六安市金安區(qū)江淮分水嶺缺水地區(qū)地下水動(dòng)態(tài)變化特征分析

黃振宇

(安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站/安徽省地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急技術(shù)指導(dǎo)中心,安徽 合肥 230001)

0 引言

針對(duì)六安市金安區(qū)江淮分水嶺嚴(yán)重缺水地區(qū)8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)水資源短缺現(xiàn)狀,開展水文地質(zhì)條件調(diào)查和地下水開采情況調(diào)查,基本查明資源型缺水的主要原因,通過地球物理勘查確定宜井井位,投入鉆探、抽水試驗(yàn)工作獲取水文地質(zhì)參數(shù),了解地下水水質(zhì)、水量、動(dòng)態(tài)、補(bǔ)給等特征,選擇適宜的井型施工一批供水井,為解決當(dāng)?shù)厝罕婏嬘盟щy提供示范。

1 調(diào)查方法

表1 區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

本區(qū)地下水的賦存和分布規(guī)律是以巖性為基礎(chǔ),地質(zhì)構(gòu)造和地貌起控制作用,大氣降水是影響地下水形成的重要因素。北亞熱帶濕潤多雨的季風(fēng)氣候,星羅密布的水塘、縱橫交錯(cuò)的灌溉渠系為區(qū)內(nèi)地下水的形成、運(yùn)移創(chuàng)造了良好的條件。根據(jù)地下水的賦存條件和含水介質(zhì)類型,區(qū)內(nèi)地下水可劃分為松散巖類孔隙水含水巖組、碎屑巖類(紅層)裂隙水含水巖組和火山巖類裂隙水含水巖組三大類。

2 地下水補(bǔ)、徑、排條件

2.1 地下水補(bǔ)給條件

2.1.1 降水入滲補(bǔ)給

調(diào)查區(qū)地處江淮分水嶺嶺脊的兩側(cè),西南高、北東低,多為波狀平原。分水嶺兩側(cè)大多由二級(jí)階地組成的淺丘狀、波狀平原區(qū),地勢低緩、地形切割淺。由于組成地層的巖性主要為粘土、粉質(zhì)粘土,厚度較大,地下水埋藏較深,降水只能補(bǔ)充部分包氣帶水;由于粘土透水性差,大部分降水以地表徑流流失,補(bǔ)給地下水的部分較少,短時(shí)降雨只能起濕潤土壤的作用。

區(qū)內(nèi)雨水較充沛,但降水比較集中,年際、年內(nèi)分配不均,不同年份降水對(duì)地下水的補(bǔ)給量相差很大;據(jù)本次調(diào)查,大氣降水是本區(qū)風(fēng)化裂隙水的主要補(bǔ)給來源,特別是連續(xù)有效降雨后水位上升較快,枯水期水位下降,水位埋深較大,變化幅度不等,具有年內(nèi)調(diào)節(jié)作用較強(qiáng)的特點(diǎn);與大氣降水的聯(lián)系隨著深度的增加逐漸減弱,直至基本封閉。

由于粘土、粉質(zhì)粘土結(jié)構(gòu)緊密,孔隙度小,滲透性差,不利于大氣降水垂向入滲補(bǔ)給,缺乏儲(chǔ)水空間,含水性差;為了解粘土、粉質(zhì)粘土垂向入滲補(bǔ)給的相關(guān)參數(shù),采取了8組(見表2)原狀土樣進(jìn)行分析。

表2 原狀土樣統(tǒng)計(jì)表

2.1.2 地表水補(bǔ)給

區(qū)內(nèi)分布有水塘、人工水渠及小型水庫等儲(chǔ)水設(shè)施,地表水通過底部和沿著河、渠、塘、水庫周邊側(cè)向補(bǔ)給地下水。平原區(qū)地下水與地表水存在著互補(bǔ)關(guān)系,豐水期,地下水接受地表水補(bǔ)給;枯水期,水位下降則排泄地下水。

2.1.3 灌溉補(bǔ)給

灌溉回滲補(bǔ)給地下水主要發(fā)生耕作時(shí)期的農(nóng)田區(qū)和沿灌渠附近的地段,才會(huì)對(duì)地下水資源量有補(bǔ)給作用,但總體補(bǔ)給量有限。

2.1.4 側(cè)向徑流補(bǔ)給

地表水側(cè)向補(bǔ)給地下水只發(fā)生在地表水位高于地下水位的時(shí)段和區(qū)段。地下水側(cè)向補(bǔ)給總體上以江淮分水嶺為中心線,分別向兩側(cè)補(bǔ)給,工作區(qū)內(nèi)除雨季外,側(cè)向徑流補(bǔ)給很微弱。

