鄒平市南部山區(qū)富水地段水文地質(zhì)特征淺析

戰(zhàn)靜華，王明珠*，閆朋飛，段曉飛，張航星

(1.山東省地勘局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院)，山東 德州 253072;2.山東省地?zé)崆鍧嵞茉刺綔y(cè)開發(fā)與回灌工程技術(shù)研究中心，山東 德州 253072)

0 引言

山東省鄒平市南部山區(qū)地下水資源豐富且水質(zhì)優(yōu)良，是鄒平市重要的飲用水源地，承擔(dān)著17萬當(dāng)?shù)鼐用竦纳詈凸喔扔盟⒐I(yè)及城市(應(yīng)急)生活用水。近年來，當(dāng)?shù)氐叵滤_發(fā)利用需求加大，開發(fā)程度不斷提高，加之氣候干旱，降水補(bǔ)給偏少，導(dǎo)致枯水期時(shí)水資源短缺，城鎮(zhèn)生活用水的供需矛盾逐漸突出，甚至出現(xiàn)城區(qū)居民定時(shí)供水的現(xiàn)象。因此，研究區(qū)域富水地段水文地質(zhì)特征，尋找新的城市供水水源地，對(duì)緩解目前地下水的供需矛盾具有重要意義。

1 鄒平市南部山區(qū)概況

研究區(qū)在大地構(gòu)造單元上位于魯中隆起魯山-鄒平斷隆，屬于魯西地層區(qū)，侏羅紀(jì)地層主要是由河流相沉積的碎屑巖形成、白堊紀(jì)地層是由中基性的熔巖和火山巖類型沉積形成，在山丘低洼的區(qū)域及河流所流經(jīng)的地帶均有分布的第四紀(jì)松散沖洪積層。該區(qū)地貌類型為中度切割的低山丘陵區(qū)，地勢(shì)南高北低，呈傾斜式下降。氣候?qū)儆谂瘻貛О霛駶?rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季旱澇不均，冬季寒冷少雪[1]。多年平均溫度12～13℃。平均降雨量561mm，年內(nèi)分布不均；平均水面蒸發(fā)量1400～2100mm，年內(nèi)蒸發(fā)量3—9月份較大，每月超過150mm，4—7月份每月蒸發(fā)量超過200mm，超過全年總蒸發(fā)量的一半。鄒平南部山區(qū)主要河流包括黛溪河、杏花溝、潴龍河、淦溝河等，多屬于季節(jié)性河流內(nèi)集聚小型水源工程，加強(qiáng)地下水資源保護(hù)和地下水生態(tài)修復(fù)，充分做好雨洪資源利用，為緩解農(nóng)業(yè)用水緊張程度發(fā)揮了重要作用。目前黛溪河流域內(nèi)有杏林水庫、花盆河水庫、馬莊水庫、于印水庫、三八水庫；潴龍河流域內(nèi)有芽莊水庫、石河水庫、聚群水庫；淦溝河流域內(nèi)建有北園水庫、大房水庫、西河水庫和古城水庫等。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 地下水賦存條件

鄒平市南部山區(qū)在水文地質(zhì)單元上隸屬于平陰-臨朐單斜水文地質(zhì)區(qū)黛溪河流域地下水系統(tǒng)。根據(jù)區(qū)域地下水的基礎(chǔ)地質(zhì)和水文地質(zhì)條件[2]，結(jié)合水文氣象等綜合研究，初步將該區(qū)域地下水分為基巖裂隙水和松散巖類孔隙水兩種類型(圖1)。

1—塊狀巖類裂隙水單井涌水量<100m3/d；2—噴出巖類孔洞裂隙水單井涌水量<100m3/d；3—碎屑巖類孔隙裂隙水單井涌水量<100m3/d；4—松散巖類孔隙水單井涌水量1000～3000m3/d;5—松散巖類孔隙水單井涌水量500～1000m3/d;6—松散巖類孔隙水單井涌水量<500m3/d;7—水系；8—富水性分區(qū)界線圖1 鄒平市南部山區(qū)富水地段水文地質(zhì)簡(jiǎn)圖

