某城区及周边应急水源地地下水分布特征与分析

林 栋

(广东省地质局第八地质大队，广东 梅州 514089)

梅州市是山区市，但人口密集，据统计，截止2010年11月1日零时梅州全市常住人口为424.013 9万人，其中市辖区的梅江区38万人、梅县区55万人，建立城市后备应急水源地刻不容缓。应急水源地是当今城市应急紧急启用的地下水供水水源地，是紧急状况下不可缺少的民生保障工程，寻找应急水源地具有非常重要的意义。寻找应急水源地的思路和方法不同于平原地区、沿海地区，需根据山区市的特殊环境寻找应急水源地。前人地质研究程度相对较低，区域地质和水文地质工作较少，但较多大比例尺的含矿带、矿区和矿山调查工作，积累了一定的基础地质、构造地质、水文地质、工程地质、环境地质等资料。2011年广东省地质局第八地质大队向省财政立项获批，经过4年时间的野外调查，结合钻探、物探、抽水试验、动态观测、样品采集及综合分析，2015年5月，完成了《广东省梅州市(梅州城区及周边)应急水源地调查评价报告》，为梅州城区及周边应急用水提供了有力保障。

1 应急水源地具备的条件

应急水源地是指因突发事件或遭遇极端气候条件下造成的严重缺水时期，可紧急启用的地下水供水水源地。地表水极易受到突发事件影响，短时间即可造成水体污染；地下水水源地由于含水层的渗透和过滤作用，突发环境事件导致地下水污染的时间较慢、影响相对滞后。地质系统的研究范围是地下水，因此寻找地下水作为应急水源地。地下水作为城市应急和储备水源，在发生突发性事故(如有毒有害化学物资泄漏)、恐怖活动、战争(化学战争、细菌战争)或地表水出现大范围污染的情况下投入使用。应急供水水源地具备以下几个条件：

(1)应急水源地地下水的埋藏、分布、水量和水质必须经勘查探明，并有区内地下水长期开采资料为依据，开采含水层分布稳定，储有丰富的地下水资源，动态稳定。

(2)地下水质量应符合国家标准《地下水质量标准》(GB/T 14848-93)Ⅲ类、《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的水质要求，若地下水有不同程度的天然异常，可通过适当的水处理除去，使之能达到要求。

(3)开采含水层(段)上的隔水层要有足够的厚度，隔水防污地质条件优良。

(4)应急水源地靠近供水区域，适合集中开采。

2 地下水类型及寻找应急水源地思路

2.1 地下水类型

根据梅州城区及周边调查区(以下简称调查区)地下水形成的自然条件、赋存特征、运移规律及岩性的差异，地下水类型分为：松散岩类孔隙水、基岩裂隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水三大类型。其中基岩裂隙水根据岩组特征和裂隙差异分为红层裂隙水、层状岩类裂隙水和块状岩类裂隙水3个亚类。

2.2 寻找应急水源地的思路和方法

梅州市有自己独特的自然环境，寻找应急水源地的思路和方法不同于平原地区、沿海地区，需根据山区市的特殊环境寻找应急水源地。调查发现松散岩类孔隙水富水性贫乏，局部中等，基岩裂隙水，富水性贫乏～中等[1]，以贫乏居多、局部中等，因此，作为应急水源地，松散岩类孔隙水、基岩裂隙水供水意义不大。一提起岩溶，大家立即会联想到地面塌陷，的确需要慎重，调查区岩溶面积虽不大，但多分布在人口集中的盆地中，且水量较丰富，富水性中等～丰富，极少数为贫乏，在确保适度有序安全的情况下，碳酸盐岩类裂隙溶洞水比基岩裂隙水更有集中供水的意义。针对梅州城区及周边矿山较多的特点，存在较多废弃的矿井，矿井内贮存着地下水体，且水量丰富，只要水质达标也具有集中供水的意义。

