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1、黄河下游影响带地下水库的基本特征黄河下游影响带地下水库的基本特征 - 水文水资源水文水资源黄河是中国西北、华北地区的主要水资源，是北方地区最大的供水水源。对促进该地区社会可持续发展起着重要的作用。20 世纪 70年代以来，黄河下游不断出现断流。直接威胁河南省的濮阳、开封、新乡、郑州等城市和黄灌区的供水安全1。与此同时，由于黄河中上游矿业、工业、农业和生活废污水的大量排入，使黄河干支流的水质污染日益严重，生态环境恶化，加剧了华北地区水资源的危机。20 世纪 70 年代末，年排入黄河废污水约 185 亿 t，到 20 世纪 90 年代初增至 32.6 亿 t，1998 年干流三门峡以上河段为类水质
2、，以下为类2。近年来，黄河下游突发性水污染事件频频发生，使得本来就十分严重的水资源形势更是雪上加霜。黄河从郑州的桃花峪进入下游，至山东的利津入海口，主河道长 768km，其中河南省段长345km。下游堆积了巨厚的松散沉积物，形成黄河冲积扇。从黄河冲积扇顶部的漂石、卵砾石与砂混杂堆积逐渐过度为中砂、细砂与粉土互层堆积，构成了巨大的地下水库。河床、滩区及两岸影响带，均为近代黄河堆积的多孔介质地层，地表水与地下水库水力联系密切，同时，黄河下游为著名的地上悬河，黄河水位高出两岸平原区地下水水位 38m，在其影响带开发地下水有利于地表水的补给，同时避开了水质污染，水源工程处理费用将大大降低。 基于上述思
3、考，本文系统研究了黄河影响带水文地质条件和地下水资源，对地下水库的调蓄条件、类型、各库的总库容、调节库容进行了初步探讨。 1 黄河影响带地下水系统特征及资源概况 根据地下水埋藏条件、水动力特征和开采条件，将研究区内松散岩类孔隙水分为 2个含水层组；浅层含水层组（Q4、Q3） ，深层含水层（Q2、Q1 和N2 上部） 。 1.1 浅层含水层特征及其富水性 浅层含水层的底板埋深从西向东，呈现浅到深再到浅的变化趋势（表 1） 。 表 1 浅层含水层底板埋深地区底板埋深地区底板埋深武陟县原阳县开封县4569m 约 100m 130140m 封丘县长垣县濮阳县 74101m 110m 80120 武陟县
4、浅层含水层底板埋深 4569m，原阳县 100m 左右，封丘县 74101m，长垣县 95110m，濮阳 80120m，郑州6580m，开封县最深达 130140m；岩性颗粒由小到大再到小的趋势，在原阳县一带，颗粒最粗，砂层渗透系数最大。沉积物的特点：上部除地表黄河故道颗粒较粗以外，其它均为弱透水的粉土、粉土、粉质粘土互层及粉砂层等。下部砂、中粗砂、中细砂、细砂层，构成了上细下粗典型的“二元结构”和粗、细相间的“多元结构”。由于受黄河摆动时间长短的影响，使主流带和泛流带相间分布。主流带含水砂层粒度粗、厚度大，泛流带粒度稍细、厚度也较小。纵向变化，自上游至下游（自西向东）厚度逐渐变薄、层数由少逐
5、渐变多、粒度逐渐由粗变细。横向变化，由主流带向两侧至泛流带，厚度由厚略有变薄，颗粒由粗略有变细。由于含水砂层的厚薄和粒度粗细的不同，显示出富水性也各有差异。根据研究区的具体情况，采用降深 5m 时的单井出水量作为富水性分区的依据，可将研究区划分为强富水、富水、中等富水 3 个区（图 1） 。(1)强富水区（单井涌水量 30005000m3/d）：分布于黄河冲积主 流带（主要为原阳县境内） ，含水层岩性以细砂、中砂、中细砂、粗砂为主，多夹小砾石，渗透系数 2050m/d；分布于濮阳县境内沿金堤河一带（岳新庄-东八里庄-东巴河-柳屯） ，为黄河古河道，渗透系数1525m/d。 （2）富水区（单井涌
