興安縣農(nóng)村干旱地區(qū)的找水工程分析

唐小娟 夏志永

（廣西基礎(chǔ)勘察工程有限責(zé)任公司，廣西 桂林 541001）

關(guān)健詞：地下水；安全飲水；構(gòu)造；水文地質(zhì)；鄉(xiāng)村振興

0 引言

興安縣位于廣西東北部的湘桂走廊，地處北緯25°18′～26°55′、東經(jīng)110°14′～110°56′之間，屬桂林市轄縣，也是世界上最古老的運(yùn)河——靈渠的所在地，湘桂鐵路和國道322線一級(jí)公路斜貫全境，縣城南距桂林市區(qū)57km。東臨灌陽縣，北毗全州，西接資源，總面積2348km2；人口37.2萬，其中農(nóng)村人口31.1萬。境內(nèi)居民以漢族為主，另有瑤、壯等少數(shù)民族1.3萬人；轄6鎮(zhèn)4鄉(xiāng)[1]。

興安屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，氣候溫和，雨量充沛。年平均溫度為17.8℃，極端最高氣溫38.9℃(2010年8月5日），最低氣溫-5.8℃，年平均降水量1842mm，春夏季節(jié)降水偏多，秋季干旱十分嚴(yán)重；前汛期（4～6月），后汛期（7～9月），暴雨主要集中在5～6月，年無霜期293天以上。

興安縣境內(nèi)河流主要有屬長江水系的湘江，屬珠江水系的漓江，主要支流有漠川河、海洋河等，由于興安海拔較高，自古有“興安高萬丈，水往兩頭流”之說，形成湘江北去、漓水南流的獨(dú)特景觀。

由于人口增長以及經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，農(nóng)村，特別是干旱地區(qū)的安全飲水缺口很大。合理開發(fā)利用桂林興安縣農(nóng)村干旱地區(qū)地下水資源，為促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展與提高農(nóng)村群眾基本生活、生產(chǎn)水平，提高廣西區(qū)內(nèi)農(nóng)村抗旱能力提供有利因素，此次工程規(guī)劃興安縣農(nóng)村干旱地區(qū)完成不少于40個(gè)農(nóng)村安全飲水井，出水量不少于3t/h。

本文對(duì)該找水工程相關(guān)工作內(nèi)容進(jìn)行分析。

1 興安縣找水打井區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

本次興安縣找水打井村屯基本位于田美村至靈川區(qū)域性大斷層、百靈山到四所區(qū)域性大逆斷層間。其間找水打井區(qū)域分布有3條分支狀性質(zhì)不明斷層，對(duì)找水打井影響較大。

1.1 田美村至靈川區(qū)域性大斷層

位于田美村至靈川縣一線。斷層線彎曲，總方向?yàn)楸睎|40°～50°，長度超過100km。斷層近平行通過興安上古生代褶皺區(qū)的北西側(cè)，平行和斜交切斷的背斜、向斜有數(shù)個(gè)，錯(cuò)斷的地層有奧陶系、泥盆系、石炭系以及白堊系，北端被第四系掩蓋。斷層面傾向北西，中段傾角較陡，約60°，南端較緩，約30°。北西側(cè)上盤上升，南東側(cè)下盤相對(duì)下降，較老地層逆在較新地層上，根據(jù)地層缺失推算，上下位移為主，約1000m～1200m，水平位移也有。斷層兩側(cè)的一些印支期小斷層也受此斷層切斷，局部與同期的小斷層交叉。斷層的主要標(biāo)志和特征是：斷層兩側(cè)地層產(chǎn)狀角度相交，北端的白堊系向斜西翼被破壞，其地層產(chǎn)狀反常（傾向350°，傾角30°）；北端第四系雖然掩蓋較多，但在斷裂帶有一系列的上升泉分布，涌水量為1L/s～5L/s，最大達(dá)60L/s；在中段和南端斷裂帶多有破碎帶、硅化帶、角礫巖和斷層擦痕等；地貌方面在航空照片上也反映較清楚，以斷層為界，兩側(cè)地貌形態(tài)有所不同。

1.2 百靈山至四所區(qū)域大逆斷層

位于東部百靈山至四所一帶。距找水打井區(qū)域3.7km～5.7km，斷層線彎曲，北端南北向，南端北東40°～50°。長度大于84km。斷層近于平行通過海洋山穹窿的西側(cè)，平行和斜交切過的背斜、向斜有數(shù)個(gè)。錯(cuò)斷的地層有泥盤系、石炭系和白堊系。斷層面傾向北西，北端傾角45°左右，南端稍緩，為37°左右。北西側(cè)上盤較老地層，逆掩在東南側(cè)下盤較新地層之上，據(jù)地層缺失推算向下位移為1000m～1500m，也存在水平位移。

