江淮分水嶺嚴(yán)重缺水地區(qū)水文地質(zhì)條件分析評(píng)價(jià)

高志強(qiáng)，張 凱，張克松，張 帥

（安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院，安徽·蚌埠233000）

安徽省江淮分水嶺嚴(yán)重缺水地區(qū)位于安徽省中部，在行政區(qū)劃上涉及六安市、合肥市、滁州市，在空間上呈北東—南西方向展布。江淮分水嶺在安徽省內(nèi)全長426.50 km，工作區(qū)處在整個(gè)江淮分水嶺的東部，過滁州市南譙區(qū)章廣鎮(zhèn)和大柳鎮(zhèn)西部，區(qū)內(nèi)全長33.38 km。區(qū)內(nèi)地表水難蓄，地下水難儲(chǔ)，水資源分布極不均一，尤其是章廣鎮(zhèn)資源性缺水和水質(zhì)性缺水更加嚴(yán)重[1-3]。長期以來，水資源緊缺嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，區(qū)內(nèi)居民飲水也時(shí)常發(fā)生困難。本次工作通過調(diào)查、取樣、勘探等工作手段，對(duì)工作區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件與特征進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了管徑、輻射井、復(fù)合井等井型，并分析了各井型的優(yōu)缺點(diǎn)和適宜性，提出了該地區(qū)地下水資源的開發(fā)利用建議，為當(dāng)?shù)匕l(fā)展提供支持。

1工作區(qū)概況

南譙區(qū)章廣鎮(zhèn)和大柳鎮(zhèn)，位于安徽省滁州市南譙區(qū)西南部，行政面積323.2km2，東與沙河鎮(zhèn)、施集鎮(zhèn)相鄰，西與定遠(yuǎn)縣相連，南與全椒縣西王鎮(zhèn)、肥東縣古城鎮(zhèn)相鄰，位于江淮分水嶺中東部，該區(qū)嚴(yán)重缺水，直接影響當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展。工作區(qū)范圍地理坐標(biāo)：東經(jīng)117°48′59.2?-118°07′01.0?、北緯32°10′44.5?-32°28′27.5?。工作區(qū)交通較便利，S311通過大柳鎮(zhèn)，區(qū)內(nèi)主要道路為縣道、村村通道路，與周邊的S101、G104、G40、寧洛高速等主要交通要道相連（圖1）。

圖1工作區(qū)地理位置Fig.1 Location map of work area

1.1氣象水文

工作區(qū)屬熱帶濕潤性季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，四季分明。多年平均氣溫15.8℃；多年平均降水量1058.6 mm（1997-2014 年），降水年內(nèi)分配不均，主要集中于夏季（6-8月份），降水量525.5 mm；多年平均蒸發(fā)量1441.4 mm。

工作區(qū)河流屬長江水系，為滁河的分支河流，分布于大柳鎮(zhèn)的東部和章廣鎮(zhèn)東南部，分別匯入沙河集水庫和黃栗樹水庫，最終流入滁河。區(qū)內(nèi)河流水量匱乏，河面僅2-3 m寬，多處出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)水域主要為小型水庫、溝渠、塘坎等小型水域。

1.2 地形地貌

工作區(qū)位于江淮分水嶺的嶺脊地帶，海拔標(biāo)高47-399.4 m，中部章廣鎮(zhèn)和大柳鎮(zhèn)交界處高，南北兩側(cè)低。區(qū)內(nèi)為地貌類型主要為丘陵。按形態(tài)特征可將區(qū)內(nèi)微地貌劃分為：河漫灘、崗坡地、低丘、中丘和高丘。

1.3 地層

本區(qū)地層以華南地層大區(qū)揚(yáng)子地層區(qū)下?lián)P子地層分區(qū)為主，僅西南角局部屬華北地層大區(qū)晉冀魯豫地層區(qū)徐淮地分區(qū)淮南地層小區(qū)。區(qū)內(nèi)出露地層有上元古界張八嶺群西冷組、北將軍組、中元古界震旦系下統(tǒng)周崗組、中生界白堊系張橋組及新生界第四系全新統(tǒng)豐樂鎮(zhèn)組、上更新統(tǒng)戚咀組。

2水文地質(zhì)條件分析

2.1含水巖組劃分及水文地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)含水巖組劃分五類，即：松散巖類孔隙含水巖組、碎屑巖類風(fēng)化殼網(wǎng)狀裂隙含水巖組、巖漿巖類風(fēng)化殼網(wǎng)狀裂隙含水巖組、變質(zhì)巖類風(fēng)化殼網(wǎng)狀裂隙含水巖組、構(gòu)造裂隙含水層。

