江漢洞庭平原1∶45 萬水文地質(zhì)圖的編制思路及方法探討

趙幸悅子，喻 望，肖 攀※，關(guān)義濤，姚騰飛

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢 430205；2.湖北省水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，湖北 荊州 434100；3.湖南省地勘局402 隊，長沙 410014）

水資源作為寶貴的自然資源，不僅維持著人類的生存發(fā)展，也保持著人類生存環(huán)境的長盛不衰，對于社會、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的作用也無可替代[1]。地下水資源作為水資源的一種存在形式，對于人類的生活、生產(chǎn)起著舉足輕重的作用；特別是地表水系不發(fā)達(dá)地區(qū)，地下水資源甚至成為了唯一的供水水源。除此之外，地下水資源量的大小也直接制約著地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。準(zhǔn)確評價地下水資源量，是地下水資源合理開發(fā)利用的關(guān)鍵條件之一，而地下水資源評價的最基礎(chǔ)工作是水文地質(zhì)圖的編制[2-4]。地下水資源的數(shù)量、質(zhì)量及其時空分布特征、地下水補(bǔ)徑排運(yùn)動規(guī)律隨著時間遷移在不斷發(fā)生變化[5-7]，因此，精準(zhǔn)時效的水文地質(zhì)圖是科學(xué)合理開發(fā)地下水資源的重要保障。

為系統(tǒng)總結(jié)多年調(diào)查研究成果，進(jìn)一步完善和提升對我國區(qū)域地質(zhì)環(huán)境特征、地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布規(guī)律等的認(rèn)識，促進(jìn)水工環(huán)地質(zhì)理論創(chuàng)新、學(xué)科發(fā)展和成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用，更好地服務(wù)于地質(zhì)環(huán)境保護(hù)管理與地質(zhì)災(zāi)害防治[8]，原國土資源部啟動了全國地質(zhì)環(huán)境圖系編制工作，筆者通過“全國地質(zhì)環(huán)境圖系編制工作”下達(dá)的《江漢洞庭平原水文地質(zhì)圖》編制任務(wù)，系統(tǒng)收集了湖北、湖南兩省近十年來基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)工作的基礎(chǔ)圖件與成果報告[9-11]，結(jié)合“江漢-洞庭平原地下水資源及其環(huán)境問題調(diào)查評價”項目1∶25 萬野外調(diào)查成果[12]，以編為主、編測結(jié)合，采用科學(xué)編圖理念和方法，編制了1∶45 萬水文地質(zhì)圖，豐富、改進(jìn)了江漢洞庭平原水文地質(zhì)圖圖面內(nèi)容，并探討了第四系松散巖層區(qū)水文地質(zhì)圖的編制思路與方法，為江漢洞庭平原地下水資源合理利用以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展供理論指導(dǎo)，支撐服務(wù)長江中游生態(tài)文明建設(shè)與城市發(fā)展規(guī)劃。

1 研究區(qū)概況

江漢洞庭平原橫跨湖北、湖南兩省，由江漢平原、洞庭平原貫通連接形成，其地理坐標(biāo)為北緯28°15′-31°10′，東經(jīng)111°27′-114°16′，氣候?qū)俦眮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，具有四季分明，雨量充沛，光照適宜，春秋季短，冬夏季長的特征，受緯度影響，氣溫、降水量自北向南略有差異，多年平均氣溫為16.4-17.0℃，多年平均降雨量為1000-1400 mm。區(qū)內(nèi)河道水網(wǎng)發(fā)育，長江、漢江橫穿江漢平原而過，湘江、資江、沅江、澧水“四水”分割洞庭平原而行，共同構(gòu)成江漢洞庭平原錯綜復(fù)雜的地表水系網(wǎng)絡(luò)。

區(qū)域地層主要以第四系為主，局部也有前第四紀(jì)地層出露。前第四紀(jì)地層從太古界至新生界均有出露，主要分布于江漢洞庭平原周緣與交接隆起地帶，巖性主要有沉積碎屑巖、碳酸鹽巖、變質(zhì)巖、巖漿巖類；第四紀(jì)地層廣泛分布于江漢洞庭平原，全新世、更新世地層完整，深度可達(dá)240-290 m，巖性以粘土、砂土、粉細(xì)砂、中粗砂、砂礫石層為主，構(gòu)成研究區(qū)主要的地下水運(yùn)移通道與存儲空間。

