（水利工程专业论文）甘肃省引大入秦工程秦王川南部灌区地下水动态分析研究.pdf

独创性申明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重中明：本人所呈交的学 位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知， 除特别加以标注和致谢的地方外论文中不包含其他人的研究成果。与我 一蚓1 二作的i 司志对本文所论述的1 ：作的任何贡献均已任论文巾作，明确的 说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担切相关责任 糙冬 论文作者签名：劲口华年，d 月三1 日 保护知识产权申明 本人完全了解西安理工大学有关保护知识产杖的规定即：研究生在 校攻读学位期问所取得的所有研究成果的知识产权属西安理工大学所有。 本人保证：发表或使用与本论文相关的成果时署名单位仍然为西安理工大 学，无论何时何地，未经学校许可决小转移或扩散号之相关的任何技术 或成果。学校有权保留本人所提交论文的原件或复印件允许论文被查阅 或借阅；学校可以公布本论文的全部或部分内容可以采用影印、缩印或 其他手段复制保存本论文。 ( 加密学位论文解密之前后以上申明同样适用) 论文作者签名：迭生堑 导师签名： f 瑶月r 一日 7 j 摘要 学 导 甘肃省引大入秦工程 秦王川南部灌区地下水动态分析研究 科：水利工程 师：解建仓教授 张潜高工 作者：朱中华 答辩日期：2 0 0 4 1 0 摘要 引大( 大通河) 入秦( 秦王川) 灌溉工程是甘肃省的一项跨流域大型调水下程， j ：程位于兰州市以北，地跨永登、皋兰、白银和景泰四县，流域面积约2 8 0 0 k m 2 灌 区主要集中在秦王j i l 盆地境内，是甘肃省中部干旱地区之一。该。【程设计流量为 3 2 m ”s ，加大流量3 6m 3 s 。按设计水平工程建成后，每年可从大通河引水4 4 3 亿 m = 。，实施节水灌溉后，有效灌溉面积将达到9 7 9 7 3 万亩，这将从根本上改变秦王 川地区的面貌。同时，随着灌区工程的逐步实施与全面配套，将大大改变灌区现状 水资源利用格局，这些变化必将引起地j f 水资源构成的改变，从而引起灌区生态环 境的变化。 本文通过收集秦王j i i 南部灌区地质和地下水水文资料，结合灌区水文地质勘察 一作，查明灌区水文地质现状，并结合勘探、现场及室内试验进行水文地质勘察， 进一步查明灌区的气候、水文、地形地貌、区域地质及水文地质特征通过对地下 水补给系数、灌溉入渗、潜水蒸发等的研究，分析灌溉入渗、潜水蒸发对地下水补 给的影响；在依据水量平衡原理的基础上对灌区地下水资源进行均衡计算和评价， 井分析地f 水的动态变化规律，而且研究区域地表、地下水相互转化关系，建立地 表、地下水联合调度模型，预测灌区在现状和规划条件下的地下水运移规律预报 土壤盐溃化可能发生的区域及规模以提供治理秦王川南部土壤次生盐渍化的理论 依据。 关键词：南部灌区地下水均衡计算动态分析 墨墨堡三垄芏垄芏兰堡翌主主兰芏竺垄查 s t u d yo nt h ed y n a m i ca n a l y s i so fg r o u n d w a t e ri ns o u t h i r r i g a t i o nd i s t r i c to fy i n d a r u q i np r o j e c t s u b j e c t ：w a t e rc o n s e r v a n c y e n g i n e e r i n g a u t h o r ： z h u z h o n g h u a a d v i s o r ：p r o f x i e j i a n c a n g s e n i o re n g i n e e r ：z h a n g q i a n d e b a t ed a t e ：2 0 0 4 1 0 a b a s t r a c t y i n d a r u q i ni r r i g a t i o np r o j e c tjs al a r g es c a l ed i v e r t e dw a t e rp r o j e c t ， l o c a t e si nn o r t ho fl a n z h o u c i t y g a n s up r o v i n c e ，a n di t si r r i g a t i o n d ls t r ic tis m a i n l yc o n c e n t r a t e di n0 i n g w a n g c h u a nh a s i n w i t h2 8 0 0 k m 2 d r a i n a g ea r e a t h ed e s i g nr u n o f fis 3 2 m 3 s a c c o r d i n gt ot h ed e s i g n a r r a n g e m e n t ，0 - 4 4 3b i i l i o nc u b i cm e t e rw a t e rw i l lb ed i v e r t e dp e ry e a r a f t e ri m p l e m e n t i n gw a t e r s a v i n gi r r i g a t i o ni nt h i sa r e a ，9 7 9 7 3t h 。