凉泉水源地水文地质特征及地下水资源评价

张贤良

(河南省第一地质勘察院，河南 南阳 473000)

凉泉供水水源地位于内乡县城西侧湍东镇凉泉村，离县城约4 km，主要抽取碳酸盐岩类裂隙岩溶水，呈 NWW向延伸条带状。由于地层岩溶、裂隙及断裂的存在，使其富水性较强，泉流量大，它是该水源地的主要岩位。

1.1 岩溶发育形态特征

碳酸盐岩类的岩溶发育程度和裂隙岩溶水的富水性与所处的地形、地貌、地质构造等条件有着密切的联系，空间上有一定的组合规律，不同的组合类型，在不同的发展阶段岩溶有着各异形态。

该区段碳酸盐岩类主要由元古界震旦系灯影组(Z2dn)组成，岩性为白云质大理岩、硅质白云岩，呈条带状展布。此含水岩组呈棕红色、灰白色，碳酸盐岩裸露较纯，岩溶发育较强，以溶隙、溶孔、溶沟为主，形状不规则。溶隙、溶沟一般沿节理和裂隙发育，局部密集成带，裂隙宽10～30 cm，这样极度利于地下水的赋存。

1.2 裂隙岩溶水的富集规律

工作区裂隙岩溶水的富集同样是以岩性为基础，地质构造起主导因素，而地形、地貌、气象、水文则是裂隙岩溶水形成的重要自然条件。

1.2.1 碳酸盐岩类含水层富水性

含水岩层为元古界震旦系灯影组，主要岩性为糖粒状白云质大理岩、白云岩，位于荆关 －师岗复向斜的北翼呈条带状展布，所以区段内含水层中的裂隙、层面、断裂构造，均为岩溶发育提供了有利条件，是区域性岩溶地下水赋存岩位之一。泉流量0.039～110 L/s，水化学类型为 HCO3－Ca·Mg型，矿化度小于 0.5 g/L。

1.2.2 相对隔水层的接触带上裂隙岩溶水的富集

含水岩层(Z2dn)与相对隔水层(Pt3m)的接触带上，因为岩溶地下水的运移受阻，使其位于接触面一侧的裂隙岩溶水易于富集，并且在地形适宜处溢出地表。

1.2.3 构造控制裂隙岩溶水的富集

主要表现为断裂带阻水，断裂呈压扭性，断裂带可作为地下水垂直渗透和横向运移的通道，从而沿断裂形成地下水富集地带。地下水沿断裂带及两盘发育的节理、裂隙进行溶蚀作用，形成岩溶发育带。加上非可溶岩(隔水岩层)的阻水作用及构造因素，使岩溶水运移至此受阻，沿断裂呈线状泄出成泉，伴有较多气泡冒出，成为上升泉，流量单泉流量73.3 l/s，动态较为稳定，受季节性影响变化不甚明显，是一个岩溶大泉，使断裂带地下水得以排泄，这样更加快了断裂带的溶蚀速度。

1.2.4 岩溶发育垂向变化规律

根据1:20万内乡幅区域水文地质普查报告及钻探揭露，由于该区段经受了多期次的构造运动，地壳运动出现多阶段的上升及稳定交替特征。在相对稳定时期，降水沿碳酸盐岩层面及断裂构造下渗。岩溶形态多为溶隙及溶孔，而在水位变动带水平方向的岩溶强烈发育，构成侵蚀基准面，而侵蚀面以下岩溶发育微弱。区域上升期，岩层相对上升，地下水下渗在相应位置加强又一期岩溶发育带，经过多期次这样往返，岩溶发育在垂直方向出现有规律的变化，致使岩溶发育也具有成层性。在剥蚀、侵蚀丘陵地区，地形切割较弱，地表迳流也较慢，有利于岩溶水渗透，岩层中地下水运动强烈，水交替作用强，对地下水的补给、储存都十分有利，垂向及水平方向岩溶发育强烈。

1.3 地下水补给、迳流与排泄

工作区内裂隙岩溶水属于气象动态型，和降水量密切相关，丰水期泉流量骤然增大，枯水期泉流量有所减少，因此，裂隙岩溶水的主要补给来源为大气降水，补给方式以直接渗入为主，次为间接补给和侧向补给。在裂隙岩溶分布区，含水岩组为裸露型，其地下岩溶连通性较好，它具有迳流途径短、速度快、强度大的特点，接受大气降水补给后，在重力作用下，首先依地形呈散状运移，再沿断裂构造、溶蚀裂隙、溶孔由NWW向SEE方向迳流，于沟谷地段或断裂破碎带处汇集，在地形、地貌条件适宜处以泉水溢出，构成完整的地下水补给、迳流、排泄系统。