2 水文地質(zhì)概述

研究區(qū)第四紀(jì)地層巖相多變，主要有河流相、河湖相、湖相等，普遍發(fā)育松散巖類孔隙水。區(qū)域主要有三個含水巖組：即淺層孔隙潛水含水巖組、上部孔隙承壓含水巖組、下部孔隙裂隙承壓含水巖組。

2.1 淺層孔隙潛水含水巖組

淺層孔隙潛水含水巖組由第四系全新統(tǒng)組成，江漢平原巖性主要為砂礫（卵），中粗砂、粉細(xì)砂、細(xì)砂、粉土及粉質(zhì)粘土，含水層與相對隔水層無明顯界線，呈漸變或交錯狀。含水層厚度一般在12.06～44.58 m，地下水位埋深0.15～7.13 m，含水層滲透系數(shù)5.08～12.75 m／d。該含水巖組在階地前緣以接受江河水補(bǔ)給為主，單井涌水量＞1000 m3／d 或500～1000 m3／d，階地后緣富水性較差，單井涌水量為100～500 m3／d。洞庭平原巖性多為河相、河湖相的粘土、砂質(zhì)粘土和粉細(xì)砂。含水層厚度一般為5 m左右，其分布面積不廣，單井水量受巖性影響較明顯，一般＜500 m3／d，僅岳陽廣興洲—君山農(nóng)場一帶相對較大，可達(dá)1000～1500 m3／d。

淺層潛水含水巖組在部分地區(qū)有一定供水意義，但受到水量水質(zhì)限制，多僅能作為農(nóng)田供水和部分廠礦工業(yè)用水，一般不經(jīng)過水質(zhì)改造，不宜直接作為居民生活用水。

2.2 上部孔隙承壓含水巖組

上部孔隙承壓含水層由上更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)組成，因中、上更新統(tǒng)之間無隔水層，并且其水力聯(lián)系密切，其間的粘土呈透鏡體狀，不能成為相對隔水層，因而作為一個統(tǒng)一的含水巖組。江漢平原含水巖組主要由砂、砂（卵）礫石組成，總體特征：從西到東、從北到南含水層顆粒由粗變細(xì)；其厚度具有東、西薄，中間厚，南部薄，北部厚的特點(diǎn)，總的趨勢向湖盆中心厚度增大，一般厚30～70 m，局部地區(qū)平均厚度達(dá)100 m；含水巖組的富水性受控于古地理沉積環(huán)境和含水介質(zhì)的分布規(guī)律而貧富懸殊，各地不一，單井涌水量一般500～1000 m3／d，大者可＞2000 m3／d，小者＜100 m3／d。洞庭平原巖層由河相、河湖相、湖泊相的粘土、砂質(zhì)粘土層、砂和砂礫石層組成多個韻律層，含水層一般厚40～100 m，單井涌水量為幾百至1×104m3／d。在周邊地區(qū)，一般＜500 m3／d，向中心增大，在中部地區(qū)一般＞2000 m3／d，最大在大通湖沙廠達(dá)10200 m3／d。

2.3 下部孔隙裂隙承壓含水巖組

中、下更新統(tǒng)之間有相對穩(wěn)定的粘土弱透水層，而下更新統(tǒng)與新近系之間無明顯的隔水層，其水質(zhì)、地下水動態(tài)極相近，無法將其分割單獨(dú)評價，因而將其作為一個含水層組，即下部裂隙孔隙承壓含水巖組。該含水巖組單井涌水量相對上中更新統(tǒng)含水巖組小，洞庭平原一般＞500 m3／d，其中西洞庭湖地區(qū)一般＞2000 m3／d，其它地區(qū)為500～1000 m3／d之間；江漢平原下部裂隙孔隙承壓含水巖組富水性較差，單井水量大部分地區(qū)＜500 m3／d，個別地區(qū)＞1000 m3／d。

上部、下部承壓含水巖組是江漢洞庭平原區(qū)富水性較豐富的含水地層，也是江漢洞庭平原地下水資源主要儲水層位，地下水礦化度一般＜1.0 g／L，從水質(zhì)水量角度來說，承壓含水巖組具有很好的地下水開采潛力與充足的供水能力。

