庆阳市西峰区水文地质调查研究

胡爱萍 杨 阳 贾工作 杜 婷 张建香

(1陇东学院 土木工程学院，甘肃 庆阳 745000；2庆阳市水务局，甘肃 庆阳 745000；3甘肃省高校黄土工程性质及工程应用省级重点实验室，甘肃 庆阳 745000）

1 引 言

据调查，中国的水资源总量28000亿m3，能够占到世界总淡水储量的6%，可以称得上是资源丰沛。但由于人口总数的原因，人均淡水含量2000m3左右，只有世界平均水平的25%，是世界上最主要的水资源贫乏的国家之一[1-3]。城市作为地区政治、经济和文化中心,人口密集,工业聚集,用水量大,要求保证程度高。随着我国经济发展和城市化进程的加快,城市缺水特别是北方城市缺水问题已非常突出,缺水范围正不断扩大,缺水程度日趋严重[4]。庆阳市位于甘肃省东部，习称“陇东”，管辖西峰区、庆城县、华池县、合水县、正宁县、镇原县、宁县、环县八个县（区），位于较严重缺水地区。西峰区是庆阳市的政治、经济、文化中心，地处庆阳市中南部，北靠庆城县，南接宁县，西和镇原县毗邻，东与合水县相望，其地理坐标为：东经107°27′42″～107°52′48″，北纬35°25′55″～35°51′11″之间，属陕、甘、宁三省区金三角地带。气候属温带半湿润气候，境内全年光照充足，气温适宜，四季分明[5-6]。年平均气温10.1℃，最高气温35.9℃，最低气温-22.6℃，平均无霜期168天，年均日照时间2392.1小时。多年平均降水量526.7mm，降水年际变化大，通过对西峰区2003～2013年均降水量进行统计，年最大降水量828.2mm（2003年），年最小降水量391.3mm（2008年）[7-10]；降水集中于一年的7～9月，且常以大雨、暴雨的形式降落，占全年降水量的55%～70%，冬季降水仅占全年降水量的3%，年平均蒸发量1474.3mm，为降水量的2.62倍[7-9]。年平均相对湿度65%，最大冻土层深度82cm。针对该区域的水文地质条件进行调查研究，不仅可以丰富整个区域的水文地质概况，而且可以为庆阳市的安全发展和水资源的进一步开发利用提供有力的保障和科学依据。

2 地质条件

2.1 地形特征

西峰区地势北高南低，总体地形中间高，四周低，其所在董志塬区，呈“龟背”状，塬面被马莲河、蒲河及其支沟切割的支离破碎，但仍不失为全国最大最完整的塬区之一，塬边由于流水的强烈侵蚀切割，尤其是线状侵蚀的结果，形成了沟壑纵横支离破碎的各种黄土地貌形态[10]。

董志塬的地势就塬面而言，平坦而完整，呈南北向展布，东西两侧为马莲河与蒲河的次一级支沟分割成近东西向的条状残塬，塬面高程介于1300～1455m之间，处于塬中心的西峰区，海拔高程为1400m，总的地势是北高南低，塬面微向南东方向倾斜，地形坡度在5.6‰～8.3‰之间，由塬中心向塬边方向，地形坡度由10‰增大到20‰以上。由于董志塬四周邻沟，塬面与沟床（沟底）高差在200～300m之间，相对高差东南部显著大于西北部。

图1 西峰区地形坡度图

利用1∶5万DEM数据对西峰区地形进行坡度因子提取，若以10°为基本单元划分，则整个西峰区＜10°的面积占57.42%，10°～20°占22.122%，20°～30°占16.57%，30°～40°占3.786%，40°～50°占0.098%，50°～60°的地段极少，多为陡崖、断壁，由于坡度过大，投影在平面上面积较小，占0.003%，如图1所示。

图2 西峰区地貌图

2.2 地貌特征

根据地貌成因及其形态特征，可将西峰区地貌划分为以下三种类型，如图2所示。

1）黄土塬

黄土塬为四周被沟谷切割的平坦高原。塬面宽阔，塬中心倾角一般小于1°，塬边以3°～8°的坡度向周边缓倾，塬侧沟谷发育，溯源侵蚀强烈，切割深度为200～300m，其中下游沟底较宽，下白垩系常裸露于沟侧。此地貌区为西峰区人口集中居住地，人类经济工程活动对地质环境的破坏大。

