并技・ＩＩ紫・争鸣 ＳＣ科ｉｅｎｃｅ＆Ｔｅ技视ｅｈｎｏｉｏｇｙ界 ＂ Ｖｉｓｉｏｎ．＇ 鹤壁市岩溶水后备水源地水资源量评价 河南理工大学，徐郅杰２ （１．河南理工大学，河南焦作４５４０００；２．河南省地质环境监测院，河南郑州４５００１６） 【摘要】鹤壁市地质环境条件复杂，构造发育，人类活动对地质环境的影响日益加大。随着鹤壁市工业的快速发展，城市规模的增大、人口 的增加，对水资源的需求将越来越大。通过对鹤壁市西部山丘区岩溶地下水进行供水水文地质普查和资源评价 寻找富水地段做为鹤壁市后备 水源地，评价水资源量并计算可开采量，同时指导鹤壁市岩溶水资源的合理开发利用，保证鹤壁市社会经济发展。 【关键词】岩溶水；水资源量评价；鹤壁市 ０前言 ２岩溶地下水资源评价 鹤壁市是一个以煤炭工业为主的新兴重工业城市。根据《鹤壁市 地下水资源计算与评价的常用方法有水量均衡法、解析法、数值 城市总体规划》，未来将加速发展淇滨区，努力提高山城区、鹤山区，积 模拟法和抽水试验法。水量均衡法建立在水量均衡原理上．它通过对 极发展两县城，点轴开发．带动全面 到２０１５ 城市人口将达４０．４万 地下水补给量、排泄量和含水层储存量变化反映水资源量．计算原理 人，其中山城、鹤山区人口为３０－３万人．淇滨区作为新成区，人口将达 简单，适用性强，不受地域和水文地质条件复杂程度．在地下水资 １０．１万人Ｉ“。逐步形成与市域经济、社会发展相适应的规模有序、分丁 源评价中得到广泛的应用。数值法是一种比较先进的计算方法，借助 合理、布局顺畅、协调发展的区域城镇网络 。 于计算机可以求解大型及任何复杂的地下水水流计算与预测问题 根 随着鹤壁市工业的快速发展．城市规模的增大、人口的增加，对水 据本次工作情况．采用均衡法计算和评价区域岩溶水多年补给量和排 资源的需求将越来越大。鹤壁市发展已向新区转移．据预测到２ｏ１５年 泄量：采用解析法、数值模拟法计算和评价普查区后备水源地的允许 城市市区面积达到７６７ｋｍｚ．建成区面积达到ｉｏ６．４ｋｉｎ２．总需水量预测 开采量 ３６６８３万ｍ３／ａ￣。按照规划盘石头水库可向鹤壁市供水１３５Ｏ０万ｎｌ３／ａ， 根据水量均衡计算结果．庙口泉域天然条件下岩溶水多年平均补 淇河供水量２４５４万ｍ３，ａ．地下水可供水量３７０１ 万ｍ３］ａ．矿坑水可利 给量为３０４９．１３万ｍ （０．９７ｍ￣／ｓ），岩溶地下水总排泄量为３０６２．５７万 用量１３８８万ｒａｔａ，中水回用量３０００万ｍ３，ａ．南水北调分配水量７５９６ ｍ３，ａ．其中自备井开采量１１６８万ｍ ａ、迳流排泄量为ｌ８９４．５７ｍ３／ａ 万ｍＶａ．总可供水水量达３１６３９万Ⅱ 仍然缺水５０４４万ｍＴａ／￣ｌ。因 （５．１９ｍ３／ｄ）。根据允许开采量评价原则．天然排泄量尚未加以利用时， 此，寻找稳定可靠的后备地下水供水水源地．对鹤壁市国民经济的可 可以利用天然排泄量作为开采截取量 庙口泉域现状１８９４．５７万ｍ３／ａ 持续发展具有重要的意义 （５．１９ｍ３／ｄ）的天然排泄量可作为可采资源量进行开采是可行的．确定 后备水源地５万ｍＴｄ允许开采量是有保证的 １ 自然地理概况及地质概况 在大李庄一郭湾一带以５００００ｍ 开采量进行开采计算，通过数 值模拟方法模拟计算出后备水源地降落漏斗中心水位降深最大为 １．１气象 ８ｍ（２０２０年３月）：非稳定解析法预测距抽水点５００ｍ水位降深为 本区属北温带性季风气候区．四季分明．多年平均气温 ４６．１ｍ．说明降落漏斗中心降深大于８２，ｌｍ．大井法预测水源地降落漏 ｌ４．