發(fā)布時間：2020-11-02 07:13

　　 本次研究工作基于中國地質(zhì)調(diào)查局“十二五”重點勘查項目—黑龍江完達山嚴重缺水地區(qū)地下水勘查與供水安全示范(項目編號：12120113103000)開展的深入研究,根據(jù)區(qū)域地質(zhì)條件描述了全區(qū)的地質(zhì)背景和水文地質(zhì)概況,借助示范工程完成的物探和測井資料,補充開展了抽水試驗、地下水動態(tài)監(jiān)測、分析測試等相關(guān)工作,進一步系統(tǒng)分析總結(jié)了臨近桃山水庫區(qū)的水文地質(zhì)條件,明確了富水裂隙帶的分布特征,獲取了水文地質(zhì)參數(shù),計算了地表水流場體系和地下水體系的補-排量,探討了地表水與裂隙地下水的補償平衡和機制。(1)地質(zhì)背景及水文地質(zhì)條件概述綜合分析得知,臨庫區(qū)所屬的地貌單元為倭肯河河谷平原及兩側(cè)的低山丘陵,河谷平原第四系沉積厚度一般10m左右,最厚可達20m以上,具有明顯的二元結(jié)構(gòu)。第四系下伏白堊系猴石溝組砂巖、砂礫巖,沉積厚度一般在40-60m,與下伏的城子河組呈不整合接觸關(guān)系,厚層砂礫巖的沉積和煤線的廣泛分布是本次地層劃分的主要依據(jù)。通過對盆地地層層序,沉積演化、構(gòu)造特征、發(fā)育史的綜合分析,將盆地形成與演化共分為2個時期,即發(fā)育期和改造期,其中發(fā)育期包括5個發(fā)育階段,改造期包括6個改造階段：盆地發(fā)育期大致經(jīng)歷以下5個期,自下至上為初裂期、擴張期、最大擴張期、收縮期和萎縮期；盆地改造主要指猴石溝組沉積以后,受地殼運動影響發(fā)生的一系列地質(zhì)事件,主要包括3個時期6個階段：第一個時期是晚白堊世末期,猴石溝組小型褶皺；第二個時期是古—新近紀末期,復(fù)背斜形成,猴石溝組的褶皺軸部形成張性斷裂或張裂隙；第三個時期是新近紀以來改造時期,再經(jīng)過兩次拉張擴張裂陷和擠壓抬升作用,形成猴石溝組底部的砂礫巖和城子河上部的砂巖破碎帶。斷裂的發(fā)育有大體上呈五個方向的斷裂構(gòu)造(體系)：東西向、北東向、北西向、北北東向、北北西向。斷裂產(chǎn)生時間一般南北向、東西向較早,北東向次之,北東東向、北西西向最晚；根據(jù)物探解譯資料,顯示倭肯河河谷內(nèi)發(fā)育有10條斷裂破碎帶,一般均切穿白堊系猴石溝組砂礫巖；結(jié)合水文地質(zhì)鉆探、測井資料分析了斷裂帶的垂向分帶性,發(fā)現(xiàn)斷裂與裂隙帶及洞穴通道在地下10—50m深度以內(nèi)強烈發(fā)育,而在40—60m、120—130m、130—150m深處又見斷裂與裂隙帶。在摸清區(qū)域地質(zhì)、構(gòu)造地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)歸納了了臨庫區(qū)的地下水類型,對其富水性進行了詳細分區(qū),總結(jié)出地下水的補給、徑流、排泄規(guī)律。臨庫區(qū)地下水類型主要包括第四系松散巖類孔隙水、白堊系砂巖裂隙水和新近系玄武巖孔洞裂隙水三種類型,其中白堊系砂巖裂隙水又分為低山丘陵區(qū)的風(fēng)化裂隙水和隱伏于倭肯河河谷下部的構(gòu)造裂隙水。第四系松散巖類孔隙水主要分布在倭肯河河谷及其支谷中,其中臨近水庫上游地段,第四系松散巖類沉積厚度大,含水層巖性主要為中粗砂、砂礫石、礫卵石,砂、礫石粒徑大,連通性好,地下水徑流通暢,富水性較強,單井涌水量可達100—1000m3/d倭肯河支流及干流河谷平原上游的河谷平原,第四系沉積厚度相對要小,含水層主要為中粗砂,富水性相對要弱,單井涌水量一般小于100m3/d。含水層由全新統(tǒng)松散的粗砂、礫礫石和碎石夾粉質(zhì)粘土以及粉質(zhì)粘土夾粗砂組成,厚度變化較大,一般1—2m,水位埋深一般4-5m。新近系玄武巖呈致密塊狀、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),具氣孔狀或杏仁狀構(gòu)造,風(fēng)化裂隙和柱狀節(jié)理較發(fā)育,富水不含水,透水性極好,泉水流量較小,一般均小于1Om3/d。