江淮分水岭严重缺水地区水文地质条件分析评价

高志强，张 凯，张克松，张 帅

（安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院，安徽·蚌埠233000）

安徽省江淮分水岭严重缺水地区位于安徽省中部，在行政区划上涉及六安市、合肥市、滁州市，在空间上呈北东—南西方向展布。江淮分水岭在安徽省内全长426.50 km，工作区处在整个江淮分水岭的东部，过滁州市南谯区章广镇和大柳镇西部，区内全长33.38 km。区内地表水难蓄，地下水难储，水资源分布极不均一，尤其是章广镇资源性缺水和水质性缺水更加严重[1-3]。长期以来，水资源紧缺严重制约当地经济发展，区内居民饮水也时常发生困难。本次工作通过调查、取样、勘探等工作手段，对工作区内水文地质条件与特征进行研究，设计了管径、辐射井、复合井等井型，并分析了各井型的优缺点和适宜性，提出了该地区地下水资源的开发利用建议，为当地发展提供支持。

1工作区概况

南谯区章广镇和大柳镇，位于安徽省滁州市南谯区西南部，行政面积323.2km2，东与沙河镇、施集镇相邻，西与定远县相连，南与全椒县西王镇、肥东县古城镇相邻，位于江淮分水岭中东部，该区严重缺水，直接影响当地的发展。工作区范围地理坐标：东经117°48´59.2˝-118°07´01.0˝、北纬32°10´44.5˝-32°28´27.5˝。工作区交通较便利，S311通过大柳镇，区内主要道路为县道、村村通道路，与周边的S101、G104、G40、宁洛高速等主要交通要道相连（图1）。

图1工作区地理位置Fig.1 Location map of work area

1.1气象水文

工作区属热带湿润性季风气候区，气候温和，四季分明。多年平均气温15.8℃；多年平均降水量1058.6 mm（1997-2014 年），降水年内分配不均，主要集中于夏季（6-8月份），降水量525.5 mm；多年平均蒸发量1441.4 mm。

工作区河流属长江水系，为滁河的分支河流，分布于大柳镇的东部和章广镇东南部，分别汇入沙河集水库和黄栗树水库，最终流入滁河。区内河流水量匮乏，河面仅2-3 m宽，多处出现断流现象。区内水域主要为小型水库、沟渠、塘坎等小型水域。

1.2 地形地貌

工作区位于江淮分水岭的岭脊地带，海拔标高47-399.4 m，中部章广镇和大柳镇交界处高，南北两侧低。区内为地貌类型主要为丘陵。按形态特征可将区内微地貌划分为：河漫滩、岗坡地、低丘、中丘和高丘。

1.3 地层

本区地层以华南地层大区扬子地层区下扬子地层分区为主，仅西南角局部属华北地层大区晋冀鲁豫地层区徐淮地分区淮南地层小区。区内出露地层有上元古界张八岭群西冷组、北将军组、中元古界震旦系下统周岗组、中生界白垩系张桥组及新生界第四系全新统丰乐镇组、上更新统戚咀组。

2水文地质条件分析

2.1含水岩组划分及水文地质特征

区内含水岩组划分五类，即：松散岩类孔隙含水岩组、碎屑岩类风化壳网状裂隙含水岩组、岩浆岩类风化壳网状裂隙含水岩组、变质岩类风化壳网状裂隙含水岩组、构造裂隙含水层。

2.1.1 松散岩类孔隙含水岩组

该含水岩组主要分布于大柳镇东部镇街道、横塘村、曲亭村局部，含水岩组由第四纪沉积物组成，岩性主要为粘土、亚粘土，厚度3-10 m，大气降水沿粘性土的柱状节理和孔隙入渗形成孔隙潜水，主要赋存于松散层的孔隙中。简易的桶提抽水表明，单井涌水量小于10 m3/d。地下水化学类型为HCO3-Ca·Na 型，溶解性总固体一般小于1.0g/l。野外调查期间，地下水位埋深一般1-3 m。

