鄂北丘陵山区表层地下水富水性等级划分探析——以广水寿山地区为例

吴德宽，刘 波

(1．湖北省地质局，湖北武汉 430022;2．湖北省地质局水文地质工程地质大队，湖北荆州 434000)

鄂北丘陵山区是湖北省有名的”旱包子”，属于资源性缺水区，有近百万农村居民的生活用水困难。一是该区处于长江与淮河流域的分水岭一带，区内无大型河流分布，地表水资源贫乏;二是区内主要分布一套元古界变质岩系(局部有侵入岩和白垩系红层叠加)，受含水介质的影响，地下水资源亦较缺乏［1］。近年来，鄂北地区气象干旱频率及持续时间呈增加趋势，主要表现为中度—重度气象干旱增加，造成人畜饮水困难，农作物大幅度减产。随着湖北省地质局“一体两翼”战略构想和“三项工作”的推进，本队在鄂北地区相继开展了抗旱找水打井和严重缺水地区水文地质调查工作，解决了旱区近万名群众的生活用水问题。但传统的理论认识认为单井出水量＞50 m3/d才有开采价值，而在鄂北丘陵山区绝大部分＜50 m3/d，这种认识在某种程度上阻碍了鄂北丘陵山区找水工作的开展。本文突破旧的地下水资源思维模式，以广水市陈巷镇寿山及周边地区为例，论述在鄂北丘陵山区严重缺水区表层地下水富水性等级重新划分的标准及其对鄂北丘陵山区找水工作的指导意义。

1 缺水区概况

广水市陈巷镇寿山及周边地区2010年9月—2011年4月，降雨量仅70．4 mm，不足1999年大旱年的214．7 mm的1/3。加之气温异常，1—4月平均气温高达 8．0℃，比历年同期平均值 5．3℃高2．7℃，特别是在春耕生产最为关键的4月份，中上旬降雨量仅17．5 mm，比历史同期平均值37．5 mm 少20 mm，平均气温高达15．8℃，比历年同期平均值高1．5℃，更加重了农作物的受旱程度，影响当地人畜饮水。陈巷镇寿山周边存在5个严重缺水的自然村，分别为棚兴村、兴河村、方略村、友谊村、团兴村，总人口数10 855人，存在缺水人口6 566人，其中最为严重的是棚兴村。棚兴村位于寿山南麓，国土面积4．2 km2，总人口2 893人，耕地面积146．92 hm2。因该村地势较周边地区高，难以从临近的平林西干渠和高干渠引水，农业生产和群众生活用水只能靠自身蓄水和从地下取水，抗御自然灾害能力极低，属于陈巷镇水利灌溉死角。该村仅有一条长3．2 km的小河流断流，全村230口大小塘堰有190口干枯，少量存水仅能维持短期人畜饮水。特别是该村有10个组2 100余人一直靠村边寿山挖水池解决生活用水，因山泉几乎枯竭，全村出现2 100余人、800头大牲畜饮水困难，受灾最严重时靠镇政府用洒水车频繁送水方能保证群众正常的生活秩序。针对陈巷镇棚兴村严重缺水状况，2011年广水市人民政府、广水市水利局及陈巷镇人民政府提出了“实施寿山及周边找水，进行寿山及周边地下水资源评价，以棚兴村为示范，实施找水打井示范工程，先期解决棚兴村严重缺水现状，以此为影射，推广至寿山周边缺水村”思路［2］，解决当地饮水困难问题。

2 区域地质环境背景

2．1 地形地貌

寿山及周边地区属于低山丘陵地貌，区内最高处为寿山，寿山山顶海拔高程441．2 m，寿山山脊呈北西—南东走向。缺水村落分布在寿山山前坡脚一带，地貌形态主要为丘岗、垄岗、坳沟三类。寿山周边主要由片岩、板岩等变质岩系和吕梁期岩浆岩组成。山体侵蚀剥蚀作用明显，山势陡峻，坡度一般为30°～50°，地势切割较深，常见基岩裸露，悬崖峭壁。山间沟谷狭窄，比降很大，群峰耸峙。

2．2 地层岩性

寿山及周边地区出露地层由元古代随县群变质岩系、古生代—元古代侵入岩及第四系地层组成。

2．2．1 元古代随县群变质岩系(PtS)

在区内高程200 m以下广为出露，由变火山碎屑a、b、c三个岩组组成。寿山周边出露岩性主要为含砾屑绢云钠长石英片岩、变粒岩夹钠长浅粒岩和绢云钠长石英片岩。

2．2．2 古生代—元古代侵入岩

寿山及周边地区主要出露古生代志留系刘家湾超单元的寿山单元(SS^)橄榄辉绿岩、大鹤山单元(SD)中粒变辉长辉绿岩和元古代马鞍山超单元程家楼单元(PtC^)中深成相变辉长—辉石岩，寿山为岩浆侵入形成山脉。

