湖北省地下水資源缺乏成因分析與防治對(duì)策建議

李智民， 譚光超*， 徐 承， 夏春梅

(1.湖北省地質(zhì)局 水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，湖北 荊州 434020； 2.湖北省地質(zhì)局，湖北 武漢 430022)

湖北省地處華中腹地，得水而優(yōu)，被譽(yù)為“千湖之省”，水資源較豐富。但由于自然條件復(fù)雜多樣，地下水資源在時(shí)空分布上極不均衡，例如占全省大部分面積的丘陵山區(qū)和平原崗地中的第四系中更新統(tǒng)(Qp2)黏土分布區(qū)就缺乏地下水資源。地下水資源缺乏包含有兩個(gè)含義：其一，無(wú)地下水資源或地下水資源量極少，即該區(qū)域內(nèi)的巖類為非(弱)含水介質(zhì)，如志留系(S)、泥盆系(D)頁(yè)巖與砂巖、白堊系—古近系(K-E)、三疊系中統(tǒng)巴東組(T2b)泥巖與砂巖、第四系中更新統(tǒng)(Qp2)黏土，這稱之為資源型地下水資源缺乏；其二，某些區(qū)域內(nèi)雖然存在地下水資源，有的還較豐富，如巖溶石山地區(qū)，但因目前的開(kāi)采技術(shù)條件極其困難，而造成當(dāng)?shù)厝诵蟆⑥r(nóng)業(yè)用水極度缺乏，這稱之為工程型地下水資源缺乏[1]。

地下水資源缺乏導(dǎo)致湖北省部分地區(qū)生態(tài)環(huán)境用水矛盾尖銳，供水工程死角地區(qū)生產(chǎn)生活用水困難，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，甚至危及到人們的生存環(huán)境。因此，分析總結(jié)地下水資源缺乏的成因，提出防治對(duì)策建議，對(duì)改善生態(tài)環(huán)境、解決局部缺水地區(qū)生產(chǎn)生活用水問(wèn)題，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 地下水資源分區(qū)及特征

地下水資源是水資源的重要組成部分，湖北省國(guó)土總面積18.59×104km2，多年平均地下水天然資源量438.74×108m3/a。根據(jù)水文地質(zhì)條件，全省劃分為6個(gè)水資源區(qū)。

1.1 松散巖類孔隙水水資源區(qū)

主要分布于江漢盆地沖洪積平原區(qū)、襄陽(yáng)盆地，其次是漢江夾道、黃廣平原，總面積54 700 km2，占全省總面積的29.4%；地下水天然資源量211.57×108m3/a(孔隙潛水128.52×108m3/a，孔隙承壓水83.05×108m3/a)，扣除重復(fù)計(jì)算量后為158.33×108m3/a。

承壓水是本區(qū)主要可供開(kāi)采利用的地下水資源，以砂、砂礫石組成含水介質(zhì)，其上部一般有5～25 m厚的黏性土。江漢平原含水層厚100～110 m，漢江兩岸含水層厚10～15 m，老河口—谷城一帶含水層厚8～11 m，唐白河兩岸含水層厚6～24 m。鉆孔單位涌水量除江漢平原多為10～30 m3/(h·m)外，其他地區(qū)一般為5～30 m3/(h·m)。

潛水分布在承壓水之上，含水巖組成分主要是砂、粉土，厚度數(shù)十厘米—十幾米不等，空間分布變化較大，沒(méi)有大的供水意義，水量普遍<1 m3/(h·m)。

1.2 碎屑巖類孔隙裂隙水水資源區(qū)

在當(dāng)陽(yáng)盆地、宜昌、遠(yuǎn)安等地區(qū)分布較集中，在恩施、建始、房縣、兩竹、兩鄖、崇陽(yáng)等地區(qū)的山間盆地及鄂東北地區(qū)均有小面積分布，總面積12 761 km2，占全省總面積的6.9%；地下水資源量3.5×108m3/a。

1.3 碳酸鹽巖裂隙巖溶水水資源區(qū)

廣泛分布于鄂西南、鄂西、鄖西—丹江口一線以北、大洪山及鄂東南等地區(qū)，分布面積為44 986 km2，占全省總面積的24.2%；地下水天然資源量185.65×108m3/a。