２℃．最高气温４２．２ ，最低气温一１７．５℃：多年平均蒸发量１４６７．７ ８２．４ｍ。数值模拟方法和大井法预测结果相近．而 ｍｍ。根据区内及其周边发布的９个雨量站１９５６～２００４年共４９年雨量 斗中心水位降深为４８． 资料统计．本区多年平均降水量６５１．４ ｎｌｍ．历年最大降水量１３２４．４ 非稳定解析法预测结果却相差很大．原因是用非稳定解析法预测时．／ｄ的开采量抽水．使岩溶水水位降深较 ｍｍ，历年最小降水量３０５．０ ｍｍ 因受季风与地形影响．降水四季分配 假设只有 口井以５００００ｍ￣这不符合求源地开采的实际情况．因此数值模拟方法和大井法两 不均，夏季６、７、８三个月降水量占全年降水量的５７％，降水量依地势 大．种方法预测的结果比较可靠 开采条件下的动态预测分析．说明了后 由西向东递减． ．备水源地允许开采量５万 ｄ是可性的 １．２水文 综上所述．在掌握地下水动态与开采现状的基础上．经多种评价 区内河流均属海河流域卫河水系．除淇河为常年性河流外．其它 方法计算．后备水源地５万ｍ３ｉｄ允许开采量是有保证的 均为季节性河流 淇河是区内最大河流．发源于山西省陵川Ｉ县方脑岭．流经河南辉 ３结论与建议 县、林县、鹤壁、浚县．于浚县淇门入卫河．流域面积２１４１．５ｋｒｎ２，年径流 量以地下水为主．其径流过程基本平缓．引起河水大幅度涨落主要为 大气降水，且多集中在汛期６、７、８三个月。多年平均流量１２．５３ ｍ，／ｓ， 历年瞬间最大流量５５９０ ｍ ．历年最小瞬间流量０．６８ ｍ １．３地质构造 普查区构造部位处于新华夏系华北坳陷之西部和太行山隆起的 东南边缘、南邻秦岭东西复杂构造带．西与晋东南山字型东翼反射弧 相接．地质构造比较复杂 普查区经历了长期、多次的构造运动．尤以燕山一喜山期表现最 为强烈。构造形迹以断裂为主．褶曲不发育。西部基岩区除太古代地层 外，岩层产状平缓．倾角多在５ｏ～ｌＯ。左右．总体向北东和北倾斜，基本 ３．１结论 １）通过对普查区进行调查．并在重点普查区开展物探、钻探、抽水 试验、地下水动态观测、水质分析等＿丁作，大李庄一郭湾一带上部第四 系厚度１０—２０ｍ．其下部为岩溶较发育的奥陶系中统灰岩．涌水量处于 强富水区：该带还处于地质构造破碎带及断层的交汇地带．有利于岩 溶水的赋存及运移：该带主要接收庙口泉域大气降水补给和地下迳流 补给．多年天然补给量达０．９７ ｎ？／ｓ，地下水迳流及交替强烈：该带岩溶 地下水开采不影响许家沟泉的溢出 确定大李庄～郭湾一带为鹤壁市 岩溶地下水后备水源地 ２）采用水量均衡法计算。许家沟泉域岩溶水多年平均补给量为 ７４２８．４３万ｍＴａ（２．３６ ｍ３／ｓ）．多年平均排泄量７４３８．４３万ｍ （２．３６ｍ ）， 庙口泉域岩溶水多年平均补给量为３０４９．１３万ｍＴａ（Ｏ．９７ｒｏＴｓ）．多年平 均排泄量３０６２．５７万１１１ ／ａ（Ｏ．９７ ｍＶｓ），多年岩溶水量处于均衡状态：采 用数值法、解析法进行区域和普查区模拟和预测，认为在后备水源地 增加５万ｍＴｄ开采量情况下．岩溶水中心水位降深４５—４８．４ｍ能满足 开采要求．确定后备水源地５万ｍ 允许开采量可作为鹤壁市岩溶 水开发利用规划的依据 ３．２建议一 １）加强后备水源地保护，控制庙口、土门、形盆一带工厂废水、生 活污水排泄．确保水源地岩溶水不受污染 ２ ）后备水源地岩溶水开发利用要统一规划、科（下转第２７２页） 组成一略具波状起伏的单斜构造 各类断裂力学性质复杂．一般具有 多次活动的特点 按其所归属的体系．