2.1.1 基巖裂隙水

鄒平南部的低山丘陵區(qū)以基巖裂隙水為主，該類地下水分布極不均勻，基巖含水層頂板埋深在杏林-象伏-蘆泉支流以南小于50m，該線以北含水層頂板埋深起伏較大[3]。單井涌水量一般都小于100m3/d，含水層富水性相對(duì)較差，但其交替循環(huán)積極，水質(zhì)良好，是南部山區(qū)居民生活和灌溉用水、工業(yè)及城市(應(yīng)急)生活用水的重要來源[4]。

2.1.2 松散巖類孔隙水

區(qū)內(nèi)的松散巖類孔隙水主要分布在黛溪河及其支流的沖洪積扇地區(qū)[5]，含水層顆粒粗、厚度大，具有多層結(jié)構(gòu)。縱向上，自下而上含水層顆粒由粗變細(xì)，上部由粗砂、含礫粗砂組成，下部含一層5～10cm的礫石層與下方的基巖直接接觸。橫向上，自扇軸向兩側(cè)顆粒由粗變細(xì)，分別由礫質(zhì)砂、中粗砂，漸變?yōu)榉奂?xì)砂。含水層底板埋深沿沖洪積扇主軸方向，由西南40m向東北逐漸遞增到90m以上。主流路帶內(nèi)單井涌水量500～1000m3/d，松散巖類孔隙水的補(bǔ)給方式主要為大氣降水和灌溉入滲補(bǔ)給，排泄方式主要為人工開采。

2.2 地下水補(bǔ)徑排特征

區(qū)內(nèi)地下水整體上具備相對(duì)獨(dú)立的補(bǔ)給、徑流、排泄條件，水動(dòng)力場(chǎng)具有明顯的分區(qū)性，地下水補(bǔ)給來源主要是大氣降水，直接補(bǔ)給區(qū)主要分布在上游丘陵區(qū)，間接補(bǔ)給區(qū)主要分布在中游剝蝕堆積平原區(qū)，最終的匯集排泄區(qū)主要分布在山前沖積平原區(qū)。

區(qū)內(nèi)的地下水總體自西南向東北方向徑流。丘陵山區(qū)，以基巖裂隙水為主，一般不具備統(tǒng)一水力聯(lián)系；在鄒平城區(qū)松散巖類地下水分布區(qū)，地下水流向呈自西南向東北徑流動(dòng)[6]，由于補(bǔ)給區(qū)地勢(shì)南高北低，且上部坡地較大，同時(shí)由于人為開采造成的影響，在西董村一帶地下水埋深達(dá)20m；至柳泉一帶時(shí)，地勢(shì)逐漸變緩，水的流速也逐漸變慢，此地地下水埋深為7～8m，但是受人為開采影響，在水廠附近，動(dòng)水位埋深也超過15m。受到河流補(bǔ)給作用，在黛溪河流域附近，地下水等水位線是向內(nèi)側(cè)彎曲。該區(qū)主要的排泄方式是人工淺層潛水與中層承壓水混合開采，開采的層位一般為10～90m[7]。在臨池南部，地下水越向南水位埋深越大，由北向南徑流動(dòng)(圖2)。

1—水位埋深2～4m；2—水位埋深4～6m；3—水位埋深6～8m；4—水位埋深8～10m；5—水位埋深10～12m；6—水位埋深12～14m；7—水位埋深14～16m；8—水位埋深16～18m；9—水位埋深18～20m；10—水位埋深20～22m；11—水位埋深22～24m；12—水位埋深24～26m；13—水位埋深26～28m；14—水位埋深>28m；15—水位標(biāo)高等值線/m；16—南部重點(diǎn)調(diào)查區(qū)范圍；17—山地圖2 鄒平市南部山區(qū)富水地段地下水水位埋深等值線圖