斷層的主要標(biāo)志和特征是：北側(cè)東崗嶺階逆在白堊系之上，南端下泥盆逆掩在上泥盆統(tǒng)之上；斷裂帶上有50m～200m寬破碎帶、角礫巖帶、硅化、石英脈充填帶等；此外在地貌上斷層通過的地方，形成較直的凹地和溝谷。

1.3 找水打井區(qū)域分布

區(qū)域內(nèi)有3條分支狀性質(zhì)不明斷層，呈“之”字狀發(fā)育，其走向基本上為北東—南西，穿插于找水打井區(qū)域，局部掩埋于第四系覆蓋層中。距離百靈山至四所區(qū)域大逆斷層約0～4.5km有一展布方向與其基本一致的區(qū)域逆斷層展布，北、南兩頭與百靈山至四所區(qū)域大逆斷層相接，延展長度27.75km。

2 區(qū)域水文地質(zhì)

2.1 地下水類型及富水性

根據(jù)地下水賦存條件、水理性質(zhì)、水力特征及各含水巖組的空間分布狀況，興安縣地下水類型分為：松散土層孔隙潛水、碳酸鹽巖碎屑巖互層溶洞裂隙水、純碳酸鹽巖巖溶裂隙水三種類型。

（1）孔隙潛水：該層地下水類型埋藏淺，賦存于上部沖積砂卵石或殘坡積成因含礫黏性土中，沖積砂卵石層附近湘江、漓江，孔隙大，屬強(qiáng)～中滲透性，水量較大；而殘坡積成因的含礫黏性土，一般屬于中～弱滲透性，水量貧乏。均埋藏淺，容易受污染，因此不考慮該層地下水作為安全飲用水的供水層。

（2）碳酸鹽巖碎屑巖互層溶洞裂隙水：主要賦存于下石炭統(tǒng)大塘階（C1d）、巖關(guān)階（C1y）及石炭系中上統(tǒng)巖層中，地下水主要賦存于埋藏較深的灰?guī)r夾頁巖，粉砂巖及硅質(zhì)巖灰?guī)r互層，硅質(zhì)頁巖及扁豆?fàn)罨規(guī)r的溶洞孔隙中，從1：20萬區(qū)域水文地質(zhì)普查成果及本次水文地質(zhì)調(diào)查看，該層地下水水量貧乏，水流量小于10L/s，鉆孔涌水量小于100m3/d，枯水地下水徑流模數(shù)為1.0L/s·km2～3.0L/s·km2。因此該層地下水不作為安全飲用水的供水含水層。

（3）純碳酸鹽巖巖溶裂隙水：主要賦存于石炭系中上統(tǒng)（C2+3）中巖層中，賦存于灰?guī)r、白云巖溶洞、裂隙中。淺部巖層巖溶裂隙發(fā)育，是發(fā)育巖溶管道和地下水富集的好場所。據(jù)1：20萬區(qū)域水文地質(zhì)普查成果及本次水文地質(zhì)調(diào)查看，該層地下水水量中等，水位埋深一般小于20m，泉流量10L/s～100L/s，鉆孔涌水量100m3/h～1000m3/h?？菁镜叵滤畯搅髂Ｄ?shù)為3.0L/s·km2～6.0L/s·km2。因此該層地下水作為安全飲用水的供水含水層。

2.2 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄特征

興安縣農(nóng)村居住區(qū)域地貌多為河流階地和丘陵地貌，周邊多為巖體組成的低山丘陵。主要由下石炭統(tǒng)大塘階（C1d）、巖關(guān)階（C1y）及石炭系中上統(tǒng)巖層組成。地下水接受降雨補(bǔ)給后，通過下伏巖層溶蝕裂隙、溶洞或構(gòu)造裂隙帶由高處往低處徑流，大部分儲(chǔ)存于正伏基巖裂隙-溶洞中，匯聚排泄于湘江、漓江。

2.3 地下水動(dòng)態(tài)特征

興安縣地下水的動(dòng)態(tài)變化受補(bǔ)給、徑流、排泄等條件影響明顯，特別是降雨強(qiáng)度和頻率的影響，其動(dòng)態(tài)的反映表現(xiàn)為地下水水位漲落和流量的增減。興安縣區(qū)域內(nèi)分布眾多地表溪流。大氣降水匯集后沿地表溝溪徑流，通過巖溶裂隙補(bǔ)給地下水。水位動(dòng)態(tài)對(duì)降雨強(qiáng)度及頻率反應(yīng)、排泄條件較為敏感。地下水動(dòng)態(tài)屬氣象型。