u s a n d m ui r r i g a t i o na r e aw i l lb ea v a i l a b l e ，t h e w a t e r s h o r t i n gs i t u a t i o no f q i n g w a n g c h u a nb a s i nw i l lb eg r e a t l yc h a n g e d ，t h es t a t u sq u oo fw a t e r r e s o u r c e su t i l iz a t i o na n de c o e n v i r o n m e n ti nt h i sa r e aw i l lb e i m p r o v e d i nt h ep a p e r ，h y d r o l o g ic a l g e o l o g ys t a t u sq u o ，c l i m a t e ，h y d r o l o g y ， t o p o g r a p h ya n dl a n df e a t u r e ，g e o l o g i ca n dh y d r o g e o l o g i ci nt h ei r r i g a t i o n d is t r i c ta r ei l l u m i n a t e do nt h eb a s eo fc o l l e c t i n gt h e h y d r o l o g i c a la n d g e o l o g i c a ld a t ao ng r o u n d w a t e ri ns o u t ho fq i n g w a n g c h u a nb a s i n ，s u r v e y i n g t h eg e o l o g ya n de x p e r i m e n t i n gb o t ho u t d o o ra n di n d o o r b e s i d e s ，t h e i m p a c t o ft h ei r r i g a t i o nl e a k a g ea n dw a t e rt a b l ee v a p o r a t i o no ng r o u n d w a t e rs u p p l y isa n a l y z e d b a s e do nt h eb a l a n c ep r i n c i p l eo fm a t e r ，b a l a n c e c a l c u l a t i o na n d 西安理工大学大学工程硕士专业学位论文 e v a l u a t i o no fg r o u n d w a t e rr e s o u r c e sa n d t h ed y n a m i cv a r i a t i o nr u l e sa r e a n a l y z e d ，m o r e o v e r au n i t e dm a n i p u l a t i o nm o d e li se s t a b l is h e d s o i t s p o s s i b l et of o r e c a s tt h ed y n a m i cm o t i o nr u l eo fg r o u n d w a t e r ，t h er e g i o na n d s c a l eo ft h es a l i n es o i lo c c u r r e d a n dt os t u d ys e c o n d a r ys a l i n es o i li ns o u t h o fq i n g w a n g c h u a nb a s i nb a s e do nt h et h e o r yo f f e r e di nt h ep a p e r 【k e yw o r d s 】s o u t hi r r i g a t i o nd i s t r i c t ，g r o u n d w a t e r ，b a l a n c e c ec a l c u l a t i o n ， d y n a m ica n a l y s i s l 绪言 1 绪言 1 1 研究背景及意义 引大( 大通河) 入秦( 秦王川) 灌溉工程是甘肃省的一项跨流域大 型调水工程，将水量丰沛的大通河水跨流域调至秦王川地区的自流灌 溉工程，总干渠从甘肃省天祝县境内的天堂寺渠首引水，全长8 6 8 1 k m ， 设计流量为3 2 m 3 s ，加大流量3 6 m 3 s 。