6、水量 10003000m3/d）：分布于研究区内的广大地区，含水层主要由细砂、粉砂组成，局部有中砂分布，渗透系数 815m/d。 （3）中等富水区（单井涌水量5001000m3/d）：多呈条带状分列于黄河南北两侧，黄河北为东北向排列，黄河南为东南向排列。含水层岩性主要以细砂、粉砂为主，渗透系数 58m/d。 1.2 深层含水层特征及其富水性 深层含水层组由中更新统下段冲积、下更新统和上第三系上部湖积砂层组成，含水层岩性以细砂、粉砂为主，砂层与粉质粘土、粘土呈互层状。因其成因类型不同，砂层厚度有较大的差异，武陟县境内含水层底板埋深 300m 左右，砂层厚度 100170m，岩性为中细砂、粉细砂，
7、渗透系数 815m/d， 强富水，单井涌水量3000m3/d。原阳县境内，含水层的分布和黄河故道变迁有着密切的关系，黄河故道主流带上，砂层厚，岩性粗，富水性较好，以细砂为主，泛流带砂层薄，岩性较主流带细，变为中等富水；单井涌水量 10003000m3/d。封丘县境内，含水层底板 埋深 340412m，岩性以细砂、粉砂为主，总厚度 50110m，渗透系数 210m/d，区域上富水性有由西向东变差的趋势。长垣县境内底板埋深 500m 左右，总厚度大于 60m。在濮阳境内，含水层底板埋深在 260450m，岩性为中细砂、粉细砂，厚度 60m，单井涌水量 15002500m3/d。郑州境内，深层含水层
8、顶板埋深 50100m，底板埋深 300380m。单井涌水量10002000m3/d;含水层岩性主要为中砂、中细砂、中粗砂，局部为砂砾石层，厚度一般为 50100m。开封境内含水层底板埋深200450m，中牟以北至开封一带，砂层厚度 40m，单井涌水量大于 2500m3/d。由中牟大孟至开封半坡店，砂层厚度 2535m，单井涌水量 15002500m3/d，渗透系数 47m/d。 1.3 地下水资源概况 黄河影响宽度在黄河南岸 20km 以内，在黄河北岸为1326km，循环深度小于 350m。黄河下游河南段天然状态下总侧渗量枯水年份约 2.5 亿 m3，平水年 3.3 亿 m3，丰水年 4.5
9、5.1 亿m3。浅层含水层多年平均地下水资源补给量 28.35 亿 m3/年，平均补给模数为 29.20 万 m3/km2年。在 75% 保证率下，浅层地下水补给资源量为 26.08 亿 m3/年，平均补给模数为 26.86 万 m 3/km2年，分别比多年平均值减少了 2.63 亿 m3/年，2.41 万 m3/km2 年。在现状水资源开发利用条件不发生很大变化的前提下，浅层地下水可开采资源量为 19.41 亿 m3/年，占多年平均补给资源量的 62.30%，平均可开采资源模数为 19.99 万 m3/km2。浅层水储存量为 522.41 亿m3，深层弹性释水量为 7.07 亿 m3，允许开
10、采量 24.64 亿 m3/年，平均允许开采资源模数为 25.35 万 m3/km2年。 2 黄河影响带系统地下水库类型及其特征 根据研究区地下水环境地质条件，地下水库划分为滩地型、背河洼地型、决口扇型及复合型 4 类（见表 2） 。 表 2 各类地下水调蓄库分类调蓄库位置调节方式面积/km2 总库容/万 m3 调节库容/万 m 滩地型原阳县官厂-包厂长垣县总管-芦岗中牟县东漳开封袁坊-刘店荥阳市王村滩温县黄河滩黄河水入渗降水入渗100 50 120 200 40 50170950 65475 129900 175000 43600 6300040950 20475 45900 75000 1
11、5600 23000 背河洼地型原阳县祝楼-原武封丘县荆隆宫濮阳李子园濮阳习城-徐镇渠渗补给黄河水入渗降水入渗 100 50 80 80170950 65475 91200 7920040950 20475 25200 25200 决口扇型中牟县赵口-东吴引黄渠渗退水回渗降水入渗 10010900039000 复合型郑州市北郊黄河水入渗降水入渗灌溉回渗 357294646140551 2.1 滩地型 黄河桃花峪之下，左右两岸大堤间距一般大于10km，在大堤与河体间分布有宽 1.56.5km 的河漫滩，地表岩性以粉土为主。在有利地段含水层厚度大、颗粒粗，可作为地下水调蓄库。其含水层由上更新统、全
