六安市金安区江淮分水岭缺水地区地下水动态变化特征分析

黄振宇

(安徽省地质环境监测总站/安徽省地质灾害应急技术指导中心,安徽 合肥 230001)

0 引言

针对六安市金安区江淮分水岭严重缺水地区8个乡镇水资源短缺现状,开展水文地质条件调查和地下水开采情况调查,基本查明资源型缺水的主要原因,通过地球物理勘查确定宜井井位,投入钻探、抽水试验工作获取水文地质参数,了解地下水水质、水量、动态、补给等特征,选择适宜的井型施工一批供水井,为解决当地群众饮用水困难提供示范。

1 调查方法

表1 区域水文地质调查点统计表

本区地下水的赋存和分布规律是以岩性为基础,地质构造和地貌起控制作用,大气降水是影响地下水形成的重要因素。北亚热带湿润多雨的季风气候,星罗密布的水塘、纵横交错的灌溉渠系为区内地下水的形成、运移创造了良好的条件。根据地下水的赋存条件和含水介质类型,区内地下水可划分为松散岩类孔隙水含水岩组、碎屑岩类(红层)裂隙水含水岩组和火山岩类裂隙水含水岩组三大类。

2 地下水补、径、排条件

2.1 地下水补给条件

2.1.1 降水入渗补给

调查区地处江淮分水岭岭脊的两侧,西南高、北东低,多为波状平原。分水岭两侧大多由二级阶地组成的浅丘状、波状平原区,地势低缓、地形切割浅。由于组成地层的岩性主要为粘土、粉质粘土,厚度较大,地下水埋藏较深,降水只能补充部分包气带水;由于粘土透水性差,大部分降水以地表径流流失,补给地下水的部分较少,短时降雨只能起湿润土壤的作用。

区内雨水较充沛,但降水比较集中,年际、年内分配不均,不同年份降水对地下水的补给量相差很大;据本次调查,大气降水是本区风化裂隙水的主要补给来源,特别是连续有效降雨后水位上升较快,枯水期水位下降,水位埋深较大,变化幅度不等,具有年内调节作用较强的特点;与大气降水的联系随着深度的增加逐渐减弱,直至基本封闭。

由于粘土、粉质粘土结构紧密,孔隙度小,渗透性差,不利于大气降水垂向入渗补给,缺乏储水空间,含水性差;为了解粘土、粉质粘土垂向入渗补给的相关参数,采取了8组(见表2)原状土样进行分析。

表2 原状土样统计表

2.1.2 地表水补给

区内分布有水塘、人工水渠及小型水库等储水设施,地表水通过底部和沿着河、渠、塘、水库周边侧向补给地下水。平原区地下水与地表水存在着互补关系,丰水期,地下水接受地表水补给;枯水期,水位下降则排泄地下水。

2.1.3 灌溉补给

灌溉回渗补给地下水主要发生耕作时期的农田区和沿灌渠附近的地段,才会对地下水资源量有补给作用,但总体补给量有限。

2.1.4 侧向径流补给

地表水侧向补给地下水只发生在地表水位高于地下水位的时段和区段。地下水侧向补给总体上以江淮分水岭为中心线,分别向两侧补给,工作区内除雨季外,侧向径流补给很微弱。

2.2 地下水径流、排泄条件

地下水的径流条件与地形地貌和地层岩性密切相关,在岭脊处向岭脊两侧径流,流向主要受地形的严格控制。查区地下水总体上流向是从西向东和从南向北,江淮分水岭既是地表分水岭也是地下分水岭,分水岭两侧的地下水随着自然坡降由高处向低处流动,不同地貌位置,径流方向和强度有所差异,但径流方向与地形坡向基本一致。波状平原区具蒸发—弱径流型特征,是由于地形较平缓,岩土体透水性差,造成地下水径流比较缓慢,径流量小[1-2]。

地下水排泄主要通过沟渠径流至下游沟谷排泄及地表蒸发(含植被吸收),人畜饮用开采量较小,越流排泄强度微弱;水文地质调查仅仅在查区南部的横塘岗乡有一处泉水及两处湿地排泄地下水,但流量小;不同的地貌单元有不同的排泄方式。

3 地下水位动态变化特征

3.1 动态观测变化特征

选择具有代表性、时效性的6处进行动态观测(其中民井3处、辐射井1处、钻孔2处),监测数据显示,区内地下水动态变化与大气降水关系息息相关,水位变化与大气降水的变化基本一致,两者具一定正相关关系,另外与补给路径、降水强度、时间、含水层埋藏深度、饱气带的岩性特征及其厚度等因素有关,动态变化幅度差异较大。枯水期地下水水位埋深在河流两侧及凹地为0.50～3.28 m,垄岗地0.8～20 m;丰水期水位埋深分别为0～2.33 m和0.67～18.70 m。年变幅河流两侧及凹地为0.10～2.20 m,垄岗地带0.20～8.23 m,波状平原区一般2.0～5.0 m。局部开采强度大,富水性弱的地段或岩性为粘性土的垄岗地,其水位埋深较大,枯水期达6.30～11.80 m,即使是在同一地段相隔数米,水位差异性也较大,这充分反映岩土层渗透性能差和富水性的不均一。

