孝感城區(qū)地下水開(kāi)發(fā)利用及監(jiān)測(cè)體系建設(shè)

譚 偉，劉云彪，張 軍，李衛(wèi)華

(湖北省地質(zhì)環(huán)境總站孝感站，湖北孝感 432000)

0 引言

孝感市是中國(guó)南方利用地下水資源作為供水水源的少數(shù)城市之一，城區(qū)地下水的開(kāi)采始于上世紀(jì)50年代，到上世紀(jì)90年代中期達(dá)到高峰，開(kāi)采量已達(dá)6．65×104m3/d，已接近地下水允許開(kāi)采量。不合理的開(kāi)采已經(jīng)導(dǎo)致地下水水文地質(zhì)條件發(fā)生了改變，從而使現(xiàn)有地下水監(jiān)測(cè)體系無(wú)法準(zhǔn)確地控制地下水降落漏斗的具體形態(tài)變化發(fā)展特征以及地下水的動(dòng)態(tài)變化特征。基于此，本文通過(guò)利用孝感市城區(qū)1999—2011年地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)資料，對(duì)地下水開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀與水資源環(huán)境變化特征進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。針對(duì)存在的問(wèn)題，提出了進(jìn)一步完善地下水監(jiān)測(cè)體系建設(shè)的建議，為孝感地區(qū)地下水的開(kāi)發(fā)利用與監(jiān)測(cè)體系建設(shè)提供參考。

1 地下水的賦存條件［1］

1．1 第一含水層

第一含水層由第四系上更新統(tǒng)砂、砂礫石，以及與之相連的上第三系掇刀石組頂部的含礫中粗砂巖、砂礫巖組成。兩者上下迭置，組合成含水綜合體。

第一含水層遍布府河、澴河的漫灘、河間洼地與一級(jí)階地，其厚度一般為15．00～25．00 m。含水層頂板埋深一般為7．00～12．04 m，一級(jí)階地后緣深達(dá)12．27～19．50 m，在坳溝、河床部位最淺，為 0．22 ～6．14 m。頂板弱透水層主要為上更新統(tǒng)粘土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土。含水層底板埋深在北部為22．78～42．60 m，往南遞增，在盆地中心區(qū)為32．04～42．60 m，其高程北高南低，由3．50～5．78 遞減至 －7．35 ～ －12．00 m。底板巖性為第三系掇刀石組上部粘土巖、含礫粘土巖、砂質(zhì)粘土巖，局部為細(xì)砂巖、中細(xì)砂巖，構(gòu)成弱透水底板。

1．2 第二含水層

第二含水層遍布全區(qū)并向區(qū)外廣延，由上第三系掇刀石組半固結(jié)狀的碎屑巖組成，具有多旋回沉積特征，每一旋回層下部以粗砂巖、含礫中粗砂巖、砂礫巖、礫巖為主;上部主要為粘土巖、砂質(zhì)粘土巖、粉砂質(zhì)粘土巖或粉砂巖、粉細(xì)砂巖，局部地段為中砂巖、中細(xì)砂巖直接與相鄰旋回層之砂礫巖接觸。這一結(jié)構(gòu)特征，使第二含水層具有多層結(jié)構(gòu)，由多個(gè)具有一定水力聯(lián)系的含水巖段組成。每一沉積旋回層之砂巖、含礫砂巖、砂礫巖即為一個(gè)含水巖段。

第二含水層累計(jì)厚度由南向北遞減，賦存裂隙孔隙承壓水，含水層厚為27．00～127．00 m;該含水層在漫灘與一級(jí)階地區(qū)，埋藏于第一含水層底板弱透水層之下，埋深由北往南遞增，北部為24．22～29．72 m，南部區(qū)外逐漸增至37．22～39．80 m。頂板高程由北部的0．60 ～3．50 m 往南遞減至為 －15．72 ～ －17．71 m。底板埋深由北向南部的盆地中心區(qū)遞增，北部為48．76 m，盆地中心的白龍達(dá)206．40 m，其高程由北部的 －18．44 ～ －32．38 m 往南遞減至 －184．32 m。

