六安市金安區江淮分水嶺缺水地區地下水動態變化特征分析

黃振宇

(安徽省地質環境監測總站/安徽省地質災害應急技術指導中心,安徽 合肥 230001)

0 引言

針對六安市金安區江淮分水嶺嚴重缺水地區8個鄉鎮水資源短缺現狀,開展水文地質條件調查和地下水開采情況調查,基本查明資源型缺水的主要原因,通過地球物理勘查確定宜井井位,投入鉆探、抽水試驗工作獲取水文地質參數,了解地下水水質、水量、動態、補給等特征,選擇適宜的井型施工一批供水井,為解決當地群眾飲用水困難提供示范。

1 調查方法

表1 區域水文地質調查點統計表

本區地下水的賦存和分布規律是以巖性為基礎,地質構造和地貌起控制作用,大氣降水是影響地下水形成的重要因素。北亞熱帶濕潤多雨的季風氣候,星羅密布的水塘、縱橫交錯的灌溉渠系為區內地下水的形成、運移創造了良好的條件。根據地下水的賦存條件和含水介質類型,區內地下水可劃分為松散巖類孔隙水含水巖組、碎屑巖類(紅層)裂隙水含水巖組和火山巖類裂隙水含水巖組三大類。

2 地下水補、徑、排條件

2.1 地下水補給條件

2.1.1 降水入滲補給

調查區地處江淮分水嶺嶺脊的兩側,西南高、北東低,多為波狀平原。分水嶺兩側大多由二級階地組成的淺丘狀、波狀平原區,地勢低緩、地形切割淺。由于組成地層的巖性主要為粘土、粉質粘土,厚度較大,地下水埋藏較深,降水只能補充部分包氣帶水;由于粘土透水性差,大部分降水以地表徑流流失,補給地下水的部分較少,短時降雨只能起濕潤土壤的作用。

區內雨水較充沛,但降水比較集中,年際、年內分配不均,不同年份降水對地下水的補給量相差很大;據本次調查,大氣降水是本區風化裂隙水的主要補給來源,特別是連續有效降雨后水位上升較快,枯水期水位下降,水位埋深較大,變化幅度不等,具有年內調節作用較強的特點;與大氣降水的聯系隨著深度的增加逐漸減弱,直至基本封閉。

由于粘土、粉質粘土結構緊密,孔隙度小,滲透性差,不利于大氣降水垂向入滲補給,缺乏儲水空間,含水性差;為了解粘土、粉質粘土垂向入滲補給的相關參數,采取了8組(見表2)原狀土樣進行分析。

表2 原狀土樣統計表

2.1.2 地表水補給

區內分布有水塘、人工水渠及小型水庫等儲水設施,地表水通過底部和沿著河、渠、塘、水庫周邊側向補給地下水。平原區地下水與地表水存在著互補關系,豐水期,地下水接受地表水補給;枯水期,水位下降則排泄地下水。

2.1.3 灌溉補給

灌溉回滲補給地下水主要發生耕作時期的農田區和沿灌渠附近的地段,才會對地下水資源量有補給作用,但總體補給量有限。

2.1.4 側向徑流補給

地表水側向補給地下水只發生在地表水位高于地下水位的時段和區段。地下水側向補給總體上以江淮分水嶺為中心線,分別向兩側補給,工作區內除雨季外,側向徑流補給很微弱。

2.2 地下水徑流、排泄條件

地下水的徑流條件與地形地貌和地層巖性密切相關,在嶺脊處向嶺脊兩側徑流,流向主要受地形的嚴格控制。查區地下水總體上流向是從西向東和從南向北,江淮分水嶺既是地表分水嶺也是地下分水嶺,分水嶺兩側的地下水隨著自然坡降由高處向低處流動,不同地貌位置,徑流方向和強度有所差異,但徑流方向與地形坡向基本一致。波狀平原區具蒸發—弱徑流型特征,是由于地形較平緩,巖土體透水性差,造成地下水徑流比較緩慢,徑流量小[1-2]。

地下水排泄主要通過溝渠徑流至下游溝谷排泄及地表蒸發(含植被吸收),人畜飲用開采量較小,越流排泄強度微弱;水文地質調查僅僅在查區南部的橫塘崗鄉有一處泉水及兩處濕地排泄地下水,但流量小;不同的地貌單元有不同的排泄方式。

3 地下水位動態變化特征

3.1 動態觀測變化特征

選擇具有代表性、時效性的6處進行動態觀測(其中民井3處、輻射井1處、鉆孔2處),監測數據顯示,區內地下水動態變化與大氣降水關系息息相關,水位變化與大氣降水的變化基本一致,兩者具一定正相關關系,另外與補給路徑、降水強度、時間、含水層埋藏深度、飽氣帶的巖性特征及其厚度等因素有關,動態變化幅度差異較大。枯水期地下水水位埋深在河流兩側及凹地為0.50～3.28 m,壟崗地0.8～20 m;豐水期水位埋深分別為0～2.33 m和0.67～18.70 m。年變幅河流兩側及凹地為0.10～2.20 m,壟崗地帶0.20～8.23 m,波狀平原區一般2.0～5.0 m。局部開采強度大,富水性弱的地段或巖性為粘性土的壟崗地,其水位埋深較大,枯水期達6.30～11.80 m,即使是在同一地段相隔數米,水位差異性也較大,這充分反映巖土層滲透性能差和富水性的不均一。