2）黄土残塬梁峁沟壑

黄土梁多呈长条形，一般近东西向延伸。梁顶宽度一般为100～450m。梁侧坡度较陡，可达25°～30°，梁间水系发育，沟谷多呈“V”型，下游为“U”型。黄土峁系黄土梁继续侵蚀而成，呈园形或椭园形，峁顶呈穹形，宽约500～800m，长一般1000～1500m。两峁之间常成鞍状相连，相对高差20～40m，水系发育密度较梁区为大，沟谷切割深度40～80m，相对高差150～200m，梁峁在地域分布上并存。

3）堆积侵蚀河谷

发育于黄土高原的沟谷，主要有蒲河、盖家川等，各河流及其主要支流不同程度地发育有河漫滩与Ⅰ～Ⅴ级阶地，除河漫滩及Ⅰ级阶地外，其余阶地以基座式阶地为主，其上为黄土披覆。

2.3 地层岩性特征

西峰区内出露地层主要为白垩系和第四系地层，从老到新分述如下：

1）下白垩统环河组（K1h）：为一套杂色的泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩夹细砂岩。出露于蒲河河谷左岸，属河漫滩相为主的河湖相的沉积。

2）下白垩统罗汉洞组（K1lh）：岩性上部为棕红色中细砂岩夹薄层泥岩，泥质胶结，较疏松，下部为砂岩、砂质泥岩及泥质砂岩互层。砂岩以石英长石为主，泥钙质胶结，孔隙性较好，具大型水平层理和斜交层理。泥质砂岩致密较硬，具水平层理，总厚70～100m，出露于蒲河左岸及一级支沟沟底，属河流相堆积。

3）第四系（Q）：广泛分布于全区，主要为黄土、次生黄土和冲洪积物，如表1所示。

表1 第四系地层一览表

3 水文条件

3.1 地表水系

西峰区属黄河流域渭河水系，全区主要河流有泾河一级支流蒲河和马莲河一级支流砚瓦川、赵家川，如图3所示。分别流经区境的西部和东部，水量充沛，其中蒲河水质好，是西峰区工农业和人民生活用水的可靠水源，马莲河水质差，无法利用。蒲河发源于环县庙儿掌一带，由西北流向东南，为常年性水流，流域面积为1003km2，多年平均径流量为2.428×108m3，多年平均流量为7.7m3/s。一年内流量随季节变化明显，其流量主要集中在7、8、9月，占全年的50%～60%，其它月份流量小，多年平均含沙量236Kg/m3，最大泥沙含量出现在7、8、9月份为992Kg/m3。水质较好，矿化度2g/L以下。该河在西峰区境内长50.5km，毛家河段面多年平均径流量2.22×108m3，流域多年平均径流深30.9mm。

图3 庆阳市西峰区水系图

图4 马莲河雨落坪站多年月平均径流量分配柱状图

马莲河是泾河最大的一级支流，发源于宁夏回族自治区盐池县东南部麻黄山，由北向南流，上游称环江，干流流经盐池、环县、庆城县、合水县（以下称马莲河）、宁县等县，于宁县政平汇入泾河，全长366km，流域面积19080km2。多年平均径流量为4.47×108m3，多年平均流量为14.17m3/s，汛期最大洪峰流量可达4200m3/s，多年平均含沙量294kg/m3，最大1050kg/m3，矿化度6～8g/L，且有多项元素超标，水质差，污染严重，不宜作为饮用水和灌溉水水源。流经本区内的马莲河支流主要有盖家川、砚瓦川等，均属季节性水流，一般每年10月至翌年6月常常断流，马莲河雨落坪站多年月平均径流量如图4所示。