这类地下水的主要特征：易开采，成本低，出水量小，保证率低；循环慢，易污染。水位恢复较慢，受大气降水影响较大，干旱季节往往不能满足人畜饮用。

2.1.2 碎屑岩类风化壳网状裂隙含水岩组

该含水岩组分布在工作区章广镇西南部，直接出露于地表或隐伏与松散层下，含水岩组由中生代白垩系张桥组的砂砾岩、砾岩、细砂岩及粉砂岩组成，地下水主要赋存于岩石风化壳的孔隙、网状裂隙中。根据简易民井抽水试验及野外走访调查，单井涌水量一般10-50 m3/d。取样分析表明，地下水化学类型以HCO3-Na·Ca、Cl·HCO3-Na·Ca、HCO3-Ca·Mg 型为主，溶解总固体一般为0.4-3.3 g/l 左右。

地下水埋深受地形和基岩起伏等多种因素影响，野外调查期间，地下水位埋深一般1-5 m，含水层位为风化壳风化裂隙含水层。

碎屑岩类地层隐伏区，由于上覆第四系松散层，其风化层大部分保存较完整，地下水主要集中在孔隙、裂隙较密集的强风化带。裸露区地层风化层保存则没那么完整，全风化层厚度比隐伏区薄，其特征如下：

（1）风化带厚度越大，富水性越强，反之富水性差。一般隐伏区强风化带较厚，富水性相对较好，但由于上覆松散层，受农业生产中农药化肥过度使用的影响，地下水水质也受到影响，工作区内这类地下水水质较差；

（2）地貌对出水量影响较大，一般位于冲沟或塝地的水井，其出水量大于岗坡地地区。低洼处风化壳的风化层保存较完整，厚度较厚，且易于汇水储水，岗坡地则相反；

（3）岩性也是影响水量的一个重要因素。强风化带岩性为砂岩的单井出水量较大，水位恢复较快；岩性为泥岩的地区，风化裂隙容易被风化物堵塞，单井出水量则较小。

2.1.3 变质岩类风化壳网状裂隙含水岩组

该含水岩组广泛出露于工作区内，含水岩组主要由张八岭群西冷组和北将军组的片岩、板岩和千枚岩等组成，地下水主要赋存于变质岩的风化壳网状裂隙中，依据本次工作中，井勘探结果表明，中、强风化层厚度约为5.6-9.5m。

根据简易民井抽水试验及野外走访调查，单井涌水量一般小于10 m3/d。取样分析表明，地下水化学类型以HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg 型为主，溶解性总固体一般小于0.2～0.3 g/l。

地下水埋深受地形和基岩起伏等多种因素影响，野外调查期间，地下水位埋深一般1-7 m。其特征如下：

（1）受变质作用和构造运动影响，变质岩地层的裂隙多被石英充填，裂隙导水性及富水性均较差；

（2）勘查发现变质岩的风化层厚5-11 m，是该地层分布区的主要含水层之一。

2.1.4 岩浆岩类风化壳网状裂隙含水岩组

该含水岩组区内分布于章广镇孟洼村，含水岩组主要由侏罗系上统花岗岩组成，地下水主要赋存于岩浆岩的风化壳网状裂隙中，依据孟洼村西庄复合井勘探结果表明，中、强风化层厚度达25 m。根据简易民井抽水试验及野外走访调查，单井涌水量一般小于50 m3/d。取样分析表明，地下水化学类型以HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca 型为主，溶解性总固体一般小于0.4-0.6 g/l。

地下水埋深受地形和基岩起伏等多种因素影响，野外调查期间，水位埋深一般1-5 m，局部山顶水位埋深超过10m。特征如下：

（1）区内是麦饭石产区，水质较好，且富含多种有益微量元素[4-5]。该区在2005 年我单位在此开展过“安徽省滁州市章广镇麦饭石普查与研究”工作；

（2）勘查发现岩浆岩的风化层厚达30 余米，且中强风化层约为25 m 左右，是该岩浆岩地层分布区的主要含水层之一。花岗岩的风化产物为高岭土和伊利石，会对风化裂隙造成堵塞作用，因此会随风化层的富水性产生不利影响。所以区内虽然风化层较厚，但富水性却较差。

