蜀南竹海地區(qū)小型集中供水可行性研究

趙云紅，龐　練，肖　毅

蜀南竹海地區(qū)小型集中供水可行性研究

趙云紅，龐練，肖毅

（四川省地質(zhì)工程勘察院，成都 610072）

通過對蜀南竹海相嶺-象鼻場向斜儲(chǔ)水構(gòu)造特征及水文地質(zhì)條件分析，探討了其對實(shí)現(xiàn)小型水廠集中供水的可行性，確定了可供開發(fā)利用的主要目標(biāo)取水含水層，并提出了建立小型集中供水水廠的位置和方案。

紅層丘陵；集中供水；儲(chǔ)水構(gòu)造；蜀南竹海

蜀南竹海為白堊系和侏羅系紅層低山丘陵地區(qū)，地下水較為貧乏，當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活用水以民井或機(jī)井取淺層地下水或引用山泉水為主，在旱情嚴(yán)重的年份，存在一定的供水困難。本文針對竹海儲(chǔ)水構(gòu)造開展研究，探討在該區(qū)域建立小型水廠實(shí)現(xiàn)集中供水的可行性。

1　地質(zhì)概況

研究區(qū)處于四川盆地南緣紅層丘陵低山區(qū)，為構(gòu)造侵蝕、剝蝕中丘和淺-中等切割臺(tái)狀低山地貌，區(qū)內(nèi)氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候類型，位于長江支流長寧河流域。

1.1地層巖性

研究區(qū)出露的地層主要為白堊系上統(tǒng)夾關(guān)組（K2j）、侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）以及侏羅系中統(tǒng)遂寧組（J2sn）。

白堊系上統(tǒng)夾關(guān)組（K2j）：為河湖相沉積的一套磚紅色厚至巨厚層狀長石石英砂巖夾磚紅色、紫紅色粉砂巖及泥巖、頁巖薄層。

侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）：棕紅色、紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾粉砂巖及數(shù)層較厚的含長石石英細(xì)砂巖、局部夾泥質(zhì)石灰?guī)r薄層。

侏羅系中統(tǒng)遂寧組（J2sn）：主要為鮮紅色、棕紅色泥巖與砂質(zhì)泥巖互層，局部夾石英粉砂巖，偶夾透鏡狀石英砂巖及薄層泥灰?guī)r，底部為一層不穩(wěn)定的紫灰色、磚紅色長石石英砂巖。泥巖普遍含鈣質(zhì)、干裂、波裂較多，波狀層理發(fā)育。

1.2地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)構(gòu)造形跡主要呈東西向展布，以褶皺為主，地面未見斷層出露，區(qū)域構(gòu)造屬于東西向構(gòu)造體系之長寧-習(xí)水構(gòu)造帶。研究區(qū)處于該構(gòu)造帶的相嶺-象鼻場向斜西端（圖1）。相嶺-象鼻場向斜西端呈東西向橫穿長寧縣，分布于萬嶺鎮(zhèn)、竹海鎮(zhèn)、花灘鎮(zhèn)、銅鑼鄉(xiāng)四個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其出露地層核部為白堊系上統(tǒng)夾關(guān)組（K2j）、在核部形成低山地貌。兩翼為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）和侏羅系中統(tǒng)遂寧組（J2sn），巖層緩傾，傾角4°～5°，為中、淺丘地貌。

圖1　區(qū)域構(gòu)造綱要略圖

在構(gòu)造作用下，巖層裂隙發(fā)育，裂隙以構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙為主。構(gòu)造裂隙發(fā)育于向斜翼部和核部，裂隙大多垂直于層面，裂隙面傾角多為巖層傾角的余角，厚層砂巖中裂隙寬大、稀疏，泥巖、粉砂巖中裂隙較密集。風(fēng)化裂隙以淺部裂隙為主，主要發(fā)育于翼部泥巖、砂質(zhì)泥巖及薄層細(xì)、粉砂巖等軟弱巖層中，風(fēng)化裂隙無一定延伸方向，多呈閉合狀，地表則微微張開。

2　水文地質(zhì)條件

2.1地下水類型及富水性

研究區(qū)內(nèi)地下水類型為紅層承壓水和基巖裂隙水兩類。其中，基巖裂隙水又可細(xì)分為構(gòu)造裂隙水和風(fēng)化裂隙水兩個(gè)亞類。

1）紅層承壓水：區(qū)內(nèi)的蓬萊鎮(zhèn)組巖性主要為泥巖與砂巖的不等厚互層。在砂巖中，裂隙普遍較為發(fā)育。由于裂隙發(fā)育的相對成層性、泥巖的隔水作用以及該含水巖層處于向斜翼部構(gòu)成向斜自流盆地儲(chǔ)水構(gòu)造，該地層中的地下水具有層間水性質(zhì)，一般具有明顯承壓性。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，該類型地下水泉一般流量0.14～0.50 L/s。根據(jù)機(jī)民井調(diào)查，單井出水量約50～80 m3/d。