按设计水平工程建成后，每年可 从大通河引水4 4 3 亿m 3 ，实施节水灌溉后，有效灌溉面积将达到9 7 9 7 3 万亩“，这将从根本上改变秦王川地区的面貌。同时，随着灌区工程 的逐步实施与全面配套，将在兰州北部形成一条绿色屏障，对改善兰州 的小气候和减缓环境污染具有一定的生态效益。 随着引大入秦工程灌区工程的逐步实施与配套，灌溉面积在逐年增 加，经济和社会效益日益明显，在整个灌区发挥效益的同时，灌溉回归 水不断地入渗补给地下水，地下水自北向南运移，受盆地南部当铺一带 基底隆起和粘土层的阻隔，地下水排泄不畅，使得灌区南部低洼沟槽地 带的地下水位显著上升，在沟槽的下游段出现沼泽和湿地，上游段导致 了土壤的次生盐渍化，且土壤次生盐渍化的范围有不断扩大的趋势，严 重影响了工程效益的正常发挥。为此，进行该研究项目，分析研究地下 水变化规律，以提供治理秦王川南部土壤次生盐渍化的理论依据。 1 2 国内外研究现状 区域地下水资源评价分析方法有多种，其中水均衡分析方法较为简 单，水均衡法是通过建立水量平衡方程式，并测定方程式中有关的收入 项和支出项，来评价地下水资源量的方法，适用于大面积地下水资源评 价。多年均衡法的基本思想是将地下水含水层作为一个多年调节的地下 水库，根据水量平衡原理，按照与地面水库相似的方法，进行多年调节 l 西安理工大学大学工程硕士专业学位论文 计算，确定地下水库的库容和最低静水位1 。 多年水均衡法通常按行政区域、用水特点和水文地质特性将研究区 划分为若干个子区，采用将地面水与地下水既割裂又联系的两步计算方 法：首先假设各子区间边界为不透水层按水量平衡原则计算其地面 地下水的垂直交换量；再打开各子区边界，认为其是透水层，这样各予 区地下水位间则有了水位差，按达西公式计算其时段内的水平交换量。 该方法简单实用，在流域水资源规划中经常被采用。 水均衡方法的计算结果可以反映整个均衡区的平均情况，但若区域 内含水层存在明显的非均质性、均衡体的补给或排泄的时空分布并不均 匀、或评价的目标需要了解掌握区域内水分的空间分布规律及动态变化 过程时，水均衡法则难以给出令人满意的答案。此时，应借助于数值分 析的研究方法进行地下水资源评价，数值法是随着电子计算机的出现而 发展起来的，现已应用十分广泛，从理论上讲它是渗流偏微分方程的一 种近似解，但是该方法实际应用中完全可以满足精度要求，它可以解决 许多复杂条件下水资源评价问题。常用的数值法有有限单元法和有限差 分法两种。 有限差分法是一种古典的数值计算方法。随着电子计算机的产生与 发展，它已广泛地应用于地下水流动问题的计算中。其基本思想是：用 渗流区内有限个离散点的集合代替连续的渗流区，在这些离散点上用差 商近似地代替微商，将微分方程及其定解条件化为以未知函数在离散点 上的近似值为未知量的代数方程( 称之为差分方程) ，然后求解差分方程， 从而得到微分方程的解在离散点上的近似值l j qj 。 有限单元法是求解偏微分方程定解问题的一种有效的数值方法，它 的基本思想虽然早在本世纪4 0 年代就已经提出，但当时并没有引起人们 的重视。随着电子计算机的出现和发展，有限单元法已经能够成功地用 来研究和解决各种领域的许多问题，如地下水流动问题和水动力弥散问 题等。与差分法相同，用有限元法求解地下水流动问题时，也是通过区 1 绪言 域剖分和插值方法将描述地下水流动的定解问题化为代数方程组进行求 解的。依据建立代数方程组的途径不同，有限单元法又分为迦辽金法和 里兹法。 1 9 9 4 年，甘肃省引大入秦工程指挥部委托甘肃省水利水电勘测设计 研究院开展引大入秦工程秦王川灌区盐渍化预测边界地质条件勘查工 作，并于1 9 9 4 年1 2 月完成了甘肃省引大入秦工程秦王川灌区盐渍化 预测边界地质条件勘查报告。从1 9 9 3 年3 月开始，甘肃省水利科学研 究院对引大八秦灌溉工程秦王川灌区土壤盐渍化进行预测研究，分析引 灌后灌区地下水位、水质动态，并对灌溉方式和排水方案提出合理建议， 于1 9 9 9 年1 2 月完成了引大入秦工程秦王川灌区水盐动态预测及土壤 盐渍化防治对策研究。 1 3 研究内容及总体目标 该项研究的总体目标是对设计运行方式下灌区的地下水位及土壤盐 渍化变化范围进行预测、预报，提出地表水、地下水联合调度情况下的 优化灌排方案，为灌区排水系统的设计提供科学依据。研究的主要内容 为： 根据水文地质特点划分研究单元； 灌溉、降雨对地下水补给系数的研究： 建立现场蒸发渗漏试验观测场，进行灌溉入渗、潜水蒸发研究。 研究区域地表、地下水相互转化关系； 建立地表、地下水联合调度模型； 对现状和设计运行方式下的灌区水盐动态进行预测，预报土壤盐 渍化可能发生区域及规模。 提出合理可行的灌排方案。 西安理工大学大学工程硕士专业学位论文 1 4 研究方法 针对上述研究内容及研究目标，确定研究方法如下：灌区的相关参 数是采用现场直接测定与典型土样室内试验相结合的方法；灌溉、降雨 对地下水补给系数的研究采用等埋深叠加法；现场蒸渗试验在野外蒸渗 场进行，观测裸地及作物种植情况下的灌溉入渗、潜水蒸发，分析灌溉 入渗、潜水蒸发对地下水的补给情况。