地下水补给、径流与排泄条件

韩城地区具有独立的水文地质单元,有一套补给、径流和排泄系统(代革联,2010)。水文地质单元有清楚的边界,韩城大断层作为东南边浅部水文地质边界线,为弱透水边界;爱帖沟逆断层作为西南奥灰水的阻水边界;黄河谷地作为东北奥灰水径流的排泄区边界;奥灰水深循环滞留带可以作为西北地下水的自然边界。
(一)补给条件
第四系松散岩类孔隙水由于含水层出露面积广泛,孔隙度大,故以接受大气降水补给为主。其次,在与北部山区接触带接受基岩含水层的侧向补给。只是由于基岩含水性的不均一性,造成其接受的补给量亦存在差异性。中三叠统—上石炭统砂岩裂隙地下水,在北部大面积出露区接受降水渗入补给及区外侧向径流补给,同时也接受上覆松散岩类地下水的渗漏补给。另外,在地表水流经的张性断层带,亦可造成地表水的漏失补给。奥陶系裂隙岩溶水深埋地下,水文地质条件相对复杂。大量翔实资料证明,区内裂隙岩溶水主要在渭北“前山”一带的灰岩裸露及半裸露区,直接接受大气降水补给或经过上覆松散层及断裂带间接补给。另一方面,地表水体流经灰岩裸露区后,流量锐减,成为地下水另一主要补给源。此外尚存在上覆碎屑岩裂隙地下水通过构造破碎带补给下伏岩溶水的可能(熊先钺等,2014b;熊先钺,2014a)。
(二)径流及排泄条件
松散岩类孔隙水由于受到地形地貌的控制,使其径流、排泄条件在平面上存在一定的差异性。西部塬面广大,沟谷较少,地下水沿总体地势方向由北西流向南东,径流途径较远,径流量较大,塬心水位埋深相对较浅;东部塬区河流切割严重,地下水径流方向统一性差,多数由塬心流向两侧河谷,径流条件较好,但受补给量的限制,使径流强度相对较弱。地下水在条件成熟时,以泉的形式排向地表,部分水平径流排至区外,部分下渗排入下伏含水层中。砂岩裂隙含水层间均存在隔水性能良好的厚层泥岩、粉砂岩,在垂向上相互间水力联系较差,地下水以层状径流为主。但由于受到不同规模断裂构造的控制,使其在平面上的径流条件差异性大,流向复杂。在局部地段可形成构造泉点排向地表或漏渗于下伏含水层中,同时在沟坡露头区亦形成大量泉点,但由于补给量有限而使泉水流量较小。此外,矿井生产及人工钻井取水成为另一排泄方式。裂隙岩溶地下水的径流及排泄主要受构造的控制,使其在韩城单元及邻区合(阳)耀(县)单元略有不同。韩城单元,地下水以NNE向边部褶断带为主要径流通道,而单斜内部奥灰水则是通过NEE向次一级断裂、构造洼陷与边部的主径流带相联系。同时,通过这一主径流带,奥灰水与黄河水存在缓慢交替关系。目前,人工排泄是这一单元唯一的排泄形式。在合(阳)耀(县)单元,其径流通道主要是NEE向断裂,奥灰水由北西向南东沿网状裂隙缓慢径流,排向黄河、渭河及洛河河谷,在地势低洼、构造强烈、盖层薄弱区易形成上升泉群排出地表。此外,尚有矿井排水及人工取水成为另一重要的排泄形式(周济,2014)。

