孝感城區地下水開發利用及監測體系建設

譚 偉，劉云彪，張 軍，李衛華

(湖北省地質環境總站孝感站，湖北孝感 432000)

0 引言

孝感市是中國南方利用地下水資源作為供水水源的少數城市之一，城區地下水的開采始于上世紀50年代，到上世紀90年代中期達到高峰，開采量已達6．65×104m3/d，已接近地下水允許開采量。不合理的開采已經導致地下水水文地質條件發生了改變，從而使現有地下水監測體系無法準確地控制地下水降落漏斗的具體形態變化發展特征以及地下水的動態變化特征。基于此，本文通過利用孝感市城區1999—2011年地下水環境監測資料，對地下水開發利用現狀與水資源環境變化特征進行了分析評價。針對存在的問題，提出了進一步完善地下水監測體系建設的建議，為孝感地區地下水的開發利用與監測體系建設提供參考。

1 地下水的賦存條件［1］

1．1 第一含水層

第一含水層由第四系上更新統砂、砂礫石，以及與之相連的上第三系掇刀石組頂部的含礫中粗砂巖、砂礫巖組成。兩者上下迭置，組合成含水綜合體。

第一含水層遍布府河、澴河的漫灘、河間洼地與一級階地，其厚度一般為15．00～25．00 m。含水層頂板埋深一般為7．00～12．04 m，一級階地后緣深達12．27～19．50 m，在坳溝、河床部位最淺，為 0．22 ～6．14 m。頂板弱透水層主要為上更新統粘土、粉質粘土、淤泥質土。含水層底板埋深在北部為22．78～42．60 m，往南遞增，在盆地中心區為32．04～42．60 m，其高程北高南低，由3．50～5．78 遞減至 －7．35 ～ －12．00 m。底板巖性為第三系掇刀石組上部粘土巖、含礫粘土巖、砂質粘土巖，局部為細砂巖、中細砂巖，構成弱透水底板。

1．2 第二含水層

第二含水層遍布全區并向區外廣延，由上第三系掇刀石組半固結狀的碎屑巖組成，具有多旋回沉積特征，每一旋回層下部以粗砂巖、含礫中粗砂巖、砂礫巖、礫巖為主;上部主要為粘土巖、砂質粘土巖、粉砂質粘土巖或粉砂巖、粉細砂巖，局部地段為中砂巖、中細砂巖直接與相鄰旋回層之砂礫巖接觸。這一結構特征，使第二含水層具有多層結構，由多個具有一定水力聯系的含水巖段組成。每一沉積旋回層之砂巖、含礫砂巖、砂礫巖即為一個含水巖段。

第二含水層累計厚度由南向北遞減，賦存裂隙孔隙承壓水，含水層厚為27．00～127．00 m;該含水層在漫灘與一級階地區，埋藏于第一含水層底板弱透水層之下，埋深由北往南遞增，北部為24．22～29．72 m，南部區外逐漸增至37．22～39．80 m。頂板高程由北部的0．60 ～3．50 m 往南遞減至為 －15．72 ～ －17．71 m。底板埋深由北向南部的盆地中心區遞增，北部為48．76 m，盆地中心的白龍達206．40 m，其高程由北部的 －18．44 ～ －32．38 m 往南遞減至 －184．32 m。

2 地下水開發利用現狀

孝感城區地下水的開采主要是各單位自備井各自開采。其中開采地下水量較大的有10多家，它們主要分布于長征路與城站路中段，同時混合開采第一、二含水層，井深一般為120 m左右。據孝感市計劃節約用水辦公室提供的2011年城區生產井取水統計，現有開采井數約273口，年開采地下水量1 643×104m3(約4．5 ×104m3/d)，占地下水允許開采量(2 537．75 ×104m3)的64．74%。現年地下水開采量雖未超出允許開采量，但是由于城區開采井布井不太合理，而造成局部地段嚴重超采，如在原地區以機關為中心的7 km2范圍內，每平方公里開采強度達9 644 m3/d，井數最多時達40口，井距僅十幾米。

3 地下水監測體系現狀

孝感市城區地下水環境監測工作是在1∶1萬“湖北省孝感縣城關供水水文地質勘察”的基礎上進行的。隨著監測工作的深入及1∶2．5萬“湖北省孝感市供水水文地質詳查”工作的開展，增加了城區及外圍地下水水位觀測網點，逐步完善了城區地下水水位“三級”監測網點(基本情況見表1)，同時觀測一、二含水層。

3．1 水位、水溫監測

第一含水層地下水水位、水溫監測控制面積58 km2，第二含水層地下水水位、水溫監測控制面積約258 km2。從表1可以看出現有監測點36個，其中國家級點7個(一含3個，二含4個)，省級點15個(一含9個，二含6個)，地方級點14個(一含8個，二含4個，地表水2個)。國家級點監測周期，為五日觀;省級點及地方級點監測周期，為十日觀。監測內容為地下水水位(水溫)，及當天氣溫。除上述進行的正常監測及檢測外，在枯、豐水期即2月20日及7月20日對城區所有監測點及外圍點進行統一觀測，總點數為42個(其中外圍點6個)。統測時間是城區范圍內所有監測點在一天內完成觀測，外圍點一般是在城區范圍內觀測的前一天或后一天觀測完成。