2） 基巖裂隙水：① 構(gòu)造裂隙水，區(qū)內(nèi)構(gòu)造裂隙水含水巖層主要為白堊系夾關(guān)組，為一套厚層至塊狀砂巖，含鈣質(zhì)及石膏，分布于向斜核部。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，地層傾角平緩，裂隙發(fā)育稀疏，但在構(gòu)造作用下，裂隙切割深度較大，延伸較遠(yuǎn)，其間地下水多自裂隙中呈片狀水流分散溢出，以至于到處可見源于其中的小溪，流水聲不絕于耳，但卻不易找到集中出水的泉點(diǎn)。泉流量變化較大，大者可達(dá)約1.0 L/s，小者僅0.04 L/s多，普遍流量小于0.5 L/s。② 風(fēng)化帶裂隙水，區(qū)內(nèi)風(fēng)化帶裂隙水主要賦存在侏羅系中統(tǒng)遂寧組淺部風(fēng)化帶裂隙中。遂寧組巖性以泥巖為主，分布于向斜翼部，地貌上多為淺丘、中丘，因泥巖具有塑性，構(gòu)造裂隙不發(fā)育。其間風(fēng)化帶深約4～30m，一般不超過10m。地表泉水稀少，流量多小于0.1 L/s。根據(jù)機(jī)民井調(diào)查，單井出水量約15～20 m3/d。

2.2地下水補(bǔ)徑排特征

區(qū)內(nèi)相嶺-象鼻場向斜兩翼地層構(gòu)成單斜構(gòu)造，組成向斜的砂泥巖互層地層中，砂巖為透水巖層，泥巖為隔水巖層，砂巖為儲(chǔ)水的良好空間，整個(gè)向斜構(gòu)成一向斜儲(chǔ)水構(gòu)造。區(qū)內(nèi)地下水主要靠大氣降水補(bǔ)給。補(bǔ)給條件受裂隙發(fā)育程度、地形地貌特點(diǎn)、降雨及地表水分布等因素控制。

地下水從向斜核部及翼部透水層出露地表的地形較高地區(qū)接受補(bǔ)給，通過砂巖、泥巖中的孔隙、裂隙向核部或翼部地形較低的部位匯集，構(gòu)成良好地下水富集條件，深部地下水局部具有承壓性。補(bǔ)給隨地面條件而變化，大多數(shù)情況下，緩坡、谷地或淺切割的地區(qū)、地表植物茂盛、裂隙發(fā)育的地段補(bǔ)給量大；反之，補(bǔ)給量小。淺部地下水的循環(huán)受地貌的影響，一般在坡度較陡地帶，徑流途徑短、速度快，地下水動(dòng)態(tài)明顯受降水影響，而在地形平緩地帶，徑流途徑長，速度緩慢。

表1　研究區(qū)地下水水化學(xué)特征

地下水在區(qū)內(nèi)附近地勢低洼處（溝谷、河流切割地段）或者在砂泥巖接觸帶以下降泉的形式排泄出地表，或者以淺井的形式人工揭露。

2.3地下水動(dòng)態(tài)特征

地下水水位動(dòng)態(tài)變化受降雨影響明顯，雨天后水位升高，且地下水位變化略滯后于地表降水，變化幅度一般0.5～4m，補(bǔ)給徑流區(qū)變化幅度較大，而埋藏區(qū)變化幅度相對較小，特別是在稻田等地表水體旁，幅度一般僅0.5～1m，水量的變化規(guī)律與水位變化相似，枯、豐期泉井流量變化較大，大多數(shù)泉井水枯期流量較豐水期削減30%～50%。

2.4地下水水質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)地下水化學(xué)成分與含水巖層巖性，特別是紅層中所含膏鹽關(guān)系密切。研究區(qū)內(nèi)地下水化學(xué)類型包括HCO3型、SO4·HCO3型和HCO3·SO4型，局部Na+含量較高。pH值6.6～7.5，為中性水，礦化度120.0～897.1 mg/L，總硬度57.6～415.4 mg/L（表1、圖2）。

區(qū)內(nèi)地下水局部SO42-含量超過《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848-93）的要求。綜合分析，相比較未超標(biāo)的民井，超標(biāo)民井深度均較大（SYD3-3深80m，SYD3-7深65m），其超標(biāo)原因與原生地質(zhì)環(huán)境有關(guān)，主要原因在于侏羅系遂寧組普遍含有膏鹽。在研究區(qū)內(nèi)，分布在侏羅系遂寧組直接出露地段的地下水（XS01、XS02）為淺層風(fēng)化帶裂隙水，埋深較淺（20～30m），地下水循環(huán)交替強(qiáng)烈，水質(zhì)較好。而在侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組中分布的SYD3-3、SYD3-7地下水，硫酸鹽超標(biāo)主要由民井深部揭露下伏遂寧組中的石膏層引起，在深部，遂寧組含水層中地下水埋深大（60～80m），循環(huán)交替緩慢。