2 地下水開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

孝感城區(qū)地下水的開(kāi)采主要是各單位自備井各自開(kāi)采。其中開(kāi)采地下水量較大的有10多家，它們主要分布于長(zhǎng)征路與城站路中段，同時(shí)混合開(kāi)采第一、二含水層，井深一般為120 m左右。據(jù)孝感市計(jì)劃節(jié)約用水辦公室提供的2011年城區(qū)生產(chǎn)井取水統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有開(kāi)采井?dāng)?shù)約273口，年開(kāi)采地下水量1 643×104m3(約4．5 ×104m3/d)，占地下水允許開(kāi)采量(2 537．75 ×104m3)的64．74%?，F(xiàn)年地下水開(kāi)采量雖未超出允許開(kāi)采量，但是由于城區(qū)開(kāi)采井布井不太合理，而造成局部地段嚴(yán)重超采，如在原地區(qū)以機(jī)關(guān)為中心的7 km2范圍內(nèi)，每平方公里開(kāi)采強(qiáng)度達(dá)9 644 m3/d，井?dāng)?shù)最多時(shí)達(dá)40口，井距僅十幾米。

3 地下水監(jiān)測(cè)體系現(xiàn)狀

孝感市城區(qū)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作是在1∶1萬(wàn)“湖北省孝感縣城關(guān)供水水文地質(zhì)勘察”的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。隨著監(jiān)測(cè)工作的深入及1∶2．5萬(wàn)“湖北省孝感市供水水文地質(zhì)詳查”工作的開(kāi)展，增加了城區(qū)及外圍地下水水位觀測(cè)網(wǎng)點(diǎn)，逐步完善了城區(qū)地下水水位“三級(jí)”監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)(基本情況見(jiàn)表1)，同時(shí)觀測(cè)一、二含水層。

3．1 水位、水溫監(jiān)測(cè)

第一含水層地下水水位、水溫監(jiān)測(cè)控制面積58 km2，第二含水層地下水水位、水溫監(jiān)測(cè)控制面積約258 km2。從表1可以看出現(xiàn)有監(jiān)測(cè)點(diǎn)36個(gè)，其中國(guó)家級(jí)點(diǎn)7個(gè)(一含3個(gè)，二含4個(gè))，省級(jí)點(diǎn)15個(gè)(一含9個(gè)，二含6個(gè))，地方級(jí)點(diǎn)14個(gè)(一含8個(gè)，二含4個(gè)，地表水2個(gè))。國(guó)家級(jí)點(diǎn)監(jiān)測(cè)周期，為五日觀;省級(jí)點(diǎn)及地方級(jí)點(diǎn)監(jiān)測(cè)周期，為十日觀。監(jiān)測(cè)內(nèi)容為地下水水位(水溫)，及當(dāng)天氣溫。除上述進(jìn)行的正常監(jiān)測(cè)及檢測(cè)外，在枯、豐水期即2月20日及7月20日對(duì)城區(qū)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)及外圍點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一觀測(cè)，總點(diǎn)數(shù)為42個(gè)(其中外圍點(diǎn)6個(gè))。統(tǒng)測(cè)時(shí)間是城區(qū)范圍內(nèi)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)在一天內(nèi)完成觀測(cè)，外圍點(diǎn)一般是在城區(qū)范圍內(nèi)觀測(cè)的前一天或后一天觀測(cè)完成。

3．2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)

孝感市城區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)取樣點(diǎn)均為各單位多年運(yùn)營(yíng)的生產(chǎn)井，井點(diǎn)數(shù)量多，分布范圍廣，孔深一般43～150 m。由于城區(qū)多數(shù)井同時(shí)開(kāi)采一、二含水層，形成混合開(kāi)采現(xiàn)狀。水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作是在現(xiàn)有的各單位開(kāi)采井中進(jìn)行采樣送檢，采樣方法為地表泵口或管口瓶裝。每年對(duì)區(qū)域進(jìn)行水質(zhì)取樣，送檢20組(其中地下水18組、地表水2組)，分別進(jìn)行全分析及微量元素分析。

