内蒙古鄂伦春旗地下水资源开采潜力分析

冯霏+张欣+周阳

摘 要： 鄂伦春自治旗位于内蒙古呼伦贝尔市东北部，大兴安岭北端主脊线东坡、嫩江西岸，南北两界横亘新力齐顶子和伊勒呼里山，全旗总面积59800km2，为呼伦贝尔市国土面积最大的旗。地形总趋势西北高、东南低，由西北端向东南禹分三级梯次具低中山、低山及丘陵地貌特征。地下水资源开采潜力分析为河谷潜水区不同地下水系统及富水地段，利用“地下水均衡法”概算的地下水D级资源量为164.75×108m3/a。

关键词： 地下水资源； 开采潜力； D级资源量

1. 地下水形成背景

1.1 气候特征

地域属寒温带大陆性山地森林型气候，受鄂霍次克海东北湿冷气流影响和西伯利亚寒冷空气控制，具有明显的寒暑剧变的特点。自治旗地处高纬度寒温带，冬季最低气温达零下35℃，夏季最高达35℃。结冰期一般由10月至翌年4月末，长达6个月之久，无霜期95d，年日照时数2532h。

多年平均降水量528.5mm，降水量多集中在6、7、8三个月内，占年降水量的65%～75%。每年11月至翌年3月，月降水量一般<10mm，降水量最大年份（1998年）866.8mm为降水量最小年份（1966年）386.2mm二倍之多。

多年平均蒸发量1056.2mm主要集中在五个月之内，约占全年蒸发量70%左右。年最大蒸发量1153.6mm（1990年），最小蒸发量1988年903.5mm。

多年平均气温-0.4℃，月平均最低气温出现在一月份-22.2℃，月平均最高气温出现在七月份，为19.3℃。

相对湿度年平均值66%，七、八月份最高达80%，五月份最低仅为51%。

1.2 地形地貌

鄂伦春旗位处大兴安岭东坡中北段，大兴安岭山脉主脊线从测区西部边界呈锯齿状沿南北向纵贯全旗，发源于旗东北角“嫩江”由北至南蜿蜒曲折奔流不息迳流出境，以此为界划分为蒙、黑两省区。

旗内地形起伏明显，总体趋势西北高、东南低。最高峰位于大兴安岭山脉主脊南端东侧斯木科村西约五千米海拔标高1298m，大致向东南分三级阶梯依次为低中山、低山及丘陵地形地貌景观，最低点在东南隅大杨树镇一带海拔标高296m，平均海拔在700m～800m之间。旗境内沟谷发育，切割深度50m～200m。山地植被茂密，以松、桦、杨、柞树等树种为主，属我国著名的大兴安岭木材产地之腹地，在莽莽林海深处部分丘陵坡地和宽谷洼地已被开垦为农田。

按《中国1∶100万地貌图制图规范（试行）》基本地貌形态类型分类方案，结合旗域地貌形态及成因类型，沿袭“成因”、“形态成因”及“岩性形态”三级划分法，亦分为构造剥蚀、侵蚀堆积及火山地貌三种成因，七种形态。

1.3 水文

鄂伦春旗境内河流发育，均属全国一级嫩江流域水系，其二级河流为诺敏河、甘河、多布库尔河、古里河等七条。三级河流奎勒河、毕拉河、马布拉河、牛尔肯河等，可谓河网密布其水系方向性明显，以北西向为主，次为南北及近东西向。各主要河流迳流量大，枯水季节亦不断流，近年支谷在旱季均出现断流现象。限于旗境内河流众多，仅以流域面积占近五分之一诺敏河为例加以说明。

诺敏河发源于旗域大兴安岭主峰东坡西南部，穿行在森林茂密地带，河道蜿蜒曲折，上游断面“V”形谷，进入主河道呈“U”形宽缓断面，下游段岔河沙洲明显，平面形态呈“树枝状”，其支流毕拉河约占流域面积的三分之一。

诺敏河旗内长约255km，流域面积达19557.82km2。诺敏河下游小二沟水文站2010年～2013年月均流量与降水量关系，年最大流量605m3/s～1480m3/s，最小流量1.97m3/s～4.03m3/s，平均流量74.9m3/s～200m3/s，年径流量22.99～63.19×108m3，迳流模数11.75～32.31×104m3/a·km2。5月～10月约占全年河流迳流总量的94%，其余月份仅占河流迳流总量6%左右。