從工作區6處動態監測資料分析,第四系粘土層不利于降水入滲,水位埋藏較淺的孔隙裂隙水受降水變化明顯,地下水水位隨降水的增加而抬升,但變化幅度一般較小,而下伏碎屑巖紅層風化帶裂隙水間接接受大氣降水入滲補給,水位變化與季節性變化相一致,一般在降水后1～3 d左右地下水開始上升,其動態相對較穩定(見圖1)。

3.2 專門長期地下水監測孔變化趨勢

為了對本次動態監測結果的校核,收集了安徽省地質環境監測總站六安市分站對相鄰工作區的專門監測孔六安市健康食品廠2017年1月-12月地下水監測數據(圖2)。

4 地下水化學成分的基本特征及演化

全區地下水水化學類型有13種(見表3),在多種作用的共同影響下,使得水化學類型復雜,以HCO3-Ca(含HCO3-Ca·Na、HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca·Na·Mg)為主,約占67.56%;

表3 水化學特征統計表

表4 環境同位素水樣統計表

從分析數據結果可知,本區溶解性總固體含量、硬度與所處地形地貌相對位置尤為相關,河流兩側、崗凹過渡帶,水交替相對增強,溶解性總固體含量、硬度相對變小。地層巖性、微地貌類型和人為環境污染對溶解性總固體的影響也較大,從水文地質調查中發現,一些地段多與人類長期居住而引起的生活污水滲透污染相關。少數百姓水井受人為污染,出現了HCO3·SO4-Mg·Ca、HCO3·Cl-Na·Mg·Ca類型。

將17個淺層地下水水樣投在Piper三線圖上展布(見圖3),樣點展布相對比較集中,反應淺層地下水主要接受大氣降水補給,雖含水層性質類似,但綜合水文地球化學作用存在差異。

圖3 淺層地下水Piper三線圖

淺部循環系統總體上具備陽離子Ca2++Mg2+離子含量比例相對較高,Na++K+離子含量比例相對較低;HCO3-陰離子平均值和標準差都較大的特點,而NO3-含量普遍較低,說明査區內農作物的污染(化肥和農藥)程度輕微;因而控制淺層地下水的化學演化路徑主要是礦物的溶解和植物的蒸騰。

將9個中層地下水水樣投在Piper三線圖上展布(見圖4),樣點展布同樣比較集中,離子以Ca2+、Mg2+、HCO3-為主;說明破碎帶埋藏淺、規模小、徑流路徑較短,化學組份充分發生了彌散混合作用;而SHK33點位出現跳躍現象,是由于該井地下水類型為裂隙水,含水層埋藏深,與地表水缺少聯系,徑流緩慢,處于封閉-半封閉狀態,可更新能力弱,導致陽離子Na++K+和陰離子SO42-+Cl-含量比例升高。由于樣點較少,分析結果存在一定的局限性。

圖4 中深層地下水Piper三線圖

5 同位素特征分析

在供水井中采取了10組環境同位素水樣進行水質分析,獲取了較為豐富的水文地質信息。工作區地下水δ18O值介于-6.6‰～-8.6‰,均值為-7.45‰,δD值介于-45‰～-58‰,均值為-50.63‰,由于補給高程、補給來源、構造性質和開采含水層深度不同,導致地下水同位素值表現出一定的差異性。

(1)由工作區目前已測試的8口供水井樣品繪制δD-δ18O關系(見圖5),可以看出所有樣點均緊靠南京大氣降雨線附近,說明査區水源地中的地下水主要來源于大氣降水,且3H最高值小于5TU,再次證明地下水為現代氣候條件下的大氣降水入滲補給,即“現代水”。

圖5 查區大氣降水的δ18O和δ2H關系圖

(2)δ2H的變化與δ18O變化具有很好的

一致性,SHK27、SHK42供水井出水量較大,說明構造顯示張性特征,有利于地下水補、徑、排,其δ18O和δ2H值就越小。而SHK03、SHK34供水井中的δ18O和δ2H值相對較大,是由于構造規模較小,地下水徑流緩慢,說明水-巖作用持久深入;這兩口井偏硅酸的含量達到了天然飲用水標準,進一步佐證了上述推斷理論正確。

存在問題主要有:水樣偏少,樣品不全,代表性不強,且在不同時間段采取的。

6 結語

(1)區域地下水主要為大氣降水補給,其次為地表水體;枯、豐季節地下水位變化較明顯,具有就地補給,就地排泄的循環特點,形成相對獨立的地下水補、徑、排水流系統;由于巖性和地形不利于大氣降水入滲,加上有限的含水層較薄,造成地下水資源貧乏,旱季群眾用水困難。

(2)第四系粘土層不利于降水入滲,孔隙裂隙水受降水變化明顯,地下水水位隨降水的增加而抬升,但變化幅度一般較小,而下伏碎屑巖紅層風化帶裂隙水水位變化與季節性變化相一致,其動態相對較穩定。

(3)調查區內水文地質條件,認為控制水源地地下水水化學變化的主要是硅酸鹽和硅鋁酸鹽地層,化學特征控制十分明顯。