江都地区第四纪含水层水文地质结构对比及地下水开采现状分析

刘 洪，陈 刚，王振海，车增光

(1.国土资源部地裂缝地质灾害重点实验室，江苏 南京 210018；2.江苏省地质调查研究院，江苏 南京 210018)



江都地区第四纪含水层水文地质结构对比及地下水开采现状分析

刘 洪1,2，陈 刚1,2，王振海1,2，车增光1,2

(1.国土资源部地裂缝地质灾害重点实验室，江苏 南京 210018；2.江苏省地质调查研究院，江苏 南京 210018)

江都地区位于长江三角洲平原和里下河平原的交汇处，第四纪松散层厚度大，含水层发育，受长江和淮河两大流域沉积影响，不同地区含水层厚度、颗粒、结构和富水性差异较大。通过对比分析江都地区第四纪含水层水文地质结构可以看出，第四纪含水层具厚度大、砂层层次少、颗粒粗、水量丰富等特点，含水层岩性较细，以中细砂、粉细砂为主，砂层厚度薄且呈多层状，含水层之间发育厚度较大的稳定隔水层，水量一般。同时通过对江都地区地下水开采现状分析发现，由于江都区开采井及开采量逐年增加，水位逐年下降，并引发了江都地区的地面沉降，应采取严格地下水开采管理、科学合理开采地下水合理控制水位、加强浅层地下水资源合理利用和地下水应急水源地建设等措施，量化研究开采地下水与地面沉降的关系，合理确定开采井的分布、开采量和控制水位，为江都区水资源合理开采提供基础支撑，为地面沉降机理研究和防治提供了基础。

水文地质结构；第四纪；对比研究；地下水开采；江都

江都地区位于江苏省中部、长江下游三角洲平原北侧，主要为广阔的江淮冲积堆积平原，大致以新通扬运河线为界，北部为里下河平原，南部为长江三角洲平原。江都地区属扬子地层区下扬子地层分区，全境被晚新生代地层覆盖，没有前第四纪地层出露。第四纪以来，江都地区表现为持续缓慢沉降，接受了一套粗细迭置、厚度较大的松散堆积物沉积，为孔隙水的发育提供了良好的储藏空间，具有分布广、层次多、水量丰富、水质复杂等特点。本文分长江三角洲平原和里下河平原对江都地区第四纪含水层的水文地质结构进行了对比分析，为地下水资源开采管理和地面沉降形成机理研究和防治提供了依据。

1 水文地质分区

受基底地质构造条件、地层岩性、第四纪古气候、海平面升降等因素，尤其是古长江、古淮河活动的影响，江都地区第四纪沉积物厚度、颗粒、含水层结构、富水性等多方面呈现出明显的南北向水平分带性，大致以新通扬运河为界，分为长江三角洲平原和里下河平原两个水文地质单元(图1)。但是，由于古长江、古淮河两大流域摆动频繁，受其影响，不同时期长江三角洲平原及里下河平原水文地质区的分布范围有所偏差。

垂直方向上，根据含水砂层的时代、沉积环境、埋藏分布、水力特征等，江都地区第四纪含水层可划分为孔隙潜水含水层组和第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ承压含水层[1,2]，其中的第Ⅱ、第Ⅲ承压含水层是江都区地下水开采的主采层，由于长期强烈开采造成水位持续下降，形成了水位降落漏斗，并引发了地面沉降。

图1 江都地区水文地质综合分区示意图

2 水文地质结构对比

2.1 潜水含水层

由第四纪全新世冲湖积相堆积的松散层组成，水文地质条件因沉积环境和地层岩性的差异变化较大(图2)。

2.1.1 长江三角洲平原

潜水含水层具河口三角洲相沉积特点，岩性为第四系全新统的粉质粘土、粉土、粉砂与粉土互层、粉砂、粉细砂，水平层理发育，具上细下粗的垂向分带性，平面分布上具三角洲中间部位颗粒粗、向南北两侧变细的水平分带特征，沿江地区与第Ⅰ承压含水层组联通。含水层厚度在7～70 m之间，单井涌水量一般在100 m3/d，水位埋深在1.0～2.0 m之间，年变幅在1.0 m左右。长江三角洲平原潜水的补给条件好、交替强烈，受海侵影响地段淡化速度快，水质为矿化度小于1 g/L的HCO3-Ca·Mg型淡水。

