鄂北丘陵山區(qū)表層地下水富水性等級劃分探析——以廣水壽山地區(qū)為例

吳德寬，劉 波

(1．湖北省地質(zhì)局，湖北武漢 430022;2．湖北省地質(zhì)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，湖北荊州 434000)

鄂北丘陵山區(qū)是湖北省有名的”旱包子”，屬于資源性缺水區(qū)，有近百萬農(nóng)村居民的生活用水困難。一是該區(qū)處于長江與淮河流域的分水嶺一帶，區(qū)內(nèi)無大型河流分布，地表水資源貧乏;二是區(qū)內(nèi)主要分布一套元古界變質(zhì)巖系(局部有侵入巖和白堊系紅層疊加)，受含水介質(zhì)的影響，地下水資源亦較缺乏［1］。近年來，鄂北地區(qū)氣象干旱頻率及持續(xù)時間呈增加趨勢，主要表現(xiàn)為中度—重度氣象干旱增加，造成人畜飲水困難，農(nóng)作物大幅度減產(chǎn)。隨著湖北省地質(zhì)局“一體兩翼”戰(zhàn)略構(gòu)想和“三項工作”的推進(jìn)，本隊在鄂北地區(qū)相繼開展了抗旱找水打井和嚴(yán)重缺水地區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查工作，解決了旱區(qū)近萬名群眾的生活用水問題。但傳統(tǒng)的理論認(rèn)識認(rèn)為單井出水量＞50 m3/d才有開采價值，而在鄂北丘陵山區(qū)絕大部分＜50 m3/d，這種認(rèn)識在某種程度上阻礙了鄂北丘陵山區(qū)找水工作的開展。本文突破舊的地下水資源思維模式，以廣水市陳巷鎮(zhèn)壽山及周邊地區(qū)為例，論述在鄂北丘陵山區(qū)嚴(yán)重缺水區(qū)表層地下水富水性等級重新劃分的標(biāo)準(zhǔn)及其對鄂北丘陵山區(qū)找水工作的指導(dǎo)意義。

1 缺水區(qū)概況

廣水市陳巷鎮(zhèn)壽山及周邊地區(qū)2010年9月—2011年4月，降雨量僅70．4 mm，不足1999年大旱年的214．7 mm的1/3。加之氣溫異常，1—4月平均氣溫高達(dá) 8．0℃，比歷年同期平均值 5．3℃高2．7℃，特別是在春耕生產(chǎn)最為關(guān)鍵的4月份，中上旬降雨量僅17．5 mm，比歷史同期平均值37．5 mm 少20 mm，平均氣溫高達(dá)15．8℃，比歷年同期平均值高1．5℃，更加重了農(nóng)作物的受旱程度，影響當(dāng)?shù)厝诵箫嬎?。陳巷?zhèn)壽山周邊存在5個嚴(yán)重缺水的自然村，分別為棚興村、興河村、方略村、友誼村、團(tuán)興村，總?cè)丝跀?shù)10 855人，存在缺水人口6 566人，其中最為嚴(yán)重的是棚興村。棚興村位于壽山南麓，國土面積4．2 km2，總?cè)丝? 893人，耕地面積146．92 hm2。因該村地勢較周邊地區(qū)高，難以從臨近的平林西干渠和高干渠引水，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和群眾生活用水只能靠自身蓄水和從地下取水，抗御自然災(zāi)害能力極低，屬于陳巷鎮(zhèn)水利灌溉死角。該村僅有一條長3．2 km的小河流斷流，全村230口大小塘堰有190口干枯，少量存水僅能維持短期人畜飲水。特別是該村有10個組2 100余人一直靠村邊壽山挖水池解決生活用水，因山泉幾乎枯竭，全村出現(xiàn)2 100余人、800頭大牲畜飲水困難，受災(zāi)最嚴(yán)重時靠鎮(zhèn)政府用灑水車頻繁送水方能保證群眾正常的生活秩序。針對陳巷鎮(zhèn)棚興村嚴(yán)重缺水狀況，2011年廣水市人民政府、廣水市水利局及陳巷鎮(zhèn)人民政府提出了“實施壽山及周邊找水，進(jìn)行壽山及周邊地下水資源評價，以棚興村為示范，實施找水打井示范工程，先期解決棚興村嚴(yán)重缺水現(xiàn)狀，以此為影射，推廣至壽山周邊缺水村”思路［2］，解決當(dāng)?shù)仫嬎щy問題。