如圖3所示，該系統(tǒng)中主要的補(bǔ)給來源為大氣降水，其次補(bǔ)給來源多為地表水滲漏[8]。上游區(qū)域的基巖裂隙多不發(fā)育，流域內(nèi)多數(shù)大氣降水匯集在地表[9]，在山口匯入各水系(黛溪河水系、潴龍河水系)。山前的西董村一帶，風(fēng)化程度高的基巖為第四系下伏基巖，風(fēng)化的巖石呈顆粒狀，土質(zhì)疏松，具有良好的滲透性，有利的打通地下水滲透和運(yùn)移通道，成為此區(qū)域地下水系統(tǒng)的直接補(bǔ)給區(qū)[10]；從山口區(qū)域向平原區(qū)域延展情況看，含水層顆粒由粗變細(xì)，透水性由黛西水廠、城南水廠等沖洪積扇軸部向東北方向逐漸減弱，地下水運(yùn)移速度逐漸減緩，從而形成小型富水地段。

2.3 地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀

區(qū)內(nèi)地下水年開采量約1771.76萬m3/a，主要用于城鎮(zhèn)、農(nóng)村生活用水及農(nóng)業(yè)灌溉用水(表1)，由于流域內(nèi)復(fù)雜的水文地質(zhì)、地質(zhì)條件[11]，機(jī)民井呈現(xiàn)村落集中供水、戶戶有井、灌溉井網(wǎng)分布等特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，南部山區(qū)戶中小井約19170眼，其中孔隙水14420眼，裂隙水4750眼；在作物集中種植區(qū)，澆灌井分布較密集。所調(diào)查的村莊，農(nóng)作物種植面積約5312.6hm2，其中井灌區(qū)面積約2176.67hm2，占總種植面積的41%，灌溉井基本為淺層孔隙水。研究區(qū)多數(shù)村中有集中供水井，南部山區(qū)分布有集中供水井的村莊84個(gè)，其中孔隙水供水井31眼，主要分布在好生街辦和西董街辦北部；裂隙水供水井53眼，主要分布在臨池鎮(zhèn)、好生街辦和西董街辦南部。

3 富水地段圈定方法與結(jié)果

地下水富水地段主要指含水層空間內(nèi)發(fā)育良好、富水性能較高，地下水資源補(bǔ)給、匯集等環(huán)境條件相對(duì)良好，適宜進(jìn)行集中開采。地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地層巖性和其他地形地貌的組合，決定著地下水補(bǔ)徑和排蓄條件及其賦存、富集的特點(diǎn)[12]。

1—玄武巖粗安山巖夾火山碎屑巖；2—中粗粒二長(zhǎng)巖；3—熔結(jié)碎屑巖；4—潛火山相粗安玢巖；5—砂質(zhì)黏土；6—粉細(xì)砂；7—青山組下亞組三段；8—青山組下亞組四段；9—青山組中亞組一段；10—燕山晚期侵入巖；11—第四紀(jì)大站組；12—地下水運(yùn)移方向圖3 研究區(qū)地下水運(yùn)移場(chǎng)示意剖面圖

3.1 富水地段圈定的方法

3.1.1 水文地質(zhì)調(diào)查

通過1∶5萬水文地質(zhì)調(diào)查南部山區(qū)共圈定出4個(gè)地下水富水地段。青陽鎮(zhèn)北部，包括韓家村-青陽村-馬埠村圈定范圍，該區(qū)主要由北部及西部向此處匯集的地下水及構(gòu)造、斷裂富水，富水性較好。西董街辦北部，分別為南石村-夫村-楊李村一帶，地層以黏土夾砂層為主，富水性好，同時(shí)接收由西部山區(qū)匯集至此的水，匯水面積較大，上游污染較少，水質(zhì)較好，可作為潛在水源地。好生街辦北部富水地段，面積較大，該處為潴龍河上流水流補(bǔ)給匯集，同時(shí)隨著松散層厚度的增加，儲(chǔ)水能力加強(qiáng)，為農(nóng)灌區(qū)，地下水富水性好。臨池鎮(zhèn)南部，主要包括望京村和郭莊村，該處富水地段為構(gòu)造富水，位于大臨池?cái)嗔迅浇撎帪闃?gòu)造富水，不宜作為大型水源地供水。