3.2 地下水

西峰区区内地下水按其赋存条件主要分为两大类：第四系松散岩类孔隙裂隙潜水和下白垩系碎屑岩类孔隙裂隙承压水。

3.2.1 松散岩类孔隙裂隙潜水

松散岩类孔隙裂隙潜水分为黄土潜水和河谷松散岩类孔隙水。

1）黄土潜水分布于黄土塬区，含水层多处于中更新统离石黄土上层的下部，为孔隙裂隙水，厚度变化较大，黄土潜水接受大气降水的入渗补给，潜水由水头较高的塬心向水头较低的塬边径流，由于黄土颗粒较细，地层渗透系数介于0.4～0.8m/d之间，径流相对缓慢，决定了塬区潜水的埋深具有其独特风格。首先，潜水面的形态呈“馒头状”突起，塬中心水位埋深较浅（30m），至塬边水位埋深逐渐变深（大于70m），在塬边潜水水力坡度可达60%以上。其次，由于人为因素和局部微地貌的影响，黄土潜水埋藏上的局部差异性较为明显。由于过量开采，西峰区水源范围内潜水位急剧下降，形成面积不等的两个地下水“漏斗”，漏斗中心潜水埋深达到40-50m，如图4所示。此外，塬内负地形和较大的积水池塘周围，潜水位局部抬升，形成地下水“鼓丘”。塬区黄土潜水的排泄，除人为开采外，多以泉的形式溢出排泄，单泉流量一般小于0.1L/S。潜水水化学类型为HCO3-Ca·Mg型和HCO3-Mg·Ca型水，矿化度0.39～0.41克/升，属淡质潜水类型，适合于工农业和生活用水。在西峰城区及其邻近地区，潜水矿化度略高于外围，一般为0.43克/升，个别达到0.49克/升，这与城区的轻度污染有关。

2）河谷潜水广泛分布于全区的各沟谷中，主要有马莲河、蒲河等。含水岩性为粗砂、圆砾。河谷潜水的水位、水质、水量动态受气象因素影响，具有明显的季节变化性。

潜水除受大气降水补给外，近河地段在洪水季节还接受地表水的回补。地下水自高处往低处径流，只是由于各处水力坡度及含水层透水性的不同，径流速度不同，流向与河流基本一致。排泄往往贯穿于其径流过程的始终，二者转变平凡，主要以泉和渗流形式存在河谷旁阶地陡坎下排泄，或直接向河水排泄。

图5 董志塬水文地质剖面示意图

3.2.2 碎屑岩裂隙、孔隙水

碎屑岩裂隙、孔隙水赋存于白垩系泥岩、砂岩中，含水层分布广、厚度大、水量丰富。承压水动态在天然状态下变化不大，呈现基本稳定的动态类型，承压水位动态变化有季节性，一般高水位出现在4、5、6月份，低水位出现在11、12月及翌年1、2月份，其它为平水期，年总变幅为2.5m。

由于上覆层为第四系黄土及第三系红色泥岩，难以直接接受大气降水的入渗补给，其主要补给源来自上游承压水的侧向补给或潜水的越流补给，在本区西部接受来自六盘山地下径流的侧向补给。

含水层特征：

1）环河组：含水层为泥质砂岩、泥岩、粉砂岩，水头高度20-37.7m，单井涌水量1000-2080m3/d，水质西好东差，矿化度0.34-7g/L。

2）罗汉洞组：主要分布在蒲河河谷地区，含水层为砂岩，水头高度6.0-6.4m，单井涌水量500-2000m3/d，南部水质较好，矿化度一般1-2g/L，北部水质较差，矿化度3-10g/L。

潜水与承压水在径流沿途亦向河流排泄，马莲河、泾河、蒲河等向下游沿途水量逐渐增大就是例证。最终在马莲河与泾河交汇处的下游马栏一带，排泄出区外。

4 结 语

通过对庆阳市西峰区水文地质进行深入调查研究，可以得到以下结论：

1）区域内主要地貌由黄土塬面、黄土残塬梁峁沟壑以及堆积侵蚀河谷组成，区域内沟谷非常发育，大部分地带斜体临空面较大，形成了高密度大高差地形，为滑坡、不稳定斜坡和泥石流的形成创造了有利条件，是区域内灾害多发的一项重要因素；

2）区域内主要地表水系由泾河一级支流蒲河和马莲河一级支流砚瓦川、赵家川组成，其中蒲河水质好，是西峰区工农业和人民生活用水的可靠水源，马莲河水质差，无法利用；

3）区域内地下水系主要分为第四系松散岩类孔隙裂隙潜水和下白垩系碎屑岩类孔隙裂隙承压水，其中第四系松散岩类孔隙裂隙潜水自高往低处流动，方向与河流方向基本一致，多由大气降水补给外和洪水季节地表水回补，排泄主要以泉和渗流的形式向河流排泄，下白垩系碎屑岩类孔隙裂隙承压水主要接受来自六盘山地下径流的补给，在径流沿途向河流排泄。

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