根据现有资料分析:区内地下水主要接受大气降水和区外侧向径流的补给，其补给形式主要是通过地表露头和具孔隙性的疏松黄土层，分别以直接或间接的方式渗入补给基岩地下水。但因本区的平均年降雨量较小，一般为550.12mm，故依靠降水补给的量比较弱。由于区内潜水位普遍高于基岩裂隙水位，因此形成潜水补给基岩水的地下水动力条件。但因各含水层之间均有厚度较大、性能良好的隔水岩层，且在同一钻孔的各含水层之间均有不同的水位差，由此说明各含水层之间一般均无密切的水力联系。另据钻孔抽水资料，各含水层的单位涌水量都较小，且有随着层位的降低，水质相应变差和静水位逐层加深的趋势。同时，抽水后的水位一般恢复缓慢，有的甚至达不到抽水前的水位高程。以上情况均可说明其补给条件差，渗透性能弱。
区内由于沟谷深切，受地形控制，潜水的径流多数不远，且排泄条件良好。总的径流方向是由北向南排泄于区外。在径流途中部分以下降泉形式泄于地表较大的沟谷中汇流成河。部分则下渗补给基岩地下水。基岩裂隙水因其呈层赋存的条件，故以顺层运动为主，一般不易穿过上覆厚度较大的隔水岩层而发生越流。其运动通道主要是区域性普遍发育的北东及北东东向的构造裂隙。由于本区地层以3°～5°向北倾斜，组成反向承压单斜含水构造，因而受构造控制，致使裂隙水的径流条件较差，深部裂隙水的水质欠佳，就是这种径流条件差的原因所造成。其排泄方式，部分裂隙水可通过基岩风化带和较薄的相对隔水层段以及矿区边界的导水断层带，与邻近的含水层发生水力联系，从而向南运动排泄于区外，部分则通过断裂带向下伏奥灰岩排泄。另一部分则以下降泉的形式泄于地表较大的沟谷中汇流成河。
本区奥灰岩溶裂隙水的补给、径流、排泄概述如下:
(1)补给条件
奥灰岩仅在本区南部有零星出露，由于面积不大，因此接受降水补给较少，奥灰岩上覆地层各含水岩组的富水性一般都很弱，且各含水层之间均有厚度较大的隔水岩层，故以越流形式或通过断层下渗补给的量也不会太大。因此其主要补给来源，应由区外通过地下径流而来。据分析:矿区东部有韩城正断层作为隔水边界;矿区以北由于地层向北倾斜，奥灰岩埋藏较深，且受地形控制，故无存在补给区的可能;因此其补给区应在矿区西南部，其形成条件如下:
1)奥灰岩大体为一向北缓倾斜的单斜伏于煤系地层之下，在矿区以南则与新生界疏松和半胶结的地层呈不整合接触，可接受新生界地层部分孔隙水以及基岩裂隙水，由北向南的径流至矿区南部边界时的渗透补给。
2)在矿区以南较大河谷中，如如洛河、县西河、大峪河、金水沟均有奥灰岩零星出露，可直接或间接地接受大气降水和河水的渗漏补给。如洛河的三眼桥至下段村，奥灰岩河床中的渗漏量达80482m3/d。
3)矿区以南至深大断裂之间，奥灰岩处于渭北背斜的核部，岩溶比较发育，为岩溶水的强富水地段。
(2)径流条件
区内奥灰水的径流方向，总的趋势是由北向南与奥灰水压力的方向基本一致，因此径流条件较好，结合钻孔及矿井资料，对其表现和特征概述如下:
1)全区水位标高目前均在+383～+385m之间，该水位高程在渭北具有区域性。
2)水质较好，以HCO3·SO4－Na·Mg型为主，总硬度19～21德国度，矿化度0.6～0.8g/L。上述类型也是渭北全区奥灰水的主要类型。
(3)排泄条件
区内地形北高南低，自本区向西地面标高均处在奥灰水水位标高以上，故在北、西向均无排泄条件。根据径流特征，本区奥灰水存在由北向南的强径流带。因此在矿区西部由北向南的径流，通过杨庄断层向矿区西部南侧洛河河床中的袁家坡及温汤、汤里等泉群排泄。矿区东部径流方向则向东及东南，通过韩城断层于水8孔附近和合阳一井田以南(断距各为200m左右)的泄水口，向矿区东南黄河河床中的夏阳、莘野以及东王(谨泉)等泉群排泄。因此上述两处泉群应是本区奥灰水的主要排泄区。

区域范围西起玉台—芦店—西刘碑一线，东到京广铁路线，北自嵩山背斜轴线，南至风后岭背斜轴线，面积约2500km²。区内地下水自西向东运移，裴沟矿区位于区域的中部南侧，属区域地下水径流区。

