林桂香,魏永霞,程宏超
(安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站,安徽 合肥 230001)
淮南市山南新區(qū)地下水資源評價
林桂香,魏永霞,程宏超
(安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站,安徽 合肥 230001)
山南新區(qū)位于安徽省淮南市,該市地下水依據(jù)賦存條件和含水介質(zhì)特征可分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙水和碳酸鹽巖裂隙水三種類型,依據(jù)地形地貌和水文地質(zhì)條件劃為兩大類評價區(qū)。分區(qū)計算了山南新區(qū)不同年型的地下水各項補給量和排泄量,得出地下水儲存量為1 260.60萬 m3,地下水天然資源量多年平均為1 187.31萬 m3,地下水年開采量為534.29萬 m3。地下水質(zhì)量總體良好,Ⅱ~Ⅲ類水占74.2%,分布于大部分地段;Ⅳ~Ⅴ類水占25.8%。局部地區(qū)有污染現(xiàn)象,應(yīng)予以重視,通過評價,為合理開發(fā)利用和保護地下水資源提供依據(jù)。
地下水資源;地下水均衡;地下水水質(zhì)評價;淮南市
山南新區(qū)位于淮南市舜耕山以南,由田家庵區(qū)三和鄉(xiāng)、大通區(qū)孔店鄉(xiāng)、謝家集區(qū)和楊公鎮(zhèn)的部分行政村組成,主要功能為行政、辦公及文教中心,規(guī)劃到2020年,山南新區(qū)建設(shè)面積60 km2,人口70萬人。根據(jù)多年監(jiān)測資料可知,區(qū)內(nèi)多年平均降水量為920 mm,多年平均蒸發(fā)量為940 mm。地表水發(fā)育,水庫、水塘星羅棋布,溝渠縱橫交錯,以中部高地為界,西部屬瓦埠湖流域,東部屬高塘湖流域,但是隨著山南新區(qū)社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口的不斷增加,對水資源的需求日益增長。地下水是水資源的重要組成部分,具有十分廣泛、不可替代的開發(fā)利用意義。通過對地下水資源的評價,全面掌握山南新區(qū)地下水資源的特征,為合理開發(fā)利用和保護地下水資源,加強地下水開發(fā)利用的監(jiān)督管理提供理論依據(jù)。
評價區(qū)區(qū)域地層隸屬華北地層大區(qū)晉冀魯豫地層區(qū)徐淮地層分區(qū)淮南地層小區(qū),地層有上太古界霍邱群、青白口系劉老碑組、震旦系九里橋組和四頂山組、寒武系張夏組和崮山組、白堊系張橋組、第三系及第四系。本區(qū)地下水依據(jù)地下水賦存條件和含水介質(zhì)特征,可劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水三種類型。
為便于進行富水性劃分、對比,對區(qū)內(nèi)的抽水民井、鉆孔的口徑與降深,均進行了統(tǒng)一換算。松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水按降深5m,口徑300 mm換算單井涌水量。
式中:Q為涌水量( m3/d);Q′為換算石鉆孔涌水量(m3/d);D為原口徑(mm);D′為換算口徑(mm);S為實際降深(m);S′為換算降深(m)
2.1 松散巖類孔隙水
廣布于中南部平原區(qū)。根據(jù)工程物探、鉆探資料,含水巖組由第四系全新統(tǒng)和上、中更新統(tǒng)的亞粘土、亞砂土、泥質(zhì)粉砂及粘土組成。厚度一般10~30 m,總體上南薄北厚、西薄東厚。含水層不發(fā)育,僅在古地形低凹處常有亞砂土、泥質(zhì)粉砂薄層透鏡體分布,單井涌水量一般小于10 m3/d,富水性極差。地下水水力性質(zhì)為潛水,水位埋深一般1~3 m,年水位變幅2~3 m。
2.2 碎屑巖類孔隙裂隙水
廣泛分布于山前斜地、二級階地和一級階地,除舜耕山西部南麓地帶有零星的露頭分布外,大部分被第四系所覆蓋。含水巖組主要由白堊系、第三系的泥巖粉砂巖、砂礫巖等碎屑巖組成,地下水賦存于風(fēng)化孔隙、裂隙和構(gòu)造裂隙中,富水性受巖性和孔隙、裂隙發(fā)育程度的控制。
