涼泉水源地水文地質(zhì)特征及地下水資源評價

張賢良

(河南省第一地質(zhì)勘察院，河南 南陽 473000)

涼泉供水水源地位于內(nèi)鄉(xiāng)縣城西側(cè)湍東鎮(zhèn)涼泉村，離縣城約4 km，主要抽取碳酸鹽巖類裂隙巖溶水，呈 NWW向延伸條帶狀。由于地層巖溶、裂隙及斷裂的存在，使其富水性較強(qiáng)，泉流量大，它是該水源地的主要巖位。

1.1 巖溶發(fā)育形態(tài)特征

碳酸鹽巖類的巖溶發(fā)育程度和裂隙巖溶水的富水性與所處的地形、地貌、地質(zhì)構(gòu)造等條件有著密切的聯(lián)系，空間上有一定的組合規(guī)律，不同的組合類型，在不同的發(fā)展階段巖溶有著各異形態(tài)。

該區(qū)段碳酸鹽巖類主要由元古界震旦系燈影組(Z2dn)組成，巖性為白云質(zhì)大理巖、硅質(zhì)白云巖，呈條帶狀展布。此含水巖組呈棕紅色、灰白色，碳酸鹽巖裸露較純，巖溶發(fā)育較強(qiáng)，以溶隙、溶孔、溶溝為主，形狀不規(guī)則。溶隙、溶溝一般沿節(jié)理和裂隙發(fā)育，局部密集成帶，裂隙寬10～30 cm，這樣極度利于地下水的賦存。

1.2 裂隙巖溶水的富集規(guī)律

工作區(qū)裂隙巖溶水的富集同樣是以巖性為基礎(chǔ)，地質(zhì)構(gòu)造起主導(dǎo)因素，而地形、地貌、氣象、水文則是裂隙巖溶水形成的重要自然條件。

1.2.1 碳酸鹽巖類含水層富水性

含水巖層為元古界震旦系燈影組，主要巖性為糖粒狀白云質(zhì)大理巖、白云巖，位于荊關(guān) －師崗復(fù)向斜的北翼呈條帶狀展布，所以區(qū)段內(nèi)含水層中的裂隙、層面、斷裂構(gòu)造，均為巖溶發(fā)育提供了有利條件，是區(qū)域性巖溶地下水賦存巖位之一。泉流量0.039～110 L/s，水化學(xué)類型為 HCO3－Ca·Mg型，礦化度小于 0.5 g/L。

1.2.2 相對隔水層的接觸帶上裂隙巖溶水的富集

含水巖層(Z2dn)與相對隔水層(Pt3m)的接觸帶上，因?yàn)閹r溶地下水的運(yùn)移受阻，使其位于接觸面一側(cè)的裂隙巖溶水易于富集，并且在地形適宜處溢出地表。

1.2.3 構(gòu)造控制裂隙巖溶水的富集

主要表現(xiàn)為斷裂帶阻水，斷裂呈壓扭性，斷裂帶可作為地下水垂直滲透和橫向運(yùn)移的通道，從而沿斷裂形成地下水富集地帶。地下水沿斷裂帶及兩盤發(fā)育的節(jié)理、裂隙進(jìn)行溶蝕作用，形成巖溶發(fā)育帶。加上非可溶巖(隔水巖層)的阻水作用及構(gòu)造因素，使巖溶水運(yùn)移至此受阻，沿斷裂呈線狀泄出成泉，伴有較多氣泡冒出，成為上升泉，流量單泉流量73.3 l/s，動態(tài)較為穩(wěn)定，受季節(jié)性影響變化不甚明顯，是一個巖溶大泉，使斷裂帶地下水得以排泄，這樣更加快了斷裂帶的溶蝕速度。

