江都地區(qū)第四紀含水層水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)對比及地下水開采現(xiàn)狀分析

劉 洪，陳 剛，王振海，車增光

(1.國土資源部地裂縫地質(zhì)災(zāi)害重點實驗室，江蘇 南京 210018；2.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京 210018)

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江都地區(qū)第四紀含水層水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)對比及地下水開采現(xiàn)狀分析

劉 洪1,2，陳 剛1,2，王振海1,2，車增光1,2

(1.國土資源部地裂縫地質(zhì)災(zāi)害重點實驗室，江蘇 南京 210018；2.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京 210018)

江都地區(qū)位于長江三角洲平原和里下河平原的交匯處，第四紀松散層厚度大，含水層發(fā)育，受長江和淮河兩大流域沉積影響，不同地區(qū)含水層厚度、顆粒、結(jié)構(gòu)和富水性差異較大。通過對比分析江都地區(qū)第四紀含水層水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)可以看出，第四紀含水層具厚度大、砂層層次少、顆粒粗、水量豐富等特點，含水層巖性較細，以中細砂、粉細砂為主，砂層厚度薄且呈多層狀，含水層之間發(fā)育厚度較大的穩(wěn)定隔水層，水量一般。同時通過對江都地區(qū)地下水開采現(xiàn)狀分析發(fā)現(xiàn)，由于江都區(qū)開采井及開采量逐年增加，水位逐年下降，并引發(fā)了江都地區(qū)的地面沉降，應(yīng)采取嚴格地下水開采管理、科學合理開采地下水合理控制水位、加強淺層地下水資源合理利用和地下水應(yīng)急水源地建設(shè)等措施，量化研究開采地下水與地面沉降的關(guān)系，合理確定開采井的分布、開采量和控制水位，為江都區(qū)水資源合理開采提供基礎(chǔ)支撐，為地面沉降機理研究和防治提供了基礎(chǔ)。

水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)；第四紀；對比研究；地下水開采；江都

江都地區(qū)位于江蘇省中部、長江下游三角洲平原北側(cè)，主要為廣闊的江淮沖積堆積平原，大致以新通揚運河線為界，北部為里下河平原，南部為長江三角洲平原。江都地區(qū)屬揚子地層區(qū)下?lián)P子地層分區(qū)，全境被晚新生代地層覆蓋，沒有前第四紀地層出露。第四紀以來，江都地區(qū)表現(xiàn)為持續(xù)緩慢沉降，接受了一套粗細迭置、厚度較大的松散堆積物沉積，為孔隙水的發(fā)育提供了良好的儲藏空間，具有分布廣、層次多、水量豐富、水質(zhì)復雜等特點。本文分長江三角洲平原和里下河平原對江都地區(qū)第四紀含水層的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行了對比分析，為地下水資源開采管理和地面沉降形成機理研究和防治提供了依據(jù)。

1 水文地質(zhì)分區(qū)

受基底地質(zhì)構(gòu)造條件、地層巖性、第四紀古氣候、海平面升降等因素，尤其是古長江、古淮河活動的影響，江都地區(qū)第四紀沉積物厚度、顆粒、含水層結(jié)構(gòu)、富水性等多方面呈現(xiàn)出明顯的南北向水平分帶性，大致以新通揚運河為界，分為長江三角洲平原和里下河平原兩個水文地質(zhì)單元(圖1)。但是，由于古長江、古淮河兩大流域擺動頻繁，受其影響，不同時期長江三角洲平原及里下河平原水文地質(zhì)區(qū)的分布范圍有所偏差。

垂直方向上，根據(jù)含水砂層的時代、沉積環(huán)境、埋藏分布、水力特征等，江都地區(qū)第四紀含水層可劃分為孔隙潛水含水層組和第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ承壓含水層[1,2]，其中的第Ⅱ、第Ⅲ承壓含水層是江都區(qū)地下水開采的主采層，由于長期強烈開采造成水位持續(xù)下降，形成了水位降落漏斗，并引發(fā)了地面沉降。

