某城區及周邊應急水源地地下水分布特征與分析

林 棟

(廣東省地質局第八地質大隊，廣東 梅州 514089)

梅州市是山區市，但人口密集，據統計，截止2010年11月1日零時梅州全市常住人口為424.013 9萬人，其中市轄區的梅江區38萬人、梅縣區55萬人，建立城市后備應急水源地刻不容緩。應急水源地是當今城市應急緊急啟用的地下水供水水源地，是緊急狀況下不可缺少的民生保障工程，尋找應急水源地具有非常重要的意義。尋找應急水源地的思路和方法不同于平原地區、沿海地區，需根據山區市的特殊環境尋找應急水源地。前人地質研究程度相對較低，區域地質和水文地質工作較少，但較多大比例尺的含礦帶、礦區和礦山調查工作，積累了一定的基礎地質、構造地質、水文地質、工程地質、環境地質等資料。2011年廣東省地質局第八地質大隊向省財政立項獲批，經過4年時間的野外調查，結合鉆探、物探、抽水試驗、動態觀測、樣品采集及綜合分析，2015年5月，完成了《廣東省梅州市(梅州城區及周邊)應急水源地調查評價報告》，為梅州城區及周邊應急用水提供了有力保障。

1 應急水源地具備的條件

應急水源地是指因突發事件或遭遇極端氣候條件下造成的嚴重缺水時期，可緊急啟用的地下水供水水源地。地表水極易受到突發事件影響，短時間即可造成水體污染；地下水水源地由于含水層的滲透和過濾作用，突發環境事件導致地下水污染的時間較慢、影響相對滯后。地質系統的研究范圍是地下水，因此尋找地下水作為應急水源地。地下水作為城市應急和儲備水源，在發生突發性事故(如有毒有害化學物資泄漏)、恐怖活動、戰爭(化學戰爭、細菌戰爭)或地表水出現大范圍污染的情況下投入使用。應急供水水源地具備以下幾個條件：

(1)應急水源地地下水的埋藏、分布、水量和水質必須經勘查探明，并有區內地下水長期開采資料為依據，開采含水層分布穩定，儲有豐富的地下水資源，動態穩定。

(2)地下水質量應符合國家標準《地下水質量標準》(GB/T 14848-93)Ⅲ類、《生活飲用水衛生標準》(GB 5749-2006)的水質要求，若地下水有不同程度的天然異常，可通過適當的水處理除去，使之能達到要求。

(3)開采含水層(段)上的隔水層要有足夠的厚度，隔水防污地質條件優良。

(4)應急水源地靠近供水區域，適合集中開采。

2 地下水類型及尋找應急水源地思路

2.1 地下水類型

根據梅州城區及周邊調查區(以下簡稱調查區)地下水形成的自然條件、賦存特征、運移規律及巖性的差異，地下水類型分為：松散巖類孔隙水、基巖裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙溶洞水三大類型。其中基巖裂隙水根據巖組特征和裂隙差異分為紅層裂隙水、層狀巖類裂隙水和塊狀巖類裂隙水3個亞類。

2.2 尋找應急水源地的思路和方法

梅州市有自己獨特的自然環境，尋找應急水源地的思路和方法不同于平原地區、沿海地區，需根據山區市的特殊環境尋找應急水源地。調查發現松散巖類孔隙水富水性貧乏，局部中等，基巖裂隙水，富水性貧乏～中等[1]，以貧乏居多、局部中等，因此，作為應急水源地，松散巖類孔隙水、基巖裂隙水供水意義不大。一提起巖溶，大家立即會聯想到地面塌陷，的確需要慎重，調查區巖溶面積雖不大，但多分布在人口集中的盆地中，且水量較豐富，富水性中等～豐富，極少數為貧乏，在確保適度有序安全的情況下，碳酸鹽巖類裂隙溶洞水比基巖裂隙水更有集中供水的意義。針對梅州城區及周邊礦山較多的特點，存在較多廢棄的礦井，礦井內貯存著地下水體，且水量豐富，只要水質達標也具有集中供水的意義。

