吉林省乾安县水文地质特征分析及地下水资源评价

王雅男

吉林省地质调查院，吉林 长春 130102

0 引言

研究区多年平均降雨量425.8 mm，蒸发量1 849.01 mm，属中温带干旱—半干旱大陆性季风气候。区内地下水是由一个孔隙潜水含水层以及三层重叠的承压水含水层所构成，蕴藏丰富的地下水资源。研究区蒸发强烈，降水少，没有河流流过，地表水资源贫乏，因此，研究区主要以开采地下水为主。近年来工农业以及居民生活用水量的增加，地下水的开采量也随之增加，研究区地下水位呈现整体下降趋势[1]，加之受局部地区地下水集中开采的影响，局部出现季节性地下水降落漏斗，地下水质受到污染问题凸显，水资源可利用量不断减少。因此，研究区进行水文地质特征的全面分析和评价，对合理开发利用地下水资源具有重要意义[2]。

1 研究区水文地质特征

地下水类型主要有第四系松散岩类孔隙水、新近系碎屑岩类裂隙孔隙水两大类。具体由4个具有不同水文地质特点的含水层组成(图1)。

图1 研究区水文地质图Fig.1 Hydrogeological map of working area 1.富水性极强, 单位涌水量>30 m3/h·m； 2.富水性强, 单位涌水量10～30 m3/ h·m；3.富水性中等,单位涌水量5～10 m3/ h·m；4.富水性弱,单位涌水量1～5 m3/h·m；5.收集钻孔，依次左为编号，右为单位涌水量(m3/ h·m),括号内为实际涌水量(m3/d),后为降深(m)；6.富水性界线；7.第四系孔隙承压水盆地界线。

1.1 第四系松散岩类孔隙水

1.1.1 第四系松散岩类孔隙潜水

普遍分布研究区，含水层岩性为黄土状亚砂土及粉细砂，厚度变化较大10～25 m，局部大于25 m。研究区中东部含水层岩性以黄土状亚砂土为主，粉细砂次之，一般连续性较差，含水层厚度1～10 m，局部大于10 m。受研究区地形地貌特点影响，该层含水层埋藏深度变化较大，平均在3.0～6.0 m，在西北部埋藏深度较大多为6.0 m，东南部埋藏深度较浅多为3.0 m。

1.1.2 第四系松散岩类孔隙承压水

普遍分布研究区，含水层岩性为白土山组砂、砂砾石，岩性颗粒较粗，透水性良好，对地下水的补给汇集和赋存比较有利。含水层埋藏深度变化较大，约在25～95 m左右，含水层厚度由西南向东北逐渐增大，西南部含水层厚度一般大于20 m，东北部含水层厚度一般大于30 m，其他地区约在5～15 m左右。含水层呈现西、西南向北东，岩性结构由中细砂、含砾粗砂和砂砾石所组成的多层结构逐渐转变为以砂砾石为主的单层结构含水层。含水层富水性变化较大，西南部富水性较好，在降深5 m时，单井涌水量可达2 600～4 000 m3/d，东北部富水性一般，5 m降深时，单井涌水量为500～1 600 m3/d。上覆大青沟组厚层粉质黏土隔水层，形成具有开采价值的孔隙承压含水层。

1.2 新近系碎屑岩裂隙孔隙水

普遍分布研究区，为新近系大安组、泰康组两层重叠的砂岩、砂砾岩含水层，该含水层组层次稳定，厚度较大，水质较好，富水性好。

1.2.1 泰康组裂隙孔隙承压水

普遍分布研究区内，含水层岩性上部以粉细砂岩为主，中下部由中细砂岩、中粗砂岩、含砾粗砂岩组成。一般上部颗粒较细，由上到下颗粒变粗，含水层厚度30～50 m，局部大于60 m。在西南部，局部地区富水性较好，降深5 m时，单井涌水量1 600～2 600 m3/d，具有由东向西富水性逐渐变差的特点。

1.2.2 大安组裂隙孔隙承压水

普遍分布研究区内，含水层岩性主要由厚层砂岩、薄层砂砾岩组成，一般上部颗粒较细以粉细砂岩为主。由上至下颗粒变粗，下部主要由中粗砂岩、砂砾岩组成。含水层厚度18～53 m，承压水位一般距地面6～7 m。含水层富水性变化较大，在5 m降深时，单井涌水量70～500 m3/d。

1.3 地下水位动态变化特征

通过收集资料和调查，第四系地下水动态受气象因素影响较大，第四系潜水动态变化特征跟随气象变化特征显著[2]，第四系承压水接受上部潜水垂直越流补给，其动态变化特征与潜水有相似之处。据此，将区内地下水动态划分为降水入渗→径流→蒸发型、越流→径流型。新近系地下水补给来源是外围新近系地层出露区，它直接接受大气降雨补给，以侧向径流方式进入研究区[3]，排泄方式以径流，人工开采为主，受气象因素影响小，年内水位变幅较小，为此，将新近系地下水动态划分为径流型-开采型。

2 地下水资源评价

2.1 地下水资源量评价

研究区目前主要以开采第四系承压水为主，采用均衡计算方法，将研究区看作一个均衡区，按二级区水文地质参数分区进行划分计算。

2.1.1 水均衡法计算结果

采用水量均衡法进行计算，计算结果显示，研究区多年平均第四系地下水总补给量29 387.67万立方米，总排泄量29 967.21万立方米，均衡差-579.54 m3/a ，排泄量大于补给量，与研究区地下水水位下降的实际情况一致。近年来，随着城镇经济不断发展，用水需求不断增加，地下水开采量呈现增长趋势，地下水位呈现不同程度的下降，研究区地下水动态呈现负均衡。从各参数分区亚区上看，区内地下水补给资源量分布不均匀，自东向西呈现减少趋势。分析原因是，区内地下水主要补给来源为大气降雨，大气降雨分布的不均匀导致。

