安徽淮北平原水文地质条件与供水引发的环境地质问题分析

汪超培，计 岭

(安徽省煤田地质局水文勘探队，安徽 宿州23400)

安徽淮北平原东接江苏，西临河南，北接山东，南以淮河为界，为黄淮平原的一部分。行政区划包括阜阳市、亳州市、宿州市、淮北市全部，淮南市、蚌埠市大部分共27个县(市、区)，总面积约3.8万 km2。

1 含水层分布特征

安徽淮北平原为黄淮泛滥作用形成的冲积平原。除北部萧县、濉溪、宿县东北部灵壁、泗县一带，主要由震旦、寒武、奥陶和石炭系岩层出露地表，构成构造剥蚀低山、残丘外，绝大部分被第三、第四系松散层覆盖，地面标高20～50 m。

本区自第三纪以来，长期处于以下降为主的震荡性升降运动之中，古地貌形态与新构造运动控制着区内新生界松散沉积物的厚度、岩性变化和分布状况，在平面上总趋势是从东向西波状起伏向西部阜阳、太和沉降中心增厚，松散沉积物的厚度、岩性和分布特征又控制着区内地下水的补给、径流和排泄条件，构成了黄淮大盆地水文地质单元内独特的淮河盆地水文地质区。按其古地貌形态和水文地质特征的差异，又划分为四个亚区(图1)。

Ⅰ东北部低山、残丘间冲积平原水文地质区;Ⅱ中部基岩岛状冲积平原水文地质区;Ⅲ南部第三、第四系沉降凹陷水文地质区;Ⅳ西部(北部)第三、第四系沉降中心(盆地)水文地质区。

Ⅰ区第四系松散层厚度小，一般为10～80 m，主要为浅层水和灰岩含水层，地下水运动和径流条件好，多处于积极交替循环环境之中，水质普遍较好，矿化度低，适合饮用。Ⅱ区松散层厚度变化大，一般为50～350 m。由于区域性宿北断层的存在，阻隔了灰岩含水层地下水在水平向上的运动和循环条件，使水量、水质南北部有明显不同，南部灰岩各含水层(组)水质普遍变差，矿化度增高，不符合饮用和工业用水要求。

Ⅲ、Ⅳ区内基岩被第三、四系松散层覆盖，各期沉积物均有分布，厚度较大。尤其是西部阜阳、太和一带沉积的厚度达500～700 m，使岩溶裂隙地下水运动和循环条件更差，处于封闭的地球化学环境之中，水质差，矿化度高达3 g/L以上。

图1 淮北平原淮河盆地水文地质分区

2 地下水化学特征

根据地层岩性、含水介质和埋藏条件区内的含水层划分为松散岩类的孔隙水和灰岩岩溶裂隙水。

2.1 松散层孔隙水水化学特征

浅部地下水(30 m以浅)水化学类型呈北西～南东向带状分布。除萧、砀地区因受予东盐渍化影响和硫酸盐水长期浸染，造成水质差、类型复杂和规律性不太明显外。南部广大地区普遍为重碳酸盐类淡水，矿化度＜1 g/L。按其阴、阳离子含量不同规律变化明显，阴离子HCO3－含量高而稳定，以HC为主，S和CL－次之。阳离子含量在水平方向上，因平原微地貌和地下水径流条件影响，从东向西变化总趋势为 Ca2+·Mg2+→Ca2+·Na－→Na+·Ca2+。

依据地形、岩石性质、水化学类型、矿化度、阳离子直换关系及水动力条件，浅层水的水化学基本特征是自盆地边缘地中心变化规律明显，并初步划分三个水动力带(或水化学带):

A.潜水积极交替的HCO3－·CL－→Ca2+·Mg2+水带，矿化度 0.5 ～0.8 g/L;

B.潜水比较缓慢的HCO3－·CL－→Mg2+·Na+水带，矿化度0.8～1g/L;

上属各带表明，从盆地边缘向盆地中心阳离子直换变化规律是:Ca2+·Mg2+→Mg2+·Na+→Na+·Mg2+，主要阳离子置换关系是Ca2+·Mg2+→Mg2+→Na+。水的总矿化度亦是逐渐增高的，即从 0.5 ～0.8→0.8 ～1.0→1.0 ～1.4 g/L。

中部地下水(50～150 m)由于埋藏条件和含水类型不同，水化学基本特征受沉积环境控制明显，从水质资料分析表明:阳离子在区域内稳定为Na+·Ca2+→Mg2+，其中Na+为主。由东向西阴离子成分为HCO3－·SO4