2．2．3 第四系(Q)

由全新统冲洪积松散堆积物和更新统弱侵蚀堆积物组成。全新统冲洪积物(Qal+pl4)岩性为灰黄色的砾石、砂砾、砂土和粘性土，一般厚4～5 m，主要分布于垄岗间的坳沟;更新统弱侵蚀堆积物(Qel+dl)岩性主要为棕红色的粉质粘土(或砂质粘土)夹碎块石，块石含量一般在20% ～30%，块石大小一般在5～15 cm，棱角—次棱角状，主要分布于垄岗处，厚度一般在1～2 m，局部 ＞3 m。

2．3 地质构造

寿山及周边地区区域地质构造方向线呈北西—南东向，在漫长的地质发展过程中，经历多次构造运动，产生了强烈的褶皱和断裂，形成一系列向北倾斜、向南倒转的复式背斜和复式向斜。一级大地构造单元分属秦岭褶皱系，二级大地构造单元属南秦岭地槽褶皱带和桐柏山—大别山中间隆起带，三、四级大地构造单元分属桐柏山复背斜之大悟褶皱束和随州应山复背斜之应山褶皱束。挽近期以来，主要表现为间歇性运动为主，其断裂北盘表现为缓慢地上升，地貌成因以构造剥蚀、侵蚀为主，而断裂南盘则表现为缓慢地下降，地貌成因多以堆积为主，接受第四系堆积或沉积。

2．4 区域水文地质特征

据1∶20万随县幅水文地质调查，区内分布的元古代随县群变质岩系属于不含水岩层(系)，古生代—元古代侵入岩属于水量极少(泉流量＜50 m3/d)的火成岩风化裂隙水。

3 水文地质条件

3．1 地下水类型

寿山及周边地区分布的元古代随县群变质岩系属于非含水岩层(系)，古生代—元古代侵入岩属于水量极少(泉流量＜50 m3/d)的侵入岩风化裂隙水。本区地下水有少量赋存于第四系)的砂、砂砾石和元古代随县群绢云石英片岩、古生代志留系刘家湾超单元寿山单元(SS^)橄榄辉绿岩和大鹤山单元(SD)中粒变辉长辉绿岩风化裂隙中。工作区地下水类型按照其赋存条件和含水层的孔隙性质可分为:松散岩类孔隙水、变质岩类风化裂隙水、侵入岩类风化裂隙水、接触带裂隙水四类。

3．2 含水岩组富水程度

3．2．1 松散岩类孔隙水

松散岩类孔隙水含水岩组由第四系全新统冲洪积(Qal+pl4)的砂、砂砾石组成，含水层总厚度2～3 m，主要分布于垄岗间的坳沟，由于含水层的砂、砂砾石中粘粒含量较高，其含水性及透水性较差。据民井调查，第四系松散岩类孔隙水水位埋深一般在1．0～1．34 m，民井深一般在8～10 m之间，单井日涌水量一般在1～2 m3/d。

3．2．2 变质岩类风化裂隙水

变质岩类风化裂隙水含水岩组由元古代随县群绢云钠长石英片岩夹石英岩或黄色的变杂砂岩组成。该含水岩组的富水程度与风化层的厚度、裂隙发育程度密切相关。据地面调查，风化层厚度一般在3～5 m，大气降水通过风化层入渗至地下，一部分在遇完整片岩受阻后以下降泉的形式溢出地表，一部分则通过裂隙密集带、断层破碎带向深部运移和循环。由于风化层厚度较薄，因此，含水层含水量一般较小，泉流量一般在3 m3/d以下。

3．2．3 侵入岩类风化裂隙水

侵入岩类风化裂隙水含水岩组由古生代志留系刘家湾超单元寿山单元(SS^)的橄榄辉绿岩、大鹤山单元(SD)的中粒变辉长辉绿岩组成，主要分布于寿山一带。由于地层出露高程不同及岩性差异，其含水性能及富水性各不相同。

(1)古生代志留系刘家湾超单元寿山单元(SS^)风化裂隙水含水岩组特征:含水岩组主要分布于寿山一带，出露高程一般在200 m以上，由橄榄辉绿岩组成，岩性较坚硬，裂隙较发育，风化层厚度一般在2～3 m，局部可达5 m左右，有利于大气降水的入渗。据泉点调查，分布于该地层泉平均流量为3．4 m3/d。

