常 威，黃 琨，胡 成，王 清，王寧濤

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，湖北 武漢 430223)

含水系統(tǒng)是地下水流系統(tǒng)的骨架，查明含水層結(jié)構(gòu)是分析不同含水層之間的水力聯(lián)系、地下水補(bǔ)徑排條件以及開展地下水資源評(píng)價(jià)工作的基礎(chǔ)[1-9]。孝感市肖港鎮(zhèn)地區(qū)，地處大別山—云應(yīng)盆地的過渡帶，屬鄂北貧水地區(qū)[10-12]。區(qū)內(nèi)北部為大別山變質(zhì)巖山區(qū)，地下水賦存于地表淺層風(fēng)化裂隙帶內(nèi)，地下水量貧乏；南部為云應(yīng)盆地，地下水賦存于白堊系—古近系紅層與第四系松散堆積物中，是區(qū)內(nèi)地下水主要開采層位[13-14]。然而，由于勘察精度限制，盆地內(nèi)含水層的結(jié)構(gòu)及空間分布規(guī)律掌握不足，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件以及不同時(shí)代含水層之間水力聯(lián)系的認(rèn)識(shí)尚不夠明確，限制了地下水資源量評(píng)價(jià)的精度，難以滿足區(qū)域地下水合理開發(fā)利用的需要，局部地區(qū)因地下水超采已形成常年性的降落漏斗[15-16]。此外，研究區(qū)地下水中鐵、錳含量普遍超過地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并且自補(bǔ)給區(qū)至排泄區(qū)地下水中鐵、錳的含量具有沿途增大的趨勢(shì)，查明研究區(qū)區(qū)域含水層空間分布特征及含水層之間的地下水轉(zhuǎn)換關(guān)系有助于加深對(duì)高鐵錳地下水成因的認(rèn)識(shí)。

本研究依托湖北1∶5萬肖家港幅水文地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目，在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，針對(duì)性地開展鉆探和地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)工作，查明區(qū)內(nèi)含水層結(jié)構(gòu)及含水層之間的補(bǔ)排關(guān)系，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)徑排模式，為地下水資源量的評(píng)價(jià)、地下水合理開發(fā)利用方案的制定以及高鐵錳地下水成因的研究提供水文地質(zhì)依據(jù)。

1 研究區(qū)水文地質(zhì)概況

研究區(qū)第四系分布廣泛，地勢(shì)起伏較小，整體上北高南低，東西高中間低，府河一級(jí)支流澴水由南向北縱穿而過，北部低丘、垅崗狀平原與溪流河谷互為穿插，南部以澴水堆積平原為主，地勢(shì)平坦，澴水Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)階地自東、西兩側(cè)往河床方向微微傾斜(圖1)。

圖1 研究區(qū)水文地質(zhì)圖Fig.1 Hydrogeological map of the study area

2 鉆孔布置與地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方案

研究區(qū)第四系覆蓋層下分布多個(gè)含水層，為了查明含水層的分布、空間疊置關(guān)系及其之間的水力聯(lián)系，本研究在水文地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，布設(shè)了13個(gè)水文地質(zhì)鉆孔。鉆孔布設(shè)原則為：①探明從山前到平原區(qū)第四系地層厚度的變化及第四系下覆基底地層；②探明不同的水文地質(zhì)單元地質(zhì)結(jié)構(gòu)，如澴水Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地；③探明澴水東、西兩側(cè)地層結(jié)構(gòu)是否一致。研究區(qū)鉆孔分布見圖1，所有鉆孔均穿過第四系地層揭露到基巖，鉆孔地層揭露情況見表1。

表1 鉆孔基本特征Table 1 Basic information of drilling holes

為了查明含水層之間的水力聯(lián)系，本次設(shè)置了5口地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)井(圖1)，采用Leveloggersolinst水位探頭對(duì)地下水水位進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)時(shí)間步長(zhǎng)6 h/次。針對(duì)含水層垂向多層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，采用聯(lián)合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的方法分別對(duì)不同深度的含水層進(jìn)行監(jiān)測(cè)，即在同一地方布設(shè)一深一淺兩個(gè)鉆孔。淺孔監(jiān)測(cè)第四系孔隙含水層水位動(dòng)態(tài)特征，深孔成井時(shí)在上部第四系孔隙含水層處止水，監(jiān)測(cè)下部含水層水文動(dòng)態(tài)特征。本次同時(shí)收集了澴水位動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，澴水位的數(shù)據(jù)來源于湖北省水文水資源局水文情報(bào)處澴水孝感站。

