吉林省乾安縣水文地質(zhì)特征分析及地下水資源評價

王雅男

吉林省地質(zhì)調(diào)查院，吉林 長春 130102

0 引言

研究區(qū)多年平均降雨量425.8 mm，蒸發(fā)量1 849.01 mm，屬中溫帶干旱—半干旱大陸性季風(fēng)氣候。區(qū)內(nèi)地下水是由一個孔隙潛水含水層以及三層重疊的承壓水含水層所構(gòu)成，蘊藏豐富的地下水資源。研究區(qū)蒸發(fā)強烈，降水少，沒有河流流過，地表水資源貧乏，因此，研究區(qū)主要以開采地下水為主。近年來工農(nóng)業(yè)以及居民生活用水量的增加，地下水的開采量也隨之增加，研究區(qū)地下水位呈現(xiàn)整體下降趨勢[1]，加之受局部地區(qū)地下水集中開采的影響，局部出現(xiàn)季節(jié)性地下水降落漏斗，地下水質(zhì)受到污染問題凸顯，水資源可利用量不斷減少。因此，研究區(qū)進行水文地質(zhì)特征的全面分析和評價，對合理開發(fā)利用地下水資源具有重要意義[2]。

1 研究區(qū)水文地質(zhì)特征

地下水類型主要有第四系松散巖類孔隙水、新近系碎屑巖類裂隙孔隙水兩大類。具體由4個具有不同水文地質(zhì)特點的含水層組成(圖1)。

圖1 研究區(qū)水文地質(zhì)圖Fig.1 Hydrogeological map of working area 1.富水性極強, 單位涌水量>30 m3/h·m； 2.富水性強, 單位涌水量10～30 m3/ h·m；3.富水性中等,單位涌水量5～10 m3/ h·m；4.富水性弱,單位涌水量1～5 m3/h·m；5.收集鉆孔，依次左為編號，右為單位涌水量(m3/ h·m),括號內(nèi)為實際涌水量(m3/d),后為降深(m)；6.富水性界線；7.第四系孔隙承壓水盆地界線。

1.1 第四系松散巖類孔隙水

1.1.1 第四系松散巖類孔隙潛水

普遍分布研究區(qū)，含水層巖性為黃土狀亞砂土及粉細(xì)砂，厚度變化較大10～25 m，局部大于25 m。研究區(qū)中東部含水層巖性以黃土狀亞砂土為主，粉細(xì)砂次之，一般連續(xù)性較差，含水層厚度1～10 m，局部大于10 m。受研究區(qū)地形地貌特點影響，該層含水層埋藏深度變化較大，平均在3.0～6.0 m，在西北部埋藏深度較大多為6.0 m，東南部埋藏深度較淺多為3.0 m。

1.1.2 第四系松散巖類孔隙承壓水

普遍分布研究區(qū)，含水層巖性為白土山組砂、砂礫石，巖性顆粒較粗，透水性良好，對地下水的補給匯集和賦存比較有利。含水層埋藏深度變化較大，約在25～95 m左右，含水層厚度由西南向東北逐漸增大，西南部含水層厚度一般大于20 m，東北部含水層厚度一般大于30 m，其他地區(qū)約在5～15 m左右。含水層呈現(xiàn)西、西南向北東，巖性結(jié)構(gòu)由中細(xì)砂、含礫粗砂和砂礫石所組成的多層結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐陨暗[石為主的單層結(jié)構(gòu)含水層。含水層富水性變化較大，西南部富水性較好，在降深5 m時，單井涌水量可達(dá)2 600～4 000 m3/d，東北部富水性一般，5 m降深時，單井涌水量為500～1 600 m3/d。上覆大青溝組厚層粉質(zhì)黏土隔水層，形成具有開采價值的孔隙承壓含水層。

1.2 新近系碎屑巖裂隙孔隙水

普遍分布研究區(qū)，為新近系大安組、泰康組兩層重疊的砂巖、砂礫巖含水層，該含水層組層次穩(wěn)定，厚度較大，水質(zhì)較好，富水性好。

1.2.1 泰康組裂隙孔隙承壓水

普遍分布研究區(qū)內(nèi)，含水層巖性上部以粉細(xì)砂巖為主，中下部由中細(xì)砂巖、中粗砂巖、含礫粗砂巖組成。一般上部顆粒較細(xì)，由上到下顆粒變粗，含水層厚度30～50 m，局部大于60 m。在西南部，局部地區(qū)富水性較好，降深5 m時，單井涌水量1 600～2 600 m3/d，具有由東向西富水性逐漸變差的特點。