表1 鄒平市南部山區(qū)地下水開發(fā)利用統(tǒng)計(jì)表(2017年)

3.1.2 地球物理勘探

在區(qū)內(nèi)1∶5萬水文地質(zhì)調(diào)查成果的基礎(chǔ)上，利用地球物理勘探方法，在區(qū)內(nèi)尋找富水?dāng)嗔盐恢茫_定富水靶區(qū)。采用電阻率聯(lián)合剖面法進(jìn)行測(cè)量，該方法是利用供電電極與測(cè)點(diǎn)的不同位置關(guān)系，對(duì)地下(基巖中)局部電阻率異常體的規(guī)模、位置、產(chǎn)狀進(jìn)行勘查[13]，在構(gòu)造帶探查中具有明顯的效果。本次共布設(shè)聯(lián)合剖面8條，確定南部山區(qū)蓄水構(gòu)造4處，分別為黃山街辦蓄水構(gòu)造、西董街辦蓄水構(gòu)造、大臨池?cái)嗔迅凰畼?gòu)造、北園村富水構(gòu)造，通過地球物理勘探解譯分析北園村富水構(gòu)造在構(gòu)造帶探查中發(fā)現(xiàn)斷裂走向不確定，推測(cè)為小型裂隙[14]。

3.1.3 抽水試驗(yàn)

為確定完成井實(shí)際涌水量，評(píng)價(jià)含水層富水性，計(jì)算含水層水文地質(zhì)參數(shù)，對(duì)施工的水文地質(zhì)鉆孔進(jìn)行了穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。

3.1.4 水質(zhì)分析

為掌握區(qū)內(nèi)地下水水質(zhì)情況，尋找水質(zhì)較優(yōu)，具有供水意義的地下水富水地段，對(duì)區(qū)內(nèi)地下水進(jìn)行取樣分析，進(jìn)行水質(zhì)全分析和水質(zhì)污染分析。根據(jù)水質(zhì)評(píng)價(jià)分析南部3區(qū)均為Ⅲ類及以上水，適用于集中式生活用水水源及工農(nóng)業(yè)用水。

3.2 富水地段圈定的結(jié)果

通過水文地質(zhì)調(diào)查、地球物理勘探手段、抽水試驗(yàn)、水質(zhì)分析及收集資料等工作方法，鄒平市南部山區(qū)地下水富水地段3處(表2，圖4)，分別為青陽鎮(zhèn)富水地段、西董街辦富水地段和好生街辦富水地段。

表2 鄒平市南部山區(qū)新增富水地段情況表

1—富水地段；2—區(qū)分界線圖4 研究區(qū)富水地段分布圖

4 新圈定富水地段水文地質(zhì)特征

4.1 青陽鎮(zhèn)富水地段

該富水區(qū)位于鄒平市青陽鎮(zhèn)，包括韓家村—青陽村—馬埠村圈定范圍，面積約7.70km2，該區(qū)地處山前沖洪積平原全淡水文地質(zhì)區(qū)，90m以上地下水主要是賦存第四系沉積物中的粉砂、細(xì)砂中。根據(jù)含水層的水力性質(zhì)和埋藏特點(diǎn)，在垂直方向上由淺到深分為：淺層潛水—微承壓水，中層承壓水(圖5)[15]。根據(jù)本次在青陽鎮(zhèn)韓家村水文地質(zhì)鉆探，揭露地層主要為第四系松散層和白堊紀(jì)玄武巖[16]，含水層巖性以細(xì)砂、粉細(xì)砂為主；鉆進(jìn)93.5m以深為白堊紀(jì)玄武巖，基巖埋深由南部山丘區(qū)到北部山前沖洪積平原逐漸變深。據(jù)調(diào)查，該富水地段附近淺井密集，井深30～50m，井徑350mm，水量8～20m3/h，地下水水化學(xué)類型為重碳酸—硫酸型，礦化度0.6～2.0g/L，主要用于農(nóng)田灌溉和工業(yè)用水。

