和順縣松煙村側(cè)向基巖裂隙水開發(fā)利用解析

劉宏偉

(和順縣水利局，山西 和順 032700)

山西省地處華北地區(qū)西部，黃土高原東部，位居海河流域上游和黃河流域中游，省內(nèi)有呂梁山、太行山兩大山脈，根據(jù)其地貌特征可以分為東部山地區(qū)、中部盆地區(qū)和西部高原山地區(qū)。北部和南部分別受陰山和秦嶺東西向構(gòu)造帶控制，東西部受南北向太行山和呂梁山構(gòu)造帶控制，中間為北東向新華夏系雁行式排列的斷陷盆地。特定的水文氣象、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等決定了其河流水系現(xiàn)狀、水文地質(zhì)條件、地下水的分布規(guī)律和不同地區(qū)的地下水資源量，即中部盆地區(qū)水資源補給和儲存條件好，排泄條件差，地下水資源相對豐富；東西山區(qū)水資源補給和儲存條件差，排泄條件好，地下水資源貧乏，再加上受干旱以及水環(huán)境惡化等影響，山西省東西山區(qū)農(nóng)村飲用水水量短缺、保證率低成為農(nóng)村飲水安全工程存在的主要“短板”，在科學(xué)合理開發(fā)利用潛水井和小泉小水的同時，有計劃地開發(fā)利用深層地下水成為山區(qū)農(nóng)村飲水安全工程達(dá)標(biāo)建設(shè)的時代命題。

山西省地下水資源類型主要有三大類：松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水和碳酸鹽巖類巖溶水。松散巖類孔隙水主要分布在六大盆地，面積為27177km2；碎屑巖類裂隙水主要分布在東西兩側(cè)山區(qū)，面積為91095km2；碳酸鹽巖類巖溶水分布在東西兩側(cè)山區(qū)，面積為38278km2。根據(jù)含水層的成因?qū)游弧⒀a給條件及水力特征，裂隙水可分為風(fēng)化裂隙潛水、單向斜構(gòu)造層間承壓水和斷裂構(gòu)造破碎帶裂隙承壓水。裂隙水在山西省分布較廣，主要分布在呂梁山以西至黃河邊，寧靜向斜、沁水向斜、太行山區(qū)、中條山區(qū)及大同侏羅系地層向斜及大同盆地北部陽高-天鎮(zhèn)盆地等地區(qū)，其水質(zhì)優(yōu)良，因此裂隙水的開發(fā)和利用在山西省有很大的優(yōu)勢和潛力。由于深層基巖裂隙水的不確定性，開發(fā)此類水除考慮環(huán)境類因素控制指標(biāo)、資源類因素控制指標(biāo)和經(jīng)濟政策類因素控制指標(biāo)外，對工程技術(shù)類因素控制指標(biāo)的把控尤其關(guān)鍵，不僅要對項目區(qū)進行全面的水文地質(zhì)調(diào)查，還必須開展地面電法物探勘測工作。準(zhǔn)確把控變量因素，立足理論聯(lián)系實際，繼承與創(chuàng)新承接，把“死經(jīng)驗”與“活數(shù)據(jù)”進行匹配性分析，方能科學(xué)開采和利用深層基巖水。松煙村作為山西省東部典型的太行山山區(qū)農(nóng)村，對其深層基巖裂隙水的開發(fā)利用情況進行解析，可為類似地區(qū)提供參考。

1 山西省和順縣松煙村概況

1.1 松煙村自然地理概況

松煙村水依清漳之源，山附太行之巔，為松煙鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府所在地，位居山西省東部，距和順縣城約20km，南與左權(quán)縣交界，屬于海河流域南運河水系，地處清漳東源與其支流松煙河的交匯處。松煙村現(xiàn)有常住戶597戶，常住人口1602人，大畜300頭。

1.2 松煙村飲用水源現(xiàn)狀

松煙村飲用水水源為1985年在村東打的一眼38m機井，取第四系地層水，多年出水量可達(dá)到30m3/h。目前，該井淤積嚴(yán)重，淤積深度達(dá)15m，實際出水量明顯不足，再加上村民居住范圍的擴展，該飲水水源井已經(jīng)被包圍在村中央，生活污水對其影響十分嚴(yán)重。

農(nóng)村飲水安全工程是農(nóng)村的基礎(chǔ)性水利工程，農(nóng)村飲水安全工程鞏固提升建設(shè)是和順縣脫貧攻堅的中心工作和硬性任務(wù)，和順縣松煙鎮(zhèn)松煙村飲水水源井工程超期服役、功能衰竭問題突出，水量短缺、保證率低、水質(zhì)不達(dá)標(biāo)是該村飲水安全工程存在的主要短板，因此為其規(guī)劃新的水源，保障群眾有水可用、用水安全、用水便捷是補齊短板的核心任務(wù)。