2.1.2 可开采资源量计算

研究区是以垂直循环水为主的地下水分布区，地下水多年降水入渗量与蒸发排泄量相对平衡。依据降雨入渗量、排泄蒸发量与地下水埋深的关系，确定可开采资源量每年1.76亿立方米，占地下水总补给量的60%，为此，说明研究区的地下水资源是有补给保证的。

2.1.3 地下水储存量计算

地下水储存量反映了含水层容量大小及其调节能力。地下水储存量计算分区同均衡区一致，研究区内地下水储存资源包括潜水砂层储存量及承压水含水层储存量和弹性储存量。经计算，全区地下水储存量为39.65亿立方米，上述计算可开采资源每年1.76亿立方米，占储存资源的4.4%，为此，研究区内的地下水储存资源是完全可以起到调节作用的。

2.2 地下水环境质量评价

表1 水质分析结果表

续表1 水质分析结果表

2.2.1 第四系松散岩类孔隙潜水

第四系孔隙潜水分布面广，埋藏较浅，长期受蒸发浓缩作用使水质变差，矿化度增高，多呈弱碱性或碱性水。综合来看，潜水多为IV类水及V类水。在潜水水质评价中，发现该层含水层氟质量浓度较高，一般为 1.00～7.39 mg/L，收集到的35个样品中仅有8个符合国家饮用水标准，氟化物质量浓度最高达7.39 mg/L，约为氟化物含量标准的7倍。可见，氟污染问题较为严重，从分布上看，潜水氟的质量浓度大部地区大于1.0 mg/L，高氟区主要分布在乾安镇中部地区，氟的质量浓度大于5.0 mg/L，因此，该层孔隙潜水不宜直接饮用。

2.2.2 第四系松散岩类孔隙承压水

综合来看，第四系承压水水质优于潜水水质，主要为III类水及IV类，目前第四系承压水含氟量超过了饮用水水质标准。承压水35个样品测试时发现，氟化物含量符合国家饮用水标准的样品仅有15个，其余20个样品全部超标，占总量一半以上，其中，严重超标的样品个数为10个，占总量的28.57%。因此，局部地区氟含量超标外，其余地区该层孔隙承压水水质符合生活饮用水水质标准。

2.2.3 新近系碎屑岩类裂隙孔隙承压水

新近系碎屑岩类裂隙孔隙承压水水质较好，符合生活饮用水标准；但由于现有的开采井普遍止水不好，有的根本没有止水。开采时动水位低于上层潜水水位，上层潜水向井中渗流加快，现已导致个别点状污染。

2.3 地下水开发利用程度

研究区目前地下水工程水源井统计资料有限，机电井总数10 400眼，包括农业井、防病井、水田井、牧业井等，井深约在75～110 m范围内，井出水量约35～60 m3/h之间。主要开采层位为第四系承压水，局部地区开采新近系承压水用于居民饮水使用。

从分布上看，研究区各县市地下水开发利用程度差异性较大，受工业布局、人口密度以及机井分布上的差异，导致开采强度不均一[4]。例如，县中心地下水实际开采量大于多年平均地下水资源量。据资料记载，在镇中心由于开采集中，开采强度大，致使该区地下水位埋深增大，降深加大，局部形成了季节性的地下水降落漏斗。结合研究区各区域的实际开采量分析，除了镇中心其他各别地区也存在实际开采量大于补给量情况，分析原因主要受到开采差异以及地下水资源分布不均匀影响。

3 结论

(1)研究区第四系孔隙潜水地下水质污染较为严重，特别是氟含量较高，危害人类健康，可利用的地下水资源量减少，应引起重视。此外，研究区是以垂直循环水为主的地下水分布区，为避免因越流影响导致下部第四系承压水持续受到污染，在开采时，应考虑分层开采，同时控制地下水开采量，避免过量开采和水质串层污染。

(2)研究区新近系深层地下水水质目前较好，可作为居民饮用水使用。但该层含水层补给来源较单一且更新能力较弱，因此，在开采该层地下水时，需结合地下水资源的分布、埋藏以及富水性情况。合理布置开采井和控制开采量，避免由于集中的过量开采而引发的地下水位降落漏斗和地面沉降等环境地质问题。

(3)研究区地下水资源丰富，经计算地下水储存量为39.65亿立方米。第四系地下水总补给量为2.94亿立方米，可开采资源1.76亿立方米，可开采资源占总补给量的60%，尚有开发潜力，开采资源是有保证的。可开采资源占地下水储存量的4.4%，说明研究区地下水储存量可以起到一定调节作用，具有一定的优越性。

(4)研究区地下水资源分布不均匀且蒸发强烈，县中心的集中开采导致季节性降落漏斗的出现，其他各别地区也存在实际开采量大于补给量情况。研究区地下水资源储存量丰富，第四系地下水补给来源丰富。为避免持续性降落漏斗出现，可根据“以丰补欠”原则[5]，利用地下水储存资源的调节功能，在旱季或者旱年，借用大气降雨补给较发育地区的储存量满足地下水资源紧缺地区的开采，在丰水季节或者丰水年，将超用的储存量补回，以达到合理利用水资源的目的。