地下水研究方法是将各个水文地 质单元相互转化关系采用小区均衡原理，将地面水与地下水既割裂又联 系的两步计算，再利用水量平衡原理进行分析计算，计算各节点的地下 水位。 2 基本情况 2 基本情况 2 1 灌区概况 2 1 1 引大入秦工程概况 为了彻底改变甘肃省秦王川地区农业生产水平低下和农村经济落后 的面貌，解决本地区工农业生产和群众的生活用水问题，1 9 8 6 年，经国 家计委批准，利用世界银行贷款进行引大入秦工程建设。工程原设计年 引水量4 4 3 亿m 3 ，其中农业供水量3 8 6 亿m 3 ，农村生活供水0 1 4 亿m 3 ， 其它供水o 4 3 亿m 。，灌溉面积9 7 9 7 3 万亩。该项目工程于1 9 7 6 年甘肃 省批准立项，同年开工兴建，1 9 8 1 年缓建，1 9 8 7 年全面复工建设，1 9 9 1 年该项目列为国家重点建设项目。1 9 9 5 年1 0 月主体工程基本建成，2 0 0 0 年工程供水能力已达到设计标准，至2 0 0 2 年底，分干渠以上供水工程控 制灌溉面积达到9 7 9 7 3 万亩，工程总投资为2 9 3 4 亿元，己完成投资 2 4 4 3 6 亿元，累计拨付建设资金2 4 4 3 5 亿元。 引大入秦工程是将大通河水跨流域调至兰州市以北7 0 k m 处的秦王川 地区的一项大型自流灌溉工程，建筑物繁多且以隧洞群为主要特点，线 长点多。工程包括引水枢纽、总干渠及东一、东二2 条干渠，渡槽3 8 座， 倒虹吸3 座，另有支渠4 5 条( 见附图一1 引大入秦工程平面布置图) 。渠 道合计总长2 0 7 k m ，有隧洞7 1 座，总长l o k m ，其中l k m 以上的有3 l 座。 总干渠从甘肃省天祝县境内的天堂寺渠首引水，全长8 7 k m ，其中隧洞3 3 座，长7 5 1 4 k m ，设计流量为3 2 m 3 s ，加大流量3 6 m 3 s 。总干渠到香炉山 后设总分水闸，将水分至东一干渠、东二干渠。东一千渠全长5 9 3 8 k m ， 设计引水流量4 m 3 s ，东二干渠全长6 3 0 3 k m ，设计引水流量1 8 m 3 s ，加 大引水流量2 1 5 m 3 s 。 西安理工大学大学工程硕士专业学位论文 2 1 2 秦王川灌区概况 a 自然概况 ( 1 ) 地理位置 秦王川盆地位于兰州市西北部约7 0 k m 处，是引大入秦工程的主要 灌区，隶属于永登县和皋兰县。海拔高程1 8 9 0 2 3 0 0 m ，地形由北向南倾 斜，地面总体坡降l 8 0 1 1 0 0 。地理坐标为东径1 0 3 。3 0 1 0 3 。4 5 ， 北纬3 6 02 0 3 6 0 5 0 ，盆地南北长4 2 k m ，东西宽l o 1 2 k m ，面积约 5 0 4 k m 2 。区内交通便利，有兰州一秦川一景泰、秦川一永登、秦川一皋兰 等主干公路贯穿全境，纵横交错的乡间便道遍布全区。中川机场位于秦 王川盆地西南边，有高速公路可直达兰州，从机场向西2 4 k m 与国道相接 可到永登。 ( 2 ) 气象 秦王川盒地地处甘肃省中部冷温带亚干旱区，气候干燥，降雨量稀 少，蒸发强烈，属典型干旱大陆性气候。据永登气象站与中川气象站实 测资料表明，多年平均降雨量2 4 0 2 9 0 m m ，且多集中在七、八、九三个 月，该三个月的降雨量占全年降雨量的5 7 - - 6 2 ；多年平均蒸发强度为 1 8 7 9 7 m m ，而5 8 月份蒸发量最大：多年平均气温5 9 c ，年最高气温 3 4 4 c ，极端最低气温一2 8 1 。按风向频率计算该地区终年盛行西北风， 多年平均风速2 3 m s ，最大风速2 0 m s ：日照时数多年平均值为2 6 5 5 2 h ； 每年十一月上旬开始出现冻土，十二月和次年一月冻土深度持续增加， 最大冻土深度可达1 4 6 m ，至次年二月下旬或三月上旬冻土全部融解。 ( 3 ) 水文 盆地内无常年性地表径流，只有在降雨集中的季节，降暴雨时才能 形成暂时性洪流并汇集于低洼的沟槽中，但一般情况下又很快消耗于渗 漏和蒸发，降雨较大时才能形成向盆地外泄的洪流。在贫地南部出口的 当铺村一带的低洼沟槽中，地下水溢出地表呈面流状向下游汇集形成常 2 基本情况 年性沟谷溪流，沿李麻沙沟向外排泄。历年来，随着灌区工程的逐步配 套和灌溉面积的增加，沟谷的排泄量亦在逐年增长，如1 9 9 4 年、1 9 9 6 年和2 0 0 2 年分别测得沟谷溪流流量分别为3 1 9 5 0 7 m 3 d 、9 9 9 7 3 4 m 3 d 、 1 3 8 9 6 m 3 d 。 b 地形地貌 r q 1 ( 1 ) 地形 秦王川箍地从地形地貌上看属于乌鞘岭褶皱山蛉南侧的边缘低山 区，其东、西、南三面被低缓的黄土丘陵所环抱，相对高出盆地4 0 6 0 m ， 盆地南北长4 2 k m ，东西宽1 0 - - 1 2 k m ，面积约5 0 4 k m 2 。盆地地形自北向南 倾斜，地面坡降l 8 0 1 1 0 0 ，海拔高程2 3 0 0 1 8 9 0 m 。盆地内主要为冲 洪积平原所占据，笳地中部断续分布有长数公旱，宽0 5 2 k m ，相对高 出冲洪积平原5 2 0 m 的第三系基岩山梁，呈垄岗状，南北向展布。