3 編圖原則與思路

3.1 編圖原則

水文地質(zhì)圖的編制目的是能夠反映出區(qū)域水文地質(zhì)環(huán)境特征，有效促進(jìn)水工環(huán)地質(zhì)理論創(chuàng)新、學(xué)科發(fā)展和成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用，服務(wù)地方地質(zhì)環(huán)境保護(hù)管理工作。江漢洞庭平原地表水系發(fā)育，隨著城市發(fā)展規(guī)模不斷發(fā)展壯大，地下水資源加大開采的趨勢明顯，編制江漢洞庭平原1∶45 水文地質(zhì)圖能為區(qū)域規(guī)劃發(fā)展提供導(dǎo)向，明確地下水開采可能引起的環(huán)境地質(zhì)問題，為科學(xué)規(guī)劃開采方案提供依據(jù)。簡而言之，江漢洞庭平原1∶45 萬水文地質(zhì)圖編圖原則是“以需求為導(dǎo)向、以專業(yè)為基礎(chǔ)，以發(fā)展為目標(biāo)，謀求人-地和諧持續(xù)發(fā)展”，既要保障區(qū)域發(fā)展供水需求，又要保持生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

3.2 編圖思路

江漢洞庭平原1∶45 萬水文地質(zhì)圖編制以編為主，編測結(jié)合。圖件編制以資料收集整理、匯總分析研究為主，主要結(jié)合“江漢-洞庭平原地下水資源及其環(huán)境問題調(diào)查評價”項目的實(shí)施開展，補(bǔ)充更新江漢洞庭平原水文地質(zhì)信息，豐富完善水文地質(zhì)圖件內(nèi)容，編制完成以地下水系統(tǒng)為基本骨架的水文地質(zhì)圖。編制思路主要分兩步開展，一方面資料收集，綜合研究，查清江漢洞庭平原地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，含水巖組空間結(jié)構(gòu)，確定圖層要素及圖面內(nèi)容，初編水文地質(zhì)圖；另一方面通過江漢洞庭平原地下水資源調(diào)查評價項目開展的1∶25 萬野外調(diào)查工作，補(bǔ)充調(diào)查不足的數(shù)據(jù)資料，更新完善具有時效性的水文地質(zhì)信息，遵循全國地質(zhì)環(huán)境圖系編圖技術(shù)要求完成水文地質(zhì)圖編制工作（圖1）。

圖1 江漢洞庭平原水文地質(zhì)圖編制思路圖Fig.1 Compilation ideas of the hydrogeological map of the jianghan-Dongting Plain

3.3 編圖方法的創(chuàng)新

江漢洞庭平原1∶45 萬水文地質(zhì)圖編制除遵循《綜合水文地質(zhì)編圖方法與圖例》、《全國地質(zhì)環(huán)境圖系編制技術(shù)要求》的編制要求相關(guān)內(nèi)容外，主要還表現(xiàn)如下特征與優(yōu)勢：

3.3.1 以地下水系統(tǒng)理論為指導(dǎo)，突出地下水運(yùn)動規(guī)律

水文地質(zhì)圖不僅要反映地下水富水程度，更要突出地下水運(yùn)動規(guī)律，充分掌握地下水補(bǔ)徑排條件。地下水系統(tǒng)是時空分布上具有共同水文地質(zhì)特征與演變規(guī)律的相對獨(dú)立單元[6]，反映地下水運(yùn)動規(guī)律，以地下水系統(tǒng)理論為指導(dǎo)編制水文地質(zhì)圖，更能凸顯出圖件的系統(tǒng)性、統(tǒng)一性及實(shí)效性，能有效預(yù)測地下水開采的動態(tài)變化規(guī)律。本文以地下水系統(tǒng)理論為指導(dǎo)，將江漢洞庭平原進(jìn)行了水文地質(zhì)分區(qū)。江漢洞庭平原地下水流系統(tǒng)整體被劃分為一個一級地下水系統(tǒng)，細(xì)分為二個二級地下水系統(tǒng)，四個三級地下水系統(tǒng)以及九個四級地下水系統(tǒng)（表1，圖2）。圖件編制在地下水系統(tǒng)分區(qū)基礎(chǔ)上劃定不同富水等級區(qū)域，將含水巖組的特征與地下水流動特征有機(jī)的結(jié)合，既能表示出含水巖組的富水大小，也能反映地下水的補(bǔ)徑排運(yùn)動規(guī)律，利于地下水資源量的分析計算與運(yùn)動規(guī)律的預(yù)測評價。