旗内较大湖泊为达尔滨湖、四方山天池。达尔滨湖位于诺敏河最大支流毕拉河中上游，长约3.4km，宽约1.5km。湖面海拔437m，水面面积0.55km2，周边山体森林覆盖环境优雅，湖水清澈、水质优良，属火山喷发岩浆堵塞河谷而形成的堰塞湖；四方山天池位于诺敏镇西北30km，因火山喷发形成方形而得名，山顶东西长500m左右，南北宽300m左右，海拔933m。由泉水和雨水汇集而成的天然湖泊。其它规模较小湖泊有达来毕诺湖、石海北缘堰塞湖等。

2. 地下水资源量

地下水资源应该为当前“开采技术”能够从地下含水层汲取，满足人类不同需求“天然”形成的水资源“数量”和“质量”。通过鄂伦春旗地下水资源勘查与区划工作，从地下水补给、迳流、排泄条件入手，大致查明了主要开采目的层赋存的地下水——河谷潜水区不同地下水系统及富水地段“水资源”。介于评价的地下水以潜水“开采量”“水环境质量”为主要指标，对旗内按主要河谷流域范围划分为七大地下水系统及相应的七处富水地段予以简述；

地下潜水主要分布于河谷平原及沟谷地带，含水层岩性以冲积泥质砂砾石为主，厚度8m～27m不等，水位埋深一般小于5m，單井涌水量于所处河谷位置关系密切，一般上游及远离河流地段涌水量小于1000m3/d，中下游及近河流地段在1000m3/d～3000m3/d。

地下水系统潜水水环境质量主要为优良（Ⅰ类）水，其次为良好（Ⅱ类）和较好（Ⅲ类）水，少量为（Ⅳ类）较差水。水质优良的均分布于河谷上、中游地段，较差的均分布于下游和支沟出口处。

2.1 地下水系统

其七大地下水系统计算的各类开采量及水环境质量（见表1）。

2.2 富水地段

相应的富水地段计算的各类开采量及水环境质量（见表2）。

3. 开采潜力评估

地下水开采潜力分析的范围与地下水可开采资源评价的范围相一致，即河谷潜水不同地下水系统及富水地段。基岩裂隙水分布不均匀，富水性一般且本地区暂未开发利用，因此不进行地下水潜力分析。

正确评价地下水开采潜力是认识地下水開发利用程度的有效方法和手段，其结果对该区地下水开采潜力将有一个清晰的把握。

本次评价主要考虑地下水的开采盈余量。

3.1 评价标准

地下水开采潜力依据开采潜力指数作为判定标准，其计算公式为：

P=Q可开采量/Q现状开采量 其中：

P—地下水开采潜力指数；

Q可开采量—地下水可开采量（104m3/a）；

Q现状开采量—地下水现状开采量（104m3/a）。

P值的判别指标如下：

P>1.2 有开采潜力，可扩大开采

1.2≥P≥0.8 采补平衡区

P<0.8 潜力不足，已超采

潜力轻度不足区：0.6≤P<0.8

潜力中度不足区：0.4≤P<0.6

潜力严重不足区：P<0.4

对有开采潜力区可根据新增开采资源的大小作进一步划分：

潜力较小区：新增开采资源模数≤10×104m3/km2·a

潜力中等区：新增开采资源模数10～20×104m3/km2·a

潜力较大区：新增开采资源模数≥20×104m3/km2·a

3.2 开采潜力计算与分析

通过地下水各类资源量等综合研究、计算及分析地下水潜力成果的基础上，对不同地下水系统及其富水地段进行地下水资源潜力分析与计算。

采用上述潜力指数计算方法及判别标准，结合当地地下水开采现状，分级指标采用“开采潜力指数”和“新增开采资源模数”两项标准对全旗河谷潜水水流系统地下水开采潜力进行计算。