3．2 水質監測

孝感市城區水質監測取樣點均為各單位多年運營的生產井，井點數量多，分布范圍廣，孔深一般43～150 m。由于城區多數井同時開采一、二含水層，形成混合開采現狀。水質監測工作是在現有的各單位開采井中進行采樣送檢，采樣方法為地表泵口或管口瓶裝。每年對區域進行水質取樣，送檢20組(其中地下水18組、地表水2組)，分別進行全分析及微量元素分析。

4 地下水水位動態變化特征

本次收集到1999—2011年孝感城區地下水環境監測數據等資料，由于有些資料年限較早，相關數據不夠完全，故而依據不同的側重點有針對性地選取相關數據。通過對降雨量、地下水開采量、第一含水層和第二含水層地下水水位變化、地下水降落漏斗面積的變化分析研究，總結出如下規律:

4．1 降雨量與地下水位降落漏斗面積的關系［2］

通過比對2003—2011年孝感城區降雨量與地下水降落漏斗面積相關數據，并繪制成歷時曲線(見圖1)。從圖1可以得出降雨量與第一含水層地下水降落漏斗面積呈反相關的關系。即當降雨量呈增大趨勢時，第一含水層地下水降落漏斗面積呈現出減小的趨勢，僅在2008年出現異常(可能與年內局部超采有關)。而第二含水層卻并未表現出如此明顯的變化。通過分析，其原因主要是因為第一含水層埋藏較淺，其補給來源主要依靠大氣降水，所以其降落漏斗面積受降雨量影響最大，表現出降雨量增大，造成地下水補給量增多，因而含水層降落漏斗面積變小，反之亦然。而第二含水層由于埋深較大，影響其變化的因素除了大氣降水外，更多的還受第一含水層的補給量與地下水開采量的影響。

4．2 地下水開采量與地下水位降落漏斗中心水位關系

通過比對2000—2011年孝感城區地下水開采量與地下水降落漏斗中心水位相關數據，并繪制其歷時曲線(見圖2)。從圖2中可以看出近年來孝感城區地下水開采量正在逐年減小，而含水層漏斗中心水位亦表現出明顯的升高現象，特別是受開采量影響最大的第二含水層。而第一含水層由于受到大氣降水的影響，其變化不如第二含水層明顯，也表現出總體升高的趨勢。

表1 孝感市地下水監測網點基本情況統計表(2011年度)Table 1 Statistical table of basic situation of ground water monitoring network in Xiaogan City

圖1 2003—2011年降雨量與第一含水層漏斗面積歷時關系曲線圖Fig.1 Curves of relation between rainfall from 2003 to 2011 and funnel area of first aquifer

圖2 2000—2011年地下水開采量與第一、二含水層漏斗中心水位歷時關系曲線圖Fig.2 Curves of relation between groundwater exploitation from 2000 to 2011 and funnel area of first＆second aquifer

4．3 含水層地下水位降落漏斗面積與漏斗中心水位關系

通過比對2000—2011年孝感城區含水層降落漏斗面積與含水層漏斗中心水位相關數據，并繪制成歷時曲線(見圖3、4)。從圖3、4中可以看出二者并沒有表現出比較明顯的關系。一般情況下，含水層漏斗中心水位高程應與含水層降落漏斗面積呈反相關關系，即當含水層漏斗中心水位高程升高時含水層降落漏斗面積減小;當含水層漏斗中心水位高程降低時含水層降落漏斗面積變大。可是比對結果卻并非如此，分析其原因是由于地下水開采井布局不合理，地區開采量不均，局部開采量過度，導致含水層漏斗中心發生偏移所致。

5 地下水水質變化特征

5．1 地下水水化學基本特征

區內地下水水溫受氣溫影響較小，一般在15°～20°之間。地下水感觀好，為無色、無味、無嗅、清澈透明，軟—微硬、中性淡水。特別是第二含水層水質已達國家飲用天然礦泉水標準，屬含鍶偏硅酸型礦泉水，是人們生活飲用的理想水源。該區地下水開采井多為同時開采一、二含水層，因此，水質監測取樣也為一、二含水層混合水樣。水化學類型主要為重碳酸鈣鈉型、重碳酸鈣鎂型，僅孝南衛生局為重碳酸氯化物鈣鈉型水。

5．2 地下水水質評價

孝感城區地下水質監測點共18個，地下水質量評價以地下水水質監測資料為基礎，分為單項組分評價和綜合評價兩種。評價因子分為二類十項:第一類為一般理化指標，包括pH、總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、氨氮、鐵、錳;第二類為毒理學指標硝酸鹽、亞硝酸鹽。