4 地下水水位動(dòng)態(tài)變化特征

本次收集到1999—2011年孝感城區(qū)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等資料，由于有些資料年限較早，相關(guān)數(shù)據(jù)不夠完全，故而依據(jù)不同的側(cè)重點(diǎn)有針對(duì)性地選取相關(guān)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)降雨量、地下水開(kāi)采量、第一含水層和第二含水層地下水水位變化、地下水降落漏斗面積的變化分析研究，總結(jié)出如下規(guī)律:

4．1 降雨量與地下水位降落漏斗面積的關(guān)系［2］

通過(guò)比對(duì)2003—2011年孝感城區(qū)降雨量與地下水降落漏斗面積相關(guān)數(shù)據(jù)，并繪制成歷時(shí)曲線(見(jiàn)圖1)。從圖1可以得出降雨量與第一含水層地下水降落漏斗面積呈反相關(guān)的關(guān)系。即當(dāng)降雨量呈增大趨勢(shì)時(shí)，第一含水層地下水降落漏斗面積呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，僅在2008年出現(xiàn)異常(可能與年內(nèi)局部超采有關(guān))。而第二含水層卻并未表現(xiàn)出如此明顯的變化。通過(guò)分析，其原因主要是因?yàn)榈谝缓畬勇癫剌^淺，其補(bǔ)給來(lái)源主要依靠大氣降水，所以其降落漏斗面積受降雨量影響最大，表現(xiàn)出降雨量增大，造成地下水補(bǔ)給量增多，因而含水層降落漏斗面積變小，反之亦然。而第二含水層由于埋深較大，影響其變化的因素除了大氣降水外，更多的還受第一含水層的補(bǔ)給量與地下水開(kāi)采量的影響。

4．2 地下水開(kāi)采量與地下水位降落漏斗中心水位關(guān)系

通過(guò)比對(duì)2000—2011年孝感城區(qū)地下水開(kāi)采量與地下水降落漏斗中心水位相關(guān)數(shù)據(jù)，并繪制其歷時(shí)曲線(見(jiàn)圖2)。從圖2中可以看出近年來(lái)孝感城區(qū)地下水開(kāi)采量正在逐年減小，而含水層漏斗中心水位亦表現(xiàn)出明顯的升高現(xiàn)象，特別是受開(kāi)采量影響最大的第二含水層。而第一含水層由于受到大氣降水的影響，其變化不如第二含水層明顯，也表現(xiàn)出總體升高的趨勢(shì)。

表1 孝感市地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)基本情況統(tǒng)計(jì)表(2011年度)Table 1 Statistical table of basic situation of ground water monitoring network in Xiaogan City

圖1 2003—2011年降雨量與第一含水層漏斗面積歷時(shí)關(guān)系曲線圖Fig.1 Curves of relation between rainfall from 2003 to 2011 and funnel area of first aquifer

圖2 2000—2011年地下水開(kāi)采量與第一、二含水層漏斗中心水位歷時(shí)關(guān)系曲線圖Fig.2 Curves of relation between groundwater exploitation from 2000 to 2011 and funnel area of first＆second aquifer

4．3 含水層地下水位降落漏斗面積與漏斗中心水位關(guān)系

通過(guò)比對(duì)2000—2011年孝感城區(qū)含水層降落漏斗面積與含水層漏斗中心水位相關(guān)數(shù)據(jù)，并繪制成歷時(shí)曲線(見(jiàn)圖3、4)。從圖3、4中可以看出二者并沒(méi)有表現(xiàn)出比較明顯的關(guān)系。一般情況下，含水層漏斗中心水位高程應(yīng)與含水層降落漏斗面積呈反相關(guān)關(guān)系，即當(dāng)含水層漏斗中心水位高程升高時(shí)含水層降落漏斗面積減小;當(dāng)含水層漏斗中心水位高程降低時(shí)含水層降落漏斗面積變大?？墒潜葘?duì)結(jié)果卻并非如此，分析其原因是由于地下水開(kāi)采井布局不合理，地區(qū)開(kāi)采量不均，局部開(kāi)采量過(guò)度，導(dǎo)致含水層漏斗中心發(fā)生偏移所致。