根据地下水可开采资源量计算和现状开采量统计，对该旗七个河谷潜水水流系统及七处富水地段进行地下水资源潜力分析，其开采潜力分析结果见表3。

鉴于当地自然地理条件、土壤类型和地下水水温等因素制约，农业灌溉几乎为零；工业主要以加工业为主，高消耗地下水企业较少；目前城镇发展相对较快，渐已形成集中较大供水区。

从表3中数据分析可知，甘河河谷中心地带潜水含水层富水地段、多布库尔河河谷中心地带潜水含水层富水地段等，开采潜力指数远远大于1.2，东北部各河谷地带潜水含水层富水地段开采潜力指数甚至超过万倍以上，均为“有开采潜力，可扩大开采”，可增加开采模数均大于20×104m3/km2·a，属“潜力较大区”。

表3数据表明：

①各地下水系统潜水含水层，开采潜力指数区间在42.8～25164.7大于1.2，均为“有开采潜力”，新增开采模数区间在29.11～38.13×104m3/a·km2大于20×104m3/a·km2，在此基础上，进一步划分为开采“潜力较大区”。

②不同富水地段潜水含水层，开采潜力指数区间在34.8～17933.7大于1.2，均为“有开采潜力”，新增开采模数区间在30.45～41.41×104m3/a·km2大于20×104m3/a·km2，同时划分为开采“潜力较大区”，可适当增加开采量。

4. 开采技术条件

在选取地下水取水构筑物的类型时，要依据含水层埋深、厚度、富水性以及地下水位、动态和迳流条件，采取适当的取水构筑物，在不大于可开采资源量的前提下，结合技术、经济条件取得较大的地下水开采资源量。

勘查成果表明：该区主要供水含水层岩性以第四系全新统粉细砂、中粗砂及含砾中粗砂为主，揭露厚度5m～20m，单井涌水量大，水量丰富或较丰富，地下水位埋藏浅，水质良好；评价的地下水开采潜力均为“有开采潜力”且“潜力较大区”。属“一类一级”，既松散岩类孔隙潜水、开采潜力较大级别。

因此，本区地下水开采目的层仅为分布河谷平原区的松散岩类孔隙潜水，全区各大流域或地下水系统从补迳排条件，含水层特征等均具相似性，就不一一单独赘述，以下按大、中、小型集中或分散取水方式加以说明。

4.1 城镇集中供水或分散式农灌开采

针对水文地质条件为傍河带状分布的潜水含水层及“一类一级”特征，布井方式依河谷走向分两排错落部署，其它开采技术条件见表4。

4.2 中小型分散式人、畜饮水开采

含水层岩性主要为第四系全新统粉细砂、中粗砂，水位埋深小于5m，含水层厚度5m～10m。地下水开采深度一般在8m～15m左右，宜浅钻或人工锤打注入滤水管成井，管径2吋～5吋不等，用自吸泵或压水井提水，可满足家庭人、畜饮水。

当用水量较大时，亦采用“辐射井”方式加以解决。其开采技术条件详见表5。该取水方式亦适用中型集中或分散工、农业用水及居民生产、生活用水开采。

表5 辐射井开采技术条件一览表

[特点＼&适合松散岩类含水层、水位埋藏浅的河谷平原区，由于辐射管的作用，扩大了井的影响范围，提高单井出水量。＼&井位选择＼&①近河道集取河床渗透水时，应选择河床稳定、含水层较厚、渗透系数较大地段

②远离河、湖，应选择地下水位较浅、渗透系数较大，地下水易于补给地段。＼&平面布置＼&①取河床渗透水为主时，集水井设在岸边或滩地，辐射管伸入河床下。②同时集取河床渗透水和岸边地下水时，集水井设在岸边，部分辐射管伸入河床下，部分设在岸边。＼&辐射管结构＼&辐射管多采用Φ75-150mm的钢管，进水孔一般采用圆形或条形两种。圆形孔径6mm～12mm，孔距30mm左右，呈梅花形交错排列；条形缝宽2mm～8mm，长40mm～120mm。管长一般不超过10m。＼&辐射管施工＼&①人工锤打法：常用12磅～18磅的手锤，将辐射管打入含水层。

②游锤顶进法：常用100kg～280kg的撞锤，将辐射管打入含水层。

③千斤顶顶进法：常用20吨～80吨的油压或螺旋千斤顶，将辐射管顶入含水层。＼&]