圖1 江都地區(qū)水文地質(zhì)綜合分區(qū)示意圖

2 水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)對比

2.1 潛水含水層

由第四紀全新世沖湖積相堆積的松散層組成，水文地質(zhì)條件因沉積環(huán)境和地層巖性的差異變化較大(圖2)。

2.1.1 長江三角洲平原

潛水含水層具河口三角洲相沉積特點，巖性為第四系全新統(tǒng)的粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂與粉土互層、粉砂、粉細砂，水平層理發(fā)育，具上細下粗的垂向分帶性，平面分布上具三角洲中間部位顆粒粗、向南北兩側(cè)變細的水平分帶特征，沿江地區(qū)與第Ⅰ承壓含水層組聯(lián)通。含水層厚度在7～70 m之間，單井涌水量一般在100 m3/d，水位埋深在1.0～2.0 m之間，年變幅在1.0 m左右。長江三角洲平原潛水的補給條件好、交替強烈，受海侵影響地段淡化速度快，水質(zhì)為礦化度小于1 g/L的HCO3-Ca·Mg型淡水。

2.1.2 里下河平原

潛水含水層主要由第四系全新統(tǒng)瀉湖相的灰黑色、灰黃色粉質(zhì)粘土、粉土組成，局部夾粉砂薄層或透鏡體。受沉積環(huán)境控制，含水砂層分布不穩(wěn)定，厚度一般10～20 m，單井涌水量一般15 m3/d，沿邵伯湖地區(qū)受湖水側(cè)向補給，單井涌水量可達100～200 m3/d。潛水水位主要受地形條件及降水量影響，埋深一般在0.5～2.0 m。水質(zhì)除小紀鎮(zhèn)宗村東北一帶為礦化度1～3 g/L的Cl·HCO3-Ca·Na或Na·Ca型咸水外，其它地區(qū)水質(zhì)為礦化度小于1 g/L的HCO3-Ca和HCO3l-Ca·Na型淡水。

1.全新統(tǒng)，2.上更新統(tǒng)，3.中更新統(tǒng)，4.下更新統(tǒng)，5.新近系，6.第Ⅰ承壓含水層，7.第Ⅱ承壓含水層，8.第Ⅲ承壓含水層，9.地層界線，10.巖性界線，11.礫石，12.粗砂，13.中砂，14.細砂，15.粉砂，16.粉土，17.粉質(zhì)粘土，18.粘土，19.玄武巖

圖2 江都地區(qū)南北向水文地質(zhì)剖面圖

2.2 第Ⅰ承壓含水層

由第四紀晚更新世堆積的松散物所組成，受河流、海侵等因素的制約，沉積物特征南北有較大的差異性(圖3)，仙女鎮(zhèn)-七里-吳堡一線以南為長江三角洲平原水文地質(zhì)區(qū)，以北為里下河平原水文地質(zhì)區(qū)。

2.2.1 長江三角洲平原

第Ⅰ承壓含水層主要由一套河口三角洲相沉積物組成，含水層分布穩(wěn)定，頂板埋深20～50 m。含水層具三大顯著特征：(1)砂層厚度大，一般大于30 m，且多為單層狀砂層；(2)含水層顆粒粗，巖性以中粗砂為主，局部含礫；(3)富水性好，單井涌水量一般大于2 000 m3/d。僅在新通揚運河南側(cè)地段，含水層厚度小于30 m，單井涌水量為1 000～2 000 m3/d。水質(zhì)為礦化度0.46 g/L的HCO3·Cl-Ca或HCO3-Na·Ca型淡水。

圖3 江都地區(qū)第Ⅰ承壓含水層水文地質(zhì)略圖

2.2.2 里下河平原

第Ⅰ承壓含水層特征和長江三角洲平原存在明顯差異：(1)砂層厚度薄，多在10 m左右，單井涌水量一般小于1 000 m3/d(僅在新通揚運河北側(cè)地帶和真武-樊川-武堅鎮(zhèn)一帶含水砂層厚度在15～30 m間，單井涌水量達1 000～2 000 m3/d)；(2)層次多，一般由2-4個含水砂層組成(小紀鎮(zhèn)45號鉆孔由5個含水砂層組成)；(3)含水層顆粒細，巖性以灰黃、褐黃色粉細砂為主。水質(zhì)為礦化度0.38～0.50 g/L的HCO3·Ca·Na或HCO3-Na型淡水。