2.1.2 里下河平原

潜水含水层主要由第四系全新统泻湖相的灰黑色、灰黄色粉质粘土、粉土组成，局部夹粉砂薄层或透镜体。受沉积环境控制，含水砂层分布不稳定，厚度一般10～20 m，单井涌水量一般15 m3/d，沿邵伯湖地区受湖水侧向补给，单井涌水量可达100～200 m3/d。潜水水位主要受地形条件及降水量影响，埋深一般在0.5～2.0 m。水质除小纪镇宗村东北一带为矿化度1～3 g/L的Cl·HCO3-Ca·Na或Na·Ca型咸水外，其它地区水质为矿化度小于1 g/L的HCO3-Ca和HCO3l-Ca·Na型淡水。

1.全新统，2.上更新统，3.中更新统，4.下更新统，5.新近系，6.第Ⅰ承压含水层，7.第Ⅱ承压含水层，8.第Ⅲ承压含水层，9.地层界线，10.岩性界线，11.砾石，12.粗砂，13.中砂，14.细砂，15.粉砂，16.粉土，17.粉质粘土，18.粘土，19.玄武岩

图2 江都地区南北向水文地质剖面图

2.2 第Ⅰ承压含水层

由第四纪晚更新世堆积的松散物所组成，受河流、海侵等因素的制约，沉积物特征南北有较大的差异性(图3)，仙女镇-七里-吴堡一线以南为长江三角洲平原水文地质区，以北为里下河平原水文地质区。

2.2.1 长江三角洲平原

第Ⅰ承压含水层主要由一套河口三角洲相沉积物组成，含水层分布稳定，顶板埋深20～50 m。含水层具三大显著特征：(1)砂层厚度大，一般大于30 m，且多为单层状砂层；(2)含水层颗粒粗，岩性以中粗砂为主，局部含砾；(3)富水性好，单井涌水量一般大于2 000 m3/d。仅在新通扬运河南侧地段，含水层厚度小于30 m，单井涌水量为1 000～2 000 m3/d。水质为矿化度0.46 g/L的HCO3·Cl-Ca或HCO3-Na·Ca型淡水。

图3 江都地区第Ⅰ承压含水层水文地质略图

2.2.2 里下河平原

第Ⅰ承压含水层特征和长江三角洲平原存在明显差异：(1)砂层厚度薄，多在10 m左右，单井涌水量一般小于1 000 m3/d(仅在新通扬运河北侧地带和真武-樊川-武坚镇一带含水砂层厚度在15～30 m间，单井涌水量达1 000～2 000 m3/d)；(2)层次多，一般由2-4个含水砂层组成(小纪镇45号钻孔由5个含水砂层组成)；(3)含水层颗粒细，岩性以灰黄、褐黄色粉细砂为主。水质为矿化度0.38～0.50 g/L的HCO3·Ca·Na或HCO3-Na型淡水。

2.3 第Ⅱ承压含水层

由第四纪中更新世堆积的松散层组成，水文地质特征受古地貌、古水文条件的控制，南北差异较大。仙女-宜陵-小纪以北主要接受古淮河携带的泥砂堆积，以南主要接受古长江堆积(图4)。

图4 江都地区第Ⅱ承压含水层水文地质略图

2.3.1 长江三角洲平原

第Ⅱ承压含水层岩性以长江古河道相粗颗粒沉积砂层为主，颗粒粗细及厚度变化受长江古河道的发育规律控制，在平面上自南往北有粉细砂-中砂-中粗砂的变化规律，垂向上显示细-粗-细的沉积旋回。长江古河床摆动区含水层厚度多在40 m以上，且多为单层状砂层，与上部第Ⅰ承压含水层之间无明显的隔水层，渗透性好，富水性强，单井涌水量2 000～3 000 m3/d。仙女镇、宜陵镇和吴桥镇的北部沿新通扬运河地区的含水层厚度小于40 m，单井涌水量一般1 000～2 000 m3/d；顶板埋深除仙女镇一带小于100 m，其它地区顶板埋深多在100～150 m。水质为矿化度0.32 g/L的HCO3-Na·Ca型或HCO3-Na型淡水。