1.2.2 大安組裂隙孔隙承壓水

普遍分布研究區(qū)內(nèi)，含水層巖性主要由厚層砂巖、薄層砂礫巖組成，一般上部顆粒較細(xì)以粉細(xì)砂巖為主。由上至下顆粒變粗，下部主要由中粗砂巖、砂礫巖組成。含水層厚度18～53 m，承壓水位一般距地面6～7 m。含水層富水性變化較大，在5 m降深時，單井涌水量70～500 m3/d。

1.3 地下水位動態(tài)變化特征

通過收集資料和調(diào)查，第四系地下水動態(tài)受氣象因素影響較大，第四系潛水動態(tài)變化特征跟隨氣象變化特征顯著[2]，第四系承壓水接受上部潛水垂直越流補給，其動態(tài)變化特征與潛水有相似之處。據(jù)此，將區(qū)內(nèi)地下水動態(tài)劃分為降水入滲→徑流→蒸發(fā)型、越流→徑流型。新近系地下水補給來源是外圍新近系地層出露區(qū)，它直接接受大氣降雨補給，以側(cè)向徑流方式進入研究區(qū)[3]，排泄方式以徑流，人工開采為主，受氣象因素影響小，年內(nèi)水位變幅較小，為此，將新近系地下水動態(tài)劃分為徑流型-開采型。

2 地下水資源評價

2.1 地下水資源量評價

研究區(qū)目前主要以開采第四系承壓水為主，采用均衡計算方法，將研究區(qū)看作一個均衡區(qū)，按二級區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)分區(qū)進行劃分計算。

2.1.1 水均衡法計算結(jié)果

采用水量均衡法進行計算，計算結(jié)果顯示，研究區(qū)多年平均第四系地下水總補給量29 387.67萬立方米，總排泄量29 967.21萬立方米，均衡差-579.54 m3/a ，排泄量大于補給量，與研究區(qū)地下水水位下降的實際情況一致。近年來，隨著城鎮(zhèn)經(jīng)濟不斷發(fā)展，用水需求不斷增加，地下水開采量呈現(xiàn)增長趨勢，地下水位呈現(xiàn)不同程度的下降，研究區(qū)地下水動態(tài)呈現(xiàn)負(fù)均衡。從各參數(shù)分區(qū)亞區(qū)上看，區(qū)內(nèi)地下水補給資源量分布不均勻，自東向西呈現(xiàn)減少趨勢。分析原因是，區(qū)內(nèi)地下水主要補給來源為大氣降雨，大氣降雨分布的不均勻?qū)е隆?/p>

2.1.2 可開采資源量計算

研究區(qū)是以垂直循環(huán)水為主的地下水分布區(qū)，地下水多年降水入滲量與蒸發(fā)排泄量相對平衡。依據(jù)降雨入滲量、排泄蒸發(fā)量與地下水埋深的關(guān)系，確定可開采資源量每年1.76億立方米，占地下水總補給量的60%，為此，說明研究區(qū)的地下水資源是有補給保證的。

2.1.3 地下水儲存量計算

地下水儲存量反映了含水層容量大小及其調(diào)節(jié)能力。地下水儲存量計算分區(qū)同均衡區(qū)一致，研究區(qū)內(nèi)地下水儲存資源包括潛水砂層儲存量及承壓水含水層儲存量和彈性儲存量。經(jīng)計算，全區(qū)地下水儲存量為39.65億立方米，上述計算可開采資源每年1.76億立方米，占儲存資源的4.4%，為此，研究區(qū)內(nèi)的地下水儲存資源是完全可以起到調(diào)節(jié)作用的。

2.2 地下水環(huán)境質(zhì)量評價

表1 水質(zhì)分析結(jié)果表

續(xù)表1 水質(zhì)分析結(jié)果表

2.2.1 第四系松散巖類孔隙潛水

第四系孔隙潛水分布面廣，埋藏較淺，長期受蒸發(fā)濃縮作用使水質(zhì)變差，礦化度增高，多呈弱堿性或堿性水。綜合來看，潛水多為IV類水及V類水。在潛水水質(zhì)評價中，發(fā)現(xiàn)該層含水層氟質(zhì)量濃度較高，一般為 1.00～7.39 mg/L，收集到的35個樣品中僅有8個符合國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，氟化物質(zhì)量濃度最高達(dá)7.39 mg/L，約為氟化物含量標(biāo)準(zhǔn)的7倍。可見，氟污染問題較為嚴(yán)重，從分布上看，潛水氟的質(zhì)量濃度大部地區(qū)大于1.0 mg/L，高氟區(qū)主要分布在乾安鎮(zhèn)中部地區(qū)，氟的質(zhì)量濃度大于5.0 mg/L，因此，該層孔隙潛水不宜直接飲用。