大气降水为区域地下水的主要补给来源，而河流、水库对地下水的补给仅限于某些地段，且补给量很小。

5.2.5.1区域地下水补、径、排条件

松散层在区内比较平坦，西部丘陵、岗地有陡壁、坡坎，面积约2230km²。以黄土状土及亚砂土为主，大气降水渗入系数取0.25。本区年平均降水量为625cm，计算的大气降水年补给量为3.48×10⁸m³/a。

基岩出露区的地下水径流模数采用《河南省嵩箕山区水文地质报告》中数据，各含水岩组大气降水渗入补给量计算公式为:

煤矿水害防治与管理

补给量计算结果见表5.1。

本区地势西高东低，新密向斜大体呈近东西向展布，导致地下水由补给区向东运移。

基岩裂隙水区地下水补给量占总量的9.63%，它们一般循环深度浅，仅20～50m。构造碎裂带加深，径流途径短，在适当地方以泉的形式排泄。

碎屑岩区的裂隙水补给量占总量的2.36%，它们循环深浅不一。浅部一般径流途径短，并在适当地形处以泉的形式排泄;深部运移的地下水，径流途径较长，在构造条件适宜情况下上升成泉。1975～1986年泉的排量一般为0.14～3.308L/s，西部生产矿井出水的疏排也是集中排泄的一种方式。

表5.1区域大气降水补给各含水层组的渗入补给量表

碳酸盐岩岩溶裂隙水是本区地下水的一大补给源，补给量52.16×10⁶m³/a。经补给后的地下水大体沿断裂和岩溶裂隙向东运移。

北翼补给面积大，东西向断裂发育，是岩溶地下水的主要径流区。初步估算，径流量约占总量的60%以上，地下水主要在芦沟，裴沟等地富集。

南翼构造复杂，径流量约占40%左右，地下水一部分受构造阻拦，以泉(金花泉群、灰徐沟泉群等)的形式排泄，其余向东运移富集。

裴沟矿区在一定深度发育纵张裂隙，具富水导水性。樊寨、浮山寨两大导水断层，沟通了矿区南北两翼水力联系，因此，尽管含水层在补给区是个“瓶颈”，但矿区深部径流量不可忽视。

近年来，随着工农业生产快速发展，人工排泄地下水已占相当大的比重，据统计，新密市境内人工排泄地下水量平均达到59.79×10⁶m³/a，比年补给量还多0.52×10⁶m³/a。这是区内地下水位急剧下降，各大泉干涸的主要原因。因此，保护和合理开发地下水是需要引起重视的问题。

5.2.5.2矿区地下水补、径、排条件

裴沟矿区为区域地下水的径流区，接受来自西、北部的补给。矿区内一系列近东西向正断层的构造因素，使得中奥陶统灰岩水不仅具有水平运动的良好条件，而且还增加了垂直运动的途径，其断层的存在使矿井充水的几率增大。

(1)矿区构造控水特征

区内东西向、北西向正断层发育，北东向低序次断层与它们呈入字形相交。区内对地下水运移起控制作用的主要断层是油房沟、浮山寨、苏寨及樊寨断层，皆为南升北降的正断层，断层断距大、延伸远，对区内岩溶地下水控制作用显著，其断层导水性均较好。受断层影响，断层北盘的L_7－8灰岩与南盘中奥陶统灰岩对接或相距很近，相当多部位两盘中奥陶统灰岩末完全错开，这就使得中奥陶统灰岩与煤系底部含水层合并，形成强大的统一复合含水体，其中赋存丰富的高压岩溶裂隙水，成为矿井充水的主要威胁。其他如王家沟断层、苏寨支断层及韩家门断层等因与上述正断层相沟通，所以它们对煤层开采的影响也不可忽视。

另外，背斜轴部及倾伏端，具富水导水性也是本区一个特点。如补3孔揭露冯沟背斜，3809、3921和4401等钻孔揭露水车园背斜均遇到溶隙漏水，漏水量0.81～40.00m³/h。