該區(qū)由于巖溶發(fā)育程度差異極大，地下水資源量空間分布極不均衡。鄂西南、鄂西地區(qū)含水層主要是古生代碳酸鹽巖，地下水資源相對(duì)較豐富，暗河、伏流屢見(jiàn)不鮮，泉多、流量大，暗河流量一般100～1 800 m3/h，泉流量一般40～160 m3/h。鄖西—丹江口一線以北地區(qū)含水層主要是下古生代白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r，巖溶不發(fā)育，以溶溝、溶槽、溶洞為主，泉流量一般5～70 m3/h。大洪山及鄂東南地區(qū)一帶含水層主要是古生代及部分三疊系白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r，巖溶發(fā)育中等，巖溶形態(tài)以溶洞、溶溝、溶槽為主，有少量暗河，一般規(guī)模較小，以京山空山洞規(guī)模最大，枯季流量108 m3/h，泉水流量一般4～36 m3/h。

1.4 碳酸鹽巖夾碎屑巖巖溶裂隙水水資源區(qū)

主要分布于鄂西之保康、興山、遠(yuǎn)安及鄂東南嘉魚—黃石一線以南和大洪山大部分地區(qū)，總面積26 049 km2，占全省總面積的14.0%；地下水天然資源量31.79×108m3/a。

?？怠⑴d山、遠(yuǎn)安地區(qū)一帶含水層主要是下古生代碳酸鹽巖夾志留系碎屑巖和部分巖漿巖，該區(qū)域巖溶發(fā)育，水文地質(zhì)條件與鄂西南地區(qū)類似。鄂東南地區(qū)含水層主要是三疊系嘉陵江組灰?guī)r和二疊系下統(tǒng)碳酸鹽巖，巖溶發(fā)育多呈現(xiàn)垂直分帶現(xiàn)象，泉流量一般10 m3/h左右，暗河流量一般100～500 m3/h。大洪山地區(qū)含水層以古生代白云巖、灰?guī)r夾硅質(zhì)巖、砂頁(yè)巖為主，溶溝、溶槽較發(fā)育，地下暗河不發(fā)育，泉流量一般<4 m3/h。

1.5 巖漿巖、變質(zhì)巖裂隙水水資源區(qū)

主要分布于鄂東北地區(qū)，包括黃岡市、孝感市北部及隨州市等地區(qū)，總面積28 716 km2，占全省總面積的15.4%；地下水天然資源量4.19×108m3/a。含水層主要包括太古界、元古界片麻巖和部分侵入巖(以花崗巖為主)，區(qū)內(nèi)出露大量泉水，流量一般<1 m3/h，少數(shù)泉流量可達(dá)2～11 m3/h。

1.6 變質(zhì)巖裂隙水水資源區(qū)

主要分布于鄂西北青峰斷裂以北廣大地區(qū)，總面積18 688 km2，占全省總面積的10.1%；地下水天然資源量2.04×108m3/a。含水層主要由元古界片巖組成，泉流量一般<0.5 m3/h，供水意義不大。

2 地下水資源缺乏特征

2.1 地下水資源缺乏程度分級(jí)

本次地下水資源缺乏評(píng)價(jià)以縣(市、區(qū))為基本單元，在各縣(市、區(qū))地下水開(kāi)采模數(shù)的基礎(chǔ)上，綜合考慮地下水的水文地質(zhì)條件、分布狀況和開(kāi)采技術(shù)條件等因素，確定分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即缺乏程度以地下水允許開(kāi)采模數(shù)來(lái)表征(表1)。

表1 地下水資源缺乏程度分級(jí)特征表Table 1 List of groundwater resource scarcity grading characteristics

2.2 地下水資源缺乏程度分析

根據(jù)表1所確定的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，各縣(市、區(qū))地下水資源缺乏程度詳見(jiàn)表2。由表2可知，湖北省地下水資源特缺乏地區(qū)總計(jì)25個(gè)縣(市)，其中鄂西北8縣(市)，鄂北、鄂東北13個(gè)縣(市)，鄂西南、鄂東南、漢江夾道及江漢平原各1個(gè)縣(市)，總面積64 603 km2，占全省總面積的34.8%；地下水資源缺乏地區(qū)總計(jì)22個(gè)縣(市)，其中鄂西8個(gè)縣(市)、鄂西南4個(gè)縣(市)、鄂東南3個(gè)縣(市)、鄂東北2個(gè)縣(市)、江漢平原周邊5個(gè)縣(市)等，總面積60 278 km2，占全省總面積的32.4%；地下水資源中等缺乏的總計(jì)17個(gè)縣(市)，零散分布于全省各地，總面積33 564 km2，占全省總面積的18.0%；地下水不缺乏地區(qū)總計(jì)12個(gè)縣(市)，包括漢江平原9個(gè)縣(市)、鄂西南3個(gè)縣(市)等，總面積27 457 km2，占全省總面積的14.8%[2](圖1)。