12、新统中砂、中细砂，局部为中粗砂含砾组成。含水层厚度在原阳滩地最大，达 80m；其它地段最薄处也有 50m，渗透系数一般在 1025m/d，单井涌水量大于3000m3/d，地下水化学类别为 HCO3 型，矿化度为 0.51.0g/l。滩地段调蓄库，具有地下水库容大，对农业、渔业和生态环境影响小，有利于黄河水转化和大气降水入渗补给，水交替速度快等特点。是最为理想的调蓄库。 2.2 背河洼地型 背河洼地分布于大堤背河侧，呈条带沿大堤分布，为筑堤取土和黄河背堤侧渗所致，表现为微凹的负地形，部分积水，在古河道经过的地段，含水层厚度大、颗粒粗，可作为良好的地下水调蓄库。该类型主要分布于黄河北岸，原阳、封丘
13、一带，含水层岩性为上更新统、全新统中砂、中细砂，渗透系数 1025m/d，单井涌水量 3000m3/d 左右；濮阳一带含水层岩性为上更新统、全新统细砂、粉砂，单井涌水量15002000m3/d。地下水补给除大气降水外，引黄灌溉回渗和黄河“居高临下”的侧渗也是重要的补给来源。补给源丰富，水位埋藏浅、径流不畅，地下水主要以蒸发形式排泄。运用此类地下水库进行调蓄，地下水位的适当降低，可以减轻或消除土壤盐渍化对农业的危害，减轻黄河大堤地震液化灾害，对大堤安全有利。 2.3 决口扇型 中牟县赵口-东吴之间，为黄河多次决口扇区，地表沙丘起伏、农业开采量小，北部有赵口引黄渠及原运粮河，地势低洼，积水严重，有
14、利于地下水的入渗。引黄灌溉期，灌溉退水多汇集于此，补给水源充沛。含水层岩性为上更新统、全新统的中砂，厚度 50m，是有较大调蓄空间，是建立地下水调蓄库的理想场所。此区域降低地下水位对农业影响较小，但对中牟县人工湿地有影响。可作为季节性地下水调蓄库。 2.4 复合型 郑州北郊位于黄河漫滩和背河洼地带、同时此段也存在多期决口扇，底板埋深 80m 以上的浅层含水层，由上更新统、全新统中砂、细砂、中粗砂组成，厚度3050m，空间展布稳定，透水性好，水量丰富，近河地带单井涌水量大于 3000m3/d，与黄河水力联系密切，补给强烈，同时还接收大气降水和引黄灌溉回渗的补给，属复合型地下水库。有计划的利用调节
15、库容，可以扩大水源地开采规模，不会造成地下水资源枯竭，黄河滩地中抽水淤堤形成的坑塘、低洼带较多，可以用来人工补源，增加地下水资源量。该地下水库距郑州市区不足 20km，具有良好的开发利用前景。 3 地下水库保护 黄河影响带岸边地下水开发利用有许多优点，但对地质环境的影响不容忽略。如黄河两岸地下水埋藏浅，种植业、渔业发达，地下水开采可能造成沿黄地带湿地萎缩，土地沙化、渔塘水渗漏加剧，从而对生态环境和农、渔业产生影响等。地下水库的兴建，可以缓解和避免以上主要环境地质问题的发生，但拟建水库区实施过程中可能发生一些新的负面环境效应，尤其是地下水库区的污染源及产生污染的潜在危险3。因此，需对地下水库实施
16、保护：(1)在黄河影响带拟建地下水库时，要特别注意水环境状况，应坚持与水源地开发保护相结合，与湿地保护相结合，与悬河治理相结合；(2)建立水源地和地下水库保护区，在保护区内禁止向地表水体排放任何超标污水，保护区内的污染企业应搬迁至区外，不得设置粪坑、垃圾堆等污染源，不得破坏深层土体，消除一切可能导致地下水受到污染的因素；(3)黄河大堤之下及其两侧、浅层分布有全新世粉土、淤泥质土、粉细砂以及决口口门等、地下水开采、水位下降可能会造成地面沉降，从而危胁大堤的安全。实践证明，水源地开采井距黄河大堤的距离应大于 1000m；(4)应加强水库补给水源的监测，建立环境质量监测系统，对沿黄地段及地下水库周边的环境进行监测，及时了解黄河水质的变化情况，制定预防和解决补给水源污染的方法和措施。 参 考 文 献： 1刘昌明，等.黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理研究和进展M.郑州：黄河水利出版社，2001. 2王留荣.黄河是中国心腹之患A.安芷