分别组成东西向构造、南北向构 造、北东向构造（华夏系）、新华夏系四种主要构造体系 １．４区域水文地质条件 根据地下水赋存介质的性质及其空隙特征．将普查区地下水划分 为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶地下水和 基岩裂隙水。不同类型的地下水．赋存于不同的含水层当中．这些含水 层又有各自的水理特性。按照含水层大体一致的水理特性。将普查区 划分为第四系含水岩组、新近系含水岩组、石炭～二叠系含水岩组、寒 武～奥陶系含水岩组和岩浆岩含水岩组 １ ６４ ｌ科技视界Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌ。ｇＹ Ｖｉｓｉｏｎ 『 Ｉ 科技・蠢索・争一 Ｓｃ科ｉｅｎｃｅ＆Ｔｅ技ｃｈ视ｎｏｌｏｇｙ界 Ｖｉｓｉｏｎ 真空蒸镀技术制备类金刚石碳膜材料及其表征 商孟香何溯源陆姣 （黑龙江农业职业技术学院，黑龙江佳木斯１ ５４００７） 【摘要】真空蒸镀技术制备类金刚石碳薄膜材料，其实验条件对所制备的碳膜结构有着重要的影响。本文着重研究了靶基距在制备过程 中的最佳实验条件，并用拉曼光谱，ｘ射线光电子能谱（ｘＰｓ）对所制备的类金刚石碳膜进行了结构分析，利用原子力显微镜（ＡＦＭ）对薄膜进行 了表面形貌分析。 【关键词】真空蒸镀技术；金刚石碳膜材料；碳膜结果 真空蒸镀沉积薄膜是薄膜制备中最为广泛使用的技术．具有简单 便利、操作容易、成膜速度快、效率高等优点＿１＿。本文利用真空蒸镀技术 制备了具有超平结构的类金刚石碳薄膜材料．对制备过程中的实验条 件进行探索，对所制备的碳膜材料进行了表征。 １实验部分 １．１试剂与仪器 浓Ｈ２Ｓｏ４，３０％Ｈ２０ 均为分析纯。 制备碳薄膜为瑞士ＢＡ卜ｒＩＥｃ公司制造的ＣＥＤ ０５０碳蒸镀设备 采用Ｒｅｎｉｓｈａｗ一２０００型共聚焦拉曼光谱仪、ＶＧ ＥＳＣＡＬＡＢ ＭＫ Ｉ１型Ｘ 射线光电子能谱、ＳＰＩ３８００Ｎ型原子力显微镜对所制备的碳膜进行表 征。 １．２石英片衬底的预处理 将石英片放人ｐｉｒａｎｈａ溶液（９８％Ｉ－Ｉ￣ＳＯ，：：３０％Ｈ２０２＝７：３（ｖ：ｖ）； （注意：Ｐｉｒａｎｈａ溶液是强氧化剂，使用时要倍加小心！）中煮沸３０ ｍｉｎ， 随后用超纯水冲洗干净．再依次用无水乙醇、超纯水超声清洗各ｌ５ ｍｉｎ。用氮气吹干，放入真空干燥器中保存．备用。 １．３碳薄膜的制备 碳薄膜是在石英衬底上通过真空蒸镀碳线获得的。石英衬底比较 平整．表面起伏小于１ ｎｍ 碳膜蒸镀设备为低真空冷系统，蒸镀前真 薄膜ＡＦＭ图像 的半高宽为１．５ ｅＶ接近于金刚石的电子结合能和峰的半高宽．峰形 近似对称．而且图１中的拉曼光谱的Ｄ峰也比较明显．说明试样内部 的碳原子确实具备更多的ｓｐ 杂化键畴结构 ２．３ ＡＦＭ对薄膜的表面形貌分析 从不同靶基距时所制备的薄膜的ＡＦＭ图像（图１）中可得到薄膜 的表面形貌和均方根粗糙度ｆＲＲＭＳ） 当靶基距从９０ ｍｍ到５５ ｆｉｌｍ 时．ＲＲＭＳ从０．５８８３ ｎｍ变化到０．３５２９ ｎｍ，可见靶基距越短．ＲＲＭＳ越 小－薄膜表面越平整 可见．靶基距对镀层厚度的影响决定着镀层厚度 均匀性的好坏．在实验中可以通过优化真空室几何形状、真空度和旋 空优于１０－Ｚｍｂａｒ，蒸镀时在室温条件下通人Ａｒ气．气体流量为Ｏ．５ ｍＵ 转装置等设备和工艺参数来改善镀层厚度均匀性 ｍｉｎ．碳线预热时间为３０ ｓ ３结论 ２结果与讨论 本文利用真空蒸镀技术制备了具有超平结构的碳薄膜材料 通过 拉曼光谱和ｘ射线光电子能谱（ｘＰｓ）对所制备的该碳薄膜进行了结 ２．