2.2 地下水徑流、排泄條件

地下水的徑流條件與地形地貌和地層巖性密切相關(guān),在嶺脊處向嶺脊兩側(cè)徑流,流向主要受地形的嚴(yán)格控制。查區(qū)地下水總體上流向是從西向東和從南向北,江淮分水嶺既是地表分水嶺也是地下分水嶺,分水嶺兩側(cè)的地下水隨著自然坡降由高處向低處流動(dòng),不同地貌位置,徑流方向和強(qiáng)度有所差異,但徑流方向與地形坡向基本一致。波狀平原區(qū)具蒸發(fā)—弱徑流型特征,是由于地形較平緩,巖土體透水性差,造成地下水徑流比較緩慢,徑流量小[1-2]。

地下水排泄主要通過溝渠徑流至下游溝谷排泄及地表蒸發(fā)(含植被吸收),人畜飲用開采量較小,越流排泄強(qiáng)度微弱;水文地質(zhì)調(diào)查僅僅在查區(qū)南部的橫塘崗鄉(xiāng)有一處泉水及兩處濕地排泄地下水,但流量小;不同的地貌單元有不同的排泄方式。

3 地下水位動(dòng)態(tài)變化特征

3.1 動(dòng)態(tài)觀測變化特征

選擇具有代表性、時(shí)效性的6處進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(其中民井3處、輻射井1處、鉆孔2處),監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,區(qū)內(nèi)地下水動(dòng)態(tài)變化與大氣降水關(guān)系息息相關(guān),水位變化與大氣降水的變化基本一致,兩者具一定正相關(guān)關(guān)系,另外與補(bǔ)給路徑、降水強(qiáng)度、時(shí)間、含水層埋藏深度、飽氣帶的巖性特征及其厚度等因素有關(guān),動(dòng)態(tài)變化幅度差異較大。枯水期地下水水位埋深在河流兩側(cè)及凹地為0.50～3.28 m,壟崗地0.8～20 m;豐水期水位埋深分別為0～2.33 m和0.67～18.70 m。年變幅河流兩側(cè)及凹地為0.10～2.20 m,壟崗地帶0.20～8.23 m,波狀平原區(qū)一般2.0～5.0 m。局部開采強(qiáng)度大,富水性弱的地段或巖性為粘性土的壟崗地,其水位埋深較大,枯水期達(dá)6.30～11.80 m,即使是在同一地段相隔數(shù)米,水位差異性也較大,這充分反映巖土層滲透性能差和富水性的不均一。

從工作區(qū)6處動(dòng)態(tài)監(jiān)測資料分析,第四系粘土層不利于降水入滲,水位埋藏較淺的孔隙裂隙水受降水變化明顯,地下水水位隨降水的增加而抬升,但變化幅度一般較小,而下伏碎屑巖紅層風(fēng)化帶裂隙水間接接受大氣降水入滲補(bǔ)給,水位變化與季節(jié)性變化相一致,一般在降水后1～3 d左右地下水開始上升,其動(dòng)態(tài)相對(duì)較穩(wěn)定(見圖1)。

3.2 專門長期地下水監(jiān)測孔變化趨勢

為了對(duì)本次動(dòng)態(tài)監(jiān)測結(jié)果的校核,收集了安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站六安市分站對(duì)相鄰工作區(qū)的專門監(jiān)測孔六安市健康食品廠2017年1月-12月地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)(圖2)。

4 地下水化學(xué)成分的基本特征及演化

全區(qū)地下水水化學(xué)類型有13種(見表3),在多種作用的共同影響下,使得水化學(xué)類型復(fù)雜,以HCO3-Ca(含HCO3-Ca·Na、HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca·Na·Mg)為主,約占67.56%;

表3 水化學(xué)特征統(tǒng)計(jì)表

表4 環(huán)境同位素水樣統(tǒng)計(jì)表

從分析數(shù)據(jù)結(jié)果可知,本區(qū)溶解性總固體含量、硬度與所處地形地貌相對(duì)位置尤為相關(guān),河流兩側(cè)、崗凹過渡帶,水交替相對(duì)增強(qiáng),溶解性總固體含量、硬度相對(duì)變小。地層巖性、微地貌類型和人為環(huán)境污染對(duì)溶解性總固體的影響也較大,從水文地質(zhì)調(diào)查中發(fā)現(xiàn),一些地段多與人類長期居住而引起的生活污水滲透污染相關(guān)。少數(shù)百姓水井受人為污染,出現(xiàn)了HCO3·SO4-Mg·Ca、HCO3·Cl-Na·Mg·Ca類型。