图5.6各层灰岩见溶洞裂隙次数百分率

(2)岩溶发育特征及富水规律

a.岩溶发育特征

C₃tL_7－8、C₃tL_1－4和O₂m三层石灰岩岩溶裂隙发育的数量、规模有所不同。区内遇岩溶裂隙的共14孔15层次，其中L_1－4，有8层次，占53.33%(图5.6)。L_1－4灰岩岩溶之所以较发育，原因是其地层厚度大，达21.76m，比L_7－8厚13.38m，同时，其单层厚度也大，呈中厚层状，为岩溶裂隙发育提供了空间。

奥陶系灰岩的可溶性组分较高，但在该区见溶孔裂隙不多，与岩溶发育不均一有关，例如三岔口附近的雪莲宫溶洞，就是一规模巨大的岩溶景观，洞内有钟乳石石笋等。

构造对岩溶裂隙发育有控制作用。区内揭露的岩溶裂隙钻孔大多数处于断层或背斜的轴部地带，如4701、4901孔揭露断层漏水，补3、3809、3921孔属背斜轴部漏水。

本区岩溶裂隙发育大体有两个水平，一个水平标高在－250～－350m之间，岩溶裂隙以L_1－4灰岩较多，奥陶系也有发育，揭露点在樊寨勘探区中部;另一水平在－50～+50m之间，3层灰岩中均有发育，揭露点在矿区浅部。

b.岩溶地下水的富集规律

综合构造控水，岩溶裂隙发育特征及调查资料分析，本区岩溶地下水在以下地带富集。

入字形断层汇合处，由于本区大多是正断层，入字形断层汇合处张裂隙发育，经断层带诱导的地下水易在此处富集，如金花泉附近和油房沟与浮山寨断层汇合处等。这些地段有的在浅部，也有在中深部的。

背斜轴部及倾伏端，背斜轴部及倾伏端纵张裂隙发育，利于地下水的活动。如冯沟背斜轴部富水强度就大些。东部的老坟沟泉(5号泉)及周岗东6号泉推测与水车园背斜倾伏有关，今年5月调查老坟沟泉流量9.89L/s，是目前区内唯一的自然出露点。

浅部构造发育处，一般浅部易得到新鲜地下水的补给，且受地形地貌变化大的影响，地下水交替迅速，岩溶裂隙发育，受构造影响，地下水易富集，如王村电厂、河西电厂等均处在浅部的断层带附近。

(3)岩溶裂隙地下水的矿井排泄

裴沟矿的北、西、南三面生产矿井众多，各矿因位置、开采范围、开采深度的不同，其水文地质条件也不尽相同。大、中型矿井因开采范围大，开采水平较深，因此排水量较大且稳定，一般以底板水为主。如王庄、米村等矿底板水占80%，王沟、芦沟等矿占90%～95%。而地方小矿因开采范围小、深度浅，矿井水以顶板为主，进水方式多是淋、滴等，水量一般小于50m³/h，且受季节变化的影响明显。

二₁煤底板直接充水含水层为L_7－8灰岩岩溶裂隙含水层。裴沟矿该层水量占矿井总水量的80%左右，单位涌水量大于0.1L/s·m。由于油房沟与浮山寨两断层的影响，底部中奥陶统灰岩高压岩溶裂隙水可通过断层破碎带及裂隙带直接补给L_7－8灰岩含水层及L_1－4灰岩含水层，补给充足。

矿井排水可以使L_7－8灰岩水的水位下降，裴沟矿在浅部生产过程中，通过对L_7－8灰岩水的疏放，已使该层水位下降30～40m以上，使得该层水对油房沟断层以北的矿井生产不构成严重的威胁。

从突水情况看，也是底板突水所占比例较大，如郑煤集团曾发生突水淹井、淹采区17次，其中老窑突水3次，底板含水层突水淹矿井淹采区13次。裴沟矿1980～2005年突水累计34次，其中底板17次，占51.5l%，顶板仅有7次。

因此矿井排泄是本区岩溶裂隙地下水主要方式之一。