2 松煙村所處區(qū)域水文地質(zhì)情況

2.1 地表水及淺層地下水情況

松煙村地處清漳東源與其支流松煙河的交匯處，西北為清漳東源，東北為松煙河，匯流后朝西南流出縣境。清漳東源松煙村上游的流域面積為628.8km2，據(jù)2016年統(tǒng)計資料顯示該區(qū)間年降水量為741.3mm，該河雨季河水泛濫，枯水季干枯，又名洪河；松煙河松煙村上游的流域面積為201.1km2，據(jù)2016年統(tǒng)計資料顯示該區(qū)間年降水量為904.5mm，該河一年四季河水長流；匯流后松煙村下游松煙村至和順縣、左權(quán)縣分界線段和順縣流域面積為168.8km2，據(jù)2016年統(tǒng)計資料顯示該區(qū)間年降水量為810.9mm。

淺層地下水沿河谷分布于第四系(Q)砂礫石層內(nèi)，據(jù)2016年統(tǒng)計資料顯示松煙鎮(zhèn)所屬面積270km2，淺層地下水含量約985萬m3。

2.2 地層情況

為了查明該區(qū)水資源分布狀況，對松煙村附近地層進行了詳細(xì)的調(diào)查和分析，松煙村附近的地層分布為：前震旦系變質(zhì)巖，在松煙村東楊家灣斷裂帶出漏，厚度約30m；震旦系石英砂巖，在松煙村周圍大面積出漏，厚度約1000m；中下寒武系石灰?guī)r、頁巖，出漏在山頂，厚度約300m；第四系砂礫石層，分布在河谷底部，厚度約40m。按照出漏地層的水理特征劃分為：前震旦系變質(zhì)巖區(qū)域，出漏面積較小，僅松煙村東約2.0km處的楊家灣山腳有少量風(fēng)化裂隙水；震旦系串岺溝組分三段，一段為淺肉紅色石英砂巖，二段為灰白色及紫紅色石英狀砂巖，三段為海綠石片巖為主夾暗紫色鐵質(zhì)砂巖，串岺溝組含水段在下段，串岺溝組下段在松煙村西北約2.0km處的西坡村后山坡，有小泉出漏；震旦系常州溝組分三段，一段為巨厚層粉紅色石英巖狀砂巖，垂直裂隙發(fā)育，二段為中厚層紫色石英砂巖，三段為粉紅色含礫石英砂巖，震旦系常州溝組含水段在下段，常州溝組下段在松煙村東南約2.0km處的暖窯村財神廟處，有季節(jié)性泉水出漏；中下寒武系石灰?guī)r、頁巖在斷裂帶松煙村東南約2.6km處的暖窯村后山坡、松煙村西南約2.8km處的馬連曲村后溝和松煙村北約9.2km處的平松鄉(xiāng)合山村，有泉水出漏；第四系砂礫石空隙水普遍分布，地下水埋深15m左右，如松煙村南約1.8km處的東坡村水源井處。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造情況

受所屬和順縣地質(zhì)構(gòu)造帶的影響，即和順縣地處山西省東陲，太行山中段，地處太行山大背斜西翼，沁水凹陷區(qū)東緣，地層自南東向西北由老而新呈單斜狀排列，主要構(gòu)造線平行于太行山背斜軸，呈北東—南西方向展布。松煙村地處太行山大背斜西翼，太行拱斷束從村東通過，斷層產(chǎn)狀走向為NE20°～SW200°，傾向NW290°，傾角45°左右，是一系列南北走向、彼此平行的大型壓性斷裂構(gòu)造組成的斷裂帶，具有南西—北東擠壓、南北扭動的特征，斷裂帶東側(cè)有派生斷裂并構(gòu)成人字形構(gòu)造，松煙村位于拱斷束西側(cè)嚴(yán)重影響地帶，震旦系石英砂巖裂隙發(fā)育形成帶狀單斜蓄水構(gòu)造。松煙村一帶地質(zhì)構(gòu)造見圖1。