總之，根据本地区社会经济发展和水资源的实际情况，目前及今后一定时期供水形式主要为集中的工业用水、城镇供水、分散的人畜生活、饮用水、少部分农灌用水。开发利用过程中应把握以下原则：

在技术经济条件允许的情况下，就近选择水位埋深浅、水质好、开采成本低、输水距离短的地段取水，根据供水量决定开采井数。

适当控制开采量及水位下降程度。无限量的开采、降落漏斗的扩大，可能对局域生态环境带来不利影响。

从可持续利用观点出发，合理布局，以期达到对水资源的整体规划和利用。

5. 地下水开采可能引起的环境问题

随着社会的进步，城镇化率的提高，人口将逐步集中产业要不断壮大和发展。鄂伦春自治旗在今后相当长的一段时间里，对水资源的需求将逐渐增大，随着地下水开采强度的不断增加，不同程度会产生一系列环境问题。为保证水资源的合理开发、永续利用，又能防止或尽可能减缓环境变化带来的危害，对可能出现的环境问题应予以高度重视。

在地下水开采过程中可能引起的环境问题大致有三类：①水环境问题；②地质环境问题；③生态环境问题。

前已叙及，全旗获取水资源既经济又实惠的是河谷平原区松散岩类孔隙潜水，它的特点是：开采成本低；水位埋藏浅；单井涌水量大；水质好。但受制于当地潜水埋藏地带相对狭窄、含水层厚度薄及分布范围小等诸因素制约。认为目前地下水资源虽丰富，大范围补给有保证，可具体到某些集中强力汲取地下水开采区域，可能会带来一些环境负效应。

首先，长期集中开采区域地下水位大幅度下降。其内因与潜水含水层自身结构关系密切，在遇多年枯水年份不利气象要素影响下，地下水获得的补给量减少，将逐步消耗有限的储存量，水位随之下降，降落漏斗逐步扩大。这一长期演变过程，造成取水构筑物单井出水量减少或报废；同时渗流场的变化，河湖不洁净的地表水、工业废水、生活污水极易渗入地下，给地下水造成污染；随着地下水位降低，氧气将进入被疏干的含水层，使原先处于还原环境下的硫、铁、锰以及氮的化合物氧化，一些不溶解或不易溶解的化合物变得易于溶解，从而使地下水中铁、锰、钙、镁以及硫酸根离子含量大大增加，地下水的矿化度、硬度亦随之升高。此应属水环境问题。

其次，集中开采区域地面塌陷。大部易采含水层为第四纪以来形成的松散堆积物，其颗粒成分混杂、分选性差、粘性物质含量高。在抽水过程中，一方面细粒粘性物亦被地下水携带而出；另一方面随着抽水的继续发展，地下水位逐渐下降，含水层被逐渐疏干，在上覆有效应力作用下，孔隙度发育的含水层被失水压密，进而引起土层的固结压缩而发生地面塌陷。这一地质环境问题是缓慢而渐变的，一般不宜引起大的注意，因为相邻含水层的释水压密在空间上是减幅的，即压密是由抽水层近侧向远侧变小；在时间上是滞后的，即由近抽水层一侧向远侧发生；一旦发生往往是不可逆的，大部分不可消除。

对于上述可能发生的区域性地下水水位下降和局域性地面塌陷，目前状况下，较有效的控制办法是适当减少地下水的开采量，代以利用净化处理的地表河水；抑或扩大开采范围，避免集中式开采潜水；从而减轻对松散岩类孔隙潜水的开采压力。

多数沟谷潜水区，地下水开采较分散，且能获得大气降水、地表水、山区基岩裂隙水的侧向补给，遇干旱年份地下水位虽有较为普遍的下降，但下降幅度有限，且短期内能迅速恢复，不至于发生植被退化、土地板结等生态环境问题。

值得注意的是：开发利用的松散岩类供水目的层，含水层厚度薄、水位埋藏浅、渗透性强、与地表水互补，极易受到污染。因此，无论集中供水水源地或分散汲取地下水，卫生防护工作是保证供水安全的首要任务，对于水源地上游汇水范围应严加防护，以免受到工业废水、生活污水、人畜排泄物的污染，从而造成地下水水质发生不利变化。