2.1.1 松散巖類孔隙含水巖組

該含水巖組主要分布于大柳鎮(zhèn)東部鎮(zhèn)街道、橫塘村、曲亭村局部，含水巖組由第四紀(jì)沉積物組成，巖性主要為粘土、亞粘土，厚度3-10 m，大氣降水沿粘性土的柱狀節(jié)理和孔隙入滲形成孔隙潛水，主要賦存于松散層的孔隙中。簡易的桶提抽水表明，單井涌水量小于10 m3/d。地下水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Na 型，溶解性總固體一般小于1.0g/l。野外調(diào)查期間，地下水位埋深一般1-3 m。

這類地下水的主要特征：易開采，成本低，出水量小，保證率低；循環(huán)慢，易污染。水位恢復(fù)較慢，受大氣降水影響較大，干旱季節(jié)往往不能滿足人畜飲用。

2.1.2 碎屑巖類風(fēng)化殼網(wǎng)狀裂隙含水巖組

該含水巖組分布在工作區(qū)章廣鎮(zhèn)西南部，直接出露于地表或隱伏與松散層下，含水巖組由中生代白堊系張橋組的砂礫巖、礫巖、細(xì)砂巖及粉砂巖組成，地下水主要賦存于巖石風(fēng)化殼的孔隙、網(wǎng)狀裂隙中。根據(jù)簡易民井抽水試驗(yàn)及野外走訪調(diào)查，單井涌水量一般10-50 m3/d。取樣分析表明，地下水化學(xué)類型以HCO3-Na·Ca、Cl·HCO3-Na·Ca、HCO3-Ca·Mg 型為主，溶解總固體一般為0.4-3.3 g/l 左右。

地下水埋深受地形和基巖起伏等多種因素影響，野外調(diào)查期間，地下水位埋深一般1-5 m，含水層位為風(fēng)化殼風(fēng)化裂隙含水層。

碎屑巖類地層隱伏區(qū)，由于上覆第四系松散層，其風(fēng)化層大部分保存較完整，地下水主要集中在孔隙、裂隙較密集的強(qiáng)風(fēng)化帶。裸露區(qū)地層風(fēng)化層保存則沒那么完整，全風(fēng)化層厚度比隱伏區(qū)薄，其特征如下：

（1）風(fēng)化帶厚度越大，富水性越強(qiáng)，反之富水性差。一般隱伏區(qū)強(qiáng)風(fēng)化帶較厚，富水性相對(duì)較好，但由于上覆松散層，受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥化肥過度使用的影響，地下水水質(zhì)也受到影響，工作區(qū)內(nèi)這類地下水水質(zhì)較差；

（2）地貌對(duì)出水量影響較大，一般位于沖溝或塝地的水井，其出水量大于崗坡地地區(qū)。低洼處風(fēng)化殼的風(fēng)化層保存較完整，厚度較厚，且易于匯水儲(chǔ)水，崗坡地則相反；

（3）巖性也是影響水量的一個(gè)重要因素。強(qiáng)風(fēng)化帶巖性為砂巖的單井出水量較大，水位恢復(fù)較快；巖性為泥巖的地區(qū)，風(fēng)化裂隙容易被風(fēng)化物堵塞，單井出水量則較小。

2.1.3 變質(zhì)巖類風(fēng)化殼網(wǎng)狀裂隙含水巖組

該含水巖組廣泛出露于工作區(qū)內(nèi)，含水巖組主要由張八嶺群西冷組和北將軍組的片巖、板巖和千枚巖等組成，地下水主要賦存于變質(zhì)巖的風(fēng)化殼網(wǎng)狀裂隙中，依據(jù)本次工作中，井勘探結(jié)果表明，中、強(qiáng)風(fēng)化層厚度約為5.6-9.5m。

根據(jù)簡易民井抽水試驗(yàn)及野外走訪調(diào)查，單井涌水量一般小于10 m3/d。取樣分析表明，地下水化學(xué)類型以HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg 型為主，溶解性總固體一般小于0.2～0.3 g/l。

地下水埋深受地形和基巖起伏等多種因素影響，野外調(diào)查期間，地下水位埋深一般1-7 m。其特征如下：

（1）受變質(zhì)作用和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，變質(zhì)巖地層的裂隙多被石英充填，裂隙導(dǎo)水性及富水性均較差；

