蜀南竹海地区小型集中供水可行性研究

赵云红，庞　练，肖　毅

蜀南竹海地区小型集中供水可行性研究

赵云红，庞练，肖毅

（四川省地质工程勘察院，成都 610072）

通过对蜀南竹海相岭-象鼻场向斜储水构造特征及水文地质条件分析，探讨了其对实现小型水厂集中供水的可行性，确定了可供开发利用的主要目标取水含水层，并提出了建立小型集中供水水厂的位置和方案。

红层丘陵；集中供水；储水构造；蜀南竹海

蜀南竹海为白垩系和侏罗系红层低山丘陵地区，地下水较为贫乏，当地居民生产生活用水以民井或机井取浅层地下水或引用山泉水为主，在旱情严重的年份，存在一定的供水困难。本文针对竹海储水构造开展研究，探讨在该区域建立小型水厂实现集中供水的可行性。

1　地质概况

研究区处于四川盆地南缘红层丘陵低山区，为构造侵蚀、剥蚀中丘和浅-中等切割台状低山地貌，区内气候属中亚热带季风气候类型，位于长江支流长宁河流域。

1.1地层岩性

研究区出露的地层主要为白垩系上统夹关组（K2j）、侏罗系上统蓬莱镇组（J3p）以及侏罗系中统遂宁组（J2sn）。

白垩系上统夹关组（K2j）：为河湖相沉积的一套砖红色厚至巨厚层状长石石英砂岩夹砖红色、紫红色粉砂岩及泥岩、页岩薄层。

侏罗系上统蓬莱镇组（J3p）：棕红色、紫红色泥岩、砂质泥岩夹粉砂岩及数层较厚的含长石石英细砂岩、局部夹泥质石灰岩薄层。

侏罗系中统遂宁组（J2sn）：主要为鲜红色、棕红色泥岩与砂质泥岩互层，局部夹石英粉砂岩，偶夹透镜状石英砂岩及薄层泥灰岩，底部为一层不稳定的紫灰色、砖红色长石石英砂岩。泥岩普遍含钙质、干裂、波裂较多，波状层理发育。

1.2地质构造

研究区构造形迹主要呈东西向展布，以褶皱为主，地面未见断层出露，区域构造属于东西向构造体系之长宁-习水构造带。研究区处于该构造带的相岭-象鼻场向斜西端（图1）。相岭-象鼻场向斜西端呈东西向横穿长宁县，分布于万岭镇、竹海镇、花滩镇、铜锣乡四个乡镇，其出露地层核部为白垩系上统夹关组（K2j）、在核部形成低山地貌。两翼为侏罗系上统蓬莱镇组（J3p）和侏罗系中统遂宁组（J2sn），岩层缓倾，倾角4°～5°，为中、浅丘地貌。

图1　区域构造纲要略图

在构造作用下，岩层裂隙发育，裂隙以构造裂隙和风化裂隙为主。构造裂隙发育于向斜翼部和核部，裂隙大多垂直于层面，裂隙面倾角多为岩层倾角的余角，厚层砂岩中裂隙宽大、稀疏，泥岩、粉砂岩中裂隙较密集。风化裂隙以浅部裂隙为主，主要发育于翼部泥岩、砂质泥岩及薄层细、粉砂岩等软弱岩层中，风化裂隙无一定延伸方向，多呈闭合状，地表则微微张开。

2　水文地质条件

2.1地下水类型及富水性

研究区内地下水类型为红层承压水和基岩裂隙水两类。其中，基岩裂隙水又可细分为构造裂隙水和风化裂隙水两个亚类。

1）红层承压水：区内的蓬莱镇组岩性主要为泥岩与砂岩的不等厚互层。在砂岩中，裂隙普遍较为发育。由于裂隙发育的相对成层性、泥岩的隔水作用以及该含水岩层处于向斜翼部构成向斜自流盆地储水构造，该地层中的地下水具有层间水性质，一般具有明显承压性。根据现场调查，该类型地下水泉一般流量0.14～0.50 L/s。根据机民井调查，单井出水量约50～80 m3/d。