2.3.2 里下河平原

第Ⅱ承压含水层以河湖相沉积为主，岩性、厚度、富水性较长江三角洲平原明显变细变薄变小。含水层岩性以粉细砂、细中砂为主，累计厚度多小于30 m，单井涌水量小于1 000 m3/d，宜陵—武坚一线以东地段的含水砂层厚度大于30 m，单井涌水量1 000～2 000 m3/d，郭村镇北部-吴堡一带的含水砂层厚度大于40 m，单井涌水量可达2 000～3 000 m3/d；顶板埋深一般变化于100～130 m。水质以矿化度小于1 g/L的HCO3-Na·Ca型或HCO3-Na型淡水为主，小纪地区的矿化度1.02 g/L，属于微咸水。

2.4 第Ⅲ承压含水层

由第四纪早更新世冲湖积的松散层构成，受基底构造、古地貌形态、古水流条件等因素控制，水文地质条件具一定的分带性(图5)。

2.4.1 长江三角洲平原

第Ⅲ承压含水层主要接受古长江携带的泥砂沉积，岩性及厚度变化受长江古河道的发育规律控制，古长江河道分布在大桥、谢桥、嘶马一带，大致在谢桥、昌松一带分泓，北支沿大桥-谢桥一线行泓与古淮河直流合并向北东方向下泻区外，东支在嘶马-浦头一带东进。在古长江河床沉积区，砂层岩性以含砾中细砂为主，厚度多在30 m以上(大桥镇等沿江地段和第Ⅰ、第Ⅱ承压含水层连通，构成巨厚状砂层)，单井涌水量2 000～3 000 m3/d；在仙女镇和郭村镇的南部等漫滩区则以细中砂为主，厚度多小于30 m，单井涌水量多在500～2 000 m3/d。顶板埋深一般在180～200 m，总体变化趋势是由西往东、由南往北渐深。水质为矿化度0.53 g/L的HCO3-Ca·Mg型淡水。

图5 江都地区第Ⅲ承压含水层水文地质略图

2.4.2 里下河平原

第Ⅲ承压含水层主要由古淮河冲积物组成，含水层岩性、厚度、富水性等主要受古淮河水流控制，在其主流线部位(北祥-丁沟-樊川-武坚)砂层岩性以细砂、中砂、中粗砂为主，厚度在大于50 m，富水性好，单井涌水量达2 000～3 000 m3/d，其余大部分地区含水层岩性以中细砂、粉细砂为主，局部含中粗砂，厚度多在20～50 m，单井涌水量多在500～2 000 m3/d。顶板埋深总体上具西北浅东南深的变化规律，一般变化于150～200 m之间。水质为矿化度0.44 g/L的HCO3-Ca·Na型和HCO3-Na·Ca型淡水。

3 地下水开采管理建议

20世纪70年代，江都地区尚无深层地下水开采状态，进入20世纪80年代，随着国民经济的快速发展及人民生活质量的不断提高，开始大量开采水质优良的深层地下水，开采井及开采量逐年增加，水位逐年下降，并引发了地面沉降，沉降中心位于东部的郭村镇地区[3]。2011年，江都地区区域供水工程实现全覆盖，开始封填地下水开采井，地下水开采量开始逐年减少。但是，由于地面沉降具有滞后性，而且江都地区的地下水没有完全禁止开采，再加上受区域地下水位的影响，江都地区的地面沉降仍继续发展，将导致地面标高进一步降低、各类工程设施防洪标准降低、加剧洪涝灾害、潜水位相对上升、农田渍害加重、加大地下工程施工建设难度和工程投入等多种问题，直接影响到社会经济的可持续发展，尤其是北部的里下河古泻湖积平原，地势低平、地面高程十分宝贵，若地面沉降持续发展，将产生较大的危害，必须严格地下水开采管理，科学合理开采地下水。