2 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境背景

2．1 地形地貌

壽山及周邊地區(qū)屬于低山丘陵地貌，區(qū)內(nèi)最高處為壽山，壽山山頂海拔高程441．2 m，壽山山脊呈北西—南東走向。缺水村落分布在壽山山前坡腳一帶，地貌形態(tài)主要為丘崗、壟崗、坳溝三類。壽山周邊主要由片巖、板巖等變質(zhì)巖系和呂梁期巖漿巖組成。山體侵蝕剝蝕作用明顯，山勢陡峻，坡度一般為30°～50°，地勢切割較深，常見基巖裸露，懸崖峭壁。山間溝谷狹窄，比降很大，群峰聳峙。

2．2 地層巖性

壽山及周邊地區(qū)出露地層由元古代隨縣群變質(zhì)巖系、古生代—元古代侵入巖及第四系地層組成。

2．2．1 元古代隨縣群變質(zhì)巖系(PtS)

在區(qū)內(nèi)高程200 m以下廣為出露，由變火山碎屑a、b、c三個巖組組成。壽山周邊出露巖性主要為含礫屑絹云鈉長石英片巖、變粒巖夾鈉長淺粒巖和絹云鈉長石英片巖。

2．2．2 古生代—元古代侵入巖

壽山及周邊地區(qū)主要出露古生代志留系劉家灣超單元的壽山單元(SS^)橄欖輝綠巖、大鶴山單元(SD)中粒變輝長輝綠巖和元古代馬鞍山超單元程家樓單元(PtC^)中深成相變輝長—輝石巖，壽山為巖漿侵入形成山脈。

2．2．3 第四系(Q)

由全新統(tǒng)沖洪積松散堆積物和更新統(tǒng)弱侵蝕堆積物組成。全新統(tǒng)沖洪積物(Qal+pl4)巖性為灰黃色的礫石、砂礫、砂土和粘性土，一般厚4～5 m，主要分布于壟崗間的坳溝;更新統(tǒng)弱侵蝕堆積物(Qel+dl)巖性主要為棕紅色的粉質(zhì)粘土(或砂質(zhì)粘土)夾碎塊石，塊石含量一般在20% ～30%，塊石大小一般在5～15 cm，棱角—次棱角狀，主要分布于壟崗處，厚度一般在1～2 m，局部 ＞3 m。

2．3 地質(zhì)構(gòu)造

壽山及周邊地區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造方向線呈北西—南東向，在漫長的地質(zhì)發(fā)展過程中，經(jīng)歷多次構(gòu)造運動，產(chǎn)生了強烈的褶皺和斷裂，形成一系列向北傾斜、向南倒轉(zhuǎn)的復(fù)式背斜和復(fù)式向斜。一級大地構(gòu)造單元分屬秦嶺褶皺系，二級大地構(gòu)造單元屬南秦嶺地槽褶皺帶和桐柏山—大別山中間隆起帶，三、四級大地構(gòu)造單元分屬桐柏山復(fù)背斜之大悟褶皺束和隨州應(yīng)山復(fù)背斜之應(yīng)山褶皺束。挽近期以來，主要表現(xiàn)為間歇性運動為主，其斷裂北盤表現(xiàn)為緩慢地上升，地貌成因以構(gòu)造剝蝕、侵蝕為主，而斷裂南盤則表現(xiàn)為緩慢地下降，地貌成因多以堆積為主，接受第四系堆積或沉積。