3 地下水資源缺乏成因分析

湖北省地下水資源在時(shí)空分布上極不均衡，這是省內(nèi)復(fù)雜多變的自然條件所決定的。

3.1 氣象因素

鄂西北山區(qū)和“三北”崗地區(qū)(襄陽(yáng)市襄州區(qū)北部、老河口市北部、棗陽(yáng)市北部)是湖北省降水量最少的地區(qū)，尤其是“三北”崗地區(qū)，人稱“旱包子”。該區(qū)年平均降水量多<800～900 mm，僅竹山、竹溪南部>900 mm。顯然，降水量偏小、地下水補(bǔ)給源不足是造成該區(qū)地下水資源缺乏的主要原因之一。

鄂東北地區(qū)降水充沛，年均降水量為1 132～1 429 mm。但是在時(shí)間分配上，因受季風(fēng)變換的影響，年降水量的季節(jié)分配很不均勻，全年降水量主要集中在春、夏兩季，占年均降水量的71.1%～75.7%；冬季降水量很少，僅占年均降水量的8%～12%。該區(qū)的另一個(gè)特點(diǎn)是暴雨多、強(qiáng)度大，年最大24 h降水均值為100.3～118.8 mm，此種雨型大多形成地表徑流，入滲地下轉(zhuǎn)化為地下水的極少。

表2 湖北省各縣(市、區(qū))地下水資源缺乏程度分級(jí)一覽表Table 2 List of groundwater resources lacking in each county in counties (cities,districts) of Hubei Province

鄂西、鄂西南、鄂東南等地區(qū)是全省降水豐富的地區(qū)，年均降水量多為1 400～1 600 mm，且多暴雨。但這些區(qū)域巖溶發(fā)育，大氣降水多匯集于巖溶洼地、槽谷，沿巖溶通道進(jìn)入暗河管道排泄，埋深大，開(kāi)采條件極其困難。

3.2 地層巖性、地形、構(gòu)造與巖溶發(fā)育程度等因素

3.2.1非碳酸鹽巖集中分布區(qū)影響因素

變質(zhì)巖、白堊系—古近系砂巖及泥巖、志留系頁(yè)巖、泥盆系石英砂巖、寒武系下統(tǒng)頁(yè)巖、第四系中更新統(tǒng)黏土等巖土體含水透水性差，其中后四者還起著區(qū)域隔水作用。在這些巖性區(qū)大氣降水多形成地表徑流，入滲地下的水量很少。不同巖性區(qū)大氣降水入滲系數(shù)見(jiàn)表3。由于頁(yè)巖、石英砂巖往往與碳酸鹽巖相間分布，因此在地下水量豐富的碳酸鹽巖區(qū)也有貧水區(qū)分布。

表3 各類巖性區(qū)降水入滲系數(shù)多年平均特征值表Table 3 Table of average characteristic values of rainfall infiltration coefficient in various lithological areas

從表3可以看出，各巖性區(qū)大氣降水入滲地下的量極小，大部分形成地表徑流或被蒸發(fā)。大氣降水入滲地下情況為：鄂西北變質(zhì)巖區(qū)為1.8%～13.0%，鄂東北變質(zhì)巖區(qū)為2.4%～10.8%，鄂西碎屑巖區(qū)為1.3%～3.3%，鄂東南碎屑巖區(qū)為2.6%～2.7%，黏土區(qū)為10.0%。大氣降水即使入滲地下，還有相當(dāng)部分滯留在土壤層內(nèi)，真正轉(zhuǎn)化為地下水資源的量更少。而上述區(qū)域也正是湖北省地下水資源缺乏的地區(qū)。

圖1 湖北省地下水資源缺乏程度分布圖Fig.1 Distribution of groundwater resources scarcity in Hubei Province1.地下水資源特缺乏；2.地下水資源缺乏；3.地下水資源中等缺乏；4.地下水資源不缺乏。