1—玄武巖；2—黏土；3—細(xì)砂、粉細(xì)砂圖5 研究區(qū)青陽鎮(zhèn)富水地段水文地質(zhì)剖面圖

1—采補(bǔ)平衡區(qū)；2—有潛力區(qū)；3—輕度超采區(qū)；4—富水地段；5—分區(qū)界線圖6 研究區(qū)富水地段開采潛力分區(qū)圖

4.2 西董街辦富水地段

西董街辦富水地段分為兩個(gè)地段，分別為象伏村—西王村—太平村一帶，地佛村—臺(tái)頭村—朱塘村一帶，面積分別為5.40 km2和10.88 km2，地層以黏土夾砂層為主[17]，富水性好。含水層顆粒粗、厚度大，并具有多層結(jié)構(gòu)。在垂向上，呈現(xiàn)出自下而上含水層顆粒由粗變細(xì)的趨勢(shì)，上部為粗砂、含礫粗砂，下部一般有一層5～10m礫石層，其下直接與基巖接觸。在平面上由扇軸部位向兩側(cè)顆主要粒變細(xì)，即由扇軸附近的礫質(zhì)砂、中粗砂，漸變?yōu)樯乳g地區(qū)的粉細(xì)砂。含水層底板埋深受地下水厚度影響，一般沿沖洪積扇主軸方向，從西南向東北底板埋深由40m增加到90m以上。

砂層厚度在平面由扇軸部位的30m以上向兩側(cè)逐漸殲滅。主要接受大氣降水與灌溉入滲補(bǔ)給，人工開采是主要的排泄方式，根據(jù)含水層的水力性質(zhì)和埋藏特點(diǎn)及各含水層混合開采，受人為影響具有一定的水力聯(lián)系，因此本次將區(qū)內(nèi)松散巖類孔隙水劃為淺層潛水—微承壓水(圖6)。該富水地段分布在黛溪河及支流沖洪積扇區(qū)，地下水賦存條件、富水性和水質(zhì)均較好該區(qū)域地下水資源開發(fā)利用類型多屬于降水滲入-徑流-開采型。地下水開采的形式為升—降—升—降[18]，是典型的人工開采地區(qū)。大氣中的降水作為該區(qū)域地下水的主要供應(yīng)來源，水平徑流供應(yīng)次之，排泄方式則以人工或自然開采方式供應(yīng)為主。根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水動(dòng)態(tài)特征，近年來隨著最嚴(yán)格水資源管理制度的落實(shí)，以及引水補(bǔ)源工程的開展，地下水開采量逐年減小，地下水水位有回升的趨勢(shì)。根據(jù)本次動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)：2017年8月至2018年9月，西董街辦兩處監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位均較上一年度有明顯的回升，水位埋藏深度分別上升2.25m和2.89m。由此可見，該區(qū)段內(nèi)近年來地下水總補(bǔ)給量大于總排泄量，地下水水位呈逐步回升趨勢(shì)，蓄水能力較好。

據(jù)調(diào)查，區(qū)內(nèi)地下水開發(fā)利用以生活用水和農(nóng)田灌溉為主，工業(yè)用水極少。生活用水井位戶中小井，井深小于30m，灌溉井井深多為20～80m，單井開采量5～10m3/h不等。本次水質(zhì)分析結(jié)果顯示，富水區(qū)地下水水質(zhì)總體較好，地下水水化學(xué)類型為重碳酸—硫酸型，礦化度小于1.0g/L。