2．4 區(qū)域水文地質(zhì)特征

據(jù)1∶20萬隨縣幅水文地質(zhì)調(diào)查，區(qū)內(nèi)分布的元古代隨縣群變質(zhì)巖系屬于不含水巖層(系)，古生代—元古代侵入巖屬于水量極少(泉流量＜50 m3/d)的火成巖風(fēng)化裂隙水。

3 水文地質(zhì)條件

3．1 地下水類型

壽山及周邊地區(qū)分布的元古代隨縣群變質(zhì)巖系屬于非含水巖層(系)，古生代—元古代侵入巖屬于水量極少(泉流量＜50 m3/d)的侵入巖風(fēng)化裂隙水。本區(qū)地下水有少量賦存于第四系)的砂、砂礫石和元古代隨縣群絹云石英片巖、古生代志留系劉家灣超單元壽山單元(SS^)橄欖輝綠巖和大鶴山單元(SD)中粒變輝長輝綠巖風(fēng)化裂隙中。工作區(qū)地下水類型按照其賦存條件和含水層的孔隙性質(zhì)可分為:松散巖類孔隙水、變質(zhì)巖類風(fēng)化裂隙水、侵入巖類風(fēng)化裂隙水、接觸帶裂隙水四類。

3．2 含水巖組富水程度

3．2．1 松散巖類孔隙水

松散巖類孔隙水含水巖組由第四系全新統(tǒng)沖洪積(Qal+pl4)的砂、砂礫石組成，含水層總厚度2～3 m，主要分布于壟崗間的坳溝，由于含水層的砂、砂礫石中粘粒含量較高，其含水性及透水性較差。據(jù)民井調(diào)查，第四系松散巖類孔隙水水位埋深一般在1．0～1．34 m，民井深一般在8～10 m之間，單井日涌水量一般在1～2 m3/d。

3．2．2 變質(zhì)巖類風(fēng)化裂隙水

變質(zhì)巖類風(fēng)化裂隙水含水巖組由元古代隨縣群絹云鈉長石英片巖夾石英巖或黃色的變雜砂巖組成。該含水巖組的富水程度與風(fēng)化層的厚度、裂隙發(fā)育程度密切相關(guān)。據(jù)地面調(diào)查，風(fēng)化層厚度一般在3～5 m，大氣降水通過風(fēng)化層入滲至地下，一部分在遇完整片巖受阻后以下降泉的形式溢出地表，一部分則通過裂隙密集帶、斷層破碎帶向深部運移和循環(huán)。由于風(fēng)化層厚度較薄，因此，含水層含水量一般較小，泉流量一般在3 m3/d以下。

3．2．3 侵入巖類風(fēng)化裂隙水

侵入巖類風(fēng)化裂隙水含水巖組由古生代志留系劉家灣超單元壽山單元(SS^)的橄欖輝綠巖、大鶴山單元(SD)的中粒變輝長輝綠巖組成，主要分布于壽山一帶。由于地層出露高程不同及巖性差異，其含水性能及富水性各不相同。

(1)古生代志留系劉家灣超單元壽山單元(SS^)風(fēng)化裂隙水含水巖組特征:含水巖組主要分布于壽山一帶，出露高程一般在200 m以上，由橄欖輝綠巖組成，巖性較堅硬，裂隙較發(fā)育，風(fēng)化層厚度一般在2～3 m，局部可達(dá)5 m左右，有利于大氣降水的入滲。據(jù)泉點調(diào)查，分布于該地層泉平均流量為3．4 m3/d。

(2)古生代志留系劉家灣超單元大鶴山單元(SD)風(fēng)化裂隙水含水巖組特征:含水巖組主要分布于壽山北的壽龍寺水庫一帶，出露高程一般在200～300 m，由中粒變輝長輝綠巖組成，礦物成分主要為輝石輝綠石，具中粒結(jié)構(gòu)塊狀構(gòu)造。巖石多風(fēng)化成砂土狀，粘粒含量較高，不利于大氣降水入滲，含水性及透水性較差。據(jù)調(diào)查，泉流量＜1 m3/d。