根據(jù)工程物探、鉆探及野外調(diào)查資料,本區(qū)斷層帶巖性主要為碎屑巖組成,裂隙發(fā)育程度較差,分布不均勻,多被泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié),斷層富水性和導(dǎo)水性均差。而在基巖與第四系接觸帶,即風(fēng)代殼,巖石遭受一定程度的侵蝕風(fēng)化,原生結(jié)構(gòu)被破壞,孔隙、裂隙相對較為發(fā)育,是碎屑巖類孔隙裂隙水的主要富集層位?;鶐r風(fēng)代殼埋深南部劉家崗—馬廠集一帶>20 m,厚度一般2~3 m,單井涌水量50~100 m3/d,富水性較差。其余地段風(fēng)代殼埋深<20 m,厚度一般0.5~1 m,單井涌水量覆蓋型10~50 m3/d,富水性差;裸露型<10 m3/d,富水性極差。由于被第四系覆蓋,地下水具微承壓性質(zhì),水位埋深2~10 m,年水位變幅4~7 m。
2.3 碳酸鹽巖裂隙巖溶水
分布于北部舜耕山山體的南側(cè),部分隱伏于第四系之下。含水巖組主要由寒武系、震旦系的白云巖、條帶狀灰?guī)r、硅質(zhì)泥質(zhì)白云巖、砂巖及頁巖等組成。其地表溶溝、溶槽沿裂隙及層面發(fā)育一般;隱伏碳酸鹽巖裂隙、巖溶相對發(fā)育,一般發(fā)育深度50~150 m,向下隨深度的增加而減弱。由于裂隙巖溶發(fā)育的不均一性,其富水性的變化也較大,一般單井涌水量裸露型<100 m3/d,富水性較差;覆蓋型為100~500 m3/d,富水性中等。沿斷裂交錯部位或遇隔水層時,在地形低凹處地下水常以泉的形式出露地表。地下水具承壓性質(zhì),一般水位埋深為8~15 m, 年水位變幅2~3 m。
3.1 評價區(qū)類型劃分
3.1.1 范圍
由于山南新區(qū)北部為東西走向的舜耕山山脈,是區(qū)域上南北兩個相對獨立完整的水文地質(zhì)單元邊界,且考慮盡量與新區(qū)規(guī)劃建設(shè)用地范圍相吻合。因此,本次調(diào)查評價范圍北以舜耕山山脊線為界,南到南緯十二路,西起南經(jīng)一路,東至東環(huán)路,面積87.50 km2。
3.1.2 類型劃分
根據(jù)地形地貌特征和水文地質(zhì)條件的不同,將本區(qū)劃分為兩大評價類型區(qū),即平原區(qū)(Ⅰ)、丘陵區(qū)(Ⅱ)。
在平原區(qū)(Ⅰ)中,根據(jù)次級地貌形態(tài)、包氣帶巖性及降水入滲系數(shù)等條件,又劃分為三個亞區(qū):
一級階地亞區(qū)(Ⅰ1):東南部地勢相對低洼的地段,包氣帶巖性為亞粘土,地下水類型為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。
二級階地亞區(qū)(Ⅰ2):大部分地段,地勢略有起伏,包氣帶巖性為亞粘土、粘土,地下水類型為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。
山前斜地亞區(qū)(Ⅰ3):北部山前地帶,包氣帶巖性為粘土,松散層厚度較薄,一般小于5 m。按下伏基巖巖性,又分為碎屑巖(Ⅰ13)和碳酸鹽巖(Ⅰ23)二個地段。其中碎屑巖地段地下水類型為基巖裂隙水;碳酸鹽巖地段地下水類型為巖溶水。
在丘陵區(qū)(Ⅱ)中,根據(jù)地下水類型,又劃分為二個亞區(qū):
一般丘陵亞區(qū)(Ⅱ1):本區(qū)東北角,基巖為碎屑巖,大多被較薄的第四系覆蓋,地下水類型為基巖裂隙水。
巖溶丘陵亞區(qū)(Ⅱ2):本區(qū)北部,巖石大多裸露,為碳酸鹽巖,地下水類型為巖溶水。
3.1.3 邊界處理
頂部邊界,與大氣降水、地表水交換強烈,視為開放的補排邊界。
底部邊界,下伏基巖為碎屑巖和碳酸鹽巖,一定深度內(nèi)裂隙、巖溶不發(fā)育,透水性極差,可視為隔水邊界。
周邊邊界,北部為舜耕山山脈,山脊線兩側(cè)地層分別是寒武系上統(tǒng)硅質(zhì)泥質(zhì)白云巖和奧陶系下統(tǒng)白云質(zhì)灰?guī)r夾泥巖,巖溶不發(fā)育,是區(qū)域上南北兩個相對獨立完整的水文地質(zhì)單元邊界,故視為隔水邊界;南部因區(qū)域地下水流向由北向南,存在一定的水力梯度,故視為排泄邊界;東、西部兩側(cè)地段,由于側(cè)向徑流量小,保證程度低,且評價過程中視鄰區(qū)以同等強度開采,故處理為零通量邊界。