4.3 好生街辦富水地段

位于潴龍河流域中游好生街辦以北、小高村—平原村一帶，面積約11.12km2，該處富水地段接受潴龍河上游的補(bǔ)給，松散含水層厚度由南至北逐漸增大，蓄水能力較好。該富水地段地處屬于山前沖洪積平原區(qū)全淡水文地質(zhì)區(qū)，60m以上地下水主要是賦存第四系沉積物中的砂礫、粗砂中。淺層潛水—微承壓水，系指埋深在60m以上的地下水，上部被稱為潛水，由于局部隔水層的存在，下部含水層具有微承壓性[19]，含水層主要受到?jīng)_積扇的控制，多呈現(xiàn)片狀分布，其補(bǔ)給、徑流、排泄條件和動(dòng)態(tài)變化直接受地形地貌、水文氣象及人為等各種因素的控制。地下水位埋深13m左右，流向由西南至東北，單井涌水量500m3/d左右。中深層承壓水，系指地下水深度范圍為埋深值60～200m的位置，含水層巖性以粉細(xì)砂，細(xì)砂為主，夾中粗砂及小礫石層。含水層厚度20m左右，單井涌水量500～1000m3/d。其地下水動(dòng)態(tài)與當(dāng)?shù)氐臍庀笏牡纫蛩仃P(guān)系不明顯，以水平方向的補(bǔ)給排泄為主，徑流較為滯緩[20]。

據(jù)調(diào)查，區(qū)內(nèi)淺井密集，井深30～50m，井徑300cm，水量8～20m3/h，地下水水化學(xué)類型為重碳酸型，礦化度0.6～1.4g/L，主要用于農(nóng)田灌溉；區(qū)內(nèi)中深層集中供水井約10眼，深度120～200m，出水量約30m3/h，地下水水化學(xué)類型為重碳酸型，礦化度小于1.0g/L。

5 富水地段開采潛力評(píng)價(jià)

根據(jù)原地礦部地質(zhì)環(huán)境司《縣(市)區(qū)域水資源調(diào)查基本要求》進(jìn)行分析評(píng)價(jià)(表3)。

表3 地下水資源開采潛力評(píng)價(jià)分級(jí)表

本次共圈定3處富水地段(圖6)，根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水資源開采潛力評(píng)價(jià)，青陽鎮(zhèn)(Ⅰ區(qū))屬于采補(bǔ)平衡區(qū)，開采潛力較小，不適宜擴(kuò)大開采；西董街辦2處富水地段，開采潛力大于1.2，屬于有潛力區(qū)，根據(jù)地形地貌和水文地質(zhì)條件分析，Ⅱ-1區(qū)位于黛溪水廠的上游，集中開采該區(qū)地下水勢(shì)必會(huì)影響黛溪河下游的正常補(bǔ)給，易造成黛溪水廠水源的正常供給；Ⅱ-2區(qū)地下水徑流方向?yàn)樽晕飨驏|，地下水主要匯集至西董街辦地佛村—皇后村—芽莊村一帶的松散層和構(gòu)造裂隙中，以該區(qū)做為備用水源地，集中開采地下水對(duì)黛溪河下游黛溪水廠的影響較??；好生街辦屬于輕度超采區(qū)，應(yīng)對(duì)其限制開采。各富水地段地下水資源開采潛力如表4所示。

表4 富水地段地下水資源開采潛力評(píng)價(jià)表

6 結(jié)論

(1)通過水文地質(zhì)調(diào)查、地球物理勘探手段、抽水試驗(yàn)、水質(zhì)分析及收集資料等工作方法，圈定出3個(gè)地下水富水地段，分別位于青陽鎮(zhèn)北部；西董街辦北部；好生街辦北部富水地段。

(2)青陽鎮(zhèn)富水地段地下水主要是賦存第四系沉積物中的粉砂、細(xì)砂中;西董街辦富水地段地下水主要賦存于黏土所夾的砂層中;好生富水地段地下水主要賦存第四系沉積物中的砂礫、粗砂中。

(3)本次圈定的3個(gè)富水地段中，青陽鎮(zhèn)富水地段屬于采補(bǔ)平衡區(qū)，西董街辦富水地段屬于有潛力區(qū)，好生街辦富水地段為輕度超采區(qū)。