以黄 茨滩一秦川一尖山庙梁为界，将盆地分为东、西两个宽阔的南北向冲洪 积平原。东侧平原区地面高程自2 2 5 7 m 降至1 8 8 0 m ，地形坡降为1 左右， 南北长3 8 4 0 k m ，东西宽2 7 k m ；西侧平原区地面高程由2 2 7 4 m 降至 1 8 8 0 m ，地形坡降为0 8 1 ，向南部发育有相对低于平原区3 6t i l 的宽 浅沟谷，一般宽2 0 0 6 0 0 m ，地面坡降0 8 1 。由于历年的人工压砂造 罔活动，盆地内广布直径j l o m ，深4 9 m ，在地下横向延伸数十米甚 至几千米的砂井、砂巷，这些都是良好的雨洪水渗漏通道。 盆地南部及东南部有李麻沙沟、姚家川沟、西岔沟及槽沟四个外通 沟道，各沟道均呈“u ”型，地面坡降0 5 1 。其中李麻沙沟沟道区为 主要的地下水通道，从芦井水到上下盐池段沟谷宽3 0 0 6 0 0 m ，纵坡0 8 1 ，从盆地南端出口溢出的地下水长期冲蚀切割，已在该段沟谷区形成 有固定沟槽，沟槽深2 5 ，宽3 8 m ，最宽达1 0 1 5 m ，沟槽位于沟谷 中部，两侧台地向沟槽倾斜。其中芦井水一红湾段广布鱼塘。上盐池到 刘家湾段沟谷宽2 0 0 4 0 0 m ，地面坡降0 3 o 5 ，地势平缓，沟谷溪流 呈股状向下游排泄，盐田部分地段呈面流状；刘家湾以下段沟谷宽4 0 0 西安理工大学大学工程硕士专业学位论文 7 0 0 m ，沟谷台地平整，地面坡降o 5 o 8 ，溪流水有固定沟槽，沟槽宽 5 l o m ，最宽处达1 5 m ，位于沟谷右岸，近年来人们进行过多次清淤，沟 槽深度逐渐加深，一般深4 6 m 。 ( 2 ) 地貌特征及地貌分区 区域地质构造，特别是晚近期的构造运动造就了区内地貌的基本轮 廓，而近期干旱气候条件下的外营力作用塑造了现代地貌形态。根据地 形、地质及地貌特征，可将地貌单元划分为五大区十个亚区( 见附图一2 ， 秦王川灌区南部水文地质分区图) 。 c 社会经济“1 工程供水区共涉及2 3 个乡镇。据2 0 0 2 年统计，现状总人口为3 9 6 3 万人，其中农业人口3 7 6 万人，城镇人口2 0 3 万人，另有移民5 4 7 万 人。还有大牲畜2 1 7 万头，小牲畜3 5 2 1 万头。2 0 0 2 年乡镇企业总产值 达到1 1 1 2 4 亿元，农民人均纯收入1 8 0 0 元，粮食平均亩产由通水前的 6 0 k g 提高到3 5 0 k g ，人均占有粮食达到5 5 0 k g ，靠天吃饭已成历史，供水 区绝大多数人己解决温饱。 现已安置移民5 4 7 0 3 人，占原计划的6 8 4 ，灌区移民的生活水平也 得到了不同程度的提高，到2 0 0 2 年底，人均占有粮食由移入灌区前的 1 5 0 k g 提高到3 1 0 k g ，人均纯收入由3 8 0 元增长到8 5 0 元，人均住房面积 由7 5 m ! 增加到1 5m 2 ，大多数移民基本实现了“一年搬迁、三年定居、 五年解决温饱”的目标。 2 2 秦王川灌区水文地质条件 2 2 1 盆地的水文地质边界条件 a 盆地的隔水特征 秦王川盆地的北部及东北部以寒武一奥陶系的片岩为主要岩性，岩 体本身不透水，东、西、南三面均由上第三系砂质粘土岩或粘土岩组成， 2 基本情况 亦属不透水层，因此盆地周边的基岩具有良好的隔水性能；而盆地基底 以第三系地层为主，局部分布白垩系地层，第三系基岩岩性主要为粘土 岩、砂质粘土岩、砂砾岩、粉砂岩和砂岩，除深部的砂岩、粉砂岩略含 水而微透水外，粘土岩、砂质粘土岩属不透水层。盆地东北部的基底为 白垩纪砂岩及杂色泥岩、砂砾岩，属不透水不含水岩层。就水文地质特 征来说，秦王川盆地的基底具有良好的隔水性能。 第三系基底地形特征以丘陵状地形为主，并以断头山一红井槽一五 道岘一尖山庙粱为界，将盆地基底分为东西两大古沟槽，古沟槽呈“u ” 字型。中部的分水岭北窄南宽，高程自北而南逐渐降低，由2 2 3 9 6 m 降 至1 9 0 0 m ，高差达3 3 9 6 m 。黄茨滩以北有近东西向的小洼槽，该小洼槽 向西与西古沟槽连通，向东与东古沟槽连通。东古沟槽分布在解放村一 甘露池一砂梁坡一五墩子一西岔沟一线，古沟槽自北向南由窄变宽。解 放村一砂梁墩段宽2 5 0 5 0 0 m ，谷深1 5 2 5 m ；基底坡降0 7 l _ 5 4 ； 砂梁墩一西岔沟段谷宽8 0 0 1 0 0 0 m ，谷深小于2 0 m 。东古沟槽在砂梁墩 以南又分为两支：东支顺盆地东缘而下，部分与大槽沟相连，部分向下 延伸与主沟槽汇合，谷底宽2 0 0 2 5 0 m ，谷深一般小于1 5 m ，基底坡降 o 7 1 2 2 ；西支经陶家墩一中川一带向南延伸，谷底宽一般小于5 0 0 m ， 谷深l o 1 5 m ，坡降0 7 1 2 2 ，周家庄一带向南古沟槽不甚明显。 西古沟槽沿双龙泉一下古山一上井滩史喇口西槽一当铺一线展 开，谷底一般宽3 0 0 5 0 0 m 。自北而南有三处谷底较窄，涝池滩以北、 陈家井以北段及史喇口附近，谷底宽2 0 0 - - 3 0 0 m ，谷深一般1 5 2 0 m ，古 沟槽狭窄段谷深可达2 5 3 0 m 。