3.2 評價方法及水文參數(shù)確定
基于本次為區(qū)域性水資源調(diào)查評價,目的為水資源管理和規(guī)劃服務(wù)。因此,采用水均衡法進行地下水天然資源評價,在天然資源評價的基礎(chǔ)上,采用可開采系數(shù)法進行開采資源評價。評價代表年為多年平均、75%保證率年(枯水年)和95%保證率年(特枯水年)。
水文地質(zhì)參數(shù)除滲透系數(shù)(K)由本次野外試驗求得外,其余參數(shù)主要依據(jù)《淮南市水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)綜合詳查報告 》(1:5萬)及定遠(yuǎn)幅、蚌埠幅、 壽縣幅《區(qū)域水文地質(zhì)普查報告》(1:20萬)成果,并參考鄰區(qū)《安徽省淮北平原淺層地下水資源評價報告》中有關(guān)野外勘探試驗成果綜合予以確定。
天然資源即天然狀態(tài)下,一個完整的水文地質(zhì)單元或人為確定的某一區(qū)域地下水所接受的各項補給量的總和。由于人類活動的影響,天然狀態(tài)已不存在,通常以現(xiàn)狀條件下的補給量的總和作為天然資源。本次主要采用地下水的天然補給量來評價地下水天然資源,且采用地下水的排泄量來驗證天然補給量。
4.1 天然補給量
本區(qū)天然補給量主要包括降水入滲量、地表水灌溉入滲量、渠系滲漏量、庫塘滲漏量四項。
4.1.1 降水入滲量
采用系數(shù)法計算。降水量引用淮南氣象局提供的降水資料成果,基本系列長度為1955—2004年,平面上因本區(qū)面積較小均采用一個數(shù)值。多年平均降水量為920 mm,75%保證率年降水量為736 mm,95%保證率年降水量為563 mm。計算面積由分區(qū)圖上直接量取,按10%扣除地表水體、房屋、道路、城鎮(zhèn)等面積進行計取。總計算面積(F)為78.75 km2。降水入滲量多年平均為1 010.83萬 m3,75%保證率年為808.68萬 m3,95%保證率年為618.59萬 m3。結(jié)果見表1。
4.1.2 地表水灌溉入滲量
采用系數(shù)法計算。本區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉主要分布于平原區(qū),全部引用地表水,總灌溉面積約4.7萬畝。灌溉量根據(jù)本次調(diào)查資料且結(jié)合有關(guān)研究成果確定綜合灌溉定額后,按灌溉面積計算得出,多年平均為362.80萬 m3,75%保證率年為435.49萬 m3, 95%保證率年為522.58萬 m3。地表水灌溉入滲量多年平均為36.28萬 m3,75%保證率年為43.55萬 m3,95%保證率年為52.26萬 m3。結(jié)果見表1。
4.1.3 渠系滲漏量
采用系數(shù)法計算。本區(qū)渠系主要分布于平原區(qū),總長度(L)為70.32 km,地表水灌溉量多年平均為362.80萬 m3,75%保證率年為435.49萬 m3, 95%保證率年為522.58萬 m3。渠系滲漏量多年平均為156.09萬 m3,75%保證率年為173.44萬 m3, 95%保證率年為130.64萬 m3。結(jié)果見表1。
4.1.4 庫塘滲漏量
采用體積法計算。本區(qū)庫塘滲漏主要分布于平原區(qū),總面積(F)為0.99km2(丘陵區(qū)和山前斜地地段的庫塘,基底為基巖, 其滲漏較微弱,保證程度低,未予計算)。年庫塘滲漏量為49.50萬 m3(多年平均、75% 保證率年和95% 保證率年差別不大,視為常量)。結(jié)果見表1。
表1 天然補給量一覽表 萬 m3/a
4.2 天然排泄量
由于人類活動的影響,天然狀態(tài)下已不存在,通常以現(xiàn)狀下的排泄量的總和作為天然排泄量,主要包括潛水蒸發(fā)量、南部側(cè)向徑流排泄量、丘陵區(qū)泉水溢出量(即丘陵區(qū)地下水的徑流排泄量)和地下水開采量四項。
4.2.1 潛水蒸發(fā)量