2） 基岩裂隙水：① 构造裂隙水，区内构造裂隙水含水岩层主要为白垩系夹关组，为一套厚层至块状砂岩，含钙质及石膏，分布于向斜核部。根据现场调查，地层倾角平缓，裂隙发育稀疏，但在构造作用下，裂隙切割深度较大，延伸较远，其间地下水多自裂隙中呈片状水流分散溢出，以至于到处可见源于其中的小溪，流水声不绝于耳，但却不易找到集中出水的泉点。泉流量变化较大，大者可达约1.0 L/s，小者仅0.04 L/s多，普遍流量小于0.5 L/s。② 风化带裂隙水，区内风化带裂隙水主要赋存在侏罗系中统遂宁组浅部风化带裂隙中。遂宁组岩性以泥岩为主，分布于向斜翼部，地貌上多为浅丘、中丘，因泥岩具有塑性，构造裂隙不发育。其间风化带深约4～30m，一般不超过10m。地表泉水稀少，流量多小于0.1 L/s。根据机民井调查，单井出水量约15～20 m3/d。

2.2地下水补径排特征

区内相岭-象鼻场向斜两翼地层构成单斜构造，组成向斜的砂泥岩互层地层中，砂岩为透水岩层，泥岩为隔水岩层，砂岩为储水的良好空间，整个向斜构成一向斜储水构造。区内地下水主要靠大气降水补给。补给条件受裂隙发育程度、地形地貌特点、降雨及地表水分布等因素控制。

地下水从向斜核部及翼部透水层出露地表的地形较高地区接受补给，通过砂岩、泥岩中的孔隙、裂隙向核部或翼部地形较低的部位汇集，构成良好地下水富集条件，深部地下水局部具有承压性。补给随地面条件而变化，大多数情况下，缓坡、谷地或浅切割的地区、地表植物茂盛、裂隙发育的地段补给量大；反之，补给量小。浅部地下水的循环受地貌的影响，一般在坡度较陡地带，径流途径短、速度快，地下水动态明显受降水影响，而在地形平缓地带，径流途径长，速度缓慢。

表1　研究区地下水水化学特征

地下水在区内附近地势低洼处（沟谷、河流切割地段）或者在砂泥岩接触带以下降泉的形式排泄出地表，或者以浅井的形式人工揭露。

2.3地下水动态特征

地下水水位动态变化受降雨影响明显，雨天后水位升高，且地下水位变化略滞后于地表降水，变化幅度一般0.5～4m，补给径流区变化幅度较大，而埋藏区变化幅度相对较小，特别是在稻田等地表水体旁，幅度一般仅0.5～1m，水量的变化规律与水位变化相似，枯、丰期泉井流量变化较大，大多数泉井水枯期流量较丰水期削减30%～50%。

2.4地下水水质特征

区内地下水化学成分与含水岩层岩性，特别是红层中所含膏盐关系密切。研究区内地下水化学类型包括HCO3型、SO4·HCO3型和HCO3·SO4型，局部Na+含量较高。pH值6.6～7.5，为中性水，矿化度120.0～897.1 mg/L，总硬度57.6～415.4 mg/L（表1、图2）。

区内地下水局部SO42-含量超过《地下水质量标准》（GB/T 14848-93）的要求。综合分析，相比较未超标的民井，超标民井深度均较大（SYD3-3深80m，SYD3-7深65m），其超标原因与原生地质环境有关，主要原因在于侏罗系遂宁组普遍含有膏盐。在研究区内，分布在侏罗系遂宁组直接出露地段的地下水（XS01、XS02）为浅层风化带裂隙水，埋深较浅（20～30m），地下水循环交替强烈，水质较好。而在侏罗系蓬莱镇组中分布的SYD3-3、SYD3-7地下水，硫酸盐超标主要由民井深部揭露下伏遂宁组中的石膏层引起，在深部，遂宁组含水层中地下水埋深大（60～80m），循环交替缓慢。

表2　地下水补给资源量计算成果表（多年平均降雨量）

2.5地下水资源量计算

2.5.1地下水补给资源量

区内地下水主要接受大气降水入渗补给，地下水补给资源量主要针对降雨入渗量进行计算，采用降雨入渗系数法计算。计算公式如下：

式中：Q降—地下水天然资源量（m3/d）；F—计算区面积（km2）；α—入渗系数；P—多年平均降雨量（mm）。计算面积取地层分布面积；降雨量取值结合长宁县多年降雨系列统计资料，根据多年平均降雨量等值线图，计算区内多年平均降雨量为1 200mm；降雨入渗系数取值参照前人成果资料。根据计算，在多年平均降雨条件下，区内地下水的天然补给量为17 177.20 m3/d（表2）。