2.3 巖溶水的賦存、分布和特征

巖溶水的賦存和分布受巖性、構造、地貌及水動力條件等因素的控制。它主要賦存于早二疊世棲霞組和中晚石炭世壺天群碳酸鹽巖類中，分布較零散。主要分布在葵崗、南口、城東、丙村、建新、石扇等盆(谷)地，總面積45 km2(含上覆第四系面積)，占調查區總面積的9%。調查區巖溶出露情況有裸露型、覆蓋型、埋藏型，以覆蓋型巖溶水為多，含水巖組為棲霞組灰巖和壺天群灰巖。第四系覆蓋層厚6.05～31.00 m，巖溶發育深度11.30～93.50 m。在巖溶地區集中布置鉆孔，共施工15個鉆孔，只有2個鉆孔涌水量小于100 m3/d而未建成應急備用井，其余鉆孔出水量較可觀。成井鉆孔中，最大單井涌水量達2 018.698 m3/d，最小單井涌水量125.367 m3/d。調查巖溶泉點15個，最大流量55.040 L/s，最小泉流量0.199 L/s。在巖溶區，調查地下開采礦山23個，礦井52個。根據國家地質總局《綜合水文地質圖編圖方法與圖例》(試行)[2]中的劃分標準，結合調查區實際情況，巖溶水富水性按鉆孔單井涌水量和泉流量可分為豐富、中等、貧乏3個等級：單井涌水量大于1 000 m3/d或泉流量大于100L/s為豐富，單井涌水量100～1 000 m3/d或泉流量10～100 L/s為中等，單井涌水量小于100 m3/d或泉流量小于10 L/s為貧乏。

3 應急水源地的分布

根據應急水源地具備的條件、尋找應急水源地的思路和方法，通過調查研究，在梅州城區及周邊應急水源地調查區(面積522 km2)內，圈定了6處地下水應急水源地，分別為：南口盆地、葵崗盆地、溝湖覆蓋型巖溶區、石扇盆地、建新盆地和汾水斷裂帶，均屬巖溶水。其中南口盆地、溝湖覆蓋型巖溶區、石扇盆地，是以覆蓋型碳酸鹽巖類地下水為主的水源地；葵崗盆地、建新盆地，是以裸露型碳酸鹽巖類地下水為主的水源地；汾水斷裂帶，是位于裸露型碳酸鹽巖中的構造水為主的水源地。6處地下水現已有供水工程的供水能力為3.662 6萬 m3/d，充分開發利用后的可供水量為7.112萬 m3/d，地下水水源地級別為大型。建成應急備用井15眼(施工建成13眼，利用廢棄礦井建成2眼)，總涌水量為7 707 m3/d(5 m降深、203 mm口徑的單井涌水量總和)。利用廢棄礦井作為應急水源地，是梅州山區應急水源地的最大特色，經初步估算，儲存量達百萬立方以上，水質總體良好，可作為應急供水的水源。總體情況見表1。

表1 梅州市城區及周邊應急水源地供水水文地質條件

應急情況下可投入的井數包括兩部分：應急備用井、可有償臨時征用，總出水量為應急備用井+可有償臨時征用。其中可有償臨時征用包括：調查機井(眼)、廢棄礦井(眼)、正在地下開采的礦山(個)、調查泉(眼)。

4 應急供水水源地的地下水環境質量特征

4.1 應急供水水源地分布特征

松散巖類孔隙水主要分布在梅州城區梅江一級階地、丙村圩鎮梅江一級階地、南口盆地和石扇盆地中央低洼地帶第四紀松散巖層中，總面積89.33 km2，富水性貧乏～中等，允許開采量為0.742萬 m3/d。因其水量小且位于人口密集的城區或圩鎮，不具備集中開采的潛力，只作為當地分散式小規模開采利用。

基巖裂隙水分布于廣大山區，調查區大面積分布，總面積384.54 km2，富水性貧乏～中等，允許開采量為16.326萬 m3/d。雖然其允許開采量較大，但調查區未發現其地下水富集地帶，且多處在偏僻深山，難于開發利用，未將其圈入地下水應急供水水源地范疇。

碳酸鹽巖類裂隙溶洞水(巖溶水)，主要分布在P1q和C2+3ht灰巖中，該類地下水有以下特征：灰巖分布面積0.15～12.26 km2，層厚110～674 m，具有一定規模的富水儲水空間；灰巖地層均處在地勢低洼地段，且四周群山環繞，匯水面積2.20～66.09 km2，能接受較大的基巖裂隙水側向補給；灰巖地層巖溶發育，從施工成井的13個鉆孔統計，線巖溶率達到8.99%，具有良好的導水、儲水能力；灰巖地層分布均處在村鎮，且距離梅州城區較近，有較好的供水基礎設施。