本區(qū)潛水蒸發(fā)主要分布于平原區(qū),總計算面積為68.70 km2(丘陵區(qū)地下水水位埋深較深,潛水蒸發(fā)量趨近于零,未予計算)。潛水蒸發(fā)強度主要取決于水面蒸發(fā)強度和潛水埋深,埋深起主導(dǎo)作用。多年平均和75%保證率年、95%保證率年的蒸發(fā)強度有文獻得到。計算結(jié)果見表2。
表2 天然排泄量一覽表 萬 m3/a
4.2.2 南部側(cè)向徑流排泄量
本區(qū)地下水總體趨勢由北向南徑流,南部邊界為排泄邊界,其地下水向南部鄰區(qū)排泄。根據(jù)野外調(diào)查及鉆探資料可得到評價區(qū)地下水水力梯度、含水層平均厚度、總過水?dāng)嗝婷娣e。地下水年側(cè)向徑流排泄量計算結(jié)果見表2(多年平均和75%保證率年差別不大,視為常量)。
4.2.3 泉水溢出量
本區(qū)北部丘陵區(qū)地下水主要以泉水溢出的方式向溝谷排泄,形成一些地表水庫。地下水平均徑流模數(shù)根據(jù)本次調(diào)查資料且結(jié)合有關(guān)研究成果確定;計算面積丘陵區(qū)面積相同。年泉水溢出量計算結(jié)果見表2(多年平均和75%保證率年差別不大,視為常量)。
4.2.4 地下水開采量
本區(qū)地下水開采主要為人畜用水,農(nóng)業(yè)灌溉和鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)不開采地下水。根據(jù)野外調(diào)查結(jié)果,利用人、畜用水定額量以及人、畜數(shù)量,計算出本區(qū)年地下水總開采量為94.90萬 m3。
4.3 天然資源量
地下水天然資源量見表3。
表3 天然資源量計算成果表
備注:75%年、95%年只能用補給量表示天然資源
區(qū)域地下水開采資源量的評價,有各種不同的做法。本次采用可開采系數(shù)法來評價地下水開采資源量。計算結(jié)果見表4。
本區(qū)地下水主要儲存于碎屑巖孔隙裂隙中(松散巖類孔隙水含水層不發(fā)育,儲水能力差;碳酸鹽巖裂隙巖溶水分布面積小,儲存量小,未予計算),分布范圍為平原區(qū)和一般丘陵區(qū),含水層平均厚度取1.50 m。地下水儲存量為1 260.60萬 m3。
表4 開采資源量計算成果表
備注:全區(qū)面積為87.5 km2,其中平原區(qū)為76.33 km2,丘陵區(qū)11.17 km2
7.1 地下水資源分布
由上面計算可知,地下水資源模數(shù)平原區(qū)大于丘陵區(qū),造成這種分布特征的原因有三個:(1)地下水的埋深;(2)巖性特性,即巖性透水性;(3)地形。平原區(qū)地表水系發(fā)達(dá),另外地下水埋深相對較大,平原區(qū)除接受降雨補給外,地表水系滲漏補給亦是其主要來源;丘陵區(qū)補給源只有降雨補給,丘陵地形坡度較大,基底為基巖, 其滲漏較微弱,保證程度低。
7.2 地下水補排平衡
根據(jù)水均衡原理:天然資源量的評價是從補給和排泄兩個方面論證的,評價水平年為多年平均和75%保證率年、95%保證率年,天然補給量和天然排泄量兩者基本平衡。
本區(qū)地下水質(zhì)量總體良好,Ⅱ~Ⅲ類水,占74.2%,分布于大部分地段;Ⅳ~Ⅴ類水,占25.8%,零星分布于劉家崗、南孟郢、北孟郢等地段。不同類型的地下水分述如下。
8.1 松散巖類孔隙水
松散巖類孔隙水水樣12組,水化學(xué)類型以HCO3-Ca·Na型為主,其次為HCO3·Cl-Ca·Na型。溶解性總固體428.04~2887.55 mg/L,總硬度177.66~1 807.63 mg/L,pH值7.33~8.30。超標(biāo)組份(相對Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn))主要為總硬度、溶解性總固體 、Cl-,超標(biāo)率分別為33.3%、33.3%、16.7%,最大超標(biāo)倍數(shù)分別2.8倍、4倍、4.1倍。綜合評價結(jié)果:Ⅲ類水占58.3%、Ⅳ類水和Ⅴ類水均占16.7%、Ⅱ類水占8.3%,水質(zhì)較差。
8.2 碎屑巖類孔隙裂隙水