隱伏于大金沙河匯入口下游的倭肯河河谷下部的構(gòu)造裂隙水,富水帶主要為猴石溝組、城子河組砂巖、砂礫巖的構(gòu)造破碎帶。區(qū)內(nèi)北西向張性斷裂帶和北東向壓扭性構(gòu)造帶邊緣張性斷裂中,巖石破碎嚴重,裂隙發(fā)育,連通性好,地下水徑流暢通,富水性較好,且斷裂帶具有一定規(guī)模,單井涌水量可達1000—3000m3/d,水化學(xué)類型以HCO3—Ca、 HCO3—Ca·Mg型為主,水質(zhì)良好。風(fēng)化裂隙水主要為外圍的白堊系砂巖風(fēng)化裂隙水,水量較貧乏,泉流量10-100m3/d。地下水的補給來源主要是大氣降水,其次是山區(qū)側(cè)向補給(山區(qū)側(cè)向徑流和河谷潛流)、農(nóng)田灌溉補給(地表水灌溉和地下水灌溉)、河水入滲補給。其中,白堊系裂隙地下水徑流通道為斷裂破碎帶與裂隙發(fā)育而成的洞穴與通道及溶隙等。接受前第四系基巖風(fēng)化裂隙水、第四系孔隙水的側(cè)向補給通過斷裂破碎帶與裂隙發(fā)育而成的導(dǎo)水洞穴與通道及溶隙而向下游低洼處流動。(2)地下水計算參數(shù)的選取及資源量計算運用多種抽水試驗方法計算公式,最終確定第四系松散巖類孔隙水含水層滲透系數(shù)選取平均值為22.5m/d,白堊系砂巖構(gòu)造裂隙水滲透系數(shù)選取平均值為71.7m/d,白堊系猴石溝組底部的砂礫巖破碎帶的導(dǎo)水系數(shù)達1833 m2/d。根據(jù)經(jīng)驗參數(shù),河谷平原降水入滲系數(shù)取0.1,丘陵計算分區(qū)降水入滲系數(shù)取0.12,含水層厚度主溝谷取25m,支溝中取5m,經(jīng)計算臨庫區(qū)120km2范圍內(nèi)地下水補給量以白堊系計算分區(qū)補給量為主,總補給量為2098.10×104m3/a,即5.74×104m3/d。其中大氣降水入滲補給量為562.44×104m3/a,占總補給量的26.80%；地下水側(cè)向徑流補給量為1024.44×104m3/a,占總補給量的48.97%;河水入滲補給量為508.23×104m3/a,占總補給量的24.22%。第四系松散巖類孔隙水計算分區(qū)補給量約為837.60×104m3/a,占總補給量的39.92%；白堊系砂巖裂隙水計算分區(qū)補給量為1260.50×104m3/a,占總補給量的60.07%。臨庫區(qū)蒸發(fā)量1206.2×104m3/a,地下水側(cè)向徑流排泄量為1030.43×104ma/a,人工開采量9.51×104m3/a,臨庫區(qū)地下水總排泄量2246.14×104m3/a。運用干擾井群法來進行計算和評價研究區(qū)地下水開采資源量5.29×104m3/d,運用開采系數(shù)法來進行計算和評價研究區(qū)地下水開采資源量5.00×104m3/d,取二者平均值,確定水源地可開采資源量為5.14×104 m3/d。運用下降系數(shù)比擬法計算,水源地水位下降至40m時的開采量為14.94×104m3/d,水源地水位下降至50m時的開采量為18.30×104ma/d。(3)地表水與裂隙地下水補償平衡和機制討論根據(jù)多年大氣降水資料、一個水文年的地下水動態(tài)監(jiān)測資料和水庫的監(jiān)測資料,詳細計算了地表水流場體系和地下水體系的月度補排泄量,初步探討了天然狀態(tài)下和開采狀態(tài)下地表水與地下水的補償平衡和機制。該“地下水域”內(nèi)自然環(huán)境仍為原始自然狀態(tài),基本未受到人類干擾,屬于天然優(yōu)良水資源功能區(qū)。由于下有水庫攔截,裂隙水豐水期處于飽和狀態(tài),桃山水庫對地下水起到一定的調(diào)蓄作用,不但加強了地表水對地下水垂向和側(cè)向補給強度,而且無論是豐水年還是平水年或枯水年,均能有效緩解該水源地地下水位下降趨勢,對水源地的可持續(xù)開采有一定作用。天然狀態(tài)下,受地面高程影響,新建水源地的地下水水位始終高于水庫水位,全年均是裂隙地下水補給桃山水庫。極端干旱年份水庫水位為死庫容水位即171.57m,當(dāng)開采動水位低于該水位時,開始接受水庫水位補給,此時,仍以來自上游的風(fēng)化裂隙水的側(cè)向徑流補給量為主；水位急劇下降,第四系水被疏干,且上游風(fēng)化水補給能力減弱,水庫水位與水源地動水位差逐漸增大,由于第一層破碎帶導(dǎo)水能力極強,水庫對水源地的補給能力逐漸增強,直至水位下降50m左右時,即第一層破碎帶的凈儲量被疏干；當(dāng)水源地水位降至50m以下時,水庫補給衰退,開始動用下部的凈儲量和補給量,直至水庫干涸,失去補給能力。