2.5.2地下水储存量

地下水的储存量主要起到季节性调节作用，在枯水期地表水补给量不足时，对地下水进行暂时补给，在丰水期降雨较丰富，地表水补给充足，补给量较大时，地下水储量又得到补充，总体来看，地下水储存总量是处于一个动态平衡状态。按下式计算区内含水层地下水储存量：

式中：Q储—地下水储存量（m3）；F—计算区面积（km2）；H—含水层平均厚度（m）；μ—给水度。

计算参数取值及成果见表3，区内地下水储存量为3.28×106m3（表3）。

2.5.3地下水可开采资源量

地下水可开采资源量采用平均布井法计算。计算公式如下：

式中：Q开—地下水可开采资源量（m3/d）；Q0—单井出水量（m3/d）；n—平均布井数（个）；F—布井区面积（m2），考虑适宜布井的区域为地层分布面积的40%；R—单井影响半径（m）。计算参数取值及成果见表4，区内地下水储存量为11 915.51 m3/d（表4）。

表3　地下水储存量计算成果表

3　小型集中供水地段的选择

研究区相岭-象鼻场向斜宽阔平缓，核部地层产状平缓，近于水平。核部为白垩系夹关组巨厚层状砂岩夹粉砂岩、泥岩含水岩组，翼部侏罗系蓬莱镇组、遂宁组红层砂泥岩含水岩组依次、相间呈环形条状展布，有利于地下水以环向径流的方式向核部运移、汇聚、富集（图2）。

向斜核部，在构造作用下，发育两组呈“X”型共轭形式产出的裂隙，且发育深度较大，是地下水的良好储存空间。而环状展布的翼部地层，以砂泥岩互层形式分布，形成单斜式的储水构造，其中砂岩为透水岩层，泥岩为隔水岩层，砂岩为储水的良好空间。

根据构造与地貌发育的关系，结合现场调查，在向斜核部，大面积出露的白垩系夹关组巨厚层状砂岩段，形成地势较高、地形较陡峭的低山，且构造裂隙发育深度大，地下水埋藏深度也大，在与翼部砂泥岩互层地层接触地段，往往形成陡坎或陡崖，地下水多在陡崖崖底出露。而翼部侏罗系蓬莱镇组、遂宁组砂泥岩互层地层分布段，由于岩石相对较软，易于风化，形成地势较低、地形起伏不大、冲沟较为发育的中丘地貌，且由于岩石易于风化，地表形成耕植土，地表植被发育，有利于大气降水及地表水的蓄积和渗入补给地下水，地下水多在低洼的沟谷等地带出露（图3）。

结合前述水量、水质分析，在该向斜储水构造内，可将侏罗系蓬莱镇组分布作为建设小型集中供水水厂的主要含水层，同时，可引用白垩系夹关组的泉水作为补充，增大水量。

表4　地下水可开采资源量计算成果表

图2　研究区水文地质略图及取样点分布图

4　结语

研究区为向斜储水构造，主要取水含水层为向斜翼部分布的侏罗系蓬莱镇组砂泥岩，可在该含水层分布地段布置取水井，满足小型集中供水水厂取水。

针对小型集中供水水厂取水井建设，提出以下建议：

1）区内地下水开采方式宜采用管井形式，同时，就近引泉增大水源地水量。

2）区内地下水开采宜因地制宜，选择地势较为低洼、相对开阔、平坦的地方布置取水井。

3）为保证地下水水质，井深不宜过大，井深40～50m为宜。

该研究方法，可以为在类似红层丘陵水文地质单元区进行小型集中供水的勘查和应用提供一定的参考和借鉴。

图3　水文地质剖面图

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A Feasibility Study of Small Central Water Supply in the Bamboo Forest in Southern Sichuan

ZHAO Yun-hong PANG Lian XIAO- Yi
（Sichuan Institute of Geological Engineering Investigation， Chengdu 610072）

This paper makes an approach to feasibility of small central water supply and the main aquifer for the development and utilization in the Bamboo Forest in Southern Sichuan based on analysis of hydrogeological conditions of the Xiangling-Xiangbichang Syncline， putting forward a plan of construction of small central water supply waterworks.

red bed； hill； central water supply； Bamboo Forest in Southern Sichuan

P641.8

A

1006-0995（2015）04-0570-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.021

2014-10-15

赵云红（1975-），男，四川江安人，高级工程师，长期从事水工环地质调查、水资源评价、地热资源开发利用、科研等工作

庞练（1984-），男，四川西充人，工程师，长期从事水工环地质调查、水资源评价、水环境评价等工作