1.4 水质及动态特征

1.4.1 水质

凉泉供水水源地处于低山地形中，由于侵蚀构造强烈，溶蚀地形发育，接受大气降水的入渗补给，水交替强烈，溶滤时间短，矿化度较低，一般小于0.5 g/L，其水化学类型简单，为重碳酸钙镁(HCO3－Ca·Mg)型水，其物理特征为无色、无味、无嗅、无悬浮物，pH 值 6.90。总硬度 310.3 mg/L，属于低矿化淡水，水温18℃，水质纯净、优质，不须处理完全符合国家颁布的生活用水卫生标准，极其适宜饮用。

1.4.2 动态特征

由于构造裂隙、溶蚀现象明显，连通性好，因此，岩溶地下水的动态变化与大气降水有关，枯水期缺失的水量能够得到平、丰水期的调节补给，地下水有以丰补歉的调节能力，使水位均有不同程度的回升。通过对凉泉进行动态观测，观测时间2003年3月－2003年5月，历时46 d，采用矩形堰和三角堰观测凉泉流量，流量变化不甚明显，基本上处于稳定区段。

1.5 水文地质试验

1.5.1 探采井抽水试验基本情况

(1)目的

本次勘察抽水试验的主要目的是:来初步求取元古界震旦系(Z2dn)碳酸盐岩类裂隙岩溶水的水文地质参数，了解含水层不同方向渗透性能。

(2)井(孔)布置

采用“探采结合”的原则，探采井井身结构均按生产井要求进行，钻孔间距，成井工艺，既满足长期供水需要，又兼顾勘探要求。

探采井主要布在湍东镇凉泉村，共布置探采井两眼，孔间距为75 m，观测井以抽水井或民井代替。两眼探采井的井深分别为 S1150.00 m、S2150.30 m，井径 Φ273 mm，上部下入Φ273 mm钢管及同径桥式滤水管。下部为裸孔。

1.5.2 试验方法及实施情况

(1)试验方法

抽水试验采用单孔稳定流抽水试验和单孔非稳定流抽水试验，来初步取得水文地质参数，观测频率均按国家颁布的相关供水水文地质勘察规范进行。本次施工抽水井均按生产井考虑，能够满足水泵下入的要求，抽水设备均采用电潜泵，水位观测用电测水位计，用三角堰测流量，用常用温度计观测水温和气温，测线采用皮尺核定及测量。

(2)实施情况

为取得单孔水文地质参数，钻孔结束后，对每眼探采井均作单孔稳定流抽水试验，抽水时间65个 h，观测频率按规范执行。S1井于2003年4月29日9时20分－2003年4月30日17时30分，历时32小时10分，测得动水位埋深13.90 m，单井井涌水量 84.64 t/h，自流量 12.3 t/h;S2井于 2003年5月21日8时－2003年5月22日17时30分，历时33小时30分，测得动水位埋深 1.80 m，单井涌水量 95.59 t/h，自流量57.89 t/h。非稳定流抽水试验于 2003年 5月25日 9时－2003年5月27日13时进行，其目的在于通过非稳定流抽水试验来取得准确的水文地质参数;掌握含水层的补给条件及供水前景，确定抽水井之间的合理间距，为下一步布置群井打下基础。S2为抽水井，S1为观测井，经过15个小时的非稳定流抽水试验，S1探采井仍然自流，水量稍微有变化，说明探采井布设合理，抽水井的流量来自地下水的迳流，其次反映含水层导水性能良好，不同方向渗透性能的差异性。单孔稳定流抽水试验结束后，进行恢复水位观测，两眼井地下水位恢复很快，更一步表明该区段裂隙岩溶水补给充沛，含水层导水、渗透性能良好的特征。