(2)古生代志留系刘家湾超单元大鹤山单元(SD)风化裂隙水含水岩组特征:含水岩组主要分布于寿山北的寿龙寺水库一带，出露高程一般在200～300 m，由中粒变辉长辉绿岩组成，矿物成分主要为辉石辉绿石，具中粒结构块状构造。岩石多风化成砂土状，粘粒含量较高，不利于大气降水入渗，含水性及透水性较差。据调查，泉流量＜1 m3/d。

3．2．4 围岩接触带裂隙水

寿山为侵入岩形成的山体，由于侵入岩体的入侵，岩体烘烤围岩，造成快速加热及冷却，从而导致岩石的破裂，另一方面侵入岩入侵挤压围岩，使得岩体破碎，易使降雨渗入和赋存，降水下渗赋存于两种不同岩性的接触带或裂隙中，形成局部地下水集水带，受片岩阻隔，在地形切割较深或陡缓相间区段以下降泉的方式溢出地表。地面调查发现，寿山周边泉水一般出露于两种不同岩性的接触带上呈线状、带状分布，在寿南一带出露的14个泉点，平均流量为3．42 m3/d，均分布于两种不同岩性分界线附近(图1)。在接触带中，受侵入岩挤压，围岩岩心十分破碎，ZK2号钻孔揭露，孔深0～107 m的片岩中见有裂隙密集带和糜棱岩化现象，121～126 m为构造角砾岩，在侵入岩与围岩接触带一定宽度范围内存在破碎带，是地下水良好的赋存部位。抽水试验SK02单井涌水量为28 m3/d，说明围岩接触带是一个相对集水带。

3．3 地下水水质

区内赋存于变质岩中的浅层地下水，受大气降雨和地表水入渗补给，其水化学成分主要与交替、径流条件和含水介质性质有关。受低山丘陵区地形切割，浅层地下水交替，径流畅通性不佳，一般是在地形限定的小范围内就地补给，就近排泄，相互缺少联系，很少参加大区域的循环，所以水质属于雨水成因类型。其特点是:浅部普遍以淡水为主，淡水带支离破碎，互不相连，各地厚薄不一，悬殊很大，但各地普遍存在。据寿山及周边地下水水质分析:第四系松散岩类孔隙水pH值为8．25，属弱碱性水，总硬度 292．13 mg/L，属极硬水，矿化度450．00 mg/L，属淡水，地下水化学类型为HCO3—Mg、Na型;变质岩风化裂隙水 pH 值为7．95，属弱碱性水，总硬度167．54 mg/L，属微硬水，矿化度174．7 mg/L，属淡水，地下水化学类型为 HCO3—Mg型;侵入岩风化裂隙水pH值8．28，属弱碱性水，总硬度为 171．46 mg/L，属硬水，矿化度 185．08 mg/L，属淡水;围岩接触带裂隙水，地下水化学类型为 SO4—HCO3—Ca、Mg 型或HCO3—Ca、Mg 型，pH 值为7．69 ～7．96，属弱碱性水，总硬度135．59 ～262．13 mg/L，属微硬—极硬水，矿化度 204．66 ～423．94 mg/L，属淡水。

图1 寿山南麓围岩接触集水泉水点分布图Fig．1 Distribution map of springs of contact catchment of surrounding rock in sothwestern foot of shoushan

4 地下水富水性等级划分及其意义

4．1 地下水富水等级的传统划分

1971年完成的随县幅1∶20万水文地质普查，图件和说明书的编制是建立在粗略的水文地质调查基础上的，整个图幅在随州城区附近仅见2处钻孔，富水等级的划分以泉流量为依据，其划分详见表1。

表1 区域地下水富水等级划分Table 1 Division of water-rich grade of regional groundwater

依照地下水富水性传统划分，区内分布的元古代随县群变质岩系属于不含水岩层(系)，古生代—元古代侵入岩属于水量极少(泉流量＜50 m3/d)等级。

4．2 地下水富水等级新的划分

寿山周边5个严重缺水村地下水贫乏，农户以村组形式分散居住，在该区打井集中供水现实条件不具备。实施找水打井示范工程考虑庭院式打井供水对解决该区分散农户人畜饮用水困难具有示范作用。过去研究勘查很少在基岩风化带进行庭院式打井供水，目前不能采用过去的标准，需要对该区地下水富水性进行重新认识，富水等级的划分也需要建立新的模式。突破区域水文地质单元的地下水资源思维模式，建立新的地下水富水等级划分标准，应以解决人畜用水困难为基础，并落实到每一户。以分散的每一户居民为单位，以每一口浅机井出水量满足人畜用水的程度和富裕程度为标准来确定该区表层地下水的富水性，并划分富水等级。据调查，寿山地区农村人均一挑水(40 kg)即可满足生活用水之需，一户3～4口人加上牲畜每天有200 kg水即可满足人畜用水之需。据《供水水文地质手册》第5分区“室内有给水龙头，但无卫生设备者”类型的用水标准，每人平均日用水量在35～55 kg就能满足需要，也间接证实了寿山地区农户日用水量。