5 地下水水質(zhì)變化特征

5．1 地下水水化學(xué)基本特征

區(qū)內(nèi)地下水水溫受氣溫影響較小，一般在15°～20°之間。地下水感觀好，為無(wú)色、無(wú)味、無(wú)嗅、清澈透明，軟—微硬、中性淡水。特別是第二含水層水質(zhì)已達(dá)國(guó)家飲用天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)，屬含鍶偏硅酸型礦泉水，是人們生活飲用的理想水源。該區(qū)地下水開(kāi)采井多為同時(shí)開(kāi)采一、二含水層，因此，水質(zhì)監(jiān)測(cè)取樣也為一、二含水層混合水樣。水化學(xué)類型主要為重碳酸鈣鈉型、重碳酸鈣鎂型，僅孝南衛(wèi)生局為重碳酸氯化物鈣鈉型水。

5．2 地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)

孝感城區(qū)地下水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)共18個(gè)，地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)以地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料為基礎(chǔ)，分為單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)兩種。評(píng)價(jià)因子分為二類十項(xiàng):第一類為一般理化指標(biāo)，包括pH、總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、氨氮、鐵、錳;第二類為毒理學(xué)指標(biāo)硝酸鹽、亞硝酸鹽。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14848—93)》(以下簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn))進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(1)地下水質(zhì)量單項(xiàng)組分評(píng)價(jià) 通過(guò)對(duì)區(qū)域內(nèi)歷年水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，區(qū)域內(nèi)水質(zhì)整體較好，大多數(shù)指標(biāo)為Ⅰ～Ⅲ類，只有局部地區(qū)鐵、錳超Ⅲ類水質(zhì)。

(2)地下水質(zhì)量綜合評(píng)價(jià) 綜合評(píng)價(jià)是在單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，按照標(biāo)準(zhǔn)6．3節(jié)采用加附注的評(píng)分法進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2。

通過(guò)表2可以看出近年來(lái)區(qū)內(nèi)水質(zhì)總體有好轉(zhuǎn)趨勢(shì)，特別是從2006年開(kāi)始出現(xiàn)優(yōu)良水質(zhì)，其原因與近年來(lái)地下水開(kāi)采量的減少、部分開(kāi)采井的關(guān)閉有關(guān)。但從表中仍然可以看出局部地區(qū)水質(zhì)較差，影響水質(zhì)較差的主要因素仍然是局部地區(qū)鐵、錳含量招標(biāo)。分析其原因主要有:①開(kāi)采井設(shè)施老化，由于開(kāi)采時(shí)間過(guò)久，區(qū)內(nèi)部分開(kāi)采井井管產(chǎn)生嚴(yán)重銹蝕，多年來(lái)未經(jīng)過(guò)更換、養(yǎng)護(hù);②城市排污，未經(jīng)深度處理的污水排入河流和溝渠，經(jīng)過(guò)下滲與越流補(bǔ)給，導(dǎo)致一二含水層局部鐵、錳含量超標(biāo)。

圖3 2000—2011年第一含水層漏斗中心水位與漏斗面積歷時(shí)關(guān)系曲線圖Fig.3 Curves of relation between central level of first aquifer from 2000 to2011 and funnel area

圖4 2000—2011年第二含水層漏斗中心水位與漏斗面積歷時(shí)關(guān)系曲線圖Fig.4 Curves of relation between central level of second aquifer from 2000 to2011 and funnel area

表2 2003—2011年孝感城區(qū)地下水質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)表Table 4 Comprehensive evaluation table of groundwater quality from 2003 to 2011 Xiaogan city

6 地下水開(kāi)發(fā)利用及監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀分析結(jié)論

(1)隨著孝感城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，對(duì)地下水的依賴程度越來(lái)越大，到上世紀(jì)90年代中期達(dá)到高峰，開(kāi)采量已達(dá)6．65×104m3/d，接近地下水允許開(kāi)采量。過(guò)度開(kāi)采導(dǎo)致地下水位迅速下降，地下水降落漏斗不斷擴(kuò)大，地下水的賦存、補(bǔ)給等水文地質(zhì)條件已經(jīng)發(fā)生了改變。為此，孝感市政府近年來(lái)采取了限制措施，部分生產(chǎn)井被關(guān)閉。根據(jù)部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位數(shù)據(jù)反映，地下水在局部地段已經(jīng)開(kāi)始呈上升趨勢(shì)，地下水水質(zhì)總體有好轉(zhuǎn)趨勢(shì)，特別是從2006年開(kāi)始出現(xiàn)優(yōu)良水質(zhì)。盡管如此，地下水的開(kāi)采仍然存在很多不合理的地方，例如局部地區(qū)過(guò)度超采、開(kāi)采井布局不合理、開(kāi)采設(shè)施老化銹蝕等，急需對(duì)現(xiàn)有開(kāi)采模式進(jìn)行優(yōu)化。