3．2．4 圍巖接觸帶裂隙水

壽山為侵入巖形成的山體，由于侵入巖體的入侵，巖體烘烤圍巖，造成快速加熱及冷卻，從而導(dǎo)致巖石的破裂，另一方面侵入巖入侵?jǐn)D壓圍巖，使得巖體破碎，易使降雨滲入和賦存，降水下滲賦存于兩種不同巖性的接觸帶或裂隙中，形成局部地下水集水帶，受片巖阻隔，在地形切割較深或陡緩相間區(qū)段以下降泉的方式溢出地表。地面調(diào)查發(fā)現(xiàn)，壽山周邊泉水一般出露于兩種不同巖性的接觸帶上呈線狀、帶狀分布，在壽南一帶出露的14個泉點，平均流量為3．42 m3/d，均分布于兩種不同巖性分界線附近(圖1)。在接觸帶中，受侵入巖擠壓，圍巖巖心十分破碎，ZK2號鉆孔揭露，孔深0～107 m的片巖中見有裂隙密集帶和糜棱巖化現(xiàn)象，121～126 m為構(gòu)造角礫巖，在侵入巖與圍巖接觸帶一定寬度范圍內(nèi)存在破碎帶，是地下水良好的賦存部位。抽水試驗SK02單井涌水量為28 m3/d，說明圍巖接觸帶是一個相對集水帶。

3．3 地下水水質(zhì)

區(qū)內(nèi)賦存于變質(zhì)巖中的淺層地下水，受大氣降雨和地表水入滲補給，其水化學(xué)成分主要與交替、徑流條件和含水介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)。受低山丘陵區(qū)地形切割，淺層地下水交替，徑流暢通性不佳，一般是在地形限定的小范圍內(nèi)就地補給，就近排泄，相互缺少聯(lián)系，很少參加大區(qū)域的循環(huán)，所以水質(zhì)屬于雨水成因類型。其特點是:淺部普遍以淡水為主，淡水帶支離破碎，互不相連，各地厚薄不一，懸殊很大，但各地普遍存在。據(jù)壽山及周邊地下水水質(zhì)分析:第四系松散巖類孔隙水pH值為8．25，屬弱堿性水，總硬度 292．13 mg/L，屬極硬水，礦化度450．00 mg/L，屬淡水，地下水化學(xué)類型為HCO3—Mg、Na型;變質(zhì)巖風(fēng)化裂隙水 pH 值為7．95，屬弱堿性水，總硬度167．54 mg/L，屬微硬水，礦化度174．7 mg/L，屬淡水，地下水化學(xué)類型為 HCO3—Mg型;侵入巖風(fēng)化裂隙水pH值8．28，屬弱堿性水，總硬度為 171．46 mg/L，屬硬水，礦化度 185．08 mg/L，屬淡水;圍巖接觸帶裂隙水，地下水化學(xué)類型為 SO4—HCO3—Ca、Mg 型或HCO3—Ca、Mg 型，pH 值為7．69 ～7．96，屬弱堿性水，總硬度135．59 ～262．13 mg/L，屬微硬—極硬水，礦化度 204．66 ～423．94 mg/L，屬淡水。

圖1 壽山南麓圍巖接觸集水泉水點分布圖Fig．1 Distribution map of springs of contact catchment of surrounding rock in sothwestern foot of shoushan

4 地下水富水性等級劃分及其意義

4．1 地下水富水等級的傳統(tǒng)劃分

1971年完成的隨縣幅1∶20萬水文地質(zhì)普查，圖件和說明書的編制是建立在粗略的水文地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上的，整個圖幅在隨州城區(qū)附近僅見2處鉆孔，富水等級的劃分以泉流量為依據(jù)，其劃分詳見表1。

