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水利工程论文-黄河下游影响带地下水库的基本特征.doc

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水利工程论文-黄河下游影响带地下水库的基本特征.doc

水利工程论文黄河下游影响带地下水库的基本特征摘要本文论述了黄河下游影响带(河南段)的水文地质特征,根据含水层的结构划分为浅层和深层含水层组,并给出了研究区地下水补给资源量和可开采资源量。黄河影响带含水层具有巨大的储水空间和良好的调节能力,是一巨大的地下水库。本文将地下水库划分为滩地型、背河洼地型、冲积扇型和复合型4种类型,并分别论述了各类地下水库的分布、补给特点和调蓄能力,提出了12处地下调蓄水库的有利地段,初步计算地下水库总库容为139.54亿m3,调节库容51.23亿m3,最后论述了地下水库开发和保护措施。关键词黄河影响带地下水库库容调节库容黄河是中国西北、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Ⅴ类水质,以下为Ⅳ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3~8m,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45~69m约100m130~140m封丘县长垣县濮阳县74~101m110m80~120武陟县浅层含水层底板埋深45~69m,原阳县100m左右,封丘县74~101m,长垣县95~110m,濮阳80~120m,郑州65~80m,开封县最深达130~140m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3000~5000m3/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20~50m/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15~25m/d。(2)富水区(单井涌水量1000~3000m3/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8~15m/d。(3)中等富水区(单井涌水量500~1000m3/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5~8m/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100~170m,岩性为中细砂、粉细砂,渗透系数8~15m/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1000~3000m3/d。封丘县境内,含水层底板埋深340~412m,岩性以细砂、粉砂为主,总厚度50~110m,渗透系数2~10m/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260~450m,岩性为中细砂、粉细砂,厚度60m,单井涌水量1500~2500m3/d。郑州境内,深层含水层顶板埋深50~100m,底板埋深300~380m。单井涌水量1000~2000m3/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50~100m。开封境内含水层底板埋深200~450m,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25~35m,单井涌水量1500~2500m3/d,渗透系数4~7m/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13~26km,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4.5~5.1亿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m3/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黄河水入渗降水入渗10050170950654754095020475岗中牟县东漳开封袁坊刘店荥阳市王村滩温县黄河滩1202004050129900175000436006300045900750001560023000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10050808017095065475912007920040950204752520025200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3572946461405512.1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1.5~6.5km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10~25m/d,单井涌水量大于3000m3/d,地下水化学类别为HCO3型,矿化度为0.5~1.0g/l。滩地段调蓄库,具有地下

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