2.1.5 构造裂隙含水层

该含水岩组分布在工作区广泛分布，隐伏与松散层及岩石风化壳之下，赋存于基岩裂隙、断层破碎带以及裂隙发育带中。根据洼户管井及西庄管井抽水试验可知，单井涌水量一般小于40 m3/d。取样分析表明，地下水化学类型以HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg 型为主，溶解总固体一般为0.30-0.44 g/l 左右。

地下水径流条件一般较差，但张性断层裂隙带处地下水径流条件较好，地下水补给主要来自风化带或远离的裸露区降水入渗补给。其主要特征如下：

（1）断裂、裂隙的性质决定了富水性的强弱

根据以往江淮分水岭地区的勘查成果发现：张性和张扭的断裂、裂隙富水性强，而压性和压扭性的断裂富水性差；近东西向和北西向分布的断裂已张性，富水性较好，而北东向的断裂以压性和压扭性为主，富水性较差。区内主要断裂以北东向为主，多为压性断裂。

（2）岩性对富水性影响较大

当断裂、裂隙两盘地层岩性为泥岩、泥质粉砂岩等细颗粒岩石时，虽然产生系列的裂隙，但其导水性较砂岩分布区差，断裂裂隙经过后期填充再胶结，其富水性很差。

（3）区内构造运动复杂，压性断层形成断层泥和糜棱岩化，张性断裂往往被风化严重的变质岩填充后再胶结。受变质作用和构造运动影响，变质岩地层的裂隙多被石英充填，野外调查中，处处可见此现象，因此，该类地层的裂隙导水性及富水性均较差。

2.2 地下水水质

本次工作中，取水样9组，取样井为新建井周边民井，取样含水层组为岩浆岩类裂隙含水岩组、碎屑岩类裂隙含水岩组、变质岩类裂隙含水岩组3种主要含水岩组类型，依据水质分析结果，采用综合评分法进行评价，结果见表1。

表1地下水水质取样分析结果Table 1 Analysis results of groundwater quality sampling

依据所取水样水质综合评价分值（F）数据，利用MapGIS 的DTM 分析模块的插值计算功能，绘制出水质分区图，结果如图2 所示。

由图2 可知，水质划分界线与地层分界线相近，说明地层岩性对地下水水质有影响，碎屑岩类风化壳风化裂隙水水质较差或极差，变质岩类风化壳风化裂隙水水质良好。

取样分析结果表明，碎屑岩类风化壳风化裂隙水水质较差，溶解性总固体、总硬度、Cl-、SO42-、NO3-等超标严重，可用于农业、工业用水。因此，在选取井位时，应避开碎屑岩类孔隙裂隙含水层分布范围。变质岩类风化壳风化裂隙含水岩组不同岩性地层富水性及水质也存在差异，千枚岩地层相对于片岩地层其富水性更差，水质也更差。岩浆岩类风化壳风化裂隙水水质较好，水量处于前两者之间，最适于作为供水井工作靶区。

综上所述，区内碎屑岩类风化壳风化裂隙水水质为较差或极差，岩浆岩类风化壳风化裂隙水和变质岩类风化壳风化裂隙水水质较好，岩浆岩类风化壳风化裂隙含水岩组分布区是供水井成井的首选区域。

图2地下水水质评价结果Fig.2 Groundwater quality evaluation result

3地下水开发评价

3.1开发利用现状

工作区内现有居民4.36万余人，依据《农村饮用水量卫生标准（GB 11730-89）》，按每人每天60L 生活用水量计算，共需2616m3/d。目前区内自来水厂供水量不足1500m3/d，远小于居民所需水量，自来水供水量不能满足居民生活饮用水需求量。因自来水供水量不足，居民仍需开采地下水解决生活饮用水，开采利用形式以分散型开采为主。调查发现，区内民井较多，多数民井水质较差。

区内民井井深为3～10m 的民井所占比例最大，占73.34%；井深10～20m 占23.53%。工作区水井类型主要为直径大于400mm 的大口井，井壁为砖砌或石砌为主，部分地段岩石风化程度较低井壁为裸孔。区内松散层岩性主要为粘性土，水量小，补给缓慢，开采层位为埋深5～15m 的基岩风化裂隙水。