2－·CL－→·CL－·HCO3－变化;矿化度由 0.48 ～0.98→1.18 ～1.9 g/L。总硬度 17.77 ～25.40→20.82 ～42.63 德国度。上述阴阳离子含量，矿化度和总硬度变化，反映了地下水运动条件不同。

深部地下水(150 m以下)水化学特征是从盆地边缘向盆地中心有规律变化，阳离子以Na+为主，阳离子规律变化，即Na+·Mg2+·Ca2+→Na+·Ca2+·Mg2+;阴离子 HCO3－··CL－→SO42－··CL－→SO42－·CL－·HCO3－;矿化度 0.46 ～0.69→1.42 ～3.64→ ＞3(克/升);总硬度 19.29→27.96→116.87 德国度。

2.2 灰岩岩溶裂隙水水化学特征

区内的岩溶裂隙地下水赋存于奥陶系和石炭系太原组岩溶裂隙中，水化学既有垂直分带性(由浅至深)，也有水平方向上分带性(山区至平原)。尤其是区域内东西向宿北断层对灰岩水运动条件起了阻塞作用的结果，使断层南、北水质类型、矿化度、总硬度等方面均有一定差异，其在水平方向上变化为:

①奥陶系灰岩水从北部灰岩出露补给区重碳酸钙镁水向平原区径流为硫酸岩镁钙水，矿化度从0.3～0.5→0.5～1→1.3～3.68(g/L);总硬度 12.86 ～20.19 德国度→13.81～28.43德国度→30～127.61德国度。

②太原组灰岩水从北向南变化是重碳酸～硫酸盐钙镁水到硫酸盐～氯化物镁(钠)钙水。阴、阳离子置换关系是:HCO3－·SO42－→SO42－·CL－、Ca2+·Mg2+→Mg2+·(Na+)·Ca2+;北部HCO3－＞SO42ˇ、Ca2+＞ Mg2+，以HCO3－、Ca2+为主;南部 SO42－＞CL－＞HCO3－，Mg2+(Na+)＞Ca2+，以 SO42－、Mg2+(或 Na+)为主;矿化度从 0.5 ～1(g/L)→1.14～3.60(g/L);总硬度从 14.87 ～24.26 德国度→38.25～99.54德国度。

3 供水引发的环境地质问题

地下水资源是淮北地区城镇居民及工农业生产的主要供水水源。由于大规模开采已引发了一系列的环境地质问题。

3.1 抽取深层孔隙水引发地面沉降

淮北平原松散沉积层中深层地下水均处于封闭状态，补给困难。以阜阳市等城镇为中心大规模开采深层地下水，使得区域地下水位持续下降，使松散地层产生了等效附加应力效果，导致土层有效应力增加，破坏了原有的水、土平衡状态，造成孔隙水压力转嫁于含水层骨架，加大了含水颗粒间的有效应力，使含水层本身排水压密，产生弹性变形;同时由于含水层顶底板的粘性土中的结合水产生向含水层的渗流，导致粘性土固结，出现程度不同的塑性变形或永久变形，从而引发了严重的地面沉降。据报道阜阳市地面沉降中心目前的最大累计沉降量已达1.6 m。

3.2 抽取岩溶水引发水质恶化与岩溶地面塌陷

淮北市为我国著名的5大煤炭生产基地之一，因地表水缺乏，城市供水主要依赖于开采岩溶地下水，随着煤炭大规模的开发及相关产业的迅速发展，地下水开采量逐年增加，全市目前开采井已达280眼。目前地下水平均日开采量约28万m3，形成了以原淮北发电厂、市区、高岳、三堤口4个漏斗降落区，漏斗中心最低水位标高已降至海拔约15至14 m，深埋48.50 m，局部地区枯水期出现吊泵现象，地下水总硬度与总矿化度逐年升高，水质质量标准大幅度下降，严重存在着岩溶塌陷现象。以淮北二电厂水源地为例，岩溶水的开采，致使著名的华家湖干涸。

抽取裂隙岩溶水引发的岩溶塌陷问题也开始在淮北市及其周边出现。萧县孙圩乡孙东村、淮北市烈山镇清谷村高速公路两侧、濉溪县刘桥镇赵楼村，分别因开采或疏排裂隙岩溶水发生岩溶塌陷。

4 结论

淮北平原水文地质条件复杂，合理开发利用地下水资源，需要立足于淮北平原的实际，立足于社会经济可持续发展的全局，在正确认识淮北平原地下水资源和地下水环境的基础上，统筹考虑各个方面的因素，制定科学、合理的地下水资源开发利用和地下水环境保护方案。