湖北省地下水资源缺乏成因分析与防治对策建议

李智民， 谭光超*， 徐 承， 夏春梅

(1.湖北省地质局 水文地质工程地质大队，湖北 荆州 434020； 2.湖北省地质局，湖北 武汉 430022)

湖北省地处华中腹地，得水而优，被誉为“千湖之省”，水资源较丰富。但由于自然条件复杂多样，地下水资源在时空分布上极不均衡，例如占全省大部分面积的丘陵山区和平原岗地中的第四系中更新统(Qp2)黏土分布区就缺乏地下水资源。地下水资源缺乏包含有两个含义：其一，无地下水资源或地下水资源量极少，即该区域内的岩类为非(弱)含水介质，如志留系(S)、泥盆系(D)页岩与砂岩、白垩系—古近系(K-E)、三叠系中统巴东组(T2b)泥岩与砂岩、第四系中更新统(Qp2)黏土，这称之为资源型地下水资源缺乏；其二，某些区域内虽然存在地下水资源，有的还较丰富，如岩溶石山地区，但因目前的开采技术条件极其困难，而造成当地人畜、农业用水极度缺乏，这称之为工程型地下水资源缺乏[1]。

地下水资源缺乏导致湖北省部分地区生态环境用水矛盾尖锐，供水工程死角地区生产生活用水困难，严重制约了当地经济社会的可持续发展，甚至危及到人们的生存环境。因此，分析总结地下水资源缺乏的成因，提出防治对策建议，对改善生态环境、解决局部缺水地区生产生活用水问题，具有十分重要的现实意义。

1 地下水资源分区及特征

地下水资源是水资源的重要组成部分，湖北省国土总面积18.59×104km2，多年平均地下水天然资源量438.74×108m3/a。根据水文地质条件，全省划分为6个水资源区。

1.1 松散岩类孔隙水水资源区

主要分布于江汉盆地冲洪积平原区、襄阳盆地，其次是汉江夹道、黄广平原，总面积54 700 km2，占全省总面积的29.4%；地下水天然资源量211.57×108m3/a(孔隙潜水128.52×108m3/a，孔隙承压水83.05×108m3/a)，扣除重复计算量后为158.33×108m3/a。

承压水是本区主要可供开采利用的地下水资源，以砂、砂砾石组成含水介质，其上部一般有5～25 m厚的黏性土。江汉平原含水层厚100～110 m，汉江两岸含水层厚10～15 m，老河口—谷城一带含水层厚8～11 m，唐白河两岸含水层厚6～24 m。钻孔单位涌水量除江汉平原多为10～30 m3/(h·m)外，其他地区一般为5～30 m3/(h·m)。

潜水分布在承压水之上，含水岩组成分主要是砂、粉土，厚度数十厘米—十几米不等，空间分布变化较大，没有大的供水意义，水量普遍<1 m3/(h·m)。

1.2 碎屑岩类孔隙裂隙水水资源区

在当阳盆地、宜昌、远安等地区分布较集中，在恩施、建始、房县、两竹、两郧、崇阳等地区的山间盆地及鄂东北地区均有小面积分布，总面积12 761 km2，占全省总面积的6.9%；地下水资源量3.5×108m3/a。

1.3 碳酸盐岩裂隙岩溶水水资源区

广泛分布于鄂西南、鄂西、郧西—丹江口一线以北、大洪山及鄂东南等地区，分布面积为44 986 km2，占全省总面积的24.2%；地下水天然资源量185.65×108m3/a。

该区由于岩溶发育程度差异极大，地下水资源量空间分布极不均衡。鄂西南、鄂西地区含水层主要是古生代碳酸盐岩，地下水资源相对较丰富，暗河、伏流屡见不鲜，泉多、流量大，暗河流量一般100～1 800 m3/h，泉流量一般40～160 m3/h。郧西—丹江口一线以北地区含水层主要是下古生代白云岩、白云质灰岩、硅质灰岩，岩溶不发育，以溶沟、溶槽、溶洞为主，泉流量一般5～70 m3/h。大洪山及鄂东南地区一带含水层主要是古生代及部分三叠系白云岩、白云质灰岩、硅质灰岩，岩溶发育中等，岩溶形态以溶洞、溶沟、溶槽为主，有少量暗河，一般规模较小，以京山空山洞规模最大，枯季流量108 m3/h，泉水流量一般4～36 m3/h。