（2）勘查發(fā)現(xiàn)變質(zhì)巖的風(fēng)化層厚5-11 m，是該地層分布區(qū)的主要含水層之一。

2.1.4 巖漿巖類風(fēng)化殼網(wǎng)狀裂隙含水巖組

該含水巖組區(qū)內(nèi)分布于章廣鎮(zhèn)孟洼村，含水巖組主要由侏羅系上統(tǒng)花崗巖組成，地下水主要賦存于巖漿巖的風(fēng)化殼網(wǎng)狀裂隙中，依據(jù)孟洼村西莊復(fù)合井勘探結(jié)果表明，中、強(qiáng)風(fēng)化層厚度達(dá)25 m。根據(jù)簡易民井抽水試驗(yàn)及野外走訪調(diào)查，單井涌水量一般小于50 m3/d。取樣分析表明，地下水化學(xué)類型以HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca 型為主，溶解性總固體一般小于0.4-0.6 g/l。

地下水埋深受地形和基巖起伏等多種因素影響，野外調(diào)查期間，水位埋深一般1-5 m，局部山頂水位埋深超過10m。特征如下：

（1）區(qū)內(nèi)是麥飯石產(chǎn)區(qū)，水質(zhì)較好，且富含多種有益微量元素[4-5]。該區(qū)在2005 年我單位在此開展過“安徽省滁州市章廣鎮(zhèn)麥飯石普查與研究”工作；

（2）勘查發(fā)現(xiàn)巖漿巖的風(fēng)化層厚達(dá)30 余米，且中強(qiáng)風(fēng)化層約為25 m 左右，是該巖漿巖地層分布區(qū)的主要含水層之一?；◢弾r的風(fēng)化產(chǎn)物為高嶺土和伊利石，會(huì)對(duì)風(fēng)化裂隙造成堵塞作用，因此會(huì)隨風(fēng)化層的富水性產(chǎn)生不利影響。所以區(qū)內(nèi)雖然風(fēng)化層較厚，但富水性卻較差。

2.1.5 構(gòu)造裂隙含水層

該含水巖組分布在工作區(qū)廣泛分布，隱伏與松散層及巖石風(fēng)化殼之下，賦存于基巖裂隙、斷層破碎帶以及裂隙發(fā)育帶中。根據(jù)洼戶管井及西莊管井抽水試驗(yàn)可知，單井涌水量一般小于40 m3/d。取樣分析表明，地下水化學(xué)類型以HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg 型為主，溶解總固體一般為0.30-0.44 g/l 左右。

地下水徑流條件一般較差，但張性斷層裂隙帶處地下水徑流條件較好，地下水補(bǔ)給主要來自風(fēng)化帶或遠(yuǎn)離的裸露區(qū)降水入滲補(bǔ)給。其主要特征如下：

（1）斷裂、裂隙的性質(zhì)決定了富水性的強(qiáng)弱

根據(jù)以往江淮分水嶺地區(qū)的勘查成果發(fā)現(xiàn)：張性和張扭的斷裂、裂隙富水性強(qiáng)，而壓性和壓扭性的斷裂富水性差；近東西向和北西向分布的斷裂已張性，富水性較好，而北東向的斷裂以壓性和壓扭性為主，富水性較差。區(qū)內(nèi)主要斷裂以北東向?yàn)橹?，多為壓性斷裂?/p>

（2）巖性對(duì)富水性影響較大

當(dāng)斷裂、裂隙兩盤地層巖性為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等細(xì)顆粒巖石時(shí)，雖然產(chǎn)生系列的裂隙，但其導(dǎo)水性較砂巖分布區(qū)差，斷裂裂隙經(jīng)過后期填充再膠結(jié)，其富水性很差。

（3）區(qū)內(nèi)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，壓性斷層形成斷層泥和糜棱巖化，張性斷裂往往被風(fēng)化嚴(yán)重的變質(zhì)巖填充后再膠結(jié)。受變質(zhì)作用和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，變質(zhì)巖地層的裂隙多被石英充填，野外調(diào)查中，處處可見此現(xiàn)象，因此，該類地層的裂隙導(dǎo)水性及富水性均較差。

2.2 地下水水質(zhì)

本次工作中，取水樣9組，取樣井為新建井周邊民井，取樣含水層組為巖漿巖類裂隙含水巖組、碎屑巖類裂隙含水巖組、變質(zhì)巖類裂隙含水巖組3種主要含水巖組類型，依據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，采用綜合評(píng)分法進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表1。

表1地下水水質(zhì)取樣分析結(jié)果Table 1 Analysis results of groundwater quality sampling

依據(jù)所取水樣水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)分值（F）數(shù)據(jù)，利用MapGIS 的DTM 分析模塊的插值計(jì)算功能，繪制出水質(zhì)分區(qū)圖，結(jié)果如圖2 所示。