3 含水層空間結(jié)構(gòu)

研究區(qū)澴水東、西兩側(cè)含水層空間結(jié)構(gòu)不一致。澴水以東含水層空間結(jié)構(gòu)剖面圖見圖2(a)，北部壟崗區(qū)中元古界青白口系武當(dāng)群變質(zhì)巖出露，由北往南，第四系上更新統(tǒng)Qp3al地層逐漸覆蓋，地層厚度逐漸增大，Qp3al地層結(jié)構(gòu)由單層的黏土層結(jié)構(gòu)變化為上部為黏土層、下部含礫石層的“二元結(jié)構(gòu)”，砂礫石層逐漸變厚且形成一套穩(wěn)定的含水層，基底地層由青白口系武當(dāng)群變質(zhì)巖變化為古近系云臺(tái)山組半膠結(jié)砂巖、砂礫巖，古近系地層未出露地表。

第四系全新統(tǒng)與上更新統(tǒng)為內(nèi)疊階地，即澴水Ⅰ級(jí)階地與Ⅱ級(jí)階地為內(nèi)疊接觸關(guān)系，垂直澴水方向，含水層空間結(jié)構(gòu)剖面圖見圖2(c)，含水層結(jié)構(gòu)為上層為孔隙含水層，下層為孔隙-裂隙含水層，垂向上表現(xiàn)為上下疊置關(guān)系，含水層之間沒有穩(wěn)定的隔水層。

表2 水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)分區(qū)Table 2 Hydrogeological structural zoning

圖2 澴水東側(cè)和西側(cè)和垂直澴水方向含水層空間結(jié)構(gòu)剖面圖Fig.2 Spatial structure profile of the aquifer to the east and west of Huangshui and in the vertical direction of Huangshui

4 地下水轉(zhuǎn)換關(guān)系

4.1 地下水監(jiān)測(cè)

圖3 不同含水層水位動(dòng)態(tài)圖Fig.3 Dynamic curves of groundwater levels of different aquifers

4.2 含水層水位動(dòng)態(tài)特征

風(fēng)化裂隙含水層(Qbw2)水位動(dòng)態(tài)變化見圖3(a)。風(fēng)化裂隙含水層地下水位整體變幅不大，地下水位變化受大氣降雨影響，水位響應(yīng)迅速，水位變化較大且不穩(wěn)定，風(fēng)化裂隙含水層地下水位變化主要受大氣降雨控制。監(jiān)測(cè)期間，受降雨影響，5—11月地下水位受降雨影響呈現(xiàn)波動(dòng)式上升和下降，11月—次年1月無降雨情況下地下水位逐漸下降，1—3月有降雨情況下地下水位呈現(xiàn)波動(dòng)式上升，風(fēng)化裂隙含水層接受大氣降雨入滲補(bǔ)給，該含水層空間分布面積小，含水層厚度薄，地下水接受大氣降雨的補(bǔ)給有限，含水層調(diào)蓄能力較差。

鉆孔ZK10-1和ZK10-2位于澴水Ⅱ級(jí)階地，ZK10-2孔監(jiān)測(cè)第四系上更新統(tǒng)孔隙承壓含水層水位動(dòng)態(tài)變化，ZK10-1孔監(jiān)測(cè)古近系孔隙-裂隙含水層水位動(dòng)態(tài)變化，該組聯(lián)合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)孔的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：孔隙承壓含水層和下覆孔隙-裂隙含水層水力聯(lián)系密切，兩層含水層地下水位動(dòng)態(tài)變化規(guī)律一致(圖3b)?？紫冻袎汉畬铀灰恢备哂诳紫?裂隙含水層水位，表明兩者水力聯(lián)系密切。第四系孔隙承壓含水層向下補(bǔ)給古近系孔隙-裂隙含水層?？紫冻袎汉畬雍拖赂部紫?裂隙含水層地下水位對(duì)大氣降雨的響應(yīng)較靈敏，呈明顯的季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化，具體表現(xiàn)為：5—10月的多雨期間，地下水位波動(dòng)明顯。5—6月隨著區(qū)內(nèi)降雨量增加，地下水位受降雨的影響呈波動(dòng)式上升。6—7月區(qū)內(nèi)降雨較少，地下水位呈現(xiàn)快速下降的趨勢(shì)，并維持在低水位。8—9月地下水位表現(xiàn)為振蕩式的波動(dòng)、水位緩慢恢復(fù)。9—10月地下水位快速回升至最高水位。10—12月，區(qū)內(nèi)進(jìn)入枯水期，降水很少，地下水位持續(xù)下降至最低水位。1—2月，地下水位在較低的范圍內(nèi)波動(dòng)。3月之后隨著雨量增多，地下水位逐漸回升。