西古沟槽东北通黄茨滩以北的小洼槽， 向南在陈家井一带与东部黄茨滩一红井槽一陈家井一支汇合而变宽，宽 达8 0 0 1 0 0 0 m ，谷深一般5 1 5 m 。而谷底在黄茨滩以北呈较窄的u 字型， 宽2 0 0 2 5 0 m ，坡降在下红井槽以北为1 1 4 ，往南为1 3 1 4 。史喇 口当铺一带坡降为0 5 0 7 。 盒地南部及东南部存在李麻沙沟、西岔沟、大槽沟及姚家川沟四个 西安理工大学大学工程硕士专业学位论文 基岩沟槽通向盆地外，各沟道的基底形态均呈u 字型沟宽1 5 0 4 0 0 m 沟槽深5 l o m ，坡降0 7 1 5 4 。 b 第四系相对隔水屡及包气带透水层的水文地质特征 ( 1 ) 第四系相对隔水层 盆地南部及李麻沙沟沟道内，分布有较多的粉质粘土和粘土，厚3 5 m ，渗透系数小于0 0 l m d ，属极微透水层，可视为相对隔水层，而在 周家梁一何家梁一中川以南地区、宽沟槽及史喇口一带分布的粉质壤土、 砂壤土，单层厚度一般小于5 m ，渗透系数0 1 o 5 m d ，属弱透水层， 亦可看作相对隔水层。 ( 2 ) 含水层 镐地内地下水除北部寒武一奥陶系基岩裂隙水及盆地基底的第三系 碎屑岩裂隙孔隙水之外，主要为冲洪积平原区的孔隙潜水，其含水层主 要是砂( 砾) 碎石、砾砂、细砂。砂( 砾) 碎石层属细砾堆积，主要分布在 东、西两大古沟槽区。在西古沟槽的史喇口以北地区，东古沟槽的何家 粱、中川以北地区颗粒较粗，而以南区域则颗粒较细。含水层的厚度除 在西古沟槽的史喇口以北，东古沟槽的中川i 以北达5 8 4 m 外，其余各 处一般为3 5 m 。对各类含水层所做的钻孔抽水试验和注水试验成果统 计结果如表2 一l ”。 ( 3 ) 包气带透水层 盆地第四系包气带具有厚度大，结构复杂的特点，其渗透性能直接 影响着灌溉入渗水对地下水的补给过程。包气带透水层岩性以砂( 砾) 碎石为主，砂( 砾) 碎石为细砾堆积。此外还有含砾砂、砾质土、砂壤 土、壤土等，各透水层的试验成果统计结果见表2 2 ”1 。 从统计结果来看，含水层和包气带岩土层的渗透性总体特征为：砂 ( 砾) 碎石层渗透系数在9 3 6 3 1 1 4 m d 之间，属较强透水层，含砾砂 渗透系数在7 5 8 1 i 3 8 m d 间，属中等透水层，含土砂碎石渗透系数为 0 8 3 1 6 8 m d ，砾质土渗透系数在2 4 4 6 6 2 m d 间，均属中等透水层， 2 基本情况 壤土类土渗透系数小于l m d ，属弱透水层。 表2 - 1含水层渗透成果统计表 含水层岩 砂( 砾) 碎石 含砾砂细砂 含土砂碎石备注 性 试验方法 抽注抽注抽 注抽注 试验段次 1 2252l11 最小值 1 0 0 65 4 5 5 55 2 0 最人值8 3 7 61 2 1 7 2 7 1 7 5 5 算术平均 3 1 1 49 3 67 5 81 l3 874 5 1 5 816 8 值 注：表中渗透系数单位为m d 。 表2 - 2包气带岩性渗透系数成果表 岩性砂( 砾) 碎石侧含赶| 币鞴 砾员土 壤土 试验方法 注渗注 渗 注渗 注渗注渗 试燃 1 9 3 0 3274239 最0 值 2 4 61 9 41 7 735 ln4n2 7矗ln2 8 黜 4 7 5 1 8 4 1 64 8 81 3 l 3 48 1 52 0 1 算棒黼 1 n8 61 0 37742n 8 31 嬲6 晓o 8 705 3 2 2 2 盆地内地下水的分布特征 根据地质地貌条件有地下水的赋存形式，本区地下水分为基岩裂隙 水，第三系碎屑岩类裂隙孔隙水和平原区松散层孔隙水三大类型。基岩 裂隙含水层富水性差，主要分布于盆地北部周边，非主要研究对象，这 里不再赘述，下面仅介绍后两者。 a 第三系碎屑岩类裂隙孔隙水 该类型地下水可分为潜水和承压水两种类型。 ( 1 ) 第三系碎屑岩裂隙孔隙潜水 西安理工走学大学工程硕士专业学位论文 潜水主要分布于盆地中部呈南北向展布的黄茨滩一廖家槽一尖山庙 一何家梁一西槽东梁一线。因该带基岩相对较高，第四系松散层中含水 很少或几乎没有含水有少量的地下水赋存于第三系基岩风化层中，地 下水位埋深2 0 3 0 m ，含水层渗透系数小于0 5 m d 。第三系风化层潜水 与第四系松散层孔隙潜水关系密切，互为补排，构成统一的含水层。 ( 2 ) 第三系碎屑岩孔隙裂隙承压水 其承压含水层分布在盆地的中部和南部，含水层为上第三系中新统 咸水河组下部的砂岩或砂砾岩，含水层厚5 0 1 0 0 m ，水位埋深1 6 6 0 m 。 第三系孔隙裂隙承压含水层分布广泛，但多埋藏于盆地的中下部，其上 部的粘土岩基本上构成了区域性隔水顶板，与第四系潜水含水层无明显 的水力联系。 b 第四系松散层孔隙水 该类型地下水广泛分布于秦王川盆地平原区，主要含水层系为中上 更新统一全新统松散含水层系，据含水层性质可分为潜水含水层和承压 水含水层两类。 ( 1 ) 第四系松散层潜水 潜水含水层主要分布于东、西两大古沟槽中，盆地北部的山前洪积 物中办有分布，古沟槽以外的第四系地层中仅分布有厚度很薄的潜水含 水层，部分地带因基底相对较高而出现了第四系透水而不含水地段。 