1.4 碳酸盐岩夹碎屑岩岩溶裂隙水水资源区

主要分布于鄂西之保康、兴山、远安及鄂东南嘉鱼—黄石一线以南和大洪山大部分地区，总面积26 049 km2，占全省总面积的14.0%；地下水天然资源量31.79×108m3/a。

保康、兴山、远安地区一带含水层主要是下古生代碳酸盐岩夹志留系碎屑岩和部分岩浆岩，该区域岩溶发育，水文地质条件与鄂西南地区类似。鄂东南地区含水层主要是三叠系嘉陵江组灰岩和二叠系下统碳酸盐岩，岩溶发育多呈现垂直分带现象，泉流量一般10 m3/h左右，暗河流量一般100～500 m3/h。大洪山地区含水层以古生代白云岩、灰岩夹硅质岩、砂页岩为主，溶沟、溶槽较发育，地下暗河不发育，泉流量一般<4 m3/h。

1.5 岩浆岩、变质岩裂隙水水资源区

主要分布于鄂东北地区，包括黄冈市、孝感市北部及随州市等地区，总面积28 716 km2，占全省总面积的15.4%；地下水天然资源量4.19×108m3/a。含水层主要包括太古界、元古界片麻岩和部分侵入岩(以花岗岩为主)，区内出露大量泉水，流量一般<1 m3/h，少数泉流量可达2～11 m3/h。

1.6 变质岩裂隙水水资源区

主要分布于鄂西北青峰断裂以北广大地区，总面积18 688 km2，占全省总面积的10.1%；地下水天然资源量2.04×108m3/a。含水层主要由元古界片岩组成，泉流量一般<0.5 m3/h，供水意义不大。

2 地下水资源缺乏特征

2.1 地下水资源缺乏程度分级

本次地下水资源缺乏评价以县(市、区)为基本单元，在各县(市、区)地下水开采模数的基础上，综合考虑地下水的水文地质条件、分布状况和开采技术条件等因素，确定分级标准，即缺乏程度以地下水允许开采模数来表征(表1)。

表1 地下水资源缺乏程度分级特征表Table 1 List of groundwater resource scarcity grading characteristics

2.2 地下水资源缺乏程度分析

根据表1所确定的分级标准，各县(市、区)地下水资源缺乏程度详见表2。由表2可知，湖北省地下水资源特缺乏地区总计25个县(市)，其中鄂西北8县(市)，鄂北、鄂东北13个县(市)，鄂西南、鄂东南、汉江夹道及江汉平原各1个县(市)，总面积64 603 km2，占全省总面积的34.8%；地下水资源缺乏地区总计22个县(市)，其中鄂西8个县(市)、鄂西南4个县(市)、鄂东南3个县(市)、鄂东北2个县(市)、江汉平原周边5个县(市)等，总面积60 278 km2，占全省总面积的32.4%；地下水资源中等缺乏的总计17个县(市)，零散分布于全省各地，总面积33 564 km2，占全省总面积的18.0%；地下水不缺乏地区总计12个县(市)，包括汉江平原9个县(市)、鄂西南3个县(市)等，总面积27 457 km2，占全省总面积的14.8%[2](图1)。

3 地下水资源缺乏成因分析

湖北省地下水资源在时空分布上极不均衡，这是省内复杂多变的自然条件所决定的。

3.1 气象因素

鄂西北山区和“三北”岗地区(襄阳市襄州区北部、老河口市北部、枣阳市北部)是湖北省降水量最少的地区，尤其是“三北”岗地区，人称“旱包子”。该区年平均降水量多<800～900 mm，仅竹山、竹溪南部>900 mm。显然，降水量偏小、地下水补给源不足是造成该区地下水资源缺乏的主要原因之一。

鄂东北地区降水充沛，年均降水量为1 132～1 429 mm。但是在时间分配上，因受季风变换的影响，年降水量的季节分配很不均匀，全年降水量主要集中在春、夏两季，占年均降水量的71.1%～75.7%；冬季降水量很少，仅占年均降水量的8%～12%。该区的另一个特点是暴雨多、强度大，年最大24 h降水均值为100.3～118.8 mm，此种雨型大多形成地表径流，入渗地下转化为地下水的极少。