2.3 岩溶水的赋存、分布和特征

岩溶水的赋存和分布受岩性、构造、地貌及水动力条件等因素的控制。它主要赋存于早二叠世栖霞组和中晚石炭世壶天群碳酸盐岩类中，分布较零散。主要分布在葵岗、南口、城东、丙村、建新、石扇等盆(谷)地，总面积45 km2(含上覆第四系面积)，占调查区总面积的9%。调查区岩溶出露情况有裸露型、覆盖型、埋藏型，以覆盖型岩溶水为多，含水岩组为栖霞组灰岩和壶天群灰岩。第四系覆盖层厚6.05～31.00 m，岩溶发育深度11.30～93.50 m。在岩溶地区集中布置钻孔，共施工15个钻孔，只有2个钻孔涌水量小于100 m3/d而未建成应急备用井，其余钻孔出水量较可观。成井钻孔中，最大单井涌水量达2 018.698 m3/d，最小单井涌水量125.367 m3/d。调查岩溶泉点15个，最大流量55.040 L/s，最小泉流量0.199 L/s。在岩溶区，调查地下开采矿山23个，矿井52个。根据国家地质总局《综合水文地质图编图方法与图例》(试行)[2]中的划分标准，结合调查区实际情况，岩溶水富水性按钻孔单井涌水量和泉流量可分为丰富、中等、贫乏3个等级：单井涌水量大于1 000 m3/d或泉流量大于100L/s为丰富，单井涌水量100～1 000 m3/d或泉流量10～100 L/s为中等，单井涌水量小于100 m3/d或泉流量小于10 L/s为贫乏。

3 应急水源地的分布

根据应急水源地具备的条件、寻找应急水源地的思路和方法，通过调查研究，在梅州城区及周边应急水源地调查区(面积522 km2)内，圈定了6处地下水应急水源地，分别为：南口盆地、葵岗盆地、沟湖覆盖型岩溶区、石扇盆地、建新盆地和汾水断裂带，均属岩溶水。其中南口盆地、沟湖覆盖型岩溶区、石扇盆地，是以覆盖型碳酸盐岩类地下水为主的水源地；葵岗盆地、建新盆地，是以裸露型碳酸盐岩类地下水为主的水源地；汾水断裂带，是位于裸露型碳酸盐岩中的构造水为主的水源地。6处地下水现已有供水工程的供水能力为3.662 6万 m3/d，充分开发利用后的可供水量为7.112万 m3/d，地下水水源地级别为大型。建成应急备用井15眼(施工建成13眼，利用废弃矿井建成2眼)，总涌水量为7 707 m3/d(5 m降深、203 mm口径的单井涌水量总和)。利用废弃矿井作为应急水源地，是梅州山区应急水源地的最大特色，经初步估算，储存量达百万立方以上，水质总体良好，可作为应急供水的水源。总体情况见表1。

表1 梅州市城区及周边应急水源地供水水文地质条件

应急情况下可投入的井数包括两部分：应急备用井、可有偿临时征用，总出水量为应急备用井+可有偿临时征用。其中可有偿临时征用包括：调查机井(眼)、废弃矿井(眼)、正在地下开采的矿山(个)、调查泉(眼)。

4 应急供水水源地的地下水环境质量特征

4.1 应急供水水源地分布特征

松散岩类孔隙水主要分布在梅州城区梅江一级阶地、丙村圩镇梅江一级阶地、南口盆地和石扇盆地中央低洼地带第四纪松散岩层中，总面积89.33 km2，富水性贫乏～中等，允许开采量为0.742万 m3/d。因其水量小且位于人口密集的城区或圩镇，不具备集中开采的潜力，只作为当地分散式小规模开采利用。

基岩裂隙水分布于广大山区，调查区大面积分布，总面积384.54 km2，富水性贫乏～中等，允许开采量为16.326万 m3/d。虽然其允许开采量较大，但调查区未发现其地下水富集地带，且多处在偏僻深山，难于开发利用，未将其圈入地下水应急供水水源地范畴。

碳酸盐岩类裂隙溶洞水(岩溶水)，主要分布在P1q和C2+3ht灰岩中，该类地下水有以下特征：灰岩分布面积0.15～12.26 km2，层厚110～674 m，具有一定规模的富水储水空间；灰岩地层均处在地势低洼地段，且四周群山环绕，汇水面积2.20～66.09 km2，能接受较大的基岩裂隙水侧向补给；灰岩地层岩溶发育，从施工成井的13个钻孔统计，线岩溶率达到8.99%，具有良好的导水、储水能力；灰岩地层分布均处在村镇，且距离梅州城区较近，有较好的供水基础设施。