表1 江漢洞庭平原地下水系統(tǒng)劃分表Table 1 Division of groundwater systems of the Jianghan－Dongting Plain

3.3.2 以雙層結(jié)構(gòu)表示上下潛水、承壓含水巖組，凸顯富水層位與區(qū)域

由上述水文地質(zhì)條件可知，江漢洞庭平原主要含水巖組包括淺層孔隙潛水含水巖組、上部孔隙承壓含水巖組、下部孔隙裂隙承壓含水巖組。其中，孔隙潛水富水性小，供水意義不大，且水質(zhì)普遍較差；而上部孔隙承壓水與下部孔隙裂隙承壓水，富水性大，具有較大的供水意義，水質(zhì)普遍較好。依據(jù)地下水水量、水質(zhì)的差異性，以及含水巖組承壓－非承壓特征，結(jié)合地下水資源的開采條件與供水需求，編圖時只將巖組分為潛水、承壓含水巖組兩類，以上下雙層結(jié)構(gòu)表示，并根據(jù)不同的富水性標(biāo)注不同顏色與圖案。雙層結(jié)構(gòu)的表示既能表達(dá)含水巖層空間結(jié)構(gòu)特征，又能凸顯富水區(qū)域與層位，指明地下水在哪，地下水有多少，為地下水資源的開采利用、方案制定提供理論依據(jù)。

4 編圖主要內(nèi)容及其表達(dá)方式

圖2 江漢洞庭平原地下水系統(tǒng)分布圖Fig.2 Distribution map of groundwater systems in the Jianghan－Dongting Plain

按照上述分析，1∶45 萬江漢洞庭平原水文地質(zhì)圖主要反映區(qū)域地下水類型及含水巖組富水性強(qiáng)弱，編制內(nèi)容主要包括：地下水類型、含水巖組富水性、主要含水層位埋深條件，控制性水點(diǎn)、地下水系統(tǒng)分界線與水文地質(zhì)界線等。

4.1 地下水類型

依據(jù)地下水賦存條件、特征以及供水意義、目的，江漢洞庭平原地下水類型主要劃分為松散堆積物孔隙潛水、下覆承壓含水巖組兩大類，盆地周緣與江漢洞庭平原交接部位基巖出露，有少量基巖裂隙水?？紫稘撍?、基巖裂隙水根據(jù)富水性不同或巖性不同用不同顏色表示，以示區(qū)別（圖3）；下覆承壓水根據(jù)富水性不同用不同圖案表示，顯示差異（圖4）。

4.2 含水巖層富水性

地下水富水性包含地下水補(bǔ)給量與導(dǎo)水量兩個方面，表征地下水資源豐富貧乏程度[7]。江漢洞庭平原以松散孔隙水為主，富水性主要以單井涌水量大小表示。由于鉆孔勘探研究程度不一，為便于綜合對比地下水富水性，單井涌水量需要換算成統(tǒng)一口徑、統(tǒng)一降深的換算值[13]。松散孔隙含水巖層鉆孔抽水試驗單井涌水量換算成以200 mm 口徑，5 m 降深的單井涌水量來統(tǒng)一評價各鉆孔單位涌水量，劃定各含水巖層富水性程度，根據(jù)單井涌水量將松散孔隙含水巖層富水性劃分為五個等級：

①富水性極強(qiáng)，單井涌水量＞5000 m3／d；

②富水性強(qiáng)，3000 m3／d＜單井涌水量≤5000 m3／d；

圖3 孔隙潛水分布及富水表示圖Fig.3 Representing graph of pore phreatic water and water yield property

圖4 下覆承壓水分布及富水表示圖Fig.4 Representing graph of underlaid confined water distribution and water yield property

③富水性中等，1000 m3／d＜單井涌水量≤3000m3／d；

④富水性弱，500 m3／d＜單井涌水量≤1000 m3／d；

⑤富水性極弱，單井涌水量≤500 m3／d；

其中，上部孔隙潛水以五種顏色表示不同富水性，下覆孔隙承壓水以五種圖案表示不同富水性，表示方式如圖5、圖6。

基巖裂隙水出露較少，地下水富水性以鉆孔抽水試驗單井涌水量換算成200 mm 口徑，20 m 降深的單井涌水量來統(tǒng)一評價，且單井涌水量均≤500 m3／d，富水性均為弱－極弱，集中供水意義不大，其富水性主要以不同巖性給予不同顏色表示。