表1 區(qū)域地下水富水等級劃分Table 1 Division of water-rich grade of regional groundwater

依照地下水富水性傳統(tǒng)劃分，區(qū)內(nèi)分布的元古代隨縣群變質(zhì)巖系屬于不含水巖層(系)，古生代—元古代侵入巖屬于水量極少(泉流量＜50 m3/d)等級。

4．2 地下水富水等級新的劃分

壽山周邊5個嚴(yán)重缺水村地下水貧乏，農(nóng)戶以村組形式分散居住，在該區(qū)打井集中供水現(xiàn)實條件不具備。實施找水打井示范工程考慮庭院式打井供水對解決該區(qū)分散農(nóng)戶人畜飲用水困難具有示范作用。過去研究勘查很少在基巖風(fēng)化帶進(jìn)行庭院式打井供水，目前不能采用過去的標(biāo)準(zhǔn)，需要對該區(qū)地下水富水性進(jìn)行重新認(rèn)識，富水等級的劃分也需要建立新的模式。突破區(qū)域水文地質(zhì)單元的地下水資源思維模式，建立新的地下水富水等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)以解決人畜用水困難為基礎(chǔ)，并落實到每一戶。以分散的每一戶居民為單位，以每一口淺機井出水量滿足人畜用水的程度和富裕程度為標(biāo)準(zhǔn)來確定該區(qū)表層地下水的富水性，并劃分富水等級。據(jù)調(diào)查，壽山地區(qū)農(nóng)村人均一挑水(40 kg)即可滿足生活用水之需，一戶3～4口人加上牲畜每天有200 kg水即可滿足人畜用水之需。據(jù)《供水水文地質(zhì)手冊》第5分區(qū)“室內(nèi)有給水龍頭，但無衛(wèi)生設(shè)備者”類型的用水標(biāo)準(zhǔn)，每人平均日用水量在35～55 kg就能滿足需要，也間接證實了壽山地區(qū)農(nóng)戶日用水量。

壽山地區(qū)表層地下水大多數(shù)為風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水，水量的動態(tài)變化與降雨密切相關(guān)，隨著季節(jié)發(fā)生變化，豐水期與枯水期相比變幅較大，干旱年變幅更大。因此，劃分富水等級時還應(yīng)充分考慮地下水的動態(tài)特征以及不同類型地下水的特點。本次根據(jù)壽山及周邊地區(qū)地下水賦存及分布特征，實測井泉涌水量及鉆孔涌水量有關(guān)資料，在嚴(yán)重缺水區(qū)提出了水量豐富、水量富裕、水量充足、水量平常和水量貧乏五個新的富水等級劃分，是在充分考慮壽山地區(qū)嚴(yán)重缺水區(qū)水文地質(zhì)條件和當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娦杷康幕A(chǔ)上劃分的，滿足了在該地下水極貧乏區(qū)的富水性的評價。壽山地區(qū)表層地下水新的富水等級劃分見表2。

表2 壽山及周邊地區(qū)表層地下水富水等級劃分表Table 2 Divistion table of water-rich grade of surface groundwater in Shoushan and surrouding area