2.4 典型村屯點(diǎn)水文地質(zhì)特征

亭子邊村地處丘陵地貌區(qū)的低緩地帶，第四系地層主由含礫黏性土組成；四周基本為下石炭統(tǒng)大塘階（C1d）巖體組成的低山丘陵，水源地東北側(cè)（相距約2.24km）有一性質(zhì)不明斷層通過，斷層呈北東～南西向延展，構(gòu)造影響較明顯，下伏下石炭統(tǒng)大塘階（C1d）巖層淺層巖溶發(fā)育程度一般，地下水富水性貧乏～中等，地上水位埋深少于20m。

3 工作程序及要點(diǎn)

3.1 編制施工組織與安全生產(chǎn)設(shè)計(jì)

施工組織與安全生產(chǎn)設(shè)計(jì)編制應(yīng)根據(jù)任務(wù)要求，充分收集和研究調(diào)查區(qū)有關(guān)資料，特別是對(duì)干旱缺水村屯，進(jìn)行現(xiàn)場勘察，了解調(diào)查區(qū)內(nèi)的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和干旱缺水概況，以往的研究程度，分析存在的主要問題，明確調(diào)查任務(wù)和需要重點(diǎn)解決的問題。施工組織與安全生產(chǎn)設(shè)計(jì)以任務(wù)書、《水文地質(zhì)鉆探規(guī)程》《地質(zhì)巖芯鉆探規(guī)程》（DZ/T0227-2010）《地質(zhì)勘探安全規(guī)程》（AQ2004-2005）及國家和自治區(qū)相關(guān)的安全生產(chǎn)法律與法規(guī)等依據(jù)進(jìn)行編制。

3.2 水文地質(zhì)調(diào)查

水文地質(zhì)調(diào)查以1∶1萬地形圖及1∶20萬水文地質(zhì)普查時(shí)的野外1：5萬工作手圖作為野外用圖，用最短的路線觀測(cè)到最多的地質(zhì)。觀測(cè)沿村屯、垂直于巖層（巖體）和構(gòu)造線走向、地貌形態(tài)變化顯著方向、河谷、溝谷和地下水露頭多的地帶或含水層帶走向布置，遇大泉、地下河管道或其他特殊情況應(yīng)進(jìn)行必要的追索調(diào)查。典型村屯水文地質(zhì)調(diào)查如：

（1）興安縣界首鎮(zhèn)大洞村馬渡橋村。馬渡橋村地處湘江河流階地，第四系地層主由含卵石黏性土及卵礫石層組成，該層厚約5m，含卵砂石約10%～20%，粒徑10mm～100mm，礫間為砂、黏性土充填。村屯西北側(cè)分布有緩坡低山丘陵。主要由中石炭統(tǒng)大塘階（C1d）巖層、白堊系（K）地層組成，地下水接受降雨補(bǔ)后，通過下伏巖基巖裂隙、溶蝕裂隙或溶洞由高處往低處徑流，大部分儲(chǔ)存于下伏裂隙、溶蝕裂隙或溶洞中，少見泉點(diǎn)出露，調(diào)查區(qū)內(nèi)主要為地下水的徑流區(qū)，地下水自北向南徑流，匯聚排泄于湘江。初步測(cè)算水源地補(bǔ)給面積為4.46km2，降水入滲系數(shù)為0.4，枯季地下徑流模數(shù)為3L/s.km2，則地下水補(bǔ)給量為321.12×104m3/a，地下水可開采資源量為42.20×104m3/a。目前開采量僅占可開采資源的10.38%，故可開采資源量充沛。

（2）興安縣溶江鄉(xiāng)五甲村西邊山村。西邊山村地處低山丘陵，第四—地層主要由含礫黏性土、卵礫石組成；西邊村被連綿的低山丘陵所包圍。主要由石巖系下統(tǒng)巖（C1y）、泥盆系中統(tǒng)郁江組（D2y）、泥盆系下統(tǒng)（D1）巖層組成。地下水接受降雨補(bǔ)給后，通過下伏巖層溶蝕裂隙由高處往低處徑流，大部分儲(chǔ)存于下伏基巖裂隙中，偶見泉點(diǎn)出露，主要為地下水徑流區(qū)，地下水流自西向東徑流，匯聚排泄于大溶江。下伏巖體局部淺層巖溶較早發(fā)育，成為地下同期賦存和運(yùn)移的空間和通道。受巖性影響其富水性較差，泉流量小于10L/s，鉆孔涌水量小于500m3/d，枯季地下水徑流模數(shù)為1.0L/s.km2～3.0L/s.km2，打井條件較差。初步測(cè)算水源地補(bǔ)給面積為5.42km2，降水入滲系數(shù)為0.4，枯季地下徑流模數(shù)為2l/s.km2，則地下水補(bǔ)給量為390.24×104m3/a，地下水可開有資源量為34.18×104m3/a。目前開采量僅占可開采資源的12.81%，故可開采資源量充沛。

