成都市丘陵区典型小流域红层地下水特征分析

陈亚峰，李书明，闫波，罗永康，贾志宏

(成都市地质环境监测站，四川 成都 610094)

成都市位于四川省中部，四川盆地西部，由盆地东部龙泉山低山深丘区和金堂县沱江以东丘陵区、中部成都平原区、西部龙门山和邛崃山区所组成，东西长192 km，南北宽166 km，总面积12 390 km2。成都市红层区面积为4 075.42 km2，占全市面积约1/3，覆盖了全市11个区(市)县的 94个乡(镇)[1－3]，成都市红层分布范围见图 1。

图1 成都市红层分布图

自2008年红层找水打井工程完工后，成都市地质环境监测站从2009年至今几乎每年开展成都市红层水井回访调查工作，并于2014年在青白江清泉镇五桂村、新津县普兴镇柳江村、龙泉驿区茶店镇龙泉湖村建设三口长观监测井，采用Mini－Diver小型地下水半自动监测仪测取地下水水位、水温数据变化，且每月取样做水质调查，拟掌握丘陵区红层地下水动态特征变化，对红层地下水利用过程中出现的问题提出建议，进一步提高红层地下水资源利用[4－5]。

1 监测区概况

本文选取青白江区清泉镇五桂村长观监测井#SJ01，该井位于殷家沟小流域下游凹槽处，深度为40 m，井孔直径约168 mm，高程为492.5 m，为生活民用井，图2为监测井地理位置图。监测井东侧约140 m处为殷家沟，该沟近南北向展布，谷宽20～60 m，上游谷窄坡陡，下游山前地带沟谷相对较宽，其流量随季节变化较大，同时也是该区地表水及地下水的主要排泄路径。监测点属龙泉山区深丘低山与山前浅丘地貌的过渡带，海拔480～560 m，相对高差达80 m左右，属中丘地貌类型，监测井地形地貌见图3。

图2 #SJ01地理位置图

图3 #SJ01地形地貌图

监测区出露的地层岩性主要为白垩系夹关组 K1－2j砂岩、泥岩，其砂质主要是石英，含部分长石;胶结物以泥、砂为主，化学胶结物主要为硅质、钙质和铁质心。砂岩多为碳酸盐胶结，富含钙质。泥岩含砂质，普遍含钙质，且常含脉状、薄层状及斑块状石膏。红层地下水赋存类型主要为网状基岩分化带裂隙水，受裂隙发育影响，地下水赋存具有不均一性，地下水赋存除受基岩分化带影响外还与地形地貌、地层岩性、地质构造等影响。[6－8]

监测区红层地下水分布普遍，一般在地形限定的小流域范围内就地补给、就近排泄，构成相对独立的地下水补给、径流、排泄系统，相互缺少联系。监测区主要接受大气降雨补给，丘顶或坡顶为补给区，斜坡中下部为补给径流区，接受大气降水补给，沿斜坡向丘内沟谷底部径流，沟谷内松散层汇集地表水和两侧补给的地下水，通过蒸发和向下游径流方式排泄。径流、排泄途径主要受地层产状、裂隙发育分布、地形地貌、地质构造控制[9－10]如图 4 所示。

图4 监测点水文地质剖面图

2 地下水动态特征分析

2.1 水位、水温总体特征

水位特征:自2014年4月至11月据Mini diver采集数据显示#SJ01监测点水位埋深普遍较浅(如图5所示)，地下水埋深平均水位为 2.63 m，最大值约为4.5 m，采集时间为4月，最小值约为0.83 m，采集时间为 8月，整体趋势呈现为“稳定～上升～缓降”形态。据图5可将地下水水位埋深分为三段，其中4月～5月枯水季节，降水量小，蒸发量大，水位相对较低，其平均水位为4.44 m;6～8月初丰水季节，降水量大，地下水水位埋深浅，其平均水位为2.91 m;，经过丰水期补给红层地下水含水层逐渐趋于饱和，后期通过地下水径流排泄等方式，水位缓慢降低，但在强降雨后水位仍会明显上升，而后再缓慢下降，其水位平均值约为1.32 m。通过曲线的分析，影响地下水水位变化的直接原因是大气降水。