1.2.4 巖溶發(fā)育垂向變化規(guī)律

根據(jù)1:20萬內(nèi)鄉(xiāng)幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報告及鉆探揭露，由于該區(qū)段經(jīng)受了多期次的構(gòu)造運(yùn)動，地殼運(yùn)動出現(xiàn)多階段的上升及穩(wěn)定交替特征。在相對穩(wěn)定時期，降水沿碳酸鹽巖層面及斷裂構(gòu)造下滲。巖溶形態(tài)多為溶隙及溶孔，而在水位變動帶水平方向的巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，構(gòu)成侵蝕基準(zhǔn)面，而侵蝕面以下巖溶發(fā)育微弱。區(qū)域上升期，巖層相對上升，地下水下滲在相應(yīng)位置加強(qiáng)又一期巖溶發(fā)育帶，經(jīng)過多期次這樣往返，巖溶發(fā)育在垂直方向出現(xiàn)有規(guī)律的變化，致使巖溶發(fā)育也具有成層性。在剝蝕、侵蝕丘陵地區(qū)，地形切割較弱，地表逕流也較慢，有利于巖溶水滲透，巖層中地下水運(yùn)動強(qiáng)烈，水交替作用強(qiáng)，對地下水的補(bǔ)給、儲存都十分有利，垂向及水平方向巖溶發(fā)育強(qiáng)烈。

1.3 地下水補(bǔ)給、逕流與排泄

工作區(qū)內(nèi)裂隙巖溶水屬于氣象動態(tài)型，和降水量密切相關(guān)，豐水期泉流量驟然增大，枯水期泉流量有所減少，因此，裂隙巖溶水的主要補(bǔ)給來源為大氣降水，補(bǔ)給方式以直接滲入為主，次為間接補(bǔ)給和側(cè)向補(bǔ)給。在裂隙巖溶分布區(qū)，含水巖組為裸露型，其地下巖溶連通性較好，它具有逕流途徑短、速度快、強(qiáng)度大的特點(diǎn)，接受大氣降水補(bǔ)給后，在重力作用下，首先依地形呈散狀運(yùn)移，再沿斷裂構(gòu)造、溶蝕裂隙、溶孔由NWW向SEE方向逕流，于溝谷地段或斷裂破碎帶處匯集，在地形、地貌條件適宜處以泉水溢出，構(gòu)成完整的地下水補(bǔ)給、逕流、排泄系統(tǒng)。

1.4 水質(zhì)及動態(tài)特征

1.4.1 水質(zhì)

涼泉供水水源地處于低山地形中，由于侵蝕構(gòu)造強(qiáng)烈，溶蝕地形發(fā)育，接受大氣降水的入滲補(bǔ)給，水交替強(qiáng)烈，溶濾時間短，礦化度較低，一般小于0.5 g/L，其水化學(xué)類型簡單，為重碳酸鈣鎂(HCO3－Ca·Mg)型水，其物理特征為無色、無味、無嗅、無懸浮物，pH 值 6.90?？傆捕?310.3 mg/L，屬于低礦化淡水，水溫18℃，水質(zhì)純凈、優(yōu)質(zhì)，不須處理完全符合國家頒布的生活用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，極其適宜飲用。

1.4.2 動態(tài)特征

由于構(gòu)造裂隙、溶蝕現(xiàn)象明顯，連通性好，因此，巖溶地下水的動態(tài)變化與大氣降水有關(guān)，枯水期缺失的水量能夠得到平、豐水期的調(diào)節(jié)補(bǔ)給，地下水有以豐補(bǔ)歉的調(diào)節(jié)能力，使水位均有不同程度的回升。通過對涼泉進(jìn)行動態(tài)觀測，觀測時間2003年3月－2003年5月，歷時46 d，采用矩形堰和三角堰觀測涼泉流量，流量變化不甚明顯，基本上處于穩(wěn)定區(qū)段。

1.5 水文地質(zhì)試驗(yàn)

1.5.1 探采井抽水試驗(yàn)基本情況

(1)目的

本次勘察抽水試驗(yàn)的主要目的是:來初步求取元古界震旦系(Z2dn)碳酸鹽巖類裂隙巖溶水的水文地質(zhì)參數(shù)，了解含水層不同方向滲透性能。

(2)井(孔)布置

采用“探采結(jié)合”的原則，探采井井身結(jié)構(gòu)均按生產(chǎn)井要求進(jìn)行，鉆孔間距，成井工藝，既滿足長期供水需要，又兼顧勘探要求。

探采井主要布在湍東鎮(zhèn)涼泉村，共布置探采井兩眼，孔間距為75 m，觀測井以抽水井或民井代替。兩眼探采井的井深分別為 S1150.00 m、S2150.30 m，井徑 Φ273 mm，上部下入Φ273 mm鋼管及同徑橋式濾水管。下部為裸孔。