評價標準根據《地下水質量標準(GB/T14848—93)》(以下簡稱標準)進行評價。

(1)地下水質量單項組分評價 通過對區域內歷年水質檢測結果進行分析，區域內水質整體較好，大多數指標為Ⅰ～Ⅲ類，只有局部地區鐵、錳超Ⅲ類水質。

(2)地下水質量綜合評價 綜合評價是在單項組分評價的基礎上，按照標準6．3節采用加附注的評分法進行評價，評價結果見表2。

通過表2可以看出近年來區內水質總體有好轉趨勢，特別是從2006年開始出現優良水質，其原因與近年來地下水開采量的減少、部分開采井的關閉有關。但從表中仍然可以看出局部地區水質較差，影響水質較差的主要因素仍然是局部地區鐵、錳含量招標。分析其原因主要有:①開采井設施老化，由于開采時間過久，區內部分開采井井管產生嚴重銹蝕，多年來未經過更換、養護;②城市排污，未經深度處理的污水排入河流和溝渠，經過下滲與越流補給，導致一二含水層局部鐵、錳含量超標。

圖3 2000—2011年第一含水層漏斗中心水位與漏斗面積歷時關系曲線圖Fig.3 Curves of relation between central level of first aquifer from 2000 to2011 and funnel area

圖4 2000—2011年第二含水層漏斗中心水位與漏斗面積歷時關系曲線圖Fig.4 Curves of relation between central level of second aquifer from 2000 to2011 and funnel area

表2 2003—2011年孝感城區地下水質量綜合評價表Table 4 Comprehensive evaluation table of groundwater quality from 2003 to 2011 Xiaogan city

6 地下水開發利用及監測現狀分析結論

(1)隨著孝感城市經濟建設的發展，對地下水的依賴程度越來越大，到上世紀90年代中期達到高峰，開采量已達6．65×104m3/d，接近地下水允許開采量。過度開采導致地下水位迅速下降，地下水降落漏斗不斷擴大，地下水的賦存、補給等水文地質條件已經發生了改變。為此，孝感市政府近年來采取了限制措施，部分生產井被關閉。根據部分監測點水位數據反映，地下水在局部地段已經開始呈上升趨勢，地下水水質總體有好轉趨勢，特別是從2006年開始出現優良水質。盡管如此，地下水的開采仍然存在很多不合理的地方，例如局部地區過度超采、開采井布局不合理、開采設施老化銹蝕等，急需對現有開采模式進行優化。

(2)近20年來孝感城市建設不斷發展，但卻一直未對地下水資源進行詳細的水文地質調查與區劃等基礎性地質工作。并且目前監測孔的監測主要依靠人工監測讀取數據，精度不高，區內地下水監測點多處受到破壞損毀，部分監測孔已經無法監測。通過對地下水水位動態變化特征分析可知，現有監測體系已經無法準確地控制降落漏斗的具體形態及變化發展特征，急需對其進行完善優化。

7 完善監測體系措施建議

監測作為分析由地下水開發利用引發的問題獲取基礎資料的一種必要手段，可以準確地為地下水開發利用及保護提供支撐，為有針對性地采取相應的防治措施提供可靠的地質依據。如果監測網點布置不合理，監測數據不準確，必然無法準確地掌握地下水動態。監測資料準確與否直接關系到保護措施實施恰當與否。所以完善地下水監測體系建設尤為重要。鑒于現狀，可采取如下措施完善地下水監測體系。

(1)及時開展地下水水文地質調查工作 孝感市最近一次水文地質調查工作完成于上世紀90年代初，歷經20年，其水文地質條件已經發生了變化。通過對地下水水位動態變化分析，目前含水層漏斗中心已經發生偏移，現有監測體系已經無法準確地控制降落漏斗的具體形態及變化發展特征，所以必須及時地開展一次地下水水文地質調查工作，準確了解地下水水文地質情況。

(2)合理布置監測網點 監測網點布置的合理與否直接關系到監測數據是否有效。所以應該根據水文地質調查結果，合理布置監測網點，準確控制地下水降落漏斗邊界。同時對淤堵損壞的監測孔進行修復，恢復其原有功能。

(3)改進監測手段，建立監測數據庫 將傳統的人工監測改為現代化自動監測傳輸，通過自動化監測，實現監測數據的實時傳輸。同時建立地下水動態監測數據庫，實現監測數據網絡化，通過對監測數據及時分析，隨時了解地下水動態變化，實現地下水水情預報，為政府決策提供參考。

［1］ 楚德亮，覃能輝，等．湖北省孝感市供水水文地質詳查報告［R］．孝感:湖北省鄂東北地質大隊，1993．

［2］ 譚偉，張軍，等．湖北省孝感市城區2011年地下水環境監測年度報告［R］．孝感:湖北省地質環境總站，2012．