將17個(gè)淺層地下水水樣投在Piper三線圖上展布(見圖3),樣點(diǎn)展布相對(duì)比較集中,反應(yīng)淺層地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給,雖含水層性質(zhì)類似,但綜合水文地球化學(xué)作用存在差異。

圖3 淺層地下水Piper三線圖

淺部循環(huán)系統(tǒng)總體上具備陽離子Ca2++Mg2+離子含量比例相對(duì)較高,Na++K+離子含量比例相對(duì)較低;HCO3-陰離子平均值和標(biāo)準(zhǔn)差都較大的特點(diǎn),而NO3-含量普遍較低,說明査區(qū)內(nèi)農(nóng)作物的污染(化肥和農(nóng)藥)程度輕微;因而控制淺層地下水的化學(xué)演化路徑主要是礦物的溶解和植物的蒸騰。

將9個(gè)中層地下水水樣投在Piper三線圖上展布(見圖4),樣點(diǎn)展布同樣比較集中,離子以Ca2+、Mg2+、HCO3-為主;說明破碎帶埋藏淺、規(guī)模小、徑流路徑較短,化學(xué)組份充分發(fā)生了彌散混合作用;而SHK33點(diǎn)位出現(xiàn)跳躍現(xiàn)象,是由于該井地下水類型為裂隙水,含水層埋藏深,與地表水缺少聯(lián)系,徑流緩慢,處于封閉-半封閉狀態(tài),可更新能力弱,導(dǎo)致陽離子Na++K+和陰離子SO42-+Cl-含量比例升高。由于樣點(diǎn)較少,分析結(jié)果存在一定的局限性。

圖4 中深層地下水Piper三線圖

5 同位素特征分析

在供水井中采取了10組環(huán)境同位素水樣進(jìn)行水質(zhì)分析,獲取了較為豐富的水文地質(zhì)信息。工作區(qū)地下水δ18O值介于-6.6‰～-8.6‰,均值為-7.45‰,δD值介于-45‰～-58‰,均值為-50.63‰,由于補(bǔ)給高程、補(bǔ)給來源、構(gòu)造性質(zhì)和開采含水層深度不同,導(dǎo)致地下水同位素值表現(xiàn)出一定的差異性。

(1)由工作區(qū)目前已測試的8口供水井樣品繪制δD-δ18O關(guān)系(見圖5),可以看出所有樣點(diǎn)均緊靠南京大氣降雨線附近,說明査區(qū)水源地中的地下水主要來源于大氣降水,且3H最高值小于5TU,再次證明地下水為現(xiàn)代氣候條件下的大氣降水入滲補(bǔ)給,即“現(xiàn)代水”。

圖5 查區(qū)大氣降水的δ18O和δ2H關(guān)系圖

(2)δ2H的變化與δ18O變化具有很好的

一致性,SHK27、SHK42供水井出水量較大,說明構(gòu)造顯示張性特征,有利于地下水補(bǔ)、徑、排,其δ18O和δ2H值就越小。而SHK03、SHK34供水井中的δ18O和δ2H值相對(duì)較大,是由于構(gòu)造規(guī)模較小,地下水徑流緩慢,說明水-巖作用持久深入;這兩口井偏硅酸的含量達(dá)到了天然飲用水標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)一步佐證了上述推斷理論正確。

存在問題主要有:水樣偏少,樣品不全,代表性不強(qiáng),且在不同時(shí)間段采取的。

6 結(jié)語

(1)區(qū)域地下水主要為大氣降水補(bǔ)給,其次為地表水體;枯、豐季節(jié)地下水位變化較明顯,具有就地補(bǔ)給,就地排泄的循環(huán)特點(diǎn),形成相對(duì)獨(dú)立的地下水補(bǔ)、徑、排水流系統(tǒng);由于巖性和地形不利于大氣降水入滲,加上有限的含水層較薄,造成地下水資源貧乏,旱季群眾用水困難。

(2)第四系粘土層不利于降水入滲,孔隙裂隙水受降水變化明顯,地下水水位隨降水的增加而抬升,但變化幅度一般較小,而下伏碎屑巖紅層風(fēng)化帶裂隙水水位變化與季節(jié)性變化相一致,其動(dòng)態(tài)相對(duì)較穩(wěn)定。

(3)調(diào)查區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件,認(rèn)為控制水源地地下水水化學(xué)變化的主要是硅酸鹽和硅鋁酸鹽地層,化學(xué)特征控制十分明顯。