2.3 第Ⅱ承壓含水層

由第四紀中更新世堆積的松散層組成，水文地質(zhì)特征受古地貌、古水文條件的控制，南北差異較大。仙女-宜陵-小紀以北主要接受古淮河攜帶的泥砂堆積，以南主要接受古長江堆積(圖4)。

圖4 江都地區(qū)第Ⅱ承壓含水層水文地質(zhì)略圖

2.3.1 長江三角洲平原

第Ⅱ承壓含水層巖性以長江古河道相粗顆粒沉積砂層為主，顆粒粗細及厚度變化受長江古河道的發(fā)育規(guī)律控制，在平面上自南往北有粉細砂-中砂-中粗砂的變化規(guī)律，垂向上顯示細-粗-細的沉積旋回。長江古河床擺動區(qū)含水層厚度多在40 m以上，且多為單層狀砂層，與上部第Ⅰ承壓含水層之間無明顯的隔水層，滲透性好，富水性強，單井涌水量2 000～3 000 m3/d。仙女鎮(zhèn)、宜陵鎮(zhèn)和吳橋鎮(zhèn)的北部沿新通揚運河地區(qū)的含水層厚度小于40 m，單井涌水量一般1 000～2 000 m3/d；頂板埋深除仙女鎮(zhèn)一帶小于100 m，其它地區(qū)頂板埋深多在100～150 m。水質(zhì)為礦化度0.32 g/L的HCO3-Na·Ca型或HCO3-Na型淡水。

2.3.2 里下河平原

第Ⅱ承壓含水層以河湖相沉積為主，巖性、厚度、富水性較長江三角洲平原明顯變細變薄變小。含水層巖性以粉細砂、細中砂為主，累計厚度多小于30 m，單井涌水量小于1 000 m3/d，宜陵—武堅一線以東地段的含水砂層厚度大于30 m，單井涌水量1 000～2 000 m3/d，郭村鎮(zhèn)北部-吳堡一帶的含水砂層厚度大于40 m，單井涌水量可達2 000～3 000 m3/d；頂板埋深一般變化于100～130 m。水質(zhì)以礦化度小于1 g/L的HCO3-Na·Ca型或HCO3-Na型淡水為主，小紀地區(qū)的礦化度1.02 g/L，屬于微咸水。

2.4 第Ⅲ承壓含水層

由第四紀早更新世沖湖積的松散層構(gòu)成，受基底構(gòu)造、古地貌形態(tài)、古水流條件等因素控制，水文地質(zhì)條件具一定的分帶性(圖5)。

2.4.1 長江三角洲平原

第Ⅲ承壓含水層主要接受古長江攜帶的泥砂沉積，巖性及厚度變化受長江古河道的發(fā)育規(guī)律控制，古長江河道分布在大橋、謝橋、嘶馬一帶，大致在謝橋、昌松一帶分泓，北支沿大橋-謝橋一線行泓與古淮河直流合并向北東方向下瀉區(qū)外，東支在嘶馬-浦頭一帶東進。在古長江河床沉積區(qū)，砂層巖性以含礫中細砂為主，厚度多在30 m以上(大橋鎮(zhèn)等沿江地段和第Ⅰ、第Ⅱ承壓含水層連通，構(gòu)成巨厚狀砂層)，單井涌水量2 000～3 000 m3/d；在仙女鎮(zhèn)和郭村鎮(zhèn)的南部等漫灘區(qū)則以細中砂為主，厚度多小于30 m，單井涌水量多在500～2 000 m3/d。頂板埋深一般在180～200 m，總體變化趨勢是由西往東、由南往北漸深。水質(zhì)為礦化度0.53 g/L的HCO3-Ca·Mg型淡水。