3.1 合理控制水位

地下水水位控制红线是指地下水水位埋深超过某个阈值后，可能引发含水层疏干、地面沉降、地裂缝、岩溶塌陷等环境地质问题时所对应的水位埋深值[4]。根据《江苏省人民政府关于实行最严格水资源管理制度的实施意见》，确定禁采水位埋深为地下水水位红线，为保证一般情况下不突破地下水水位红线，在地下水水位达到红线水位前，设置限采水位埋深对地下水水位进行预警。

根据相关研究成果[5]，江都地区的地下水水位红线管理目标层为第Ⅱ、第Ⅲ承压含水层，第Ⅱ承压含水层的限采水位埋深为20 m(沿江一带为15 m)，禁采水位埋深为37 m，第Ⅲ承压含水层的限采水位埋深为30 m(沿江一带为25 m)，禁采水位埋深为47 m。根据地下水位现状[3]，江都地区第Ⅲ承压含水层的水位埋深小于30 m(沿江地区小于10 m)，均小于限采和禁采水位埋深；第Ⅱ承压含水层的水位埋深小于30 m(沿江地区小于5 m)，小于禁采水位埋深，但武坚镇新联、新楼、小纪镇太平、金鑫、吴堡、邵伯镇南部、真武镇南部、丁伙镇北部、丁沟镇北部、仙女镇陈行、周墅、郭村镇区周围等地区的第Ⅱ承压含水层的水位大于20 m，超过限采地下水水位红线，要加强地下水开采活动的监督、管理，合理规划地下水开采井的空间布局，核定地下水开采总量，实行科学有序开采，确保地下水位恢复到20 m以内、不再继续下降。

3.2 充分利用地表水系如长江等的补给源作用

从江都地区的地面沉降现状看，虽然沿江一带的地下水开采强度比中部、北部大，但水位埋深明显小于中部、北部，累计地面沉降量也小于中部、北部。究其原因，主要是地下水的补给条件有差别，南部沿江一带为长江古河道，第四纪含水层厚度大、颗粒粗、补给条件较好，而且，江都段长江河槽深度在37～47 m之间，直接切割孔隙潜水含水层[6]，江水在静压强作用下补给孔隙含水层，地下水开采后可得到长江边界一定量的侧向径流补偿，不易产生较大的水位下降，而中部、北部含水层补给条件相对较差，维系地下水开采的水量主要来自孔隙水的释放。但是，由于江都沿江地区松散层固结程度较差，必须量化研究开采地下水与地面沉降的关系，合理确定开采井的分布、开采量和控制水位。

3.3 浅层地下水资源合理利用

由于浅层地下水直接接受大气降水的入渗补给，在开采的条件下，其补给也会加快，有利于浅层地下水体的循环而使水质不断改善，开发利用前景广阔，水量利用、热冷能交换利用均可行。江都地区浅层地下水资源较为丰富，在目前深层地下水水位下降、控制开采的情况下，开展对浅层地下水的开发利用研究就显得更为重要。

3.4 地下水应急水源地建设

区域供水工程实现全覆盖后，江都地区供水主要以地表水为主，集中在长江、京杭大运河和邵伯湖，地表水源地的防护范围只有几百米至上千米，容易受到污染，防污性能较差，水质保障程度低，一旦发生水源地突发性污染事件，将导致供水系统不能正常运行，甚至影响到经济运行和社会稳定。由于地下水具有水量稳定、分布广泛、不易污染和不受突发事件影响、能保证一定时期内连续稳定供水等优点，是理想的应急水源地。为保障经济的持续发展和社会稳定，需详细查明江都地区地下水资源状况及特征，开展城区、沿江地区、重要镇区的地下水应急水源地调查和评价，提出地下水应急水源地规划建设方案，解决饮用水源结构单一的问题，提高饮用水源战略储备能力，有效应对饮用水源地突发污染事件。尤其是江都沿江地带，为第四纪以来古长江河道叠置结构区，含水砂层呈巨厚状、水质符合居民生活饮用水供水标标准，是开展地下水应急水源地勘察和建设的理想地区。