結合以上各種地下水的特征，圈定了6處地下水應急供水水源地，5處為巖溶水，1處為位于裸露型碳酸鹽巖中的汾水斷裂帶構造裂隙水，具有埋藏較淺，富水性中等～豐富，補給水源充足，水質較好，含水層上覆蓋層較厚，多為沖洪積層黏土和粉質黏土，防污染水文地質條件良好。總體上環境水文地質條件良好，具備集中供水水源地的基本要求。地下水環境質量綜合分區見圖1。

圖1 地下水環境質量綜合分區圖

4.2 地下水環境質量評價

地下水環境質量評價，根據水化學特點和資料多寡，選擇25項既有標準可依又對人體健康關系密切的指標參加評價[3]，評價項目見表2。評價按國家標準《地下水質量標準》(GB/T 14848-93)[4]進行。

地下水質量級別劃分表按《地下水質量標準》(GB/T 14848-93)給出的表，根據綜合評價分值F值，如表2規定F范圍值方法劃分地下水質量級別。

根據《地下水質量標準》(GB/T 14848-93)的評價方法，將地下水按質量劃分為5類：Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類(表2)。按上述方法及標準對區內地下水進行單項評價和綜合質量評價，結果列于表2及表3。

表2 地下水質量級別與地下水環境質量綜合評價成果

表3 地下水環境質量單項組分評價成果統計

根據在枯水期和豐水期釆取的水樣分析結果，應急水源地在枯水期、豐水期水質除了總Fe、NH4+、NO3-、NO2-和pH指標變化稍微大一點外，其余的各項指標變化不大，基本穩定。

圈定的6處地下水應急水源地片區水質類型，汾水斷裂帶為Ⅳ類，其余片區均為Ⅱ類。汾水斷裂帶水質中砷、錳、鋅含量普遍較高，并存在多處超標現象；其余片區則為pH值、氨氮、鐵、錳、鋁等存在個別超標現象，總體水質良好。

地下水質量優良的Ⅰ類水占28.57%、良好的Ⅱ類水占22.86%、較好的Ⅲ類水占0%、較差的Ⅳ類水占47.62%、極差的Ⅴ類水占0.95%。導致大面積出現Ⅳ類水的主要原因為大量水樣pH值小于6.5的界限值，因pH值超標而被劃入Ⅳ類水的水樣共28組，占Ⅳ類水水樣的56%。調查分析工作區內大量水樣pH值偏低的原因為天然異常。

圈定的6處地下水水源地均在灰巖地層，為保證適度有序集中應急開采地下水，避免惡意事件的發生，現針對各水源地預測的環境水文地質問題及地下水開采技術條件，進行相應的地下水開采風險分析。葵崗盆地、石扇盆地、建新盆地、汾水斷裂帶早年有地下開采的石灰石礦山，過度開采易引發地質環境問題，但目前基本都已閉坑，目前只有汾水斷裂帶還有一家石灰石礦山在開采。

5 結語

(1) 梅州城區及周邊應急水源地地下水可開發利用的主要含水層為中晚石炭世壺天群、早二疊世棲霞組灰巖賦存的巖溶水，屬覆蓋型或裸露型碳酸鹽巖類地下水，以及裸露型碳酸鹽巖中的汾水斷裂帶構造水。

(2) 梅州城區及周邊圈定了6處地下水應急水源地，6處地下水現已有供水工程的供水能力為3.662 6萬 m3/d，充分開發利用后的可供水量為7.112萬 m3/d，地下水水源地級別為大型。建成應急備用井15眼(施工建成13眼，利用廢棄礦井建成2眼)，總涌水量為7 707 m3/d(5 m降深、203 mm口徑的單井涌水量總和)。梅州城區及周邊地下水環境質量優良的Ⅰ類水占28.57%、良好的Ⅱ類水占22.86%、較好的Ⅲ類水占0%、較差的Ⅳ類水占47.62%、極差的Ⅴ類水占0.95%。圈定的6處地下水應急水源地片區水質類型，汾水斷裂帶為Ⅳ類，其余片區均為Ⅱ類，總體水質良好。

(3) 利用豐富的巖溶水作為應急水源地，是梅州山區應急水源地的一大特色；利用廢棄礦井作為應急水源地，是梅州山區應急水源地的最大特色，經初步估算，儲存量達百萬立方以上，水質總體良好，可作為應急供水的水源。為今后應急水源地的開發利用提供了借鑒作用。

(4) 由于財政經費，相鄰周邊沒有續作，有待下一步應急水源地調查評價工作。