圖5 淺層潛水富水性色譜Fig.5 Chromatography for water yield property of shallow phreatic water

4.3 下覆承壓含水層埋深等值線

江漢洞庭平原富水巖層主要為下覆承壓含水巖層，具有較大開采潛力，其平面上的富水性分布特征可以從水文地質(zhì)圖面展現(xiàn)。為表現(xiàn)其垂向上的分布特點(diǎn)，反映下覆承壓含水巖層的分布深度與范圍，編圖過程中收集了全區(qū)內(nèi)鉆孔資料，統(tǒng)計分析下覆承壓含水層頂板埋深值（即Q2＋3巖層頂板），通過suffer 軟件插值繪制了對應(yīng)等值線，來展現(xiàn)主要富水巖層在垂向上的分布特征，為供水孔深設(shè)計提供依據(jù)，利于地下水資源得到更合理開發(fā)利用。

圖6 下覆承壓水富水性圖案Fig.6 Pattern of water yield property of underlaid confined water

5 圖件編制與特點(diǎn)

依照上面編圖思路和方法，繪制了江漢洞庭平原1∶45 水文地質(zhì)圖（圖7）。圖面除了表達(dá)富水性以外，也繪制了承壓含水巖層地下水位等值線和地下水系統(tǒng)分界線，分別表達(dá)了主要富水巖層水位的深度和地下水補(bǔ)徑排運(yùn)動規(guī)律，標(biāo)注了主要控制性水點(diǎn)的位置及相關(guān)水文地質(zhì)信息，提供含水巖層的主要水文地質(zhì)特征，為地下水鉆孔部署設(shè)計提供借鑒意義?？傊?，該圖件的編制、內(nèi)容的表達(dá)始終以需求為導(dǎo)向，以專業(yè)為基石，為地下水資源合理科學(xué)開發(fā)利用提供理論支撐；同時，力爭信息表達(dá)全面，圖面簡潔易懂[14－15]。

傳統(tǒng)水文地質(zhì)圖的編制往往只以單獨(dú)含水巖層為主體，考慮的只是含水巖層能夠取多少水，往往忽視了含水巖層的整體性、系統(tǒng)性以及可能產(chǎn)生的地質(zhì)環(huán)境效應(yīng)等問題，江漢洞庭平原1∶45 萬水文地質(zhì)圖編制以地下水系統(tǒng)理論為指導(dǎo)，在圖件編制前首先對區(qū)域水文地質(zhì)進(jìn)行分區(qū)，強(qiáng)調(diào)地下水系統(tǒng)的整體性、系統(tǒng)性，同時在圖面表達(dá)上以雙層結(jié)構(gòu)表示潛水和承壓水，并用不同的顏色或圖案區(qū)分富水性多少，既表達(dá)了含水巖層空間結(jié)構(gòu)特征，又凸顯了富水區(qū)域與層位。因此，江漢洞庭平原1∶45萬水文地質(zhì)圖的編制工作為區(qū)域地下水資源充分利用和避免因地下水開采引起的各種環(huán)境地質(zhì)問題提供了直接的理論支撐。

圖7 1∶45萬江漢洞庭平原水文地質(zhì)簡圖Fig.7 Hydrogeological sketch Map of Jianghan-Dongting Plain

6 結(jié)論

（1）江漢洞庭平原1∶45 萬水文地質(zhì)圖的編制突破傳統(tǒng)編圖思維，以地下水系統(tǒng)理論為指導(dǎo)，突出表達(dá)地下水運(yùn)動規(guī)律，凸顯出圖件的系統(tǒng)性、統(tǒng)一性及實(shí)效性。

（2）圖件編制以雙層結(jié)構(gòu)區(qū)分潛水和承壓水，并用不同的顏色或圖案表達(dá)富水性，進(jìn)步一提高了水文地質(zhì)圖的實(shí)用性，為區(qū)域地下水資源的開采利用、方案制定提供理論依據(jù)。