工作区内部分人口密集的村镇街道已通自来水，章广镇自来水厂主要取水来源为地表水库水[6-7]，供应章广镇及周边村组居民生活饮用水，距离城镇较远的村组则由工作区外自来水厂供水。区内集中开发利用地下水的情况较少，仅在皇甫村街道自来水厂处集中开采地下水，取水层位为松散层和风化壳，取水井为2眼大口井，井径2.5m，日平均供水量约为100m3/d，供应周边2000 人左右的饮用水。

3.2 供水井水量与水质

本次工作分别完成了管井、辐射井、复合井（辐射井与管径的结合）三种井型各一眼，复合井单井出水量104.4 m3/d，辐射井单井出水量93.6 m3/d，管井单井出水量24 m3/d，获得可采出水总量222 m3/d，平均单井出水量为74 m3/d。依据农村饮用水标准，按人均60 L/d 计算，解决了3700人的生活用水基本需求量。

对完成的3眼饮用水井取样测试，测试指标有：色度、浑浊度、嗅和味、肉眼可见物、pH 值、氨氮、硝酸盐、挥发性酚类、总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氯化物、砷、汞、铬（六价）、铅、氟化物、镉、铁、锰、铜、锌、钠、阴离子合成洗涤剂、总α 放射性、总β 放射性、氯化氰（CN-）、耗氧量。评价标准选用《生活饮用水卫生标准（GB 5749-2006）》作为标准。评价方法为单因子评价法，水样各检测项目标准指数均小于1，井水水质符合饮用水标准。

3.3 井型适宜性

总结三种井型的优缺点，并分析了各井型在工作区内的适宜性。

（1）管井

优点：成井方便快捷，成本低；成井深度较深，能够取得深部地下水；井口占地面积较小。

缺点：对于富水性较差的地区，由于管井的井径一般较小，同等井深的情况下，相对于大口井、辐射井其过水断面较小，汇水速度和出水量也较小。

适宜性：对于江淮分水岭严重缺水地区，该井型水量不等得到保证，仅适用于断层脉状水附近地段施工水井。

（2）辐射井

优点：辐射井一般由大口集水井和井下水平辐射孔组成，不论是大口集水井还是水平辐射孔，都能起到增加过水断面的作用，因此该井型汇水速度和出水量也较大；大口集水井能够起到储存地下水的作用，能够满足居民短时间内集中用水的需求；辐射孔能够向周边辐射几十至几百米，联通周边的破碎带，将破碎带中的地下水引入大口集水井，对于井位的选取有一定灵活性。

缺点：井口占地面积较大；一般成井深度较浅，仅能够取得浅层地下水；施工风险大，施工需要工作人员井下作业，其危险性也较地面作业高；成本较高；该井含水层较浅，长时间过度使用，地下水流场发生变化，后期可能受到浅部或地表的污染；该井型由于加快了汇水速度，长期过度使用，造成周边地段富水性变差，水量减小。

适宜性：该井型在本区适用于风化带网状裂隙水，也可以揭露发育于浅部的断层脉状水，尤其是不能确定断层带位置，只能确定断层大致区域的情况，可通过辐射孔予以揭露。

（3）复合井

优点：复合井为辐射井中套管井，兼具一般管井和辐射井的优点。

缺点：井口占地面积较大；施工风险大，施工需要工作人员井下作业，其危险性也较地面作业高；成本较高；该井开采浅层水，长时间过度使用，地下水流场发生变化，后期可能受到浅部或地表的污染；该井型由于加快了汇水速度，长期过度使用，造成周边地段富水性变差，水量减小。

适宜性：该井型适用于即存在风化带网状裂隙水，又有断层脉状水的地段。

综上所述，江淮分水岭地区适宜井型为辐射井和复合井。

4结论与建议

根据本次工作经验，结合以往江淮分水岭地区地下水资源勘查工作成果[8-9]，总结提出以下结论与建议：

（1）地下水开发利用井靶区选择：从地层岩性方面考虑，优先选择岩浆岩分布区，该区域水质较好，适合作为饮用水井；从地形地貌方面考虑，井位应布置与低洼处，且地形起伏不易过大。