1.5.2 試驗(yàn)方法及實(shí)施情況

(1)試驗(yàn)方法

抽水試驗(yàn)采用單孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)和單孔非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，來初步取得水文地質(zhì)參數(shù)，觀測頻率均按國家頒布的相關(guān)供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范進(jìn)行。本次施工抽水井均按生產(chǎn)井考慮，能夠滿足水泵下入的要求，抽水設(shè)備均采用電潛泵，水位觀測用電測水位計，用三角堰測流量，用常用溫度計觀測水溫和氣溫，測線采用皮尺核定及測量。

(2)實(shí)施情況

為取得單孔水文地質(zhì)參數(shù)，鉆孔結(jié)束后，對每眼探采井均作單孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，抽水時間65個 h，觀測頻率按規(guī)范執(zhí)行。S1井于2003年4月29日9時20分－2003年4月30日17時30分，歷時32小時10分，測得動水位埋深13.90 m，單井井涌水量 84.64 t/h，自流量 12.3 t/h;S2井于 2003年5月21日8時－2003年5月22日17時30分，歷時33小時30分，測得動水位埋深 1.80 m，單井涌水量 95.59 t/h，自流量57.89 t/h。非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)于 2003年 5月25日 9時－2003年5月27日13時進(jìn)行，其目的在于通過非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)來取得準(zhǔn)確的水文地質(zhì)參數(shù);掌握含水層的補(bǔ)給條件及供水前景，確定抽水井之間的合理間距，為下一步布置群井打下基礎(chǔ)。S2為抽水井，S1為觀測井，經(jīng)過15個小時的非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，S1探采井仍然自流，水量稍微有變化，說明探采井布設(shè)合理，抽水井的流量來自地下水的逕流，其次反映含水層導(dǎo)水性能良好，不同方向滲透性能的差異性。單孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行恢復(fù)水位觀測，兩眼井地下水位恢復(fù)很快，更一步表明該區(qū)段裂隙巖溶水補(bǔ)給充沛，含水層導(dǎo)水、滲透性能良好的特征。

2 地下水資源概算與分析

2.1 地下水資源量概算參數(shù)選擇

2.1.1 計算邊界

西至淅川縣城東，東到?jīng)鋈?，北以上元古界馬頭山組或壓扭性斷裂為界，南以古生界奧陶系中統(tǒng)隔水巖組為界。

2.1.2 計算方法

采用地下逕流模數(shù)法、大氣降水入滲法及巖溶泉水流量匯總法三種方法。

2.1.3 計算參數(shù)選擇

(1)多年平均降水量，據(jù)內(nèi)鄉(xiāng)縣水文站資料，其多年平均降水量為782 mm。

(2)降水入滲系數(shù)(α)、地下水逕流模數(shù)(M)，均參考1:20萬內(nèi)鄉(xiāng)幅水文地質(zhì)普查報告。

(3)計算面積(F):在1:5萬水文地質(zhì)圖上量取。

2.2 裂隙巖溶水天然補(bǔ)給量計算

2.2.1 地下逕流模數(shù)法

Q逕=86.4 MF

式中:Q逕為地下水逕流量(m3/d);M為地下水逕流模數(shù)(l/s·km2);F為含水層分布面積(km2)

2.2.2 大氣降水入滲法

Q降=α·P·F·106/365

式中:Q降為大氣降水入滲量(m3/d);P為多年平均降水量(m)，取0.782;α為入滲系數(shù);F為補(bǔ)給面積(km2)

2.2.3 巖溶泉水流量匯總法

根據(jù)本次水文地質(zhì)調(diào)查及參考1:20萬內(nèi)鄉(xiāng)幅區(qū)域水文地質(zhì)圖，工作區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育較強(qiáng)，溶溝、溶槽、溶孔及構(gòu)造裂隙明顯，涼泉是巖溶地下水的一個排泄口。經(jīng)過對涼泉?dú)v時46天的動態(tài)觀測，采用矩形堰觀測流量。各含水巖組泉水匯總?cè)缦?