碎屑巖類孔隙裂隙水水樣15組,水化學(xué)類型以HCO3·Cl-Ca·Na型為主。溶解性總固體488.69~1 189.56 mg/L,總硬度210.69~595.04 mg/L,pH值7.37~7.92。超標(biāo)組份主要為總硬度、溶解性總固體、NO3-、NH4+,超標(biāo)率分別為26.7%、26.7%、20%、13.3%,最大超標(biāo)倍數(shù)分別1.2倍、1.3倍、6.8倍、1.5倍。綜合評價結(jié)果:Ⅲ類水占66.7%、Ⅳ類水占26.6%、Ⅱ類水占6.7%,水質(zhì)良好。
8.3 碳酸鹽巖裂隙巖溶水
碳酸鹽巖裂隙巖溶水水樣4組,水化學(xué)類型以HCO3-Ca·Mg型為主。溶解性總固體499.26~587.30 mg/L,總硬度251.73~358.82 mg/L,pH值7.42~8.28。無超標(biāo)組份。綜合評價結(jié)果:Ⅲ類水占75%、Ⅱ類水占25%,水質(zhì)優(yōu)良。
9.1 結(jié)論
本區(qū)地下水主要儲存于碎屑巖孔隙裂隙中,儲存量為1 260.60萬 m3。
地下水天然資源量多年平均為1 187.31萬 m3, 其中平原區(qū)為1 078.71萬 m3,丘陵區(qū)為108.60萬 m3;多年平均、75%保證率年和95%保證率年平原區(qū)的天然資源量均大于丘陵區(qū)。天然資源模數(shù)多年平均為13.57萬 m3/a·km。地下水年開采資源量為534.29萬 m3、開采資源模數(shù)為6.11萬 m3/a·km2。
地下水質(zhì)量總體良好,Ⅱ~Ⅲ類水占74.2%,分布于大部分地段;Ⅳ~Ⅴ類水占25.8%,零星分布于劉家崗、南孟郢等地段。地下水宜作為工農(nóng)業(yè)用水。局部地下水已遭受一定程度的污染,NO3-、NH4+、Cl-分別超標(biāo)6.8倍、1.5倍、4.1倍,應(yīng)引起重視,因地下水一旦被污染,治理是十分困難的。
9.2 建議
(1)建立城區(qū)地下水動監(jiān)測態(tài)網(wǎng),開展水文地質(zhì)試驗和水質(zhì)監(jiān)測工作。
(2)開采碳酸鹽巖裂隙巖溶水時,須進行工程物探工作,尋找裂隙巖溶相對發(fā)育的地段,避免盲目施工打井。
(3)開展節(jié)水工作。居民生活用水提倡使用先進的節(jié)水設(shè)施和器具;工業(yè)用水提高重復(fù)利用率;農(nóng)業(yè)發(fā)展滴灌、噴灌,減少大水漫灌。
(4)城市規(guī)劃和建設(shè)的初期,就應(yīng)重視加強污染源治理工作,做到“在保護中開發(fā),在開發(fā)中保護”。
[1]1:20萬定遠(yuǎn)幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報告.安徽省地質(zhì)局323地質(zhì)隊.1979.
[2]1:20萬壽縣幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報告.安徽省地質(zhì)局337地質(zhì)隊.1989.
[3]1:20萬蚌埠幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報告.安徽省地礦局第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊.1986.
[4]安徽省淮北平原淺層地下水資源評價報告.安徽省水文地質(zhì)總站.1984.
[5]淮南市城市區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.安徽省地礦局337地質(zhì)隊.1989.
[6]淮南市水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)綜合詳查報告.安徽省地礦局第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊.1990.
[7]安徽省地下水資源評價和水源地開采現(xiàn)狀調(diào)查報告.安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站.1995.
[8]安徽省地下水資源評價報告.安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站.2002.