2.2.2 第四系松散巖類孔隙承壓水

綜合來看，第四系承壓水水質(zhì)優(yōu)于潛水水質(zhì)，主要為III類水及IV類，目前第四系承壓水含氟量超過了飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。承壓水35個樣品測試時發(fā)現(xiàn)，氟化物含量符合國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)的樣品僅有15個，其余20個樣品全部超標(biāo)，占總量一半以上，其中，嚴(yán)重超標(biāo)的樣品個數(shù)為10個，占總量的28.57%。因此，局部地區(qū)氟含量超標(biāo)外，其余地區(qū)該層孔隙承壓水水質(zhì)符合生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.3 新近系碎屑巖類裂隙孔隙承壓水

新近系碎屑巖類裂隙孔隙承壓水水質(zhì)較好，符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)；但由于現(xiàn)有的開采井普遍止水不好，有的根本沒有止水。開采時動水位低于上層潛水水位，上層潛水向井中滲流加快，現(xiàn)已導(dǎo)致個別點狀污染。

2.3 地下水開發(fā)利用程度

研究區(qū)目前地下水工程水源井統(tǒng)計資料有限，機電井總數(shù)10 400眼，包括農(nóng)業(yè)井、防病井、水田井、牧業(yè)井等，井深約在75～110 m范圍內(nèi)，井出水量約35～60 m3/h之間。主要開采層位為第四系承壓水，局部地區(qū)開采新近系承壓水用于居民飲水使用。

從分布上看，研究區(qū)各縣市地下水開發(fā)利用程度差異性較大，受工業(yè)布局、人口密度以及機井分布上的差異，導(dǎo)致開采強度不均一[4]。例如，縣中心地下水實際開采量大于多年平均地下水資源量。據(jù)資料記載，在鎮(zhèn)中心由于開采集中，開采強度大，致使該區(qū)地下水位埋深增大，降深加大，局部形成了季節(jié)性的地下水降落漏斗。結(jié)合研究區(qū)各區(qū)域的實際開采量分析，除了鎮(zhèn)中心其他各別地區(qū)也存在實際開采量大于補給量情況，分析原因主要受到開采差異以及地下水資源分布不均勻影響。

3 結(jié)論

(1)研究區(qū)第四系孔隙潛水地下水質(zhì)污染較為嚴(yán)重，特別是氟含量較高，危害人類健康，可利用的地下水資源量減少，應(yīng)引起重視。此外，研究區(qū)是以垂直循環(huán)水為主的地下水分布區(qū)，為避免因越流影響導(dǎo)致下部第四系承壓水持續(xù)受到污染，在開采時，應(yīng)考慮分層開采，同時控制地下水開采量，避免過量開采和水質(zhì)串層污染。

(2)研究區(qū)新近系深層地下水水質(zhì)目前較好，可作為居民飲用水使用。但該層含水層補給來源較單一且更新能力較弱，因此，在開采該層地下水時，需結(jié)合地下水資源的分布、埋藏以及富水性情況。合理布置開采井和控制開采量，避免由于集中的過量開采而引發(fā)的地下水位降落漏斗和地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問題。

(3)研究區(qū)地下水資源豐富，經(jīng)計算地下水儲存量為39.65億立方米。第四系地下水總補給量為2.94億立方米，可開采資源1.76億立方米，可開采資源占總補給量的60%，尚有開發(fā)潛力，開采資源是有保證的?？砷_采資源占地下水儲存量的4.4%，說明研究區(qū)地下水儲存量可以起到一定調(diào)節(jié)作用，具有一定的優(yōu)越性。

(4)研究區(qū)地下水資源分布不均勻且蒸發(fā)強烈，縣中心的集中開采導(dǎo)致季節(jié)性降落漏斗的出現(xiàn)，其他各別地區(qū)也存在實際開采量大于補給量情況。研究區(qū)地下水資源儲存量豐富，第四系地下水補給來源豐富。為避免持續(xù)性降落漏斗出現(xiàn)，可根據(jù)“以豐補欠”原則[5]，利用地下水儲存資源的調(diào)節(jié)功能，在旱季或者旱年，借用大氣降雨補給較發(fā)育地區(qū)的儲存量滿足地下水資源緊缺地區(qū)的開采，在豐水季節(jié)或者豐水年，將超用的儲存量補回，以達(dá)到合理利用水資源的目的。