圖5 江都地區(qū)第Ⅲ承壓含水層水文地質(zhì)略圖

2.4.2 里下河平原

第Ⅲ承壓含水層主要由古淮河沖積物組成，含水層巖性、厚度、富水性等主要受古淮河水流控制，在其主流線部位(北祥-丁溝-樊川-武堅)砂層巖性以細砂、中砂、中粗砂為主，厚度在大于50 m，富水性好，單井涌水量達2 000～3 000 m3/d，其余大部分地區(qū)含水層巖性以中細砂、粉細砂為主，局部含中粗砂，厚度多在20～50 m，單井涌水量多在500～2 000 m3/d。頂板埋深總體上具西北淺東南深的變化規(guī)律，一般變化于150～200 m之間。水質(zhì)為礦化度0.44 g/L的HCO3-Ca·Na型和HCO3-Na·Ca型淡水。

3 地下水開采管理建議

20世紀70年代，江都地區(qū)尚無深層地下水開采狀態(tài)，進入20世紀80年代，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展及人民生活質(zhì)量的不斷提高，開始大量開采水質(zhì)優(yōu)良的深層地下水，開采井及開采量逐年增加，水位逐年下降，并引發(fā)了地面沉降，沉降中心位于東部的郭村鎮(zhèn)地區(qū)[3]。2011年，江都地區(qū)區(qū)域供水工程實現(xiàn)全覆蓋，開始封填地下水開采井，地下水開采量開始逐年減少。但是，由于地面沉降具有滯后性，而且江都地區(qū)的地下水沒有完全禁止開采，再加上受區(qū)域地下水位的影響，江都地區(qū)的地面沉降仍繼續(xù)發(fā)展，將導致地面標高進一步降低、各類工程設(shè)施防洪標準降低、加劇洪澇災(zāi)害、潛水位相對上升、農(nóng)田漬害加重、加大地下工程施工建設(shè)難度和工程投入等多種問題，直接影響到社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，尤其是北部的里下河古瀉湖積平原，地勢低平、地面高程十分寶貴，若地面沉降持續(xù)發(fā)展，將產(chǎn)生較大的危害，必須嚴格地下水開采管理，科學合理開采地下水。

3.1 合理控制水位

地下水水位控制紅線是指地下水水位埋深超過某個閾值后，可能引發(fā)含水層疏干、地面沉降、地裂縫、巖溶塌陷等環(huán)境地質(zhì)問題時所對應(yīng)的水位埋深值[4]。根據(jù)《江蘇省人民政府關(guān)于實行最嚴格水資源管理制度的實施意見》，確定禁采水位埋深為地下水水位紅線，為保證一般情況下不突破地下水水位紅線，在地下水水位達到紅線水位前，設(shè)置限采水位埋深對地下水水位進行預(yù)警。

根據(jù)相關(guān)研究成果[5]，江都地區(qū)的地下水水位紅線管理目標層為第Ⅱ、第Ⅲ承壓含水層，第Ⅱ承壓含水層的限采水位埋深為20 m(沿江一帶為15 m)，禁采水位埋深為37 m，第Ⅲ承壓含水層的限采水位埋深為30 m(沿江一帶為25 m)，禁采水位埋深為47 m。根據(jù)地下水位現(xiàn)狀[3]，江都地區(qū)第Ⅲ承壓含水層的水位埋深小于30 m(沿江地區(qū)小于10 m)，均小于限采和禁采水位埋深；第Ⅱ承壓含水層的水位埋深小于30 m(沿江地區(qū)小于5 m)，小于禁采水位埋深，但武堅鎮(zhèn)新聯(lián)、新樓、小紀鎮(zhèn)太平、金鑫、吳堡、邵伯鎮(zhèn)南部、真武鎮(zhèn)南部、丁伙鎮(zhèn)北部、丁溝鎮(zhèn)北部、仙女鎮(zhèn)陳行、周墅、郭村鎮(zhèn)區(qū)周圍等地區(qū)的第Ⅱ承壓含水層的水位大于20 m，超過限采地下水水位紅線，要加強地下水開采活動的監(jiān)督、管理，合理規(guī)劃地下水開采井的空間布局，核定地下水開采總量，實行科學有序開采，確保地下水位恢復到20 m以內(nèi)、不再繼續(xù)下降。