从工作区6处动态监测资料分析,第四系粘土层不利于降水入渗,水位埋藏较浅的孔隙裂隙水受降水变化明显,地下水水位随降水的增加而抬升,但变化幅度一般较小,而下伏碎屑岩红层风化带裂隙水间接接受大气降水入渗补给,水位变化与季节性变化相一致,一般在降水后1～3 d左右地下水开始上升,其动态相对较稳定(见图1)。

3.2 专门长期地下水监测孔变化趋势

为了对本次动态监测结果的校核,收集了安徽省地质环境监测总站六安市分站对相邻工作区的专门监测孔六安市健康食品厂2017年1月-12月地下水监测数据(图2)。

4 地下水化学成分的基本特征及演化

全区地下水水化学类型有13种(见表3),在多种作用的共同影响下,使得水化学类型复杂,以HCO3-Ca(含HCO3-Ca·Na、HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca·Na·Mg)为主,约占67.56%;

表3 水化学特征统计表

表4 环境同位素水样统计表

从分析数据结果可知,本区溶解性总固体含量、硬度与所处地形地貌相对位置尤为相关,河流两侧、岗凹过渡带,水交替相对增强,溶解性总固体含量、硬度相对变小。地层岩性、微地貌类型和人为环境污染对溶解性总固体的影响也较大,从水文地质调查中发现,一些地段多与人类长期居住而引起的生活污水渗透污染相关。少数百姓水井受人为污染,出现了HCO3·SO4-Mg·Ca、HCO3·Cl-Na·Mg·Ca类型。

将17个浅层地下水水样投在Piper三线图上展布(见图3),样点展布相对比较集中,反应浅层地下水主要接受大气降水补给,虽含水层性质类似,但综合水文地球化学作用存在差异。

图3 浅层地下水Piper三线图

浅部循环系统总体上具备阳离子Ca2++Mg2+离子含量比例相对较高,Na++K+离子含量比例相对较低;HCO3-阴离子平均值和标准差都较大的特点,而NO3-含量普遍较低,说明査区内农作物的污染(化肥和农药)程度轻微;因而控制浅层地下水的化学演化路径主要是矿物的溶解和植物的蒸腾。

将9个中层地下水水样投在Piper三线图上展布(见图4),样点展布同样比较集中,离子以Ca2+、Mg2+、HCO3-为主;说明破碎带埋藏浅、规模小、径流路径较短,化学组份充分发生了弥散混合作用;而SHK33点位出现跳跃现象,是由于该井地下水类型为裂隙水,含水层埋藏深,与地表水缺少联系,径流缓慢,处于封闭-半封闭状态,可更新能力弱,导致阳离子Na++K+和阴离子SO42-+Cl-含量比例升高。由于样点较少,分析结果存在一定的局限性。

图4 中深层地下水Piper三线图

5 同位素特征分析

在供水井中采取了10组环境同位素水样进行水质分析,获取了较为丰富的水文地质信息。工作区地下水δ18O值介于-6.6‰～-8.6‰,均值为-7.45‰,δD值介于-45‰～-58‰,均值为-50.63‰,由于补给高程、补给来源、构造性质和开采含水层深度不同,导致地下水同位素值表现出一定的差异性。

(1)由工作区目前已测试的8口供水井样品绘制δD-δ18O关系(见图5),可以看出所有样点均紧靠南京大气降雨线附近,说明査区水源地中的地下水主要来源于大气降水,且3H最高值小于5TU,再次证明地下水为现代气候条件下的大气降水入渗补给,即“现代水”。

图5 查区大气降水的δ18O和δ2H关系图

(2)δ2H的变化与δ18O变化具有很好的

一致性,SHK27、SHK42供水井出水量较大,说明构造显示张性特征,有利于地下水补、径、排,其δ18O和δ2H值就越小。而SHK03、SHK34供水井中的δ18O和δ2H值相对较大,是由于构造规模较小,地下水径流缓慢,说明水-岩作用持久深入;这两口井偏硅酸的含量达到了天然饮用水标准,进一步佐证了上述推断理论正确。

存在问题主要有:水样偏少,样品不全,代表性不强,且在不同时间段采取的。

6 结语

(1)区域地下水主要为大气降水补给,其次为地表水体;枯、丰季节地下水位变化较明显,具有就地补给,就地排泄的循环特点,形成相对独立的地下水补、径、排水流系统;由于岩性和地形不利于大气降水入渗,加上有限的含水层较薄,造成地下水资源贫乏,旱季群众用水困难。

(2)第四系粘土层不利于降水入渗,孔隙裂隙水受降水变化明显,地下水水位随降水的增加而抬升,但变化幅度一般较小,而下伏碎屑岩红层风化带裂隙水水位变化与季节性变化相一致,其动态相对较稳定。

(3)调查区内水文地质条件,认为控制水源地地下水水化学变化的主要是硅酸盐和硅铝酸盐地层,化学特征控制十分明显。