表2 湖北省各县(市、区)地下水资源缺乏程度分级一览表Table 2 List of groundwater resources lacking in each county in counties (cities,districts) of Hubei Province

鄂西、鄂西南、鄂东南等地区是全省降水丰富的地区，年均降水量多为1 400～1 600 mm，且多暴雨。但这些区域岩溶发育，大气降水多汇集于岩溶洼地、槽谷，沿岩溶通道进入暗河管道排泄，埋深大，开采条件极其困难。

3.2 地层岩性、地形、构造与岩溶发育程度等因素

3.2.1非碳酸盐岩集中分布区影响因素

变质岩、白垩系—古近系砂岩及泥岩、志留系页岩、泥盆系石英砂岩、寒武系下统页岩、第四系中更新统黏土等岩土体含水透水性差，其中后四者还起着区域隔水作用。在这些岩性区大气降水多形成地表径流，入渗地下的水量很少。不同岩性区大气降水入渗系数见表3。由于页岩、石英砂岩往往与碳酸盐岩相间分布，因此在地下水量丰富的碳酸盐岩区也有贫水区分布。

表3 各类岩性区降水入渗系数多年平均特征值表Table 3 Table of average characteristic values of rainfall infiltration coefficient in various lithological areas

从表3可以看出，各岩性区大气降水入渗地下的量极小，大部分形成地表径流或被蒸发。大气降水入渗地下情况为：鄂西北变质岩区为1.8%～13.0%，鄂东北变质岩区为2.4%～10.8%，鄂西碎屑岩区为1.3%～3.3%，鄂东南碎屑岩区为2.6%～2.7%，黏土区为10.0%。大气降水即使入渗地下，还有相当部分滞留在土壤层内，真正转化为地下水资源的量更少。而上述区域也正是湖北省地下水资源缺乏的地区。

图1 湖北省地下水资源缺乏程度分布图Fig.1 Distribution of groundwater resources scarcity in Hubei Province1.地下水资源特缺乏；2.地下水资源缺乏；3.地下水资源中等缺乏；4.地下水资源不缺乏。

3.2.2碳酸盐岩集中分布区影响因素

碳酸盐岩分布区因岩溶发育，大气降水多汇集于槽谷、洼地，以垂直入渗为主，入渗系数为0.3～0.6。该区地下水资源虽然较丰富，但这些地区往往地势高峻、沟谷深切，岩溶水普遍埋藏深度大，动态不稳定，开采难度大，当地人畜、农业用水极度困难，为工程型地下水资源缺乏区域。

(1) 鄂西南山区岩溶发育极不均衡，可以从宏观上分析岩溶洞穴分布、发育规律，但从微观上难以掌握，这是造成目前岩溶石山地区找水困难的主要原因之一。

(2) 受岩性组合、构造活动程度和水动力条件的控制，岩溶洞穴在空间分布上极不均衡。从宏观上看，三叠系嘉陵江组和大冶组上部、下二叠统的茅口组和栖霞组、寒武系中统和上统等分布区往往集中发育大型洞穴系统，但由于其内部岩组的差异，其发育程度和出现频率也明显不同，如宣恩忠建河、白果园河间地块的岩溶地层中发育的地表落水洞即为一典型例子(表4)。

表4 宣恩白果园河间地块地层与岩溶发育关系Table 4 The relationship between stratigraphy and karst development in the Xuanen Baiguoyuan inter-riwer plot

(3) 岩溶水资源分布的不均匀性与岩溶系统规模大小及控制形式密切相关。对于规模较大的岩溶水系统，常表现为一个较大范围内的水量集中分布于少数暗河通道中，暗河之外的广大地区则严重缺水，彼此间形成极大的反差，如利川团堡小溪河系统、恩施高桥出水洞系统等。

(4) 受挽近期新构造运动的影响，鄂西南山区大面积隆升，排泄基准下切，含水通道向深部发展，地下水位埋深普遍较大，从而更加剧了缺水现象。本区大型洞穴系统往往表现为层状结构，上层是干洞，下层是现代暗河，二者之间通过竖井和倾斜通道相联，这是多期岩溶叠加的结果。如建始玉仙洞、恩施龙洞、庙坪鱼泉洞、利川岩湾凉风洞等，均为现代暗河出口，而其上方10～30 m的陡坡上也均有干溶洞发育，两者通过垂直或倾斜管道相通。干溶洞为前期地壳相对稳定的暗河出口，尔后地壳继续上升干溶洞被遗弃，在其下方发育了方向相同、形态相似、规模更大的洞口，造成地下水位埋藏渐深。