(4)地下水?dāng)?shù)值模擬及預(yù)測本研究在深入分析黑龍江完達山嚴重缺水地區(qū)應(yīng)急水源地臨庫區(qū)七臺河倭肯河河谷桃山水庫上游區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)的基礎(chǔ)上,利用GMS軟件建立了臨庫區(qū)多層富水帶結(jié)構(gòu)的地下水流數(shù)值模擬模型,對研究區(qū)白堊系砂巖構(gòu)造裂隙水、第四系松散巖類孔隙潛水進行了數(shù)值模擬,利用實測資料對模型進行識別和驗證,識別和驗證效果良好,表明所建立的水流模型達到了較高的精度,因此可以作為地下水流預(yù)報模型。通過識別和驗證后,提出兩種不同方案對未來長期開采及應(yīng)急開采條件下,地下水的變化趨勢進行了預(yù)測。從該地區(qū)地下水的長期可持續(xù)利用要求出發(fā),該區(qū)日開采量以不超過5.2×104m3為宜,在該開采條件下,地下水位的下降深度較小,全區(qū)水位降深均維持在4.0m以內(nèi),對水庫周邊環(huán)境不會造成不良影響；連續(xù)開采5年后最大水位降深3.26m,水位標(biāo)高在177.35m左右；10年后最大水位下降3.64m左右,水位標(biāo)高在176.35m左右；20年后水位最大下降3.77m左右,水位標(biāo)高降到176.30m左右。可見水源地正常開采是有保障的,可以解決生活用水5.5-6×104m3/d的需求。從應(yīng)急開采的角度考慮,在極枯年份、大氣降水P=97%保證率下,應(yīng)急開采維持1年,水位下降至50m(即接近第一層破碎帶的底板)時的合理開采量為18.2×104m3/d；9個月后水庫對地下水的補給量為8.5×104 m3/d,12個月后水庫對地下水的補給量為12.2×104m3/d；9個月水庫對地下水的累計補給量為1213.6×104m3,12個月水庫對地下水的累計補給量為1930×104m3。如果應(yīng)急開采20×104m3/d,理論上6個月后水庫對地下水的補給量為6.69×104 m3/d,9個月后水庫對地下水的補給量為13.62×104 m3/d；6個月水庫對地下水的累計補給量為806.6×104m3,9個月水庫對地下水的累計補給量為1930×104m3,水庫干涸,失去補給能力。因此,合理的開采的時間不超過4個月,應(yīng)急開采時間可達8個月。如果開采15×104 m3/d,9個月后水庫對地下水的補給量為6.60x 104m3/d,12個月后水庫對地下水的補給量為9.1×104 m3/d；9個月水庫對地下水的累計補給量為833.1×104m3,12個月水庫對地下水的累計補給量為1751.9×104m3,因此,合理的開采時間不宜超過8個月,應(yīng)急開采時間可達1年以上。若采用上述方案來進行開采,對當(dāng)?shù)氐叵滤Y源和桃山水庫的庫容雖然有很大的影響,但水源的應(yīng)急能力大大提高。由于地下水以剛性巖石中的裂隙水為主,富水帶不易被破壞,在第二年春季桃花水補充后仍可以恢復(fù)水源地水量和水位。因此建議只在應(yīng)急時開采,應(yīng)急開采量18.2×104m3/d,時間不宜大于12個月。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：P641.6
【文章目錄】：
作者簡介
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    §1.1 選題依據(jù)及研究意義
        1.1.1 選題依據(jù)
        1.1.2 研究意義
    §1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 基礎(chǔ)地質(zhì)研究現(xiàn)狀
        1.2.2 地表水（水庫）與地下水的相互作用研究現(xiàn)狀
        1.2.3 基巖裂隙水的富集理論研究