鉆孔ZK04-1和ZK04-2位于澴水Ⅰ級(jí)階地，ZK04-2孔監(jiān)測(cè)第四系全新統(tǒng)孔隙潛水含水層地下水位動(dòng)態(tài)變化，ZK04-1孔監(jiān)測(cè)古近系孔隙-裂隙含水層地下水位動(dòng)態(tài)變化，該組聯(lián)合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)孔的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：孔隙潛水含水層和下覆孔隙-裂隙含水層水力聯(lián)系密切，兩層含水層地下水位動(dòng)態(tài)變化規(guī)律整體一致，如圖3(c)，不同季節(jié)兩者之間的補(bǔ)排關(guān)系會(huì)發(fā)生變化。6月1日—8月15日孔隙-裂隙含水層水位高于孔隙潛水含水層水位，孔隙-裂隙含水層地下水向上補(bǔ)給到孔隙潛水含水層。8月15日—11月15日上下兩含水層間水位基本上一致。11月15日—次年4月1日孔隙潛水含水層地下水位高于下覆孔隙-裂隙含水層地下水位，孔隙潛水含水層向下補(bǔ)給到孔隙-裂隙含水層。

4.3 地下水動(dòng)態(tài)變化影響因素

孔隙潛水含水層和下覆孔隙-裂隙含水層地下水位的動(dòng)態(tài)變化特征為：6月1日—10月15日的雨期，地下水位表現(xiàn)為緩慢持續(xù)下降的趨勢(shì)，之后維持在較低的水位波動(dòng)，期間區(qū)內(nèi)降雨量豐富，地下水位不升反降，表明孔隙潛水含水層和下覆孔隙-裂隙含水層地下水位變化除了受到大氣降雨影響，還受到人為開采的影響。且6—10月人為開采地下水是導(dǎo)致水位變化的主要因素。這與研究區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)律一致，研究區(qū)為國(guó)家級(jí)香蔥種植出產(chǎn)基地，主要在澴水Ⅰ級(jí)階地上種植。6—10月是香蔥種植的主要季節(jié)，農(nóng)業(yè)灌溉及香蔥清洗用水均采用地下水，開采量大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致地下水位持續(xù)降低。10—11月，農(nóng)業(yè)活動(dòng)逐漸減弱，地下水位快速回升至最高水位。11—3月進(jìn)入枯水期，地下水水位波動(dòng)式下降。3—4月以后受降雨影響地下水位又逐漸波動(dòng)式上升，總體表現(xiàn)為受降雨影響的動(dòng)態(tài)特征。

通過對(duì)研究區(qū)含水層空間結(jié)構(gòu)以及含水層間水力聯(lián)系的識(shí)別，構(gòu)建研究區(qū)地下水補(bǔ)、徑、排模式如圖4所示。區(qū)域整體地勢(shì)表現(xiàn)為北高南低，東西高中間低，澴水兩側(cè)往河床微微傾斜，受地形地貌及含水層結(jié)構(gòu)特征的影響，含水層接受大氣降水補(bǔ)給后，總體上由北往南、由東西兩側(cè)向中部澴水方向徑流排泄。