4．3 對找水工作的指導(dǎo)意義［3］

鄂北地區(qū)早期進(jìn)行的各類水文地質(zhì)調(diào)查及供水勘察是滿足區(qū)域水文地質(zhì)條件調(diào)查和集中供水之需。傳統(tǒng)的認(rèn)識認(rèn)為單井出水量＞50 m3/d才有開采價值，而在鄂北丘陵山區(qū)絕大部分＜50 m3/d，原來的認(rèn)識是建立在當(dāng)時的條件(成井工藝、取水設(shè)備等)和供水對象(主要指集鎮(zhèn)供水)，而這種認(rèn)識在某種程度上阻礙了鄂北丘陵山區(qū)找水工作的開展。壽山及周邊地區(qū)地下水資源勘查評價工作突破了原來的一些觀念和認(rèn)識，把該區(qū)表層地下水的富水性與解決庭院式農(nóng)戶人畜用水的供水目標(biāo)相聯(lián)系，針對壽山及周邊地區(qū)人民群眾居住地分散，用水量不十分大的特點，結(jié)合壽山及周邊地區(qū)水文地質(zhì)特征，突破鄂北丘陵山區(qū)舊的地下水資源思維模式，對表層地下水富水等級進(jìn)行重新界定劃分，建立新的地下水富水等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，從而有利于該區(qū)地下水貧乏區(qū)富水性的評價，對目前正在開展的鄂北丘陵山區(qū)地下水資源勘查評價工作具有重要的指導(dǎo)意義。

5 結(jié)語

鄂北地區(qū)地跨秦嶺褶皺系和揚子準(zhǔn)地臺兩大構(gòu)造單元，地質(zhì)構(gòu)造非常復(fù)雜，歷來是找水打井的難點區(qū)。中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心2013年、2014年相繼實施了“鄂北丘陵山區(qū)嚴(yán)重缺水地區(qū)地下水勘查與供水安全示范”和“鄂北丘陵山區(qū)嚴(yán)重缺水區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查”項目。2013年完成隨縣南部7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的地下水勘查和供水安全示范評價工作，完成1∶5萬水文地質(zhì)調(diào)查面積1 300 km2，施工分散農(nóng)戶供水淺井共計7口，總出水量30．05 m3/d，小型集中水源地供水井13口，總涌水量2 094．56 m3/d，直接解決了鄂北地區(qū)12 100余人的飲用水困難。2014年完成隨州市唐王店、萬和店、草店幅和應(yīng)城幅1∶5萬水文地質(zhì)調(diào)查面積1 760 km2，成功實施了探采結(jié)合井26口，總涌水量4 872．99 m3/d，施工分散農(nóng)戶供水淺井共計17口，總出水量158．774 m3/d，直接解決了鄂北地區(qū)24 308人的飲用水困難［4］。這項工作地開展得到當(dāng)?shù)卣腿嗣袢罕姛崆榈貧g迎和稱贊。本文通過對廣水市陳巷鎮(zhèn)壽山及周邊地區(qū)水文地質(zhì)條件的論述、富水性等級劃分的探析，以期探索解決鄂北丘陵山區(qū)嚴(yán)重缺水區(qū)勘查評價工作方法、分散供水及集中供水、地下水與地表水綜合開發(fā)利用的新路子，更好地推進(jìn)鄂北丘陵山區(qū)找水工作地開展。由于淺層水易受污染，水質(zhì)與環(huán)境保護(hù)問題亦將接踵而至，嚴(yán)重缺水地區(qū)地下水勘查與供水安全任重而道遠(yuǎn)。

［1］ 劉云彪，李智民，陳金國，等．鄂北丘陵山區(qū)嚴(yán)重缺水地區(qū)地下水勘查與供水安全示范項目總體設(shè)計［R］．武漢:湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，2013．

［2］ 劉波，覃能輝，陳潤生，等．湖北省廣水市陳巷鎮(zhèn)壽山及周邊地下水資源勘查評價報告［R］．武漢:湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，2012．

［3］ 鄭萬模，魏倫武，賴紹民．西南紅層嚴(yán)重缺水區(qū)表層地下水富水性等級劃分及其意義［C］//中國地質(zhì)調(diào)查局．嚴(yán)重缺水地區(qū)地下水勘查論文集(第2集)．北京:地質(zhì)出版社，2004:269-274．

［4］ 劉云彪，李智民，卞學(xué)軍，等．鄂北丘陵山區(qū)嚴(yán)重缺水地區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查2014年年度總結(jié)報告［R］．荊州:湖北省地質(zhì)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，2015．