3.2 充分利用地表水系如長江等的補給源作用

從江都地區(qū)的地面沉降現(xiàn)狀看，雖然沿江一帶的地下水開采強度比中部、北部大，但水位埋深明顯小于中部、北部，累計地面沉降量也小于中部、北部。究其原因，主要是地下水的補給條件有差別，南部沿江一帶為長江古河道，第四紀含水層厚度大、顆粒粗、補給條件較好，而且，江都段長江河槽深度在37～47 m之間，直接切割孔隙潛水含水層[6]，江水在靜壓強作用下補給孔隙含水層，地下水開采后可得到長江邊界一定量的側(cè)向徑流補償，不易產(chǎn)生較大的水位下降，而中部、北部含水層補給條件相對較差，維系地下水開采的水量主要來自孔隙水的釋放。但是，由于江都沿江地區(qū)松散層固結(jié)程度較差，必須量化研究開采地下水與地面沉降的關(guān)系，合理確定開采井的分布、開采量和控制水位。

3.3 淺層地下水資源合理利用

由于淺層地下水直接接受大氣降水的入滲補給，在開采的條件下，其補給也會加快，有利于淺層地下水體的循環(huán)而使水質(zhì)不斷改善，開發(fā)利用前景廣闊，水量利用、熱冷能交換利用均可行。江都地區(qū)淺層地下水資源較為豐富，在目前深層地下水水位下降、控制開采的情況下，開展對淺層地下水的開發(fā)利用研究就顯得更為重要。

3.4 地下水應(yīng)急水源地建設(shè)

區(qū)域供水工程實現(xiàn)全覆蓋后，江都地區(qū)供水主要以地表水為主，集中在長江、京杭大運河和邵伯湖，地表水源地的防護范圍只有幾百米至上千米，容易受到污染，防污性能較差，水質(zhì)保障程度低，一旦發(fā)生水源地突發(fā)性污染事件，將導致供水系統(tǒng)不能正常運行，甚至影響到經(jīng)濟運行和社會穩(wěn)定。由于地下水具有水量穩(wěn)定、分布廣泛、不易污染和不受突發(fā)事件影響、能保證一定時期內(nèi)連續(xù)穩(wěn)定供水等優(yōu)點，是理想的應(yīng)急水源地。為保障經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和社會穩(wěn)定，需詳細查明江都地區(qū)地下水資源狀況及特征，開展城區(qū)、沿江地區(qū)、重要鎮(zhèn)區(qū)的地下水應(yīng)急水源地調(diào)查和評價，提出地下水應(yīng)急水源地規(guī)劃建設(shè)方案，解決飲用水源結(jié)構(gòu)單一的問題，提高飲用水源戰(zhàn)略儲備能力，有效應(yīng)對飲用水源地突發(fā)污染事件。尤其是江都沿江地帶，為第四紀以來古長江河道疊置結(jié)構(gòu)區(qū)，含水砂層呈巨厚狀、水質(zhì)符合居民生活飲用水供水標標準，是開展地下水應(yīng)急水源地勘察和建設(shè)的理想地區(qū)。

4 結(jié)語

(1)江都地區(qū)第四紀水文地質(zhì)對比可以看出，長江三角洲平原第四紀含水層具厚度大、砂層層次少(各含水層之間無穩(wěn)定隔水層，大部分地區(qū)為巨厚狀砂層)、顆粒粗(多為砂礫結(jié)構(gòu))、水量豐富等特點，尤其在大橋-楊橋沿江一帶，由于處于長江由山區(qū)河流變?yōu)槠皆恿鞯暮涌诘貛?，沉積物以河床相粗顆粒的中細砂、含礫中粗砂為主，自上而下第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ承壓含水層之間無穩(wěn)定的隔水層分布，形成巨厚型含水層分布區(qū)；里下河平原第四系含水層組發(fā)育程度明顯次于長江三角洲平原，含水層巖性較細，以中細砂、粉細砂為主，砂層厚度薄且呈多層狀，含水層之間發(fā)育厚度較大的穩(wěn)定隔水層，水量一般。