1)震旦系燈影組(Z2dn):24 663.38 m3/d

2)寒武系中、上統(tǒng)(∈2+3):6 882.80 m3/d

3)奧陶系下統(tǒng)(O1):5 061.31 m3/d

總計:36 607.49 m3/d

以上三種方法計算結(jié)果，其裂隙巖溶水天然補(bǔ)給總量依次為 61 586.74 m3/d(地下逕流模數(shù)法)、61 316.58 m3/d(大氣降水滲入法)、36 607.49 m3/d(巖溶泉水流量匯總法)。綜合各含水巖組的分布規(guī)律、地形地貌條件及淅川供水水源地資料，震旦系燈影組(Z2dn)及奧陶系下統(tǒng)(O1)以巖溶泉水流量匯總法計算結(jié)果應(yīng)較為可靠，即震旦系燈影組(Z2dn)天然補(bǔ)給量取 24 663.38 m3/d，奧陶系下統(tǒng)(O1)取5 061.31 m3/d。而寒武系中、上統(tǒng)(∈2+3)含水巖組，參照淅川供水水源管井資料，其地下水逕流模數(shù)法計算結(jié)果偏高，所以大氣降水滲入法計算的結(jié)果6 125.31 m3/d，較為適宜。因此，三個含水巖組天然補(bǔ)給總量約為35 850 m3/d。

3 供水水源地經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

3.1 從水量方面考慮

通過野外水文地質(zhì)調(diào)查，地球物理勘探，水文地質(zhì)鉆探及巖溶地下水資源量概算，涼泉供水水源地含水巖組的天然補(bǔ)給量為 24 663.38 m3/d，能滿足縣城日供水 15 000～20 000 m3的規(guī)模。

3.2 從水質(zhì)方面

探采井抽水試驗(yàn)結(jié)束后，采集水樣2件，送交南陽市衛(wèi)生防疫站及地勘一院測試中心進(jìn)行水質(zhì)測試，經(jīng)測試24項指標(biāo)均滿足國家頒布生活用水的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，其地下水水質(zhì)呈無色、無味、無嗅，屬于低礦化度淡水， 水化學(xué)類型為重碳酸鈣鎂型水(HCO3－Ca·Mg)，水質(zhì)優(yōu)良，并含有多種對人體有益的微量元素，無須處理即可飲用。

3.3 地下水資源可靠程度

涼泉供水水源地，經(jīng)采用三種計算方法，分別進(jìn)行地下水天然資源量概算，據(jù)含水巖組的分布規(guī)律，地形、地貌條件，巖溶泉水流量匯總法計算結(jié)果可靠，并且10～150 m巖溶水具有較大的儲存資源，因此，在該區(qū)段現(xiàn)狀條件下開采15 000～20 000 m3/d水量是有保證的。

4 結(jié)論與建議

1)內(nèi)鄉(xiāng)縣涼泉供水水源地位置及類型，位于縣城西湍東鎮(zhèn)涼泉村，主要抽取上元古界震旦系碳酸鹽巖類裂隙巖溶水，屬于中型水源地。

2)經(jīng)過對區(qū)域進(jìn)行水文地質(zhì)測繪，水文地質(zhì)鉆探及地球物理勘探等工作，初步查清了工作區(qū)內(nèi)地下水的供水水文地質(zhì)條件，水源地水文地質(zhì)類型為裸露巖溶型。

3)涼泉供水水源地的主要含水層為上元古界震旦系燈影組(Z2dn)白云質(zhì)大理巖、白云巖，其地表巖溶發(fā)育，巖溶形態(tài)不同，多呈溶溝、溶槽、溶孔及構(gòu)造裂隙，為巖溶地下水的運(yùn)移及儲存提供了良好的場所。

4)共布置探采井 2眼(S1、S2)，累計鉆探進(jìn)尺 300.30 m。經(jīng)過對探采井抽水試驗(yàn)，說明井距布局合理，達(dá)到了預(yù)期目的。

［1］河南省地質(zhì)礦產(chǎn)廳第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊編制內(nèi)鄉(xiāng)幅.區(qū)域水文地質(zhì)普查報告.(1:20萬).

［2］河南省地礦廳第四地質(zhì)調(diào)查隊在1998年編制1:5萬.區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.