第四系潜水含水层的岩性、厚度及埋藏条件变化较大，可大致分为 以下几个区： 1 ) 东部古沟槽区 大致位于解放村一甘露池一五墩子中川一方家坡一线，其北端入 口为黑马圈河。在中川i 以北含水层为砂碎石，厚5 8 4 m ，渗透系数2 5 4 4 m d ，地下水位埋深由北部漫水滩的2 0 m 左右，向南至五墩子一带加深 至5 0 m 以上。再向南又逐渐变浅，至中川i 达3 5 m 左右，中川以南含水层 岩性以中细砂、砾砂为主，局部地段为砂碎石，含泥量高，厚度一般4 2 基本情况 l o m ，渗透系数1 3 2 7 m d ，地下水位埋深3 3 5 m ，由北至南逐渐变浅。 2 ) 西部古沟槽区 沿双龙泉一下古山一上井滩一史喇口一西槽一当铺一线展布。在引 大东一干以北，含水层岩性为砂碎石，厚度小于5 m ，渗透系数1 2 1 5 m d ， 地下水埋深1 8 4 7 m 。，e h 北向南逐渐加深。在引大东一干以南地区含 水层主要为中细砂、砂碎层，渗透系数也由大变小，由史喇口的2 5 3 0 m d 向南渐变为7 1 3 m d 。含水层厚度4 1 0 m ，由北向南逐渐增厚。地下水 位埋深3 3 7 m ，由北向南逐渐变浅，至盆地南部当铺村一带溢出地表。 3 ) 北部古沟道区 分布于瓮地北部的黄崖沟一达家东梁带，近东西向展布。含水层 岩性为砂碎石及第三系基岩风化层、厚度一般小于3 4 m ，地下水埋深3 1 4 m 。砂碎石渗透系数l o 1 5 m d ，基岩风化层渗透系数小于0 5 m d ”。 ( 2 ) 第四系松散层承压水 第四系松散层承压含水层主要分布在盆地南部当铺、隆号一。带及李 麻沙沟沟道区，含水层岩性为含砾中粗砂或粉细砂层，局部为砂碎石层， 隔水层为粉质粘土及粘土，含水层属多层结构，层次由北向南逐渐增多， 颗粒由粗变细。含水层厚度多小于5 m ，其中盆地南端出口处的z k 0 2 1 8 钻孔共揭穿了两层承压含水层，但总厚度不大，仅为5 m 。承压含水层的 顶板埋深在8 6 1 8 9 m 间，承压水位在盆地南部一般高出地表l 3 m ， 而在沟道内承压水位则低于地表1 3 m ，承压水的渗透系数一般为 1 7 9 7 2 8 m d ，属强透水层。 该承压水，特别是近地表承压水与其上部潜水的隔水层一般不稳定， 呈断续状或透镜体状分布，有些地段呈无压或半承压水，加之相对隔水 层中植物根孔的贯穿和“天窗”的存在，使上下水体水力联系密切，构 成统一的含水系统，可视为统一的多层界质潜水含水层。 西安理工大学大学工程硕士专业学位论文 2 2 3 地下水的补给、径流、排泄条件 a 补给 秦王川盆地地下水的补给来源主要有盆地北部山区基岩裂隙水和沟 谷潜流及盆地内降雨入渗、灌溉渠系水入渗和田间灌溉水入渗四类。 据此前冶金部勘察公司、甘肃省建筑工程局设计院及甘肃省水利水 电勘测设计研究院等单位完成的勘测资料，北部山区黑马圈河下游的解 放村沟谷段潜水的天然径流补给量为1 2 2 4 2 5 0 0 m 1 d ，四眼井沙沟双龙 泉沟谷段的天然径流补给量为l l o o m 。d ，黄崖沟沙沟的天然径流补给量 为2 5 9m d 。 秦王川盆地多年平均降水量为2 4 1 m m ，降水在时空分布上极为不均， 能够形成地表径流的降水很少，而为时短的降水不易产生入渗补给，因 此地下水接受降水入渗的补给量极有限。 灌溉渠系水入渗和田间入渗补给是岔地内地下水的主要补给源，且 随着灌溉面积的增加，补给量在逐年增大。 近几年来，随着灌区工程的不断实施和完善，灌溉水量在逐年增加， 见表2 - - 3 1 i 1 9 。 表2 3秦王川灌区灌溉面积与灌溉水量表 干渠灌溉面积滞溉水量( m ) 名称( 亩)t 9 9 9 正 2 0 0 0 正 2 0 0 1 年2 0 0 2 正 电干渠 1 3 1 0 67 7 5 7 8 43 0 3 2 1 4 42 5 6 7 2 0 0 东二干 9 3 0 6 92 6 5 1 4 4 9 32 7 9 8 3 2 6 82 9 1 6 7 2 5 61 6 6 8 7 8 4 4 甘分干4 5 0 1 91 2 3 2 4 9 1 31 2 5 7 6 0 9 9 1 2 7 0 3 5 0 7 7 0 6 6 4 6 5 东一千1 0 7 3 8 52 1 6 8 8 1 0 02 7 17 0 6 0 0 2 7 8 5 8 3 0 01 3 9 9 8 0 0 0 总 计2 5 8 5 7 96 0 5 2 7 5 0 66 8 5 0 5 7 5l7 2 7 6 1 2 0 74 0 3 1 9 5 0 8 注：2 0 0 2 年的灌溉水量未统计全。 b 径流 2 基本情况 盆地内第四系孔隙潜水总的径流方向是出北向南运动，地下水主要 沿数个古沟道自北而南运动，地下水呈股状流而不是里面流，水力坡降 0 5 2 3 。受地貌条件、地层结构及基底形态的控制，径流条件在不同 的地段存在着明显的差异。 ( 1 ) 黄崖沟至达家东梁古沟槽 黄崖沟、涝坝村北沙沟等沟谷中的地下水潜流出沟谷后，除黄崖沟 的地下水一部分顺东古山沟和黄茨滩沟向南径流进入西古沟槽中外，其 余绝大部分地下水从东古山沟向东南汇入东古沟槽。这一带的含水层厚 度较小，一般为3 4 m ，地下水位埋深3 1 4 m ，含水层岩性为砂( 砾) 碎石及第三系基岩风化层，砂( 砾) 碎石渗透系数1 0 1 5 m d ，基岩风化 层渗透系数小于0 5m d ，水力坡降1 3 6 ，水力坡降虽较大，但由于受 局部基底微隆的影响，径流仍较不畅。 ( 2 ) 东部古沟槽 从解放村北边的黑马圈河沙沟中潜流进入盆地中的地下水和从黄崖 沟、达家梁一线汇入的地下水，主流顺解放村一甘露池一六墩子一西翁 沟方向流动，主流潜流至砂梁墩附近后，受基底古地形的控制分出东、 西两条支流，东支流顺盆地东部边缘而下，最后经大槽沟排出翁地，西 支流在砂梁墩附近分出后，经三盛号流向下华家井、中川，尔后进入汇 水盆地。无论是主沟槽还是支沟槽，其径流宽度都不大，都小于l k m ，多 在5 0 0 m 左右，地下水水力坡降在转为面流之前为1 1 2 。 在主沟槽和中川以北的支沟槽都为砂砾( 碎) 石，厚5 8 4 m ，渗透 系数2 5 4 4 4m 3 d ，径流通畅，转入面流后，含水层岩性以细砂、砾砂 为主，局部为砂( 砾) 碎石，含水层厚度一般为4 l o m ，局部可达1 7 m ， 渗透系数1 3 4 6 2 7 m d ，受盆地出口基底微隆和含水层颗粒相对变细， 粘土夹层增多的影响，地下水水坡降变缓，一般在0 4 1 o 之间。 ( 3 ) 西部古沟槽 以东一干渠为界，南、北地区径流条件存在着差异。 西安理工夫学大学工程硕士专业学位论文 东一干以北地区地下水潜流的主流来自四眼井沙河。地下水主流沿 双龙泉一刘家井一井滩一陈家井向南流动，地下水径流宽度一般为2 0 0 5 0 0 m ，局部地段大于l k m ，地下水水力坡降0 8 2 1 1 6 。另外一支自红 井槽古沟槽向南径流的地下水在陈家井与主流汇合，地下水径流宽度一 般为5 0 0 m 左右，含水层岩性为砂( 砾) 碎石，厚度小于5 m ，渗透系数1 2 1 5m d ，水力坡降1 2 - - 2 1 ，径流畅通。 东一千以南地区地下水主流与支流汇合后，顺主沟槽向南径流。地 下水径流宽度在史喇口以北多小于5 0 0 m ，水力坡降0 9 3 - - 1 ，出史喇口 后径流宽度增大，水力坡降变缓，为0 1 8 0 9 3 ，含水层岩性在周家梁 以北为砂( 砾) 碎石层，厚3 5 m 。在西槽以南，受盆地南部粉质粘土和粘 土央层的阻隔，地下水径流较缓慢，水力坡降变缓，为0 2 9 ，含水层 多为含砾砂及中细砂，局部地段为砂碎石，渗透系数7 4 5 1 1 5 9m d 。 c 排泄 秦王川i 盆地地下水的排泄形式有泉水溢出，地面蒸发、植被蒸腾、 沟谷潜流及人工开采等。 泉水溢出和地面蒸发主要发生在盆地南端当铺一芦井水一带。由于 盆地基底的相对抬升，含水层厚度变薄和颗粒变细，所夹粘土层的增多， 使得盆地南端的地下水径流不畅，埋深变浅至5 m 以内致使一部分地下 水消耗于陆面蒸发和植物蒸腾，而其余地下水基本上全部溢出地表而汇 成溪流，并通过李麻沙沟排向区外，据1 9 9 4 年6 月、1 9 9 6 年6 月和2 0 0 2 年7 月的实测资料，泉水溢出量分别为3 1 9 5 0 7m ：1 d 、9 9 9 6 4 8m 1 d 和 1 3 8 9 6m 。d ，地下水溢出量在逐年增加，表现出引大入秦工程灌溉实施后， 灌溉入渗量与沟谷泉水溢出量同步增长的一致性。 盆地内地下水以沟谷潜流形式排泄的主要出口分布在盆地东南部， 由北向南有大槽沟、西岔沟、姚家川沟。据勘测估算，各沟谷地下水潜 流量为：大槽沟1 3 4 9 m 1 d ，西岔沟5 4 5 8 m 3 d ，姚家川沟5 0 1m 1 d 。 2 基本情况 2 2 4 地下水化学特征 盆地地下水的化学特征主要受气候条件，地层岩性、地貌条件及地 下水的补给、径流、排泄条件的控制，其总的化学特征是矿化度高( 3 1 5 1 8 7 9 9 1 ) ，且自北而南的变化趋势是北低南高，硬度大( 3 9 4 5 3 0 4 3 5 德国度) ，偏碱性( p h 值7 9 之间) ，水化学类型主要是以c l 一一s o 。2 。一n a + - - m g ”型为主的微咸水或咸水“。由北向南可大致分为三个带。 a 矿化度1 3 9 l 的微咸水带 分布于东、西两古沟槽中的中部及北部地区，s o , 含量4 5 4 17 8 4 5 8 9 m g 1 ，c l 一含量2 8 7 9 1 1 3 9 1 2 m g 1 ，p h 值7 4 1 8 7 0 。 b 矿化度3 5 9 i 的咸水带 主要分布在涝坝村一黄茨滩一华家牛一周家梁一带和达家西梁至甘 露池北部的古沟槽区，其次在四墩子至西岔，墙圈附近也有零星分布。 s o 。含量5 0 3 3 7 1 8 5 0 7 5 m g 1 ，c i 一含量7 6 2 6 8 2 3 5 0 1 2 m g 1 ，p h 值 7 0 2 7 9 3 。 c 矿化度大于5 9 i 的咸水带 主要分布在衙地南端出口的陈家河，李麻沙沟一带，s o 。