邹平市南部山区富水地段水文地质特征浅析

2021-11-25战静华王明珠闫朋飞段晓飞张航星

山东国土资源 2021年11期

战静华，王明珠*，闫朋飞，段晓飞，张航星

(1.山东省地勘局第二水文地质工程地质大队(山东省鲁北地质工程勘察院)，山东德州 253072;2.山东省地热清洁能源探测开发与回灌工程技术研究中心，山东德州 253072)

0 引言

山东省邹平市南部山区地下水资源丰富且水质优良，是邹平市重要的饮用水源地，承担着17万当地居民的生活和灌溉用水、工业及城市(应急)生活用水。近年来，当地地下水开发利用需求加大，开发程度不断提高，加之气候干旱，降水补给偏少，导致枯水期时水资源短缺，城镇生活用水的供需矛盾逐渐突出，甚至出现城区居民定时供水的现象。因此，研究区域富水地段水文地质特征，寻找新的城市供水水源地，对缓解目前地下水的供需矛盾具有重要意义。

1 邹平市南部山区概况

研究区在大地构造单元上位于鲁中隆起鲁山-邹平断隆，属于鲁西地层区，侏罗纪地层主要是由河流相沉积的碎屑岩形成、白垩纪地层是由中基性的熔岩和火山岩类型沉积形成，在山丘低洼的区域及河流所流经的地带均有分布的第四纪松散冲洪积层。该区地貌类型为中度切割的低山丘陵区，地势南高北低，呈倾斜式下降。气候属于暖温带半湿润季风气候区，四季分明，春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季旱涝不均，冬季寒冷少雪[1]。多年平均温度12～13℃。平均降雨量561mm，年内分布不均；平均水面蒸发量1400～2100mm，年内蒸发量3—9月份较大，每月超过150mm，4—7月份每月蒸发量超过200mm，超过全年总蒸发量的一半。邹平南部山区主要河流包括黛溪河、杏花沟、潴龙河、淦沟河等，多属于季节性河流内集聚小型水源工程，加强地下水资源保护和地下水生态修复，充分做好雨洪资源利用，为缓解农业用水紧张程度发挥了重要作用。目前黛溪河流域内有杏林水库、花盆河水库、马庄水库、于印水库、三八水库；潴龙河流域内有芽庄水库、石河水库、聚群水库；淦沟河流域内建有北园水库、大房水库、西河水库和古城水库等。

2 水文地质条件

2.1 地下水赋存条件

邹平市南部山区在水文地质单元上隶属于平阴-临朐单斜水文地质区黛溪河流域地下水系统。根据区域地下水的基础地质和水文地质条件[2]，结合水文气象等综合研究，初步将该区域地下水分为基岩裂隙水和松散岩类孔隙水两种类型(图1)。

1—块状岩类裂隙水单井涌水量<100m3/d；2—喷出岩类孔洞裂隙水单井涌水量<100m3/d；3—碎屑岩类孔隙裂隙水单井涌水量<100m3/d；4—松散岩类孔隙水单井涌水量1000～3000m3/d;5—松散岩类孔隙水单井涌水量500～1000m3/d;6—松散岩类孔隙水单井涌水量<500m3/d;7—水系；8—富水性分区界线图1 邹平市南部山区富水地段水文地质简图

2.1.1 基岩裂隙水

邹平南部的低山丘陵区以基岩裂隙水为主，该类地下水分布极不均匀，基岩含水层顶板埋深在杏林-象伏-芦泉支流以南小于50m，该线以北含水层顶板埋深起伏较大[3]。单井涌水量一般都小于100m3/d，含水层富水性相对较差，但其交替循环积极，水质良好，是南部山区居民生活和灌溉用水、工业及城市(应急)生活用水的重要来源[4]。

2.1.2 松散岩类孔隙水

区内的松散岩类孔隙水主要分布在黛溪河及其支流的冲洪积扇地区[5]，含水层颗粒粗、厚度大，具有多层结构。纵向上，自下而上含水层颗粒由粗变细，上部由粗砂、含砾粗砂组成，下部含一层5～10cm的砾石层与下方的基岩直接接触。横向上，自扇轴向两侧颗粒由粗变细，分别由砾质砂、中粗砂，渐变为粉细砂。含水层底板埋深沿冲洪积扇主轴方向，由西南40m向东北逐渐递增到90m以上。主流路带内单井涌水量500～1000m3/d，松散岩类孔隙水的补给方式主要为大气降水和灌溉入渗补给，排泄方式主要为人工开采。