[9]中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院,淮南市規(guī)劃局.淮南市南部新區(qū)分區(qū)規(guī)劃.淮南新城區(qū)河流水系改造和景觀規(guī)劃.2006.
[10]水文地質(zhì)手冊.北京地質(zhì)出版社.1985.
[11]水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ).北京地質(zhì)出版社.1995.
[12]曾昭慈.安徽省水資源開發(fā)利用的探討.安徽地質(zhì).1997.7(4).
[13]黃永基,馬滇珍.區(qū)域水資源供需方法分析.南京:河海大學(xué)出版社.1990.
[14]張可遷,彭玉懷,楊兆軍.安徽省水資源開發(fā)利用. 安徽地質(zhì).1997.7(4).
Evaluation of groundwater resources in the southern district of Huainan city
LIN Gui-xiang, WEI Yong-xia, CHENG Hong-chao
(The General Station of Geological and Environmental Monitoring in Anhui Province,Anhui Hefei 230001)
Shannan district is located in the of Huainan city, Anhui province, the city according to the occurrence conditions and groundwater aquifer medium characteristics can be divided into the loose rocks, clastic rocks of pore water and pore water carbonate fissure water three types, according to the topographic and hydrogeological conditions, they are classified into two categories. Partition in Shannan district was calculated in different type of groundwater recharge and excretion, groundwater storage capacity is 12.606 million m3, groundwater natural resources for many years an average of 11.873 1 million m3, groundwater annual production of 5.342 9 million m3. Groundwater quality generally good, Ⅱ ~ Ⅲ class water 74.2%, distributed in most areas; Ⅳ ~ Ⅴ class water accounted for 25.8%. The pollution phenomenon of local areas should be taken seriously, and by evaluation, the basis for rational development and utilization and protection of groundwater resources should be provided.
groundwater resources; groundwater equilibrium; assessment of groundwater quality; Huainan city
2017-03-27
淮南市山南新區(qū)地下水資源調(diào)查評價
林桂香(1982-),女,安徽合肥人,工程師,主要從事水工環(huán)工作。
P641.8
B
1004-1184(2017)04-0032-04