3.2.2碳酸鹽巖集中分布區(qū)影響因素

碳酸鹽巖分布區(qū)因巖溶發(fā)育，大氣降水多匯集于槽谷、洼地，以垂直入滲為主，入滲系數(shù)為0.3～0.6。該區(qū)地下水資源雖然較豐富，但這些地區(qū)往往地勢(shì)高峻、溝谷深切，巖溶水普遍埋藏深度大，動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定，開(kāi)采難度大，當(dāng)?shù)厝诵?、農(nóng)業(yè)用水極度困難，為工程型地下水資源缺乏區(qū)域。

(1) 鄂西南山區(qū)巖溶發(fā)育極不均衡，可以從宏觀上分析巖溶洞穴分布、發(fā)育規(guī)律，但從微觀上難以掌握，這是造成目前巖溶石山地區(qū)找水困難的主要原因之一。

(2) 受巖性組合、構(gòu)造活動(dòng)程度和水動(dòng)力條件的控制，巖溶洞穴在空間分布上極不均衡。從宏觀上看，三疊系嘉陵江組和大冶組上部、下二疊統(tǒng)的茅口組和棲霞組、寒武系中統(tǒng)和上統(tǒng)等分布區(qū)往往集中發(fā)育大型洞穴系統(tǒng)，但由于其內(nèi)部巖組的差異，其發(fā)育程度和出現(xiàn)頻率也明顯不同，如宣恩忠建河、白果園河間地塊的巖溶地層中發(fā)育的地表落水洞即為一典型例子(表4)。

表4 宣恩白果園河間地塊地層與巖溶發(fā)育關(guān)系Table 4 The relationship between stratigraphy and karst development in the Xuanen Baiguoyuan inter-riwer plot

(3) 巖溶水資源分布的不均勻性與巖溶系統(tǒng)規(guī)模大小及控制形式密切相關(guān)。對(duì)于規(guī)模較大的巖溶水系統(tǒng)，常表現(xiàn)為一個(gè)較大范圍內(nèi)的水量集中分布于少數(shù)暗河通道中，暗河之外的廣大地區(qū)則嚴(yán)重缺水，彼此間形成極大的反差，如利川團(tuán)堡小溪河系統(tǒng)、恩施高橋出水洞系統(tǒng)等。

(4) 受挽近期新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，鄂西南山區(qū)大面積隆升，排泄基準(zhǔn)下切，含水通道向深部發(fā)展，地下水位埋深普遍較大，從而更加劇了缺水現(xiàn)象。本區(qū)大型洞穴系統(tǒng)往往表現(xiàn)為層狀結(jié)構(gòu)，上層是干洞，下層是現(xiàn)代暗河，二者之間通過(guò)豎井和傾斜通道相聯(lián)，這是多期巖溶疊加的結(jié)果。如建始玉仙洞、恩施龍洞、廟坪魚泉洞、利川巖灣涼風(fēng)洞等，均為現(xiàn)代暗河出口，而其上方10～30 m的陡坡上也均有干溶洞發(fā)育，兩者通過(guò)垂直或傾斜管道相通。干溶洞為前期地殼相對(duì)穩(wěn)定的暗河出口，爾后地殼繼續(xù)上升干溶洞被遺棄，在其下方發(fā)育了方向相同、形態(tài)相似、規(guī)模更大的洞口，造成地下水位埋藏漸深。

(5) 鄂西南山區(qū)地形起伏大，河谷深切，巖溶發(fā)育深度大，在地下水位以上巖溶水以垂直運(yùn)動(dòng)為主，水位埋深一般>200 m，取水困難。資料顯示，恩施崔壩干龍?zhí)兜囟蔚叵滤宦裆?220 m，220 m以內(nèi)的溶洞為第四系松散物充填或?yàn)榭杖芏?；中村地段之朱家灣—張家灣一帶地表消水洞洞?20 m，調(diào)查期間無(wú)水；朱家灣—周家灣一帶地下水位埋深250～300 m。

(6) 裸露型巖溶地區(qū)表層巖溶發(fā)育，接受降水補(bǔ)給迅速，巖溶管道中的地下徑流條件好，因而暗河巖溶泉的流量及巖溶管道中的水位受降雨影響明顯，變化幅度大，也增加了巖溶水開(kāi)發(fā)利用的難度。如宣恩雙龍洞暗河中段的洗草壩暗河天窗，枯水期水位埋深80 m，洪水期天窗翻水，水位高出地面20 m，水位變幅達(dá)100 m；又如長(zhǎng)陽(yáng)縣城南岸W502號(hào)泉，枯流量?jī)H4.68 m3/h，豐期最大流量達(dá)4 680 m3/h，豐枯相差達(dá)1 000倍。