2 地下水资源概算与分析

2.1 地下水资源量概算参数选择

2.1.1 计算边界

西至淅川县城东，东到凉泉，北以上元古界马头山组或压扭性断裂为界，南以古生界奥陶系中统隔水岩组为界。

2.1.2 计算方法

采用地下迳流模数法、大气降水入渗法及岩溶泉水流量汇总法三种方法。

2.1.3 计算参数选择

(1)多年平均降水量，据内乡县水文站资料，其多年平均降水量为782 mm。

(2)降水入渗系数(α)、地下水迳流模数(M)，均参考1:20万内乡幅水文地质普查报告。

(3)计算面积(F):在1:5万水文地质图上量取。

2.2 裂隙岩溶水天然补给量计算

2.2.1 地下迳流模数法

Q迳=86.4 MF

式中:Q迳为地下水迳流量(m3/d);M为地下水迳流模数(l/s·km2);F为含水层分布面积(km2)

2.2.2 大气降水入渗法

Q降=α·P·F·106/365

式中:Q降为大气降水入渗量(m3/d);P为多年平均降水量(m)，取0.782;α为入渗系数;F为补给面积(km2)

2.2.3 岩溶泉水流量汇总法

根据本次水文地质调查及参考1:20万内乡幅区域水文地质图，工作区内岩溶发育较强，溶沟、溶槽、溶孔及构造裂隙明显，凉泉是岩溶地下水的一个排泄口。经过对凉泉历时46天的动态观测，采用矩形堰观测流量。各含水岩组泉水汇总如下:

1)震旦系灯影组(Z2dn):24 663.38 m3/d

2)寒武系中、上统(∈2+3):6 882.80 m3/d

3)奥陶系下统(O1):5 061.31 m3/d

总计:36 607.49 m3/d

以上三种方法计算结果，其裂隙岩溶水天然补给总量依次为 61 586.74 m3/d(地下迳流模数法)、61 316.58 m3/d(大气降水渗入法)、36 607.49 m3/d(岩溶泉水流量汇总法)。综合各含水岩组的分布规律、地形地貌条件及淅川供水水源地资料，震旦系灯影组(Z2dn)及奥陶系下统(O1)以岩溶泉水流量汇总法计算结果应较为可靠，即震旦系灯影组(Z2dn)天然补给量取 24 663.38 m3/d，奥陶系下统(O1)取5 061.31 m3/d。而寒武系中、上统(∈2+3)含水岩组，参照淅川供水水源管井资料，其地下水迳流模数法计算结果偏高，所以大气降水渗入法计算的结果6 125.31 m3/d，较为适宜。因此，三个含水岩组天然补给总量约为35 850 m3/d。

3 供水水源地经济技术分析

3.1 从水量方面考虑

通过野外水文地质调查，地球物理勘探，水文地质钻探及岩溶地下水资源量概算，凉泉供水水源地含水岩组的天然补给量为 24 663.38 m3/d，能满足县城日供水 15 000～20 000 m3的规模。

3.2 从水质方面

探采井抽水试验结束后，采集水样2件，送交南阳市卫生防疫站及地勘一院测试中心进行水质测试，经测试24项指标均满足国家颁布生活用水的卫生标准，其地下水水质呈无色、无味、无嗅，属于低矿化度淡水， 水化学类型为重碳酸钙镁型水(HCO3－Ca·Mg)，水质优良，并含有多种对人体有益的微量元素，无须处理即可饮用。

3.3 地下水资源可靠程度

凉泉供水水源地，经采用三种计算方法，分别进行地下水天然资源量概算，据含水岩组的分布规律，地形、地貌条件，岩溶泉水流量汇总法计算结果可靠，并且10～150 m岩溶水具有较大的储存资源，因此，在该区段现状条件下开采15 000～20 000 m3/d水量是有保证的。

4 结论与建议

1)内乡县凉泉供水水源地位置及类型，位于县城西湍东镇凉泉村，主要抽取上元古界震旦系碳酸盐岩类裂隙岩溶水，属于中型水源地。

2)经过对区域进行水文地质测绘，水文地质钻探及地球物理勘探等工作，初步查清了工作区内地下水的供水水文地质条件，水源地水文地质类型为裸露岩溶型。

3)凉泉供水水源地的主要含水层为上元古界震旦系灯影组(Z2dn)白云质大理岩、白云岩，其地表岩溶发育，岩溶形态不同，多呈溶沟、溶槽、溶孔及构造裂隙，为岩溶地下水的运移及储存提供了良好的场所。

4)共布置探采井 2眼(S1、S2)，累计钻探进尺 300.30 m。经过对探采井抽水试验，说明井距布局合理，达到了预期目的。

［1］河南省地质矿产厅第二水文地质工程地质队编制内乡幅.区域水文地质普查报告.(1:20万).

［2］河南省地矿厅第四地质调查队在1998年编制1:5万.区域地质调查报告.