由圖2 可知，水質(zhì)劃分界線與地層分界線相近，說明地層巖性對(duì)地下水水質(zhì)有影響，碎屑巖類風(fēng)化殼風(fēng)化裂隙水水質(zhì)較差或極差，變質(zhì)巖類風(fēng)化殼風(fēng)化裂隙水水質(zhì)良好。

取樣分析結(jié)果表明，碎屑巖類風(fēng)化殼風(fēng)化裂隙水水質(zhì)較差，溶解性總固體、總硬度、Cl-、SO42-、NO3-等超標(biāo)嚴(yán)重，可用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水。因此，在選取井位時(shí)，應(yīng)避開碎屑巖類孔隙裂隙含水層分布范圍。變質(zhì)巖類風(fēng)化殼風(fēng)化裂隙含水巖組不同巖性地層富水性及水質(zhì)也存在差異，千枚巖地層相對(duì)于片巖地層其富水性更差，水質(zhì)也更差。巖漿巖類風(fēng)化殼風(fēng)化裂隙水水質(zhì)較好，水量處于前兩者之間，最適于作為供水井工作靶區(qū)。

綜上所述，區(qū)內(nèi)碎屑巖類風(fēng)化殼風(fēng)化裂隙水水質(zhì)為較差或極差，巖漿巖類風(fēng)化殼風(fēng)化裂隙水和變質(zhì)巖類風(fēng)化殼風(fēng)化裂隙水水質(zhì)較好，巖漿巖類風(fēng)化殼風(fēng)化裂隙含水巖組分布區(qū)是供水井成井的首選區(qū)域。

圖2地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.2 Groundwater quality evaluation result

3地下水開發(fā)評(píng)價(jià)

3.1開發(fā)利用現(xiàn)狀

工作區(qū)內(nèi)現(xiàn)有居民4.36萬余人，依據(jù)《農(nóng)村飲用水量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB 11730-89）》，按每人每天60L 生活用水量計(jì)算，共需2616m3/d。目前區(qū)內(nèi)自來水廠供水量不足1500m3/d，遠(yuǎn)小于居民所需水量，自來水供水量不能滿足居民生活飲用水需求量。因自來水供水量不足，居民仍需開采地下水解決生活飲用水，開采利用形式以分散型開采為主。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)民井較多，多數(shù)民井水質(zhì)較差。

區(qū)內(nèi)民井井深為3～10m 的民井所占比例最大，占73.34%；井深10～20m 占23.53%。工作區(qū)水井類型主要為直徑大于400mm 的大口井，井壁為磚砌或石砌為主，部分地段巖石風(fēng)化程度較低井壁為裸孔。區(qū)內(nèi)松散層巖性主要為粘性土，水量小，補(bǔ)給緩慢，開采層位為埋深5～15m 的基巖風(fēng)化裂隙水。

工作區(qū)內(nèi)部分人口密集的村鎮(zhèn)街道已通自來水，章廣鎮(zhèn)自來水廠主要取水來源為地表水庫水[6-7]，供應(yīng)章廣鎮(zhèn)及周邊村組居民生活飲用水，距離城鎮(zhèn)較遠(yuǎn)的村組則由工作區(qū)外自來水廠供水。區(qū)內(nèi)集中開發(fā)利用地下水的情況較少，僅在皇甫村街道自來水廠處集中開采地下水，取水層位為松散層和風(fēng)化殼，取水井為2眼大口井，井徑2.5m，日平均供水量約為100m3/d，供應(yīng)周邊2000 人左右的飲用水。

3.2 供水井水量與水質(zhì)

本次工作分別完成了管井、輻射井、復(fù)合井（輻射井與管徑的結(jié)合）三種井型各一眼，復(fù)合井單井出水量104.4 m3/d，輻射井單井出水量93.6 m3/d，管井單井出水量24 m3/d，獲得可采出水總量222 m3/d，平均單井出水量為74 m3/d。依據(jù)農(nóng)村飲用水標(biāo)準(zhǔn)，按人均60 L/d 計(jì)算，解決了3700人的生活用水基本需求量。

對(duì)完成的3眼飲用水井取樣測試，測試指標(biāo)有：色度、渾濁度、嗅和味、肉眼可見物、pH 值、氨氮、硝酸鹽、揮發(fā)性酚類、總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、砷、汞、鉻（六價(jià)）、鉛、氟化物、鎘、鐵、錳、銅、鋅、鈉、陰離子合成洗滌劑、總α 放射性、總β 放射性、氯化氰（CN-）、耗氧量。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選用《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB 5749-2006）》作為標(biāo)準(zhǔn)。評(píng)價(jià)方法為單因子評(píng)價(jià)法，水樣各檢測項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)均小于1，井水水質(zhì)符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 井型適宜性