１拉曼光谱对碳膜结构的表征 证明此膜为具有一定量ｓｐ 键的类金刚石碳膜。然后利用原 由于拉曼光谱对薄膜的成键类型、团簇尺寸、膜内的应力等都具 构分析，ＡＦＭ）对薄膜进行了表面形貌分析．证明了所制备的类金 有良好的分辨能力，因此，常被用于分析、鉴定碳膜内的成键结构 Ｉ。从 子力显微镜（仪器参数中的靶基距是影响所制备的金 沉积在石英衬底上的薄膜的拉曼光谱谱图的数据可以看出，所制备的 刚石碳膜具有超平表面结构．● 薄膜在８００—１８００ ｃｍ－１有一明显的宽峰。该峰是由１５２０ ｃｒｆｔ－ｔ处的主峰 刚石碳薄膜性质的重要参数。（Ｇ峰）和１３０５ ｃＩＴＩ 伴峰（Ｄ峰）组成．符合类金刚石碳膜拉曼光谱的 【参考文献】 特征，这表明所制备的碳薄膜材料应为具有一定量ｓｐ，键的类金刚石 碳薄膜。 ２．２ ｘ射线光电子能谱对碳膜结构的表征 高分辨的ＸＰＳ得到的ｃｌｓ谱图是测定类金刚石薄膜中ｓｐ 键、 ｓｐ３键相对浓度最有效、最简单的方法之一，而薄膜中ｓｐ 键、ｓｐ 键相 对浓度比值的大小又是判断该碳膜材料是否属于类金刚石薄膜的重 要依据 。 为了进一步验证薄膜的晶体质量。对其进行了ＸＰＳ谱图测量和分 析。从试样的Ｃ１Ｓ ＸＰＳ谱线来看，试样的电子结合能为２８４．７５ ｅＶ，峰 【１］张敏，程发良，姚海军，等．类金刚石膜的性质和制备及应用【Ｊ１ｌ表面技术，２００６， ３５（２）：４－７． ［２］Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ Ｊ Ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｆ Ｊ１ｌＭａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２００２．ＲＯ７）：ｔ２９—２８１． 『３］Ｍｅｈｒｅｌ Ｐ，Ｔａｂｂａｌ Ｍ，Ｃｈａｋｅｒ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｄｉｒｅｃｔ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｄｉａｍｏｎｄ—ｌｉｋｅ—ｃａｒｂｏｎ ｆｉｌｍｓ ｂｙ ＸＰＳ阴．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ １９９８，１３６：１０５一ｌｌＯ ［责任编辑：薛俊歌］ （上接第１６４页）学管理。庙口镇供水、后备水源地农村居民用水及水 赇她 报 融椭睫眦 源地开采，要进行统一规划，分配开采水量 ３）开展庙１３：泉域地下水库调蓄试验工作．为后备水源地提供水源 保证。 【参考文献】 ［１］鹤壁市．鹤壁市城市总体规划［ｚ】．鹤壁，２００６． ４）本次工作为普查阶段．在后备水源地开采前要进一步进行详细 『２］鹤壁市水资源管理计划节约用水办公室．鹤壁市区水资源评价及规划报告 勘查．为后备水源地开发利用提供科学依据 『ｚ１鹤壁．１９８５ ４结束语 鹤壁市岩溶属于北方岩溶的一部分．鹤壁市岩溶地下水评价对中 国北方地区岩溶地下水有积极的示范作用．适用于裸露型及覆盖型岩 『３］河南省水文地质工程地质勘察院．河南省鹤壁市供水水文地质勘察报告ｆｚ】 鹤壁．２０１２ ［责任编辑：杨玉洁］ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｉｓｉｏｎ ２７２ ｌ科技视界 ｌ