        1.2.4 基巖裂隙水勘探方法
        1.2.5 裂隙介質(zhì)水流的模擬方法研究現(xiàn)狀
    §1.3 主要研究內(nèi)容、技術(shù)路線
        1.3.1 主要研究內(nèi)容
        1.3.2 研究目標(biāo)
        1.3.3 擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題
        1.3.4 研究方案
        1.3.5 特色和創(chuàng)新點
第二章 研究區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)與水文地質(zhì)
    §2.1 研究區(qū)概況
        2.1.1 自然地理概況
        2.1.2 氣象水文
        2.1.3 地形地貌
    §2.2 區(qū)域地質(zhì)
        2.2.1 地層
        2.2.2 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造
        2.2.3 侵入巖
    §2.3 水文地質(zhì)
        2.3.1 地下水形成條件
        2.3.2 地下水含水巖組及富水性
        2.3.3 地下水補徑排條件
第三章 研究區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查
    §3.1 水文地質(zhì)調(diào)查鉆探布置與施工
        3.1.1 主要工作內(nèi)容
        3.1.2 鉆孔分布
    §3.2 水文地質(zhì)測井和測井資料分析
        3.2.1 測井內(nèi)容
        3.2.2 典型測井曲線及資料處理
        3.2.3 測井解譯成果
    §3.3 臨庫區(qū)水文地質(zhì)特征
        3.3.1 水文地質(zhì)條件
        3.3.2 地下水補徑排條件
第四章 桃山水庫入庫補給均衡計算
    §4.1 入庫補給量
        4.1.1 大氣降水量
        4.1.2 地表徑流補—排量
    §4.2 地下水徑流排泄量
    §4.3 地表水與裂隙地下水補償平衡和機制討論
        4.3.1 天然狀態(tài)下裂隙地下水與水庫之間的補償平衡和機制探討
        4.3.2 開采狀態(tài)下裂隙地下水與水庫之間的補償平衡和機制探討
第五章 地下水流數(shù)值模擬
    §5.1 地下水流數(shù)值模擬的含水層及研究內(nèi)容
        5.1.1 預(yù)模擬的目標(biāo)含水層及預(yù)報時段
        5.1.2 數(shù)值模擬的研究內(nèi)容
        5.1.3 原始數(shù)據(jù)的處理
    §5.2 水文地質(zhì)概念模型
        5.2.1 模擬范圍與計算分區(qū)劃分
        5.2.2 含水層及水力特征的概化
        5.2.3 邊界條件的概化
    §5.3 數(shù)值模擬方法的選擇
    §5.4 地下水?dāng)?shù)學(xué)模型
        5.4.1 數(shù)學(xué)模型的建立
        5.4.2 數(shù)學(xué)模型的求解
        5.4.3 空間與時間離散
        5.4.4 初始流場的確定
        5.4.5 參數(shù)分區(qū)及參數(shù)初值
        5.4.6 源匯項的處理
    §5.5 模型的識別
    §5.6 地下水位預(yù)報
        5.6.1 預(yù)報方案的確定
        5.6.2 地下水位預(yù)報的條件及源匯項的確定
        5.6.3 不同方案下的地下水位預(yù)報結(jié)果分析
第六章 結(jié)論
致謝
參考文獻
附錄

【參考文獻】

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本文編號：2866733