(2)通過對江都地區(qū)地下水開采現(xiàn)狀分析發(fā)現(xiàn)，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展及人民生活質(zhì)量的不斷提高，開始大量開采水質(zhì)優(yōu)良的深層地下水，開采井及開采量逐年增加，水位逐年下降，并引發(fā)了江都地區(qū)的地面沉降，若地面沉降持續(xù)發(fā)展，將產(chǎn)生較大的危害，必須嚴格地下水開采管理，科學合理開采地下水合理控制水位，加強淺層地下水資源合理利用和地下水應(yīng)急水源地建設(shè)，量化研究開采地下水與地面沉降的關(guān)系，合理確定開采井的分布、開采量和控制水位，為江都區(qū)水資源合理開采提供基礎(chǔ)支撐。

[1]韓銀富，繆曉圖，楊林，等．揚州市地下水資源調(diào)查評價報告[R]．南京：揚州市水利局.揚泰水文水資源勘測局.江蘇省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站.1998．

[2]韋興星，余勤，唐克誠，等．高郵幅鎮(zhèn)江幅1:20萬區(qū)域水文地質(zhì)普查報告[R]．南京：江蘇省地質(zhì)局第一水文地質(zhì)隊.1980．

[3]劉洪，陳剛，嚴麗麗，等．揚州市江都區(qū)地質(zhì)環(huán)境綜合調(diào)查評價報告[R]．南京：江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院.2016．

[4]施小清，馮志祥，姚炳魁，等．江蘇省地下水水位控制紅線劃定研究[J]．水資源管理.2015，(1)：46-49．

[5]黃曉燕，張秝湲，李朗，等．江蘇省地下水水位紅線控制管理研究[R]．南京：江蘇省節(jié)約用水辦公室.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院.2014．

[6]繆曉圖．傍江備用應(yīng)急地下水源地建設(shè)及意義[J]．地質(zhì)學刊.2008，32(3)：239-243．

Comparison of Hydrogeological Structure and Groundwater Exploitation in Quaternary Aquifer of Jiangdu Region

LIU Hong1,2,CHEN Gang1,2,WANG Zhen-hai1,2,CHE Zeng-guang1,2

(1.Key Laboratory of Fracture Geological Hazards, Ministry of Land and Resources, Nanjing 210018, China; 2. Jiangsu Institute of Geological Survey, Nanjing 210018, China)

The Jiangdu area is located at the interchange of the Yangtze River Delta and the Lixiahe Plain. The Quaternary loose layer has a large thickness and aquifer developed by the Yangtze River and the Huaihe River. The thickness, particle, Water-based differences. By comparing and analyzing the hydrogeological structure of the Quaternary aquifer in Jiangdu area, it can be seen that the Quaternary aquifer has the characteristics of large thickness, small sand layer, coarse grain and abundant water, and the lithology of the aquifer is finer, , Fine sand mainly sand layer thickness and was layered, aquifer between the development of a greater thickness of the stability of the aquifer, the water in general. At the same time, through the analysis of the present situation of groundwater exploitation in Jiangdu area, it is found that due to the increase of mining wells and exploitation in Jiangdu District, the water level declines year by year and triggers land subsidence in Jiangdu area. It should adopt strict groundwater exploitation management, scientific and rational exploitation of groundwater reasonable control water level, Strengthen the rational utilization of shallow groundwater resources and groundwater emergency water source construction and other measures to quantify the relationship between groundwater and ground subsidence, to determine the distribution of mining wells, mining and control of water level for the rational allocation of water resources in Jiangdu provide the basis for support, Which provides the basis for the study and prevention of ground subsidence mechanism.

hydrogeological structure; Quaternary; comparative study; groundwater exploitation; Jiangdu

2017-02-16

江蘇省地質(zhì)勘查基金項目“揚州市江都區(qū)地質(zhì)環(huán)境綜合調(diào)查評價”(蘇財建[2014]278號)

劉洪(1973-)，男，安徽阜陽人，高級工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查與評價工作。

P641.8

A

1004-1184(2017)03-0051-04