圖1 松煙村一帶地質(zhì)構(gòu)造

2.4 單斜蓄水構(gòu)造分析

該區(qū)斷陷隆起特征顯著，隆起幅度為1000～2000m左右，形成頭東尾西臥虎形單面山，呈北東—南西或北東東—南西西走向的山地，山脈走向與區(qū)域構(gòu)造線延伸方向基本一致。松煙村北山區(qū)出露有震旦系地層，產(chǎn)狀東北高西南低，震旦系常州溝組石英巖狀砂巖構(gòu)造裂隙帶分布清晰，東部有變質(zhì)巖抬升隔水，西部有完整巖體阻水，東北向南西有地層產(chǎn)狀控水，地下水在趙家溝、馬家?guī)r、木口峪溝接受地層逆傾斜沖溝補給，補給面積約30km2。按照當(dāng)?shù)亟?jīng)驗數(shù)值0.0018m3/(s·km2)進行估算，該區(qū)年地下水補給量約為170萬m3，區(qū)內(nèi)坡陡流急，巖石裸露，耕地少，分析得出該區(qū)蓄水充足且水質(zhì)較好。

2.5 松煙村飲用水水源開發(fā)利用界定

綜上分析，松煙村所處區(qū)域地表水資源量和淺層地下水資源量相對充足，但是受生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等影響嚴(yán)重。經(jīng)水質(zhì)檢測分析評價，此兩種水均不符合人畜飲用水標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)項目主要有總大腸菌群、菌落總數(shù)、色度、渾濁度、總硬度等。為推進松煙村飲水安全達(dá)標(biāo)建設(shè)，對水源工程的界定傾向于利用北山單斜蓄水構(gòu)造，開鑿震旦系側(cè)向基巖裂隙水，避開該村地表水及淺層地下水的污染問題，確保飲水安全工程的健康、持續(xù)運行。

3 側(cè)向基巖裂隙水的物探調(diào)查

3.1 物探工作的目的

在對該區(qū)基巖蓄水進行構(gòu)造分析和論證的基礎(chǔ)上，初步確定村西北山區(qū)為地下水優(yōu)質(zhì)分布區(qū)。為保證滿足設(shè)計水平年飲水需求，進一步開展物探工作是十分必要的，其主要目的是分段選擇構(gòu)造帶和地形適宜的區(qū)域開展綜合電法測量比較工作，查清當(dāng)?shù)氐幕鶐r埋藏深度、基巖裂隙水分布范圍和單斜蓄水構(gòu)造的富水性，從而選擇有利位置布設(shè)井位。

3.2 物探工作布置

本次電法勘探測量使用兩種儀器：JK-E型天然電場選頻測量儀和JT-3型積分式激電儀。先使用JK-E型天然電場選頻測量儀，靈活尋找地下的低阻異常點，儀器測深300m，布線方法為垂直構(gòu)造帶，從而圈定裂隙帶走向和分布范圍，用選頻法共找到松煙村家后溝潛流壩、松煙村大廟后和松煙村西居民小區(qū)3個異常區(qū)，分布方向與當(dāng)?shù)靥心鏀鄬幼呦蛞恢?。而后?處異常區(qū)使用JT-3型積分式激電儀進行測量，多參數(shù)分析當(dāng)?shù)氐牡貙印⑺硖卣?、含水層埋深等?/p>

3.3 物探工作成果

電1點(H=1213m，東徑113°42′10.3″、北緯37°12′11.8″)位于松煙村家后溝潛流壩，電測深300m，根據(jù)ρs(視電阻率)曲線進行分析，曲線屬DA型，曲線先上升后下降，再緩緩上升。分析地層：3～6m為沖溝漂石，見基巖后受風(fēng)化裂隙影響；6～24m為風(fēng)化層；而后曲線在24～300m緩緩上升，分析為微風(fēng)化地層，但在測深90m、150m、180m有構(gòu)造裂隙，相應(yīng)極化率、激發(fā)比、衰減度曲線為高值區(qū)，分析基巖裂隙潛水從150m見水，到270m增大，因此設(shè)計井深以300m為宜。

電2點(H=1216m，東徑113°42′15.9″、北緯37°12′16.5″)位于松煙村大廟后，電測深300m，ρs(視電阻率)曲線仍為DA型，曲線3～6m為上升，6～15m為下降，而后陡坡上升，比較平直，構(gòu)造裂隙不發(fā)育，極化率、激發(fā)比、衰減度曲線平直，無富水反映。