2.2 地下水补径排特征

区内地下水整体上具备相对独立的补给、径流、排泄条件，水动力场具有明显的分区性，地下水补给来源主要是大气降水，直接补给区主要分布在上游丘陵区，间接补给区主要分布在中游剥蚀堆积平原区，最终的汇集排泄区主要分布在山前冲积平原区。

区内的地下水总体自西南向东北方向径流。丘陵山区，以基岩裂隙水为主，一般不具备统一水力联系；在邹平城区松散岩类地下水分布区，地下水流向呈自西南向东北径流动[6]，由于补给区地势南高北低，且上部坡地较大，同时由于人为开采造成的影响，在西董村一带地下水埋深达20m；至柳泉一带时，地势逐渐变缓，水的流速也逐渐变慢，此地地下水埋深为7～8m，但是受人为开采影响，在水厂附近，动水位埋深也超过15m。受到河流补给作用，在黛溪河流域附近，地下水等水位线是向内侧弯曲。该区主要的排泄方式是人工浅层潜水与中层承压水混合开采，开采的层位一般为10～90m[7]。在临池南部，地下水越向南水位埋深越大，由北向南径流动(图2)。

1—水位埋深2～4m；2—水位埋深4～6m；3—水位埋深6～8m；4—水位埋深8～10m；5—水位埋深10～12m；6—水位埋深12～14m；7—水位埋深14～16m；8—水位埋深16～18m；9—水位埋深18～20m；10—水位埋深20～22m；11—水位埋深22～24m；12—水位埋深24～26m；13—水位埋深26～28m；14—水位埋深>28m；15—水位标高等值线/m；16—南部重点调查区范围；17—山地图2 邹平市南部山区富水地段地下水水位埋深等值线图

如图3所示，该系统中主要的补给来源为大气降水，其次补给来源多为地表水渗漏[8]。上游区域的基岩裂隙多不发育，流域内多数大气降水汇集在地表[9]，在山口汇入各水系(黛溪河水系、潴龙河水系)。山前的西董村一带，风化程度高的基岩为第四系下伏基岩，风化的岩石呈颗粒状，土质疏松，具有良好的渗透性，有利的打通地下水渗透和运移通道，成为此区域地下水系统的直接补给区[10]；从山口区域向平原区域延展情况看，含水层颗粒由粗变细，透水性由黛西水厂、城南水厂等冲洪积扇轴部向东北方向逐渐减弱，地下水运移速度逐渐减缓，从而形成小型富水地段。

2.3 地下水开发利用现状

区内地下水年开采量约1771.76万m3/a，主要用于城镇、农村生活用水及农业灌溉用水(表1)，由于流域内复杂的水文地质、地质条件[11]，机民井呈现村落集中供水、户户有井、灌溉井网分布等特点。据统计，南部山区户中小井约19170眼，其中孔隙水14420眼，裂隙水4750眼；在作物集中种植区，浇灌井分布较密集。所调查的村庄，农作物种植面积约5312.6hm2，其中井灌区面积约2176.67hm2，占总种植面积的41%，灌溉井基本为浅层孔隙水。研究区多数村中有集中供水井，南部山区分布有集中供水井的村庄84个，其中孔隙水供水井31眼，主要分布在好生街办和西董街办北部；裂隙水供水井53眼，主要分布在临池镇、好生街办和西董街办南部。

3 富水地段圈定方法与结果

地下水富水地段主要指含水层空间内发育良好、富水性能较高，地下水资源补给、汇集等环境条件相对良好，适宜进行集中开采。地质结构、地层岩性和其他地形地貌的组合，决定着地下水补径和排蓄条件及其赋存、富集的特点[12]。

1—玄武岩粗安山岩夹火山碎屑岩；2—中粗粒二长岩；3—熔结碎屑岩；4—潜火山相粗安玢岩；5—砂质黏土；6—粉细砂；7—青山组下亚组三段；8—青山组下亚组四段；9—青山组中亚组一段；10—燕山晚期侵入岩；11—第四纪大站组；12—地下水运移方向图3 研究区地下水运移场示意剖面图