3.3 物探

根據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查來進(jìn)行有針對(duì)性的物探工作，確定井點(diǎn)，采用電阻率聯(lián)合剖面法及對(duì)稱四極共同探測(cè)。電剖面法，是指A、M、N、B電極距保持不變，同時(shí)沿一定剖面方向逐點(diǎn)觀測(cè)視電阻率，研究剖面方向地下一定深度的巖、礦石電阻率變化的一種方法。電阻率聯(lián)合剖面法及電阻率對(duì)稱四極測(cè)深法共同測(cè)量，尋找下伏基巖中含水裂隙及破碎帶的平面位置及走向方向，了解低阻異常體的埋深及厚度，用不同供電極距聯(lián)剖獲得正交點(diǎn)位置，確定低阻體的埋深及厚度，用不同供電極距聯(lián)剖獲得正交點(diǎn)位置，確定低阻體傾斜方向及產(chǎn)狀，以達(dá)到間接尋找深部地下水源的目的。多功能電法找水儀測(cè)量電流及電位差，用直流升壓電源作供電電源。采用高密度電法及電測(cè)深，測(cè)點(diǎn)距離為10m，供電極距選擇多為AO=OB=35m及AO=OB=45m，測(cè)量極距

10m。

在綜合分析收集到地質(zhì)資料及水文地質(zhì)調(diào)查，了解測(cè)區(qū)的地層巖性、地下水賦存構(gòu)造情況基礎(chǔ)上進(jìn)行找水物探，將外業(yè)采集到的數(shù)據(jù)由儀器傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，再運(yùn)用專用軟件進(jìn)行處理和成圖，圈定物探的低阻異常位置及埋深，進(jìn)而判斷巖溶、構(gòu)造、斷裂構(gòu)造的位置、走向分布以及與地下水關(guān)系，確定是否具備成井條件。經(jīng)過篩選，在初步選定井位點(diǎn)進(jìn)行電測(cè)深工作，通過對(duì)初選井位點(diǎn)的電測(cè)深曲線用量板法進(jìn)行解釋，了解地層的垂向變化，確定推斷的含水構(gòu)造（巖溶、斷裂等）埋深，最終確定鉆井位置。如西邊山村，在該區(qū)物探（見圖1），共獲得低阻及正交點(diǎn)異常帶一條，異常帶位24/1、23/2、22/3、21.5/4點(diǎn)上，在各點(diǎn)上均獲得了較為明顯的低阻異常點(diǎn)及低阻正交點(diǎn)，該異常體的連線方向?yàn)闁|西向，控制長度大于200m，根據(jù)3線用不同供電極距獲得的聯(lián)合剖面正交點(diǎn)位置及電測(cè)深剖面測(cè)量結(jié)果，得出該低阻異常體傾向北方；22/3號(hào)點(diǎn)的電測(cè)深曲線呈KHA型五層曲線反應(yīng)，經(jīng)計(jì)算結(jié)果表明：低阻異常體的埋藏深度在25m～35m之間，當(dāng)AB/2大于60米后，尾板曲線呈近45°上升，反映在50m～60m，仍有低阻體存在，說明該異常體延深較大，根據(jù)該區(qū)的水文地質(zhì)條件及電阻率聯(lián)合剖面曲線的特征形態(tài)，推斷該條異常帶為近東西方向的含水?dāng)鄬悠扑閹б?。該地下水的水流向東。布設(shè)鉆孔在西邊山村西南側(cè)的果園邊，鉆孔深120.20m，水量與水質(zhì)滿足設(shè)計(jì)要求。