寿山地区表层地下水大多数为风化带网状裂隙水，水量的动态变化与降雨密切相关，随着季节发生变化，丰水期与枯水期相比变幅较大，干旱年变幅更大。因此，划分富水等级时还应充分考虑地下水的动态特征以及不同类型地下水的特点。本次根据寿山及周边地区地下水赋存及分布特征，实测井泉涌水量及钻孔涌水量有关资料，在严重缺水区提出了水量丰富、水量富裕、水量充足、水量平常和水量贫乏五个新的富水等级划分，是在充分考虑寿山地区严重缺水区水文地质条件和当地人民群众需水量的基础上划分的，满足了在该地下水极贫乏区的富水性的评价。寿山地区表层地下水新的富水等级划分见表2。

表2 寿山及周边地区表层地下水富水等级划分表Table 2 Divistion table of water-rich grade of surface groundwater in Shoushan and surrouding area

4．3 对找水工作的指导意义［3］

鄂北地区早期进行的各类水文地质调查及供水勘察是满足区域水文地质条件调查和集中供水之需。传统的认识认为单井出水量＞50 m3/d才有开采价值，而在鄂北丘陵山区绝大部分＜50 m3/d，原来的认识是建立在当时的条件(成井工艺、取水设备等)和供水对象(主要指集镇供水)，而这种认识在某种程度上阻碍了鄂北丘陵山区找水工作的开展。寿山及周边地区地下水资源勘查评价工作突破了原来的一些观念和认识，把该区表层地下水的富水性与解决庭院式农户人畜用水的供水目标相联系，针对寿山及周边地区人民群众居住地分散，用水量不十分大的特点，结合寿山及周边地区水文地质特征，突破鄂北丘陵山区旧的地下水资源思维模式，对表层地下水富水等级进行重新界定划分，建立新的地下水富水等级划分标准，从而有利于该区地下水贫乏区富水性的评价，对目前正在开展的鄂北丘陵山区地下水资源勘查评价工作具有重要的指导意义。

5 结语

鄂北地区地跨秦岭褶皱系和扬子准地台两大构造单元，地质构造非常复杂，历来是找水打井的难点区。中国地质调查局水文地质环境地质调查中心2013年、2014年相继实施了“鄂北丘陵山区严重缺水地区地下水勘查与供水安全示范”和“鄂北丘陵山区严重缺水区水文地质调查”项目。2013年完成随县南部7个乡镇的地下水勘查和供水安全示范评价工作，完成1∶5万水文地质调查面积1 300 km2，施工分散农户供水浅井共计7口，总出水量30．05 m3/d，小型集中水源地供水井13口，总涌水量2 094．56 m3/d，直接解决了鄂北地区12 100余人的饮用水困难。2014年完成随州市唐王店、万和店、草店幅和应城幅1∶5万水文地质调查面积1 760 km2，成功实施了探采结合井26口，总涌水量4 872．99 m3/d，施工分散农户供水浅井共计17口，总出水量158．774 m3/d，直接解决了鄂北地区24 308人的饮用水困难［4］。这项工作地开展得到当地政府和人民群众热情地欢迎和称赞。本文通过对广水市陈巷镇寿山及周边地区水文地质条件的论述、富水性等级划分的探析，以期探索解决鄂北丘陵山区严重缺水区勘查评价工作方法、分散供水及集中供水、地下水与地表水综合开发利用的新路子，更好地推进鄂北丘陵山区找水工作地开展。由于浅层水易受污染，水质与环境保护问题亦将接踵而至，严重缺水地区地下水勘查与供水安全任重而道远。

［1］ 刘云彪，李智民，陈金国，等．鄂北丘陵山区严重缺水地区地下水勘查与供水安全示范项目总体设计［R］．武汉:湖北省地质环境总站，2013．

［2］ 刘波，覃能辉，陈润生，等．湖北省广水市陈巷镇寿山及周边地下水资源勘查评价报告［R］．武汉:湖北省地质环境总站，2012．

［3］ 郑万模，魏伦武，赖绍民．西南红层严重缺水区表层地下水富水性等级划分及其意义［C］//中国地质调查局．严重缺水地区地下水勘查论文集(第2集)．北京:地质出版社，2004:269-274．

［4］ 刘云彪，李智民，卞学军，等．鄂北丘陵山区严重缺水地区水文地质调查2014年年度总结报告［R］．荆州:湖北省地质局水文地质工程地质大队，2015．