4 结语

(1)江都地区第四纪水文地质对比可以看出，长江三角洲平原第四纪含水层具厚度大、砂层层次少(各含水层之间无稳定隔水层，大部分地区为巨厚状砂层)、颗粒粗(多为砂砾结构)、水量丰富等特点，尤其在大桥-杨桥沿江一带，由于处于长江由山区河流变为平原河流的河口地带，沉积物以河床相粗颗粒的中细砂、含砾中粗砂为主，自上而下第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ承压含水层之间无稳定的隔水层分布，形成巨厚型含水层分布区；里下河平原第四系含水层组发育程度明显次于长江三角洲平原，含水层岩性较细，以中细砂、粉细砂为主，砂层厚度薄且呈多层状，含水层之间发育厚度较大的稳定隔水层，水量一般。

(2)通过对江都地区地下水开采现状分析发现，随着国民经济的快速发展及人民生活质量的不断提高，开始大量开采水质优良的深层地下水，开采井及开采量逐年增加，水位逐年下降，并引发了江都地区的地面沉降，若地面沉降持续发展，将产生较大的危害，必须严格地下水开采管理，科学合理开采地下水合理控制水位，加强浅层地下水资源合理利用和地下水应急水源地建设，量化研究开采地下水与地面沉降的关系，合理确定开采井的分布、开采量和控制水位，为江都区水资源合理开采提供基础支撑。

[1]韩银富，缪晓图，杨林，等．扬州市地下水资源调查评价报告[R]．南京：扬州市水利局.扬泰水文水资源勘测局.江苏省地质环境监测总站.1998．

[2]韦兴星，余勤，唐克诚，等．高邮幅镇江幅1:20万区域水文地质普查报告[R]．南京：江苏省地质局第一水文地质队.1980．

[3]刘洪，陈刚，严丽丽，等．扬州市江都区地质环境综合调查评价报告[R]．南京：江苏省地质调查研究院.2016．

[4]施小清，冯志祥，姚炳魁，等．江苏省地下水水位控制红线划定研究[J]．水资源管理.2015，(1)：46-49．

[5]黄晓燕，张秝湲，李朗，等．江苏省地下水水位红线控制管理研究[R]．南京：江苏省节约用水办公室.江苏省地质调查研究院.2014．

[6]缪晓图．傍江备用应急地下水源地建设及意义[J]．地质学刊.2008，32(3)：239-243．

Comparison of Hydrogeological Structure and Groundwater Exploitation in Quaternary Aquifer of Jiangdu Region

LIU Hong1,2,CHEN Gang1,2,WANG Zhen-hai1,2,CHE Zeng-guang1,2

(1.Key Laboratory of Fracture Geological Hazards, Ministry of Land and Resources, Nanjing 210018, China; 2. Jiangsu Institute of Geological Survey, Nanjing 210018, China)

The Jiangdu area is located at the interchange of the Yangtze River Delta and the Lixiahe Plain. The Quaternary loose layer has a large thickness and aquifer developed by the Yangtze River and the Huaihe River. The thickness, particle, Water-based differences. By comparing and analyzing the hydrogeological structure of the Quaternary aquifer in Jiangdu area, it can be seen that the Quaternary aquifer has the characteristics of large thickness, small sand layer, coarse grain and abundant water, and the lithology of the aquifer is finer, , Fine sand mainly sand layer thickness and was layered, aquifer between the development of a greater thickness of the stability of the aquifer, the water in general. At the same time, through the analysis of the present situation of groundwater exploitation in Jiangdu area, it is found that due to the increase of mining wells and exploitation in Jiangdu District, the water level declines year by year and triggers land subsidence in Jiangdu area. It should adopt strict groundwater exploitation management, scientific and rational exploitation of groundwater reasonable control water level, Strengthen the rational utilization of shallow groundwater resources and groundwater emergency water source construction and other measures to quantify the relationship between groundwater and ground subsidence, to determine the distribution of mining wells, mining and control of water level for the rational allocation of water resources in Jiangdu provide the basis for support, Which provides the basis for the study and prevention of ground subsidence mechanism.

hydrogeological structure; Quaternary; comparative study; groundwater exploitation; Jiangdu

2017-02-16

江苏省地质勘查基金项目“扬州市江都区地质环境综合调查评价”(苏财建[2014]278号)

刘洪(1973-)，男，安徽阜阳人，高级工程师，主要从事水工环地质调查与评价工作。

P641.8

A

1004-1184(2017)03-0051-04