(5) 鄂西南山区地形起伏大，河谷深切，岩溶发育深度大，在地下水位以上岩溶水以垂直运动为主，水位埋深一般>200 m，取水困难。资料显示，恩施崔坝干龙潭地段地下水位埋深>220 m，220 m以内的溶洞为第四系松散物充填或为空溶洞；中村地段之朱家湾—张家湾一带地表消水洞洞深220 m，调查期间无水；朱家湾—周家湾一带地下水位埋深250～300 m。

(6) 裸露型岩溶地区表层岩溶发育，接受降水补给迅速，岩溶管道中的地下径流条件好，因而暗河岩溶泉的流量及岩溶管道中的水位受降雨影响明显，变化幅度大，也增加了岩溶水开发利用的难度。如宣恩双龙洞暗河中段的洗草坝暗河天窗，枯水期水位埋深80 m，洪水期天窗翻水，水位高出地面20 m，水位变幅达100 m；又如长阳县城南岸W502号泉，枯流量仅4.68 m3/h，丰期最大流量达4 680 m3/h，丰枯相差达1 000倍。

综上所述，湖北省地下水资源缺乏的主要原因有二个：①含水介质决定了地下水资源缺乏程度；②岩溶区虽然地下水资源较丰富，但受多种因素制约，开发利用困难，也形成了地下水资源缺乏的局面。

4 地下水资源缺乏防治对策建议

湖北省85.2%的面积不同程度存在地下水资源缺乏状况，仅江汉平原和鄂西南少数县(市、区)地下水资源不缺乏，说明了省内地下水资源不足的严重性。同时，全省用水需求的峰值并未到来，未来经济社会发展与用水总量之间的矛盾仍将十分尖锐。为了缓解地下水资源缺乏问题，必须统筹考虑地表水、地下水的使用和开发[3]，加强地下水应急水源地建设[4]，同时开展缺水地区找水研究等工作。

(1) 地下水资源特缺乏的地带要充分发挥地表水的作用。变质岩、火成岩分布区，如鄂西北、鄂东北、鄂东等在地区尽量兴修一些水库，扩大利用地表水资源的途径。在岗地和丘陵地带，除拦蓄部分地表水外，还要充分发挥当地塘堰等蓄水场所的作用。在平原区，能用地表水的地方应在丰水期尽量用地表水，如天门、孝感、武汉等地区；在枯水期适当利用地下水，以保证地下水位的稳定，不致产生区域性地下水降落漏斗。

(2) 大力开展科技创新，提高水资源的利用率。要大力建设节水型社会，工业生产要开发和引进先进的生产工艺和方法，减少水的消耗量，并尽量做到重复利用；农业生产必须大力推广滴灌和喷灌等技术方法。

(3) 加强丘陵山区严重缺水地区找水研究。在资源型缺水地区，地下水资源贫乏，但在局部水文地质条件有利地段，富水块段客观存在[5]。鄂北等基岩山区应加强对风化壳厚度大、裂隙发育的低洼地带，厚度大、延伸远的大理岩层，张性断裂破碎带，压性断裂旁侧，岩浆岩脉与围岩接触带等富水地段的找水研究。在工程型缺水的岩溶石山地区，岩溶地下水主要赋存于岩溶管道中，并多以大泉和地下河的形式排出地表，因此应因地制宜采用洞口堵截、围泉筑坝等措施蓄水，如存在较理想的蓄水构造时，应在充分论证基础上合理布置井位，凿井取水[6]，同时加强表层岩溶带地下水的研究。

5 结语

湖北省水资源总量丰富，但人均水资源量较少[7]，为2 040 m3，略低于全国2 063 m3的水平，属中下等水平。因此必须改变“依靠长江、汉江等大江大河，水资源量非常丰富”的传统观念。

湖北省自然条件复杂多变，广大丘陵山区和第四系中更新统黏土组成的岗地区地下水资源缺乏，全省地下水资源仅特缺乏程度的地区就占34.8%。为了有效缓解地下水资源缺乏问题：①必须统筹考虑地表水、地下水的统一使用和开发;②节约用水，建设节水型社会;③开展缺水地区找水研究，找寻可供开发利用的地下水资源。