圖1 西邊山村聯(lián)合剖面、平面圖

3.4 鉆探

鉆孔結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)鉆孔類型、水文地質(zhì)條件、終孔直徑及深度、鉆進(jìn)工藝方法、抽水方法及鉆探設(shè)計(jì)等因素綜合確定，并盡量簡化。典型鉆孔一般分為一徑成孔和多徑成孔，一般宜以170mm開孔，徑150mm、130mm變徑后以110mm終孔；地質(zhì)條件復(fù)雜或預(yù)計(jì)出水量大于20t/h的鉆孔宜以220mm開孔，經(jīng)逐級(jí)變徑后以110mm終孔。一般情況下，基巖地區(qū)鉆孔，鉆穿覆蓋層至完整巖石不少于0.5m、溶洞、破碎帶后，應(yīng)變徑，孔深應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐叵滤蛔兎紤]，一般應(yīng)鉆孔至枯季地下水位以下30m，確?？菟谀苷３樗?，孔深誤差不得大于0.2%?？咨碓?00m深度內(nèi)其孔斜度不大于1.5°。100、150、200、300型液壓回轉(zhuǎn)鉆機(jī)都可以滿足要求。

3.5 抽水試驗(yàn)

亭子邊村井口標(biāo)高199.5m，井深89.20m，主要裂隙發(fā)育深度在深度21.10m、50.49m處。抽水試驗(yàn)結(jié)果如圖2：

圖2 亭子邊村井口抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)

終孔后一般應(yīng)作全孔穩(wěn)定流一次降深混合抽水試驗(yàn)，穩(wěn)定時(shí)間不少于8h，在穩(wěn)定時(shí)間內(nèi)應(yīng)達(dá)到涌水量和水位穩(wěn)定或在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，不得有持續(xù)下降或上升的趨勢(shì)；水位波動(dòng)范圍的誤差一般不能超過平均降深的1%，涌水量波動(dòng)值不能超過平均流量的3%。馬渡橋村鉆孔施工結(jié)束后，于2013年6月29日～30日采用2DK-16型離心泵（額定出水量12t/h，揚(yáng)程16m）進(jìn)行抽水試驗(yàn)，抽水試驗(yàn)段13.10m～91.10m，泵頭下至井深6.00m處。抽水延續(xù)時(shí)間26h，穩(wěn)定時(shí)間25h，水位降深1.55m，涌水量為1.63L/s，滿足120m3/d的成井要求。

抽水試驗(yàn)及水質(zhì)分析報(bào)告見表1。

表1 興安縣界首鎮(zhèn)興田村委亭子邊村井檢驗(yàn)成果表

4 結(jié)束語

（1）水文地質(zhì)調(diào)查在充分準(zhǔn)備前期資料的同時(shí)，也要進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證，特別是注意地質(zhì)單元的分界是否正確，原來的泉眼、出水點(diǎn)的流量是否有變化。農(nóng)村安全飲水工程，是利國惠民之事，無論成井施工還是構(gòu)建水塔，都要尊重群眾，充分了解群眾的意愿與要求，盡量不占用基本農(nóng)田，建筑（構(gòu)筑）物的布置要利于管線的敷設(shè)、機(jī)井的使用與后期維護(hù)。

（2）干旱地區(qū)找水，特別是石炭系C1y炭質(zhì)灰?guī)r與泥盆系D2x砂巖地區(qū)，可飲用的安全地下水主要是裂隙水，其賦存與構(gòu)造聯(lián)系緊密，構(gòu)造裂隙與地形地貌相關(guān)度大，地下水流向的調(diào)查與追蹤及地貌學(xué)的研究尤為重要。

（3）加強(qiáng)周圍污染源及區(qū)域土巖化學(xué)分析與調(diào)查，興安縣養(yǎng)殖業(yè)的影響較大，水質(zhì)大腸桿菌超標(biāo)比例大；局部地區(qū)也發(fā)現(xiàn)Fe2+、Mn2+、F-超標(biāo)。

（4）巖溶區(qū)地下水的大量長期開采，可能引起巖溶、土洞塌陷、地面不均勻沉降等次生地質(zhì)災(zāi)害，井點(diǎn)位置宜避開主要交通干線、風(fēng)景名勝區(qū)、居民住宅區(qū)，工業(yè)與民用建筑，對(duì)地下水進(jìn)行長期監(jiān)測(cè)，嚴(yán)禁地下水升降超過2m，抽水要求限量限時(shí)。另要注意洞高較大的充填或半充填巖溶裂隙水井點(diǎn)，使用期間發(fā)生堵井或塌井的事故較多。

（5）應(yīng)加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，恢復(fù)植被、整餳井渠，嚴(yán)禁地下水的過度開采和污染，有效利用河、塘、泉、池，水體分類分級(jí)使用，才符合農(nóng)村可持續(xù)性發(fā)展。