總結(jié)三種井型的優(yōu)缺點(diǎn)，并分析了各井型在工作區(qū)內(nèi)的適宜性。

（1）管井

優(yōu)點(diǎn)：成井方便快捷，成本低；成井深度較深，能夠取得深部地下水；井口占地面積較小。

缺點(diǎn)：對(duì)于富水性較差的地區(qū)，由于管井的井徑一般較小，同等井深的情況下，相對(duì)于大口井、輻射井其過水?dāng)嗝孑^小，匯水速度和出水量也較小。

適宜性：對(duì)于江淮分水嶺嚴(yán)重缺水地區(qū)，該井型水量不等得到保證，僅適用于斷層脈狀水附近地段施工水井。

（2）輻射井

優(yōu)點(diǎn)：輻射井一般由大口集水井和井下水平輻射孔組成，不論是大口集水井還是水平輻射孔，都能起到增加過水?dāng)嗝娴淖饔?，因此該井型匯水速度和出水量也較大；大口集水井能夠起到儲(chǔ)存地下水的作用，能夠滿足居民短時(shí)間內(nèi)集中用水的需求；輻射孔能夠向周邊輻射幾十至幾百米，聯(lián)通周邊的破碎帶，將破碎帶中的地下水引入大口集水井，對(duì)于井位的選取有一定靈活性。

缺點(diǎn)：井口占地面積較大；一般成井深度較淺，僅能夠取得淺層地下水；施工風(fēng)險(xiǎn)大，施工需要工作人員井下作業(yè)，其危險(xiǎn)性也較地面作業(yè)高；成本較高；該井含水層較淺，長時(shí)間過度使用，地下水流場發(fā)生變化，后期可能受到淺部或地表的污染；該井型由于加快了匯水速度，長期過度使用，造成周邊地段富水性變差，水量減小。

適宜性：該井型在本區(qū)適用于風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水，也可以揭露發(fā)育于淺部的斷層脈狀水，尤其是不能確定斷層帶位置，只能確定斷層大致區(qū)域的情況，可通過輻射孔予以揭露。

（3）復(fù)合井

優(yōu)點(diǎn)：復(fù)合井為輻射井中套管井，兼具一般管井和輻射井的優(yōu)點(diǎn)。

缺點(diǎn)：井口占地面積較大；施工風(fēng)險(xiǎn)大，施工需要工作人員井下作業(yè)，其危險(xiǎn)性也較地面作業(yè)高；成本較高；該井開采淺層水，長時(shí)間過度使用，地下水流場發(fā)生變化，后期可能受到淺部或地表的污染；該井型由于加快了匯水速度，長期過度使用，造成周邊地段富水性變差，水量減小。

適宜性：該井型適用于即存在風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水，又有斷層脈狀水的地段。

綜上所述，江淮分水嶺地區(qū)適宜井型為輻射井和復(fù)合井。

4結(jié)論與建議

根據(jù)本次工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合以往江淮分水嶺地區(qū)地下水資源勘查工作成果[8-9]，總結(jié)提出以下結(jié)論與建議：

（1）地下水開發(fā)利用井靶區(qū)選擇：從地層巖性方面考慮，優(yōu)先選擇巖漿巖分布區(qū)，該區(qū)域水質(zhì)較好，適合作為飲用水井；從地形地貌方面考慮，井位應(yīng)布置與低洼處，且地形起伏不易過大。

（2）如若井位處無斷層或斷層深度小于30m，井型優(yōu)先選擇輻射井，輻射井主井深度不易超過30m，這是由于區(qū)內(nèi)風(fēng)化層發(fā)育深度（厚度）一般小于30m；井位處如有斷層分布，且斷層深度較深（大于30m），井型優(yōu)先選擇復(fù)合井，且管井深度依據(jù)斷層深度確定，輻射井主井深度一般不超過30m。輻射孔深度確定，依據(jù)前期勘查及輻射井主井開挖中觀察到的含水層層位確定，區(qū)內(nèi)一般為風(fēng)化殼網(wǎng)狀裂隙含水層。輻射孔方位及進(jìn)尺確定，來水方向的輻射孔進(jìn)尺宜較長，兩側(cè)方向進(jìn)尺減少；斷層方向輻射孔進(jìn)尺宜較長，反方向進(jìn)尺減少。

（3）地下水的開發(fā)利用要適度，建議輻射井水及復(fù)合井取水量不大于100 m3/d，進(jìn)行可持續(xù)的開采利用，注意環(huán)境保護(hù)，防治地下水污染。

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