電3點(H=1163m，東徑113°42′48.1″、北緯37°12′3.3″)位于松煙村西小區(qū)西北坡腳，電測深300m，ρs(視電阻率)曲線為A型，曲線3～36m平緩，分析為第四系黏土夾塊石層，在15m左右及24～36m深度存在有松散巖層孔隙水，但是水質(zhì)無法保證；在36～45m為完整砂巖，為不含水巖層或含少量分化裂隙水；在 45～60m地層有裂隙發(fā)育，含有砂巖裂隙水；在60～75m為完整砂巖，屬不含水層；75～300m為上升段，曲線在90m、150m、180m、270m有低阻變化異常，相應(yīng)極化率、激發(fā)比、衰減度曲線在120m以前無異常，120m以后緩緩上升，為高值區(qū)，地層較破碎，有裂隙發(fā)育，含砂巖裂隙水，分析是側(cè)向基巖單斜蓄水構(gòu)造的反映。

4 松煙村側(cè)向基巖裂隙水開發(fā)利用情況

根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件，結(jié)合物探勘察曲線資料，松煙村西小區(qū)西北坡腳(電3點)符合定井位條件，設(shè)計井深300m。

松煙村飲水安全工程水源井實施情況為：0～36m(為松散層)實施鉆孔，直徑350mm，井管為直徑325mm鋼管，用實管封閉此段淺層水(水質(zhì)較差)。36～300m實施鉆孔，直徑300mm，井管為直徑219mm鋼管，其中在75～180m段、240～300m段布控濾水花管，其余井段全部為實管。下泵深度200m，出水量30m3/h，完全可以滿足設(shè)計水平年105.71m3/d的需水要求，同時該處靠近松煙居民小區(qū)，配電線路架設(shè)十分方便。工程實施完成后，運行正常，水質(zhì)良好，供水水量和保證率大幅度提高，群眾滿意度大幅度提升，實現(xiàn)了年初的建設(shè)目標(biāo)，為松煙村飲水安全工程健康運行奠定了堅實的基礎(chǔ)。

5 思考與建議

水源工程的選擇關(guān)系著農(nóng)村飲水安全工程的建設(shè)規(guī)模和運行的持續(xù)性，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，農(nóng)村對水資源的需求量逐年增大，部分農(nóng)村飲水安全工程水量短缺、水質(zhì)惡化態(tài)勢逐步呈現(xiàn)，而優(yōu)質(zhì)的基巖裂隙水是山區(qū)部分農(nóng)村飲水安全工程水源的首選，在山西省東西山區(qū)開發(fā)此類水具有廣闊的前景。為做好深層基巖裂隙水的開發(fā)利用，提出以下建議。

5.1 提高對地下水資源開發(fā)的風(fēng)險認(rèn)識

地下水是我國社會經(jīng)濟發(fā)展的重要資源，是維系地表徑流、調(diào)節(jié)江河流量和生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵要素，全國水資源總量中地下水占比近1/3，地下水在保障城鄉(xiāng)居民生產(chǎn)和生活供水、支持社會經(jīng)濟發(fā)展中具有重要作用。深層基巖裂隙水存在明顯的空間異質(zhì)性、形成轉(zhuǎn)化過程的復(fù)雜性、儲量的分散性、外界變化響應(yīng)的滯后性(補給困難)，因此深層基巖裂隙水的不合理開發(fā)可能會造成地下水系統(tǒng)變異，甚至引發(fā)地下水資源枯竭、地面沉降、河湖萎縮等一系列地質(zhì)和生態(tài)環(huán)境問題。

5.2 合理開發(fā)利用深層基巖裂隙水

深層基巖裂隙水供水保證率高，水質(zhì)優(yōu)良穩(wěn)定，由于其“埋藏性”決定了開發(fā)利用的難度，在選擇井位時一定要進行必要的區(qū)域水文地質(zhì)分析，地質(zhì)構(gòu)造帶是基巖裂隙水開發(fā)利用的前提，同時要進行物探勘測工作，合理布置物探測線走向，科學(xué)選定測點位置，地層、地質(zhì)分析和物探工作的有機結(jié)合，是開發(fā)深層基巖裂隙水的保障。

5.3 加強對深層基巖裂隙水的監(jiān)管

對深層基巖裂隙水的監(jiān)管一方面要出臺管理條例和制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，明確鑿井深度、取水指標(biāo)、水位指標(biāo)、排水措施、保護范圍、井型結(jié)構(gòu)等，為保護管理提供法制保障；另一方面要完善相應(yīng)的監(jiān)測體系建設(shè)，對地下水的動態(tài)變化、水質(zhì)特性、取水量等進行實時監(jiān)控，充分依托信息化、數(shù)據(jù)化技術(shù)建立監(jiān)測信息平臺，為地下水資源評價、地下水資源管理保護、地下水開發(fā)利用等提供數(shù)據(jù)服務(wù)。