3.1 富水地段圈定的方法

3.1.1 水文地质调查

通过1∶5万水文地质调查南部山区共圈定出4个地下水富水地段。青阳镇北部，包括韩家村-青阳村-马埠村圈定范围，该区主要由北部及西部向此处汇集的地下水及构造、断裂富水，富水性较好。西董街办北部，分别为南石村-夫村-杨李村一带，地层以黏土夹砂层为主，富水性好，同时接收由西部山区汇集至此的水，汇水面积较大，上游污染较少，水质较好，可作为潜在水源地。好生街办北部富水地段，面积较大，该处为潴龙河上流水流补给汇集，同时随着松散层厚度的增加，储水能力加强，为农灌区，地下水富水性好。临池镇南部，主要包括望京村和郭庄村，该处富水地段为构造富水，位于大临池断裂附近，该处为构造富水，不宜作为大型水源地供水。

表1 邹平市南部山区地下水开发利用统计表(2017年)

3.1.2 地球物理勘探

在区内1∶5万水文地质调查成果的基础上，利用地球物理勘探方法，在区内寻找富水断裂位置，确定富水靶区。采用电阻率联合剖面法进行测量，该方法是利用供电电极与测点的不同位置关系，对地下(基岩中)局部电阻率异常体的规模、位置、产状进行勘查[13]，在构造带探查中具有明显的效果。本次共布设联合剖面8条，确定南部山区蓄水构造4处，分别为黄山街办蓄水构造、西董街办蓄水构造、大临池断裂富水构造、北园村富水构造，通过地球物理勘探解译分析北园村富水构造在构造带探查中发现断裂走向不确定，推测为小型裂隙[14]。

3.1.3 抽水试验

为确定完成井实际涌水量，评价含水层富水性，计算含水层水文地质参数，对施工的水文地质钻孔进行了稳定流抽水试验。

3.1.4 水质分析

为掌握区内地下水水质情况，寻找水质较优，具有供水意义的地下水富水地段，对区内地下水进行取样分析，进行水质全分析和水质污染分析。根据水质评价分析南部3区均为Ⅲ类及以上水，适用于集中式生活用水水源及工农业用水。

3.2 富水地段圈定的结果

通过水文地质调查、地球物理勘探手段、抽水试验、水质分析及收集资料等工作方法，邹平市南部山区地下水富水地段3处(表2，图4)，分别为青阳镇富水地段、西董街办富水地段和好生街办富水地段。

表2 邹平市南部山区新增富水地段情况表

1—富水地段；2—区分界线图4 研究区富水地段分布图

4 新圈定富水地段水文地质特征

4.1 青阳镇富水地段

该富水区位于邹平市青阳镇，包括韩家村—青阳村—马埠村圈定范围，面积约7.70km2，该区地处山前冲洪积平原全淡水文地质区，90m以上地下水主要是赋存第四系沉积物中的粉砂、细砂中。根据含水层的水力性质和埋藏特点，在垂直方向上由浅到深分为：浅层潜水—微承压水，中层承压水(图5)[15]。根据本次在青阳镇韩家村水文地质钻探，揭露地层主要为第四系松散层和白垩纪玄武岩[16]，含水层岩性以细砂、粉细砂为主；钻进93.5m以深为白垩纪玄武岩，基岩埋深由南部山丘区到北部山前冲洪积平原逐渐变深。据调查，该富水地段附近浅井密集，井深30～50m，井径350mm，水量8～20m3/h，地下水水化学类型为重碳酸—硫酸型，矿化度0.6～2.0g/L，主要用于农田灌溉和工业用水。

1—玄武岩；2—黏土；3—细砂、粉细砂图5 研究区青阳镇富水地段水文地质剖面图

1—采补平衡区；2—有潜力区；3—轻度超采区；4—富水地段；5—分区界线图6 研究区富水地段开采潜力分区图

4.2 西董街办富水地段

西董街办富水地段分为两个地段，分别为象伏村—西王村—太平村一带，地佛村—台头村—朱塘村一带，面积分别为5.40 km2和10.88 km2，地层以黏土夹砂层为主[17]，富水性好。含水层颗粒粗、厚度大，并具有多层结构。在垂向上，呈现出自下而上含水层颗粒由粗变细的趋势，上部为粗砂、含砾粗砂，下部一般有一层5～10m砾石层，其下直接与基岩接触。在平面上由扇轴部位向两侧颗主要粒变细，即由扇轴附近的砾质砂、中粗砂，渐变为扇间地区的粉细砂。含水层底板埋深受地下水厚度影响，一般沿冲洪积扇主轴方向，从西南向东北底板埋深由40m增加到90m以上。