（2）如若井位处无断层或断层深度小于30m，井型优先选择辐射井，辐射井主井深度不易超过30m，这是由于区内风化层发育深度（厚度）一般小于30m；井位处如有断层分布，且断层深度较深（大于30m），井型优先选择复合井，且管井深度依据断层深度确定，辐射井主井深度一般不超过30m。辐射孔深度确定，依据前期勘查及辐射井主井开挖中观察到的含水层层位确定，区内一般为风化壳网状裂隙含水层。辐射孔方位及进尺确定，来水方向的辐射孔进尺宜较长，两侧方向进尺减少；断层方向辐射孔进尺宜较长，反方向进尺减少。

（3）地下水的开发利用要适度，建议辐射井水及复合井取水量不大于100 m3/d，进行可持续的开采利用，注意环境保护，防治地下水污染。

参考文献(References)

[1]王劲草.江淮分水岭丘陵地区缺水问题解决思路之我见[J].安徽农业科学,2004(1):1-2.WANG J C.Thi nki ng a bout t he pr obl e m r es ol ut i on of t he shortage of water in Jianghuai watershed area[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences,2004(1):1-2.

[2]李金鑫,蒋尚明,杜云,等.安徽省旱灾区划与农业经济损益分析[J].上海国土资源,2013,34(2):80-83,96.LI J X,JIANG S M,DU Y,et al.Analysis of t he relati onshi p between drought and agricultural economy cost/benefit in Anhui province[J].Shanghai Land & Resources,2013,34(2):80-83,96.

[3]邢菊,周亮广,金菊良,等.江淮分水岭地区水资源承载力系统结构模型评价[J].人民长江,2019(7):110-116,122.XING J,ZHOU L G,JIN J L,et.al.Evaluation on water resources carrying capacity in Jianghuai watershed based on system structure model[J]. Yangtze River,2019(7):110-116,122.

[4]肖兴,吴丹,徐喆,等.赣西萍乡地区变质岩微量元素特征及与成矿的关系探讨[J].上海国土资源,2019,40(4):97-100.XIAO X,WU D,XU Z,et al.Characteristics of trace elements in metamorphic rocks in the Pingxiang area of western Jiangxi and their relationship with mineralization[J].Shanghai Land & Resources,2019,40(4):97-100.

[5]刘阳.高密市土壤地球化学背景值研究[J].上海国土资源,2019,40(4):89-92.LIU Y.Study on geochemical background value of soil in Gaomi city[J].Shanghai Land &Resources,2019,40(4):89-92.

[6]王庆,蒋尚明,金菊良,等.塘坝工程在江淮丘陵区旱灾防治中的作用[J].上海国土资源,2012,33(1):71-74,90.WANG Q,JIANG S M,JIN J L,et al.The funct i on of pond and retaining dam engineering structures in the prevention and alleviation of drought in the Jianghuai hilly area[J].Shanghai Land &Resources,2012,33(1):71-74,90.

[7]刘伟苹,陈海峰.水资源调配水利工程空间分布及规模分异研究[J].上海国土资源,2016,37(2):79-83.LIU W P,CHEN H F.Spatial distribution and scale differentiation of hydropower engineeri ng for wat er resources allocation[J].Shanghai Land &Resources,2016,37(2):79-83.

[8]安徽省地质矿产勘查局第一水文地质工程地质队.安徽省江淮分水岭严重缺水地区地下水资源勘查报告[R].2003.The first institute of hydrogy and engineering geological team of Anhui geological prespecting bureau.Groundwater resources exploration report in seri ous water shortage area of Ji anghuai watershed in Anhui province[R].2003.

[9]安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院.安徽省江淮分水岭严重缺水地区南谯区找水打井工程报告[R].2015.The first institute of hydrogeology and engineering geology of Anhui geological and prospecting bureau.Report on water and well drilling project in Nanqiao district of Jianghuai watershed in Anhui province[R].2015.