綜上所述，湖北省地下水資源缺乏的主要原因有二個(gè)：①含水介質(zhì)決定了地下水資源缺乏程度；②巖溶區(qū)雖然地下水資源較豐富，但受多種因素制約，開(kāi)發(fā)利用困難，也形成了地下水資源缺乏的局面。

4 地下水資源缺乏防治對(duì)策建議

湖北省85.2%的面積不同程度存在地下水資源缺乏狀況，僅江漢平原和鄂西南少數(shù)縣(市、區(qū))地下水資源不缺乏，說(shuō)明了省內(nèi)地下水資源不足的嚴(yán)重性。同時(shí)，全省用水需求的峰值并未到來(lái)，未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與用水總量之間的矛盾仍將十分尖銳。為了緩解地下水資源缺乏問(wèn)題，必須統(tǒng)籌考慮地表水、地下水的使用和開(kāi)發(fā)[3]，加強(qiáng)地下水應(yīng)急水源地建設(shè)[4]，同時(shí)開(kāi)展缺水地區(qū)找水研究等工作。

(1) 地下水資源特缺乏的地帶要充分發(fā)揮地表水的作用。變質(zhì)巖、火成巖分布區(qū)，如鄂西北、鄂東北、鄂東等在地區(qū)盡量興修一些水庫(kù)，擴(kuò)大利用地表水資源的途徑。在崗地和丘陵地帶，除攔蓄部分地表水外，還要充分發(fā)揮當(dāng)?shù)靥裂叩刃钏畧?chǎng)所的作用。在平原區(qū)，能用地表水的地方應(yīng)在豐水期盡量用地表水，如天門、孝感、武漢等地區(qū)；在枯水期適當(dāng)利用地下水，以保證地下水位的穩(wěn)定，不致產(chǎn)生區(qū)域性地下水降落漏斗。

(2) 大力開(kāi)展科技創(chuàng)新，提高水資源的利用率。要大力建設(shè)節(jié)水型社會(huì)，工業(yè)生產(chǎn)要開(kāi)發(fā)和引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和方法，減少水的消耗量，并盡量做到重復(fù)利用；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必須大力推廣滴灌和噴灌等技術(shù)方法。

(3) 加強(qiáng)丘陵山區(qū)嚴(yán)重缺水地區(qū)找水研究。在資源型缺水地區(qū)，地下水資源貧乏，但在局部水文地質(zhì)條件有利地段，富水塊段客觀存在[5]。鄂北等基巖山區(qū)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)風(fēng)化殼厚度大、裂隙發(fā)育的低洼地帶，厚度大、延伸遠(yuǎn)的大理巖層，張性斷裂破碎帶，壓性斷裂旁側(cè)，巖漿巖脈與圍巖接觸帶等富水地段的找水研究。在工程型缺水的巖溶石山地區(qū)，巖溶地下水主要賦存于巖溶管道中，并多以大泉和地下河的形式排出地表，因此應(yīng)因地制宜采用洞口堵截、圍泉筑壩等措施蓄水，如存在較理想的蓄水構(gòu)造時(shí)，應(yīng)在充分論證基礎(chǔ)上合理布置井位，鑿井取水[6]，同時(shí)加強(qiáng)表層巖溶帶地下水的研究。

5 結(jié)語(yǔ)

湖北省水資源總量豐富，但人均水資源量較少[7]，為2 040 m3，略低于全國(guó)2 063 m3的水平，屬中下等水平。因此必須改變“依靠長(zhǎng)江、漢江等大江大河，水資源量非常豐富”的傳統(tǒng)觀念。

湖北省自然條件復(fù)雜多變，廣大丘陵山區(qū)和第四系中更新統(tǒng)黏土組成的崗地區(qū)地下水資源缺乏，全省地下水資源僅特缺乏程度的地區(qū)就占34.8%。為了有效緩解地下水資源缺乏問(wèn)題：①必須統(tǒng)籌考慮地表水、地下水的統(tǒng)一使用和開(kāi)發(fā);②節(jié)約用水，建設(shè)節(jié)水型社會(huì);③開(kāi)展缺水地區(qū)找水研究，找尋可供開(kāi)發(fā)利用的地下水資源。