砂层厚度在平面由扇轴部位的30m以上向两侧逐渐歼灭。主要接受大气降水与灌溉入渗补给，人工开采是主要的排泄方式，根据含水层的水力性质和埋藏特点及各含水层混合开采，受人为影响具有一定的水力联系，因此本次将区内松散岩类孔隙水划为浅层潜水—微承压水(图6)。该富水地段分布在黛溪河及支流冲洪积扇区，地下水赋存条件、富水性和水质均较好该区域地下水资源开发利用类型多属于降水渗入-径流-开采型。地下水开采的形式为升—降—升—降[18]，是典型的人工开采地区。大气中的降水作为该区域地下水的主要供应来源，水平径流供应次之，排泄方式则以人工或自然开采方式供应为主。根据区内地下水动态特征，近年来随着最严格水资源管理制度的落实，以及引水补源工程的开展，地下水开采量逐年减小，地下水水位有回升的趋势。根据本次动态监测：2017年8月至2018年9月，西董街办两处监测点水位均较上一年度有明显的回升，水位埋藏深度分别上升2.25m和2.89m。由此可见，该区段内近年来地下水总补给量大于总排泄量，地下水水位呈逐步回升趋势，蓄水能力较好。

据调查，区内地下水开发利用以生活用水和农田灌溉为主，工业用水极少。生活用水井位户中小井，井深小于30m，灌溉井井深多为20～80m，单井开采量5～10m3/h不等。本次水质分析结果显示，富水区地下水水质总体较好，地下水水化学类型为重碳酸—硫酸型，矿化度小于1.0g/L。

4.3 好生街办富水地段

位于潴龙河流域中游好生街办以北、小高村—平原村一带，面积约11.12km2，该处富水地段接受潴龙河上游的补给，松散含水层厚度由南至北逐渐增大，蓄水能力较好。该富水地段地处属于山前冲洪积平原区全淡水文地质区，60m以上地下水主要是赋存第四系沉积物中的砂砾、粗砂中。浅层潜水—微承压水，系指埋深在60m以上的地下水，上部被称为潜水，由于局部隔水层的存在，下部含水层具有微承压性[19]，含水层主要受到冲积扇的控制，多呈现片状分布，其补给、径流、排泄条件和动态变化直接受地形地貌、水文气象及人为等各种因素的控制。地下水位埋深13m左右，流向由西南至东北，单井涌水量500m3/d左右。中深层承压水，系指地下水深度范围为埋深值60～200m的位置，含水层岩性以粉细砂，细砂为主，夹中粗砂及小砾石层。含水层厚度20m左右，单井涌水量500～1000m3/d。其地下水动态与当地的气象水文等因素关系不明显，以水平方向的补给排泄为主，径流较为滞缓[20]。

据调查，区内浅井密集，井深30～50m，井径300cm，水量8～20m3/h，地下水水化学类型为重碳酸型，矿化度0.6～1.4g/L，主要用于农田灌溉；区内中深层集中供水井约10眼，深度120～200m，出水量约30m3/h，地下水水化学类型为重碳酸型，矿化度小于1.0g/L。

5 富水地段开采潜力评价

根据原地矿部地质环境司《县(市)区域水资源调查基本要求》进行分析评价(表3)。

表3 地下水资源开采潜力评价分级表

本次共圈定3处富水地段(图6)，根据区内地下水资源开采潜力评价，青阳镇(Ⅰ区)属于采补平衡区，开采潜力较小，不适宜扩大开采；西董街办2处富水地段，开采潜力大于1.2，属于有潜力区，根据地形地貌和水文地质条件分析，Ⅱ-1区位于黛溪水厂的上游，集中开采该区地下水势必会影响黛溪河下游的正常补给，易造成黛溪水厂水源的正常供给；Ⅱ-2区地下水径流方向为自西向东，地下水主要汇集至西董街办地佛村—皇后村—芽庄村一带的松散层和构造裂隙中，以该区做为备用水源地，集中开采地下水对黛溪河下游黛溪水厂的影响较小；好生街办属于轻度超采区，应对其限制开采。各富水地段地下水资源开采潜力如表4所示。