(2)近20年來(lái)孝感城市建設(shè)不斷發(fā)展，但卻一直未對(duì)地下水資源進(jìn)行詳細(xì)的水文地質(zhì)調(diào)查與區(qū)劃等基礎(chǔ)性地質(zhì)工作。并且目前監(jiān)測(cè)孔的監(jiān)測(cè)主要依靠人工監(jiān)測(cè)讀取數(shù)據(jù)，精度不高，區(qū)內(nèi)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)多處受到破壞損毀，部分監(jiān)測(cè)孔已經(jīng)無(wú)法監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)地下水水位動(dòng)態(tài)變化特征分析可知，現(xiàn)有監(jiān)測(cè)體系已經(jīng)無(wú)法準(zhǔn)確地控制降落漏斗的具體形態(tài)及變化發(fā)展特征，急需對(duì)其進(jìn)行完善優(yōu)化。

7 完善監(jiān)測(cè)體系措施建議

監(jiān)測(cè)作為分析由地下水開(kāi)發(fā)利用引發(fā)的問(wèn)題獲取基礎(chǔ)資料的一種必要手段，可以準(zhǔn)確地為地下水開(kāi)發(fā)利用及保護(hù)提供支撐，為有針對(duì)性地采取相應(yīng)的防治措施提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。如果監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)布置不合理，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，必然無(wú)法準(zhǔn)確地掌握地下水動(dòng)態(tài)。監(jiān)測(cè)資料準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到保護(hù)措施實(shí)施恰當(dāng)與否。所以完善地下水監(jiān)測(cè)體系建設(shè)尤為重要。鑒于現(xiàn)狀，可采取如下措施完善地下水監(jiān)測(cè)體系。

(1)及時(shí)開(kāi)展地下水水文地質(zhì)調(diào)查工作 孝感市最近一次水文地質(zhì)調(diào)查工作完成于上世紀(jì)90年代初，歷經(jīng)20年，其水文地質(zhì)條件已經(jīng)發(fā)生了變化。通過(guò)對(duì)地下水水位動(dòng)態(tài)變化分析，目前含水層漏斗中心已經(jīng)發(fā)生偏移，現(xiàn)有監(jiān)測(cè)體系已經(jīng)無(wú)法準(zhǔn)確地控制降落漏斗的具體形態(tài)及變化發(fā)展特征，所以必須及時(shí)地開(kāi)展一次地下水水文地質(zhì)調(diào)查工作，準(zhǔn)確了解地下水水文地質(zhì)情況。

(2)合理布置監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn) 監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)布置的合理與否直接關(guān)系到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是否有效。所以應(yīng)該根據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，合理布置監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)，準(zhǔn)確控制地下水降落漏斗邊界。同時(shí)對(duì)淤堵?lián)p壞的監(jiān)測(cè)孔進(jìn)行修復(fù)，恢復(fù)其原有功能。

(3)改進(jìn)監(jiān)測(cè)手段，建立監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù) 將傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)改為現(xiàn)代化自動(dòng)監(jiān)測(cè)傳輸，通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。同時(shí)建立地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)分析，隨時(shí)了解地下水動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)地下水水情預(yù)報(bào)，為政府決策提供參考。

［1］ 楚德亮，覃能輝，等．湖北省孝感市供水水文地質(zhì)詳查報(bào)告［R］．孝感:湖北省鄂東北地質(zhì)大隊(duì)，1993．

［2］ 譚偉，張軍，等．湖北省孝感市城區(qū)2011年地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)年度報(bào)告［R］．孝感:湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，2012．