天然情況下，澴水以東地下水在Qbw2變質(zhì)巖風(fēng)化裂隙含水層分布區(qū)接受大氣降水補(bǔ)給后，總體沿西南方向往澴水運(yùn)移。進(jìn)入第四系平原區(qū)后，地下水由無壓轉(zhuǎn)為承壓，并通過側(cè)向徑流的方式補(bǔ)給Qp3al孔隙承壓含水層或Ey孔隙-裂隙含水層。之后地下水以水平徑流形式繼續(xù)緩慢地向澴水方向徑流，運(yùn)移至Qhal孔隙潛水含水層分布區(qū)時(shí)，地下水再由承壓轉(zhuǎn)無壓?？紫稘撍畬雍蜐姿诓煌竟?jié)補(bǔ)排關(guān)系發(fā)生變化，豐水期澴水水位高于地下水水位，地表水補(bǔ)給地下水，地下水繼續(xù)向南(澴水下游)徑流出測(cè)區(qū)；枯水期地下水水位高于澴水水位，地下水一部分以側(cè)向或垂向補(bǔ)給的方式進(jìn)入Qhal孔隙潛水含水層后排泄于澴水，一部分地下水繼續(xù)向南(澴水下游)方向徑流出測(cè)區(qū)；研究區(qū)內(nèi)居民生產(chǎn)生活用水及農(nóng)業(yè)灌溉用水主要來源于地下水，人工開采是地下水一種重要的排泄方式，地下水位除了受大氣降雨影響，人工開采是影響地下水水位動(dòng)態(tài)變化的一個(gè)重要因素。

圖4 研究區(qū)含水層之間的補(bǔ)、徑、排關(guān)系模式圖Fig.4 Relationship patterns of recharge, runoff and discharge between aquifers in the study area

5 結(jié)論

(1)根據(jù)鉆探揭示的含水層結(jié)構(gòu)特征，將研究區(qū)劃分為2個(gè)亞區(qū)6個(gè)小區(qū)的水文地質(zhì)單元?？紫?裂隙含水層與上部的第四系孔隙含水層之間的水力聯(lián)系密切，位于澴水Ⅰ級(jí)階地(排泄區(qū))Qhal孔隙潛水含水層與下覆Ey孔隙-裂隙含水層之間互為補(bǔ)給和排泄，位于澴水Ⅱ級(jí)階地(徑流區(qū))Qp3al孔隙承壓含水層地下水持續(xù)向下補(bǔ)給到Ey孔隙-裂隙含水層。

(2)研究區(qū)地下水水位動(dòng)態(tài)變化受大氣降雨和人工開采雙重影響。風(fēng)化裂隙含水層地下水位動(dòng)態(tài)主要受大氣降雨控制；孔隙含水層和孔隙-裂隙含水層在豐水期地下水位變化受到大氣降雨與地下水開采活動(dòng)的雙重影響，人為開采是控制地下水位動(dòng)態(tài)變化的主導(dǎo)因素。澴水與地下水間補(bǔ)排關(guān)系在不同季節(jié)是變化的，降雨集中的6—10月，澴水水位高于孔隙潛水含水層地下水位，澴水補(bǔ)給地下水；10月—次年3月澴水水位低于孔隙潛水含水層地下水位，地下水向澴水排泄。

(3)研究區(qū)地下水在山前接受降雨入滲及風(fēng)化裂隙水側(cè)向徑流補(bǔ)給為主，以水平徑流的形式經(jīng)古近系孔隙-裂隙含水層及第四系孔隙承壓含水層往澴水方向運(yùn)移，孔隙承壓含水層水沿途向下補(bǔ)給孔隙-裂隙含水層，在枯水期，Qhal孔隙潛水含水層作為地下水排泄通道進(jìn)入澴水，古近系孔隙-裂隙水與上覆第四系孔隙水聯(lián)系密切、互為補(bǔ)給，共同構(gòu)成具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的垂向多層結(jié)構(gòu)的含水系統(tǒng)。

綜上所述，云應(yīng)盆地東北部獨(dú)特的含水層結(jié)構(gòu)決定了第四系孔隙含水層以及紅層裂隙-孔隙含水層接受降水補(bǔ)給的條件較差，地下水可開采資源量總體較貧乏，應(yīng)根據(jù)水資源空間分布特點(diǎn)確定城鎮(zhèn)化發(fā)展規(guī)模，嚴(yán)格限制耗水型的生產(chǎn)或服務(wù)型的企業(yè)。重點(diǎn)利用區(qū)域地表水資源，適度開發(fā)地下水資源是水資源規(guī)劃的基本原則，應(yīng)增加小型微型水利工程，同時(shí)與地下水資源的分布條件相結(jié)合，統(tǒng)籌配置水資源，推進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工程，實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用。