层沿河 流两侧呈条带状分布 , 其分布宽度在三连大桥以南 , 以北约 为 , 总面积 约 为 , 其中三 连大桥以北融区面积 为 。 含水层岩性主要为卵石 含砂 、 圆砾含砂 , 其厚度为 一一石 。 据三连大桥 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 冰川冻 土卷
10、以北 河 东融区枯 水期试坑抽 水 试 验 资 料 , 当降深时 , 出水量 一 , , 渗透 系 数 二 。 据河西融区试坑抽 水试验资料 , 当降深 二 时 , 出水量 一 , 。 冻结层上水在丰水期受降水和河水的渗透补给 , 在枯水期补给河水 。 据地卜水动态观测资料 , 丰 、 枯水期地卜水位变幅为一 。 冻结层下水基岩裂隙孔隙水的赋存 、 分布及其运移 , 均与构造破碎带和多年冻 土分布有关 。 在本区向张扭性 断裂 一 及其构造复合部位 、 裂隙均较发育 , 为冻结层下水的赋存 、 运移提供有利条件 。 区内向张扭性断裂 一 被大林河 向压扭性断裂 一 所截 , 形成大林河以南和
11、以北两个富水性不同断裂储水 构造 。 据 大林河以南 一 号孔抽水试验资料 , 当水位降深 二 时 , 出水 量 , , 渗透系数 尤一 。 又根据大林河以北 一 号孔抽水试验 资料 , 当水位降深时 , 出水量 , , 渗透系数尤 。 由 此可见 , 两者 的富水性是有差 异 的 。 这是由于裂隙发育程度不同而导致补给条件差异所 致 。 大林河以南冻层 下限小于 , 而裂隙发育深度为 一 , 大林河以北冻层下 限为 一 , 而裂隙发育深度达 任一 , 前者比后者富水性强 。 冻结层下水 , 由于上覆较厚 的多年冻土层 , 不易接受大气降水直接渗透补给 , 只能 靠融区地下水或地表水体沿断裂带
12、渗透补给 , 由于其渗透路径长而补给量是有限的 。 据 地下水动态观测资料 , 基岩 裂隙水 的水位高峰比降水量高峰滞后 一个月 。 地下水位 年变幅为 一礴 。 供水水源选择及其评价 供水水源选择 在供水水源选择上 , 要 全面 和综合考虑各种水源 , 特别要把 “ 三水 ” 转化考虑进去 , 才能充分利用 和开 发有 限资源 。 我们选择供水水源的原则是应考虑地质及水文地 质条件和水资源特征在丰 、 平水期 , 应以截取河床潜流水为主要供水水源 , 也就 是充分利用地表水在枯水期 , 由于河床潜流水随季节变化 , 应以开采基岩裂隙水 和动用融区浅层水储存量 , 以满足连续生产的需要 。 供
13、水水源评价 冻结层下基岩裂隙水 在大林河以北构造断裂带中 , 曾于年开凿眼勘探生产井 , 至今仍未开采利 用 。 其中 一 号井至今还在自流 , 其 自流 量 为 , 。 眼井于年枯水 期连续天试验开采表 , 平均单井出水量 为 , 。 如以此该 同一断裂带 , 同样井距按布置眼井 , 可增 加开采量 。 这样 , 在大林河以北 断裂 构造带 , 可开采量为 。 在大林河以南断裂构造带 中 , 曾于年开凿眼勘探生产井至今仍未开采利 用 。 于年枯水期连续巧天试验开采表 , 平均单井出水量为 。 据 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publ
14、ishing House. All rights reserved. 期 白元旭多年冻土地区供水水源选择及其评价 表大林河以北勘探生产井抽水试验表 一 一 井编号抽水时间 静水位井深水位降出水量 一一 年枯水期 】 年枯水期 年枯水期 石 一, 月一一峙 表大林河以南勘探生产井抽水试验表 一 井编号抽水时间 静水位井深水位降出水量 年枯水期 年枯水期】 一 一,一 ,白工、 一托一 此在已查 明该断裂带中 , 井距按若再布眼井 , 还可增加开采量 , 这样在大林河以南断裂构造带中 , 可开采量达 。 大林河以北和以南共眼 井 , 可得总开采量 从上述两处试验开采资料来看 , 虽然在抽水期间 ,
15、 动水位缓慢持续下降 , 但当抽水 一停 , 水位就逐渐得到恢复如大林河以北 一 号井 , 试验开采天后 , 降深达到 , 停泵后天恢复到原水位 。 又如 一 号井连续开采试验天后 , 水位降深 达 , 停泵后仅小时就恢复到原水位 。 大林河以南 一 号井 , 连续开采试验 天后 , 水位降深达到 , 停泵后仅需要天就恢复到原水位 。 又如 一 号井 , 连续开采试验天后 , 水位降深达 , 停泵后仅需要天就恢复到原水位 。 由此 可见 , 冻结层下基岩裂隙水 , 有一定的补偿能力 。 如果采取枯水期开采 , 丰 、 平水 期停泵恢复得到补偿的话 , 开采是可能的 冻结层上融区浅层水 根据额木
16、尔河水文资料 , 流量小于 , 的时段为月日至月日计 天 , 将此定为枯水期时段 。 其余时段则为丰 、 平水期计天 。 根据年月额木尔河三连大桥以北的和两个断面实测流量结果 , 上游 断面 , , 下游断面 , 断面间距 乙一 。 又根 据年月 日实测 流量资料 , 上游断面 , , 下游断面 , , 断面间距 。 河流渗漏补给量 , 可利用实测河流断面流量资 料 , 按下式计算 渗 二 渗 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 卷 渗 一 , 一 , 式 中 渗为单位长度河床渗漏补给量【 、 为断面上 、 下游实测河 水流量 , 为断面间距 计算河水渗漏补给量列入表 。 从表中可见 , 除丰 、 平水期可得到河水补给外 , 在 枯水期补给量较小 。 为 了袭夺河水渗透补给量 , 鉴于含水层较薄 , 但又渗透性