结合以上各种地下水的特征，圈定了6处地下水应急供水水源地，5处为岩溶水，1处为位于裸露型碳酸盐岩中的汾水断裂带构造裂隙水，具有埋藏较浅，富水性中等～丰富，补给水源充足，水质较好，含水层上覆盖层较厚，多为冲洪积层黏土和粉质黏土，防污染水文地质条件良好。总体上环境水文地质条件良好，具备集中供水水源地的基本要求。地下水环境质量综合分区见图1。

图1 地下水环境质量综合分区图

4.2 地下水环境质量评价

地下水环境质量评价，根据水化学特点和资料多寡，选择25项既有标准可依又对人体健康关系密切的指标参加评价[3]，评价项目见表2。评价按国家标准《地下水质量标准》(GB/T 14848-93)[4]进行。

地下水质量级别划分表按《地下水质量标准》(GB/T 14848-93)给出的表，根据综合评价分值F值，如表2规定F范围值方法划分地下水质量级别。

根据《地下水质量标准》(GB/T 14848-93)的评价方法，将地下水按质量划分为5类：Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类(表2)。按上述方法及标准对区内地下水进行单项评价和综合质量评价，结果列于表2及表3。

表2 地下水质量级别与地下水环境质量综合评价成果

表3 地下水环境质量单项组分评价成果统计

根据在枯水期和丰水期釆取的水样分析结果，应急水源地在枯水期、丰水期水质除了总Fe、NH4+、NO3-、NO2-和pH指标变化稍微大一点外，其余的各项指标变化不大，基本稳定。

圈定的6处地下水应急水源地片区水质类型，汾水断裂带为Ⅳ类，其余片区均为Ⅱ类。汾水断裂带水质中砷、锰、锌含量普遍较高，并存在多处超标现象；其余片区则为pH值、氨氮、铁、锰、铝等存在个别超标现象，总体水质良好。

地下水质量优良的Ⅰ类水占28.57%、良好的Ⅱ类水占22.86%、较好的Ⅲ类水占0%、较差的Ⅳ类水占47.62%、极差的Ⅴ类水占0.95%。导致大面积出现Ⅳ类水的主要原因为大量水样pH值小于6.5的界限值，因pH值超标而被划入Ⅳ类水的水样共28组，占Ⅳ类水水样的56%。调查分析工作区内大量水样pH值偏低的原因为天然异常。

圈定的6处地下水水源地均在灰岩地层，为保证适度有序集中应急开采地下水，避免恶意事件的发生，现针对各水源地预测的环境水文地质问题及地下水开采技术条件，进行相应的地下水开采风险分析。葵岗盆地、石扇盆地、建新盆地、汾水断裂带早年有地下开采的石灰石矿山，过度开采易引发地质环境问题，但目前基本都已闭坑，目前只有汾水断裂带还有一家石灰石矿山在开采。

5 结语

(1) 梅州城区及周边应急水源地地下水可开发利用的主要含水层为中晚石炭世壶天群、早二叠世栖霞组灰岩赋存的岩溶水，属覆盖型或裸露型碳酸盐岩类地下水，以及裸露型碳酸盐岩中的汾水断裂带构造水。

(2) 梅州城区及周边圈定了6处地下水应急水源地，6处地下水现已有供水工程的供水能力为3.662 6万 m3/d，充分开发利用后的可供水量为7.112万 m3/d，地下水水源地级别为大型。建成应急备用井15眼(施工建成13眼，利用废弃矿井建成2眼)，总涌水量为7 707 m3/d(5 m降深、203 mm口径的单井涌水量总和)。梅州城区及周边地下水环境质量优良的Ⅰ类水占28.57%、良好的Ⅱ类水占22.86%、较好的Ⅲ类水占0%、较差的Ⅳ类水占47.62%、极差的Ⅴ类水占0.95%。圈定的6处地下水应急水源地片区水质类型，汾水断裂带为Ⅳ类，其余片区均为Ⅱ类，总体水质良好。

(3) 利用丰富的岩溶水作为应急水源地，是梅州山区应急水源地的一大特色；利用废弃矿井作为应急水源地，是梅州山区应急水源地的最大特色，经初步估算，储存量达百万立方以上，水质总体良好，可作为应急供水的水源。为今后应急水源地的开发利用提供了借鉴作用。

(4) 由于财政经费，相邻周边没有续作，有待下一步应急水源地调查评价工作。