水温特征:据数据采集显示自2014年4月至11月监测井地下水水温的变化范围为17.14℃ ～21.06℃，峰谷值分别出现在9月和6月，曲线形态呈现为“稳定 ～上升 ～缓降”趋势，与地下水水位埋深变化曲线总体趋势呈正相关，同样可将地下水水温变化曲线分为三段。枯水期(春季)，地下水补给强度弱，地下水循环交替强度小，因此少量外界水体与地下水体混合，地下水整体温度变化较小，保持近稳定状态，平均温度约为17.68℃。丰水期(夏季)，地表水温度高于地下水温度，且受大气降雨补给影响，地下水循环交替强度大，外界相对高温水体与地下水混合后，导致地下水温度逐渐升高。伴随每次强降雨，水温上升梯度变大，在降雨补给完成后，随着地下水的排泄，温度缓慢降低，最终温度相对降雨前高，丰水期地下水温度曲线呈现为“陡增 ～缓降 ～陡增～缓降……”的规律，平均温度约为18.20℃。枯水期(秋季)，含水岩组在经过丰水期的强补给后，富水饱和，温度也趋于稳定，随着排泄过程，温度逐渐降低，下降总体趋势小，变化缓慢，在接受外界水体补给后，同样出现温度升高的现象，但上升幅度小，平均温度约为20.39℃。

究其原因，地壳表层有两个热能来源:一个是太阳的辐射，另一个是来自地球内部的热流。根据受热源影响的情况，地壳表层可分为变温带、常温带及增温带。变温带是受太阳辐射影响的地表极薄的带。由于太阳辐射能的周期变化，本带可观察到温度的昼夜、年度的周期性变化。监测区地下水类型属潜水，含水层埋深较小(一般小于6 m)，处于变温度带，因此受太阳辐射影响最大。从监测点地下水温度的变化曲线也可以看出，水温的变化趋势与气温的变化趋势较为一致，且当降水量增大时，地下水循环增强，使之与外界的联系更加密切，受气温变化的影响更加明显。因此，该监测点的温度数据主要反映变温带的变化规律，影响地下水温变化最直接的因素是气温和大气降水。

图5 #SJ01水位、水温变化拟合图

2.2 水位、水温变化关系分析

通过观察监测点水位、水温变化拟合曲线可知，当水位起伏较大时，水温的变化也较大，水位趋于平缓的时候，温度变化也较小(见拟合图6)。监测井为生活用水井，每天都会进行抽水，通过监测发现，大多情况下，伴随每次抽水，水位下降，水温上升(见6月17日～7月1日监测图6)。咎其原因:(1)抽水后，含水层中地下水对向井内进行补给，补给水体温度高于孔内原有水体，至总体温度升高;(2)水泵的机械运动，产生一定热量，会导致水体温度升高。局部也会出现水位下降，水温下降的情况，初步推断原因为含水层水体在该时间段受外界影响，温度较低，补给水体与之混合后，总体温度下降，具体原因还需进一步查明。

图6 6.17～7.1水位、水温监测图

2.3 根据水位变化分析地层渗透系数

通过对监测井进行了抽水试验，得出含水层渗透系数，对监测井持续抽水1小时，一共分两次降深进行，分别为1.41 m、0.3 m，单位稳定涌水量分别为 6 m3/d、1.27 m3/d，恢复水位观测到试验前静止水位。抽水试验为完整井稳定流抽水试验，采用的计算公式如下:

式中:R为影响半径(m);K为含水层渗透系数(m/d);S为抽水孔降深值(m);Q为抽水井涌水量(m3/d);q为单位涌水量(L/s·m);H为含水层厚度(m);r为抽水孔半径(m)。

按上述公式计算，得到上部含水层水文地质参数成果如下表1。ST－QT曲线见图7。

表1 单孔稳定流抽水试验及水文地质参数计算成果表

图7 水位变化曲线

4 结语

本次研究首次在成都市红层丘陵区采用地下水自动监测设备Mini Diver，对成都红层水井水位、水温进行动态监测，并通过每月的数据采集获取监测井地下水动态资料，为合理利用红层地下水资源提供了科学依据。依据地下水动态监测资料显示，成都市红层地下水水位变化具有明显的季节变化特征，表现为枯季水位低、丰水期较高，地下水受降雨因素影响明显。地下水位微动态观察数据表明，红层水井在用户抽水后，井水位会产生快速下降，在3－5个小时后会恢复水位。

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