表2　地下水補(bǔ)給資源量計(jì)算成果表（多年平均降雨量）

2.5地下水資源量計(jì)算

2.5.1地下水補(bǔ)給資源量

區(qū)內(nèi)地下水主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給，地下水補(bǔ)給資源量主要針對降雨入滲量進(jìn)行計(jì)算，采用降雨入滲系數(shù)法計(jì)算。計(jì)算公式如下：

式中：Q降—地下水天然資源量（m3/d）；F—計(jì)算區(qū)面積（km2）；α—入滲系數(shù)；P—多年平均降雨量（mm）。計(jì)算面積取地層分布面積；降雨量取值結(jié)合長寧縣多年降雨系列統(tǒng)計(jì)資料，根據(jù)多年平均降雨量等值線圖，計(jì)算區(qū)內(nèi)多年平均降雨量為1 200mm；降雨入滲系數(shù)取值參照前人成果資料。根據(jù)計(jì)算，在多年平均降雨條件下，區(qū)內(nèi)地下水的天然補(bǔ)給量為17 177.20 m3/d（表2）。

2.5.2地下水儲(chǔ)存量

地下水的儲(chǔ)存量主要起到季節(jié)性調(diào)節(jié)作用，在枯水期地表水補(bǔ)給量不足時(shí)，對地下水進(jìn)行暫時(shí)補(bǔ)給，在豐水期降雨較豐富，地表水補(bǔ)給充足，補(bǔ)給量較大時(shí)，地下水儲(chǔ)量又得到補(bǔ)充，總體來看，地下水儲(chǔ)存總量是處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。按下式計(jì)算區(qū)內(nèi)含水層地下水儲(chǔ)存量：

式中：Q儲(chǔ)—地下水儲(chǔ)存量（m3）；F—計(jì)算區(qū)面積（km2）；H—含水層平均厚度（m）；μ—給水度。

計(jì)算參數(shù)取值及成果見表3，區(qū)內(nèi)地下水儲(chǔ)存量為3.28×106m3（表3）。

2.5.3地下水可開采資源量

地下水可開采資源量采用平均布井法計(jì)算。計(jì)算公式如下：

式中：Q開—地下水可開采資源量（m3/d）；Q0—單井出水量（m3/d）；n—平均布井?dāng)?shù)（個(gè)）；F—布井區(qū)面積（m2），考慮適宜布井的區(qū)域?yàn)榈貙臃植济娣e的40%；R—單井影響半徑（m）。計(jì)算參數(shù)取值及成果見表4，區(qū)內(nèi)地下水儲(chǔ)存量為11 915.51 m3/d（表4）。

表3　地下水儲(chǔ)存量計(jì)算成果表

3　小型集中供水地段的選擇

研究區(qū)相嶺-象鼻場向斜寬闊平緩，核部地層產(chǎn)狀平緩，近于水平。核部為白堊系夾關(guān)組巨厚層狀砂巖夾粉砂巖、泥巖含水巖組，翼部侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組紅層砂泥巖含水巖組依次、相間呈環(huán)形條狀展布，有利于地下水以環(huán)向徑流的方式向核部運(yùn)移、匯聚、富集（圖2）。

向斜核部，在構(gòu)造作用下，發(fā)育兩組呈“X”型共軛形式產(chǎn)出的裂隙，且發(fā)育深度較大，是地下水的良好儲(chǔ)存空間。而環(huán)狀展布的翼部地層，以砂泥巖互層形式分布，形成單斜式的儲(chǔ)水構(gòu)造，其中砂巖為透水巖層，泥巖為隔水巖層，砂巖為儲(chǔ)水的良好空間。

根據(jù)構(gòu)造與地貌發(fā)育的關(guān)系，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，在向斜核部，大面積出露的白堊系夾關(guān)組巨厚層狀砂巖段，形成地勢較高、地形較陡峭的低山，且構(gòu)造裂隙發(fā)育深度大，地下水埋藏深度也大，在與翼部砂泥巖互層地層接觸地段，往往形成陡坎或陡崖，地下水多在陡崖崖底出露。而翼部侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組砂泥巖互層地層分布段，由于巖石相對較軟，易于風(fēng)化，形成地勢較低、地形起伏不大、沖溝較為發(fā)育的中丘地貌，且由于巖石易于風(fēng)化，地表形成耕植土，地表植被發(fā)育，有利于大氣降水及地表水的蓄積和滲入補(bǔ)給地下水，地下水多在低洼的溝谷等地帶出露（圖3）。

結(jié)合前述水量、水質(zhì)分析，在該向斜儲(chǔ)水構(gòu)造內(nèi)，可將侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組分布作為建設(shè)小型集中供水水廠的主要含水層，同時(shí)，可引用白堊系夾關(guān)組的泉水作為補(bǔ)充，增大水量。

表4　地下水可開采資源量計(jì)算成果表

圖2　研究區(qū)水文地質(zhì)略圖及取樣點(diǎn)分布圖

4　結(jié)語

研究區(qū)為向斜儲(chǔ)水構(gòu)造，主要取水含水層為向斜翼部分布的侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組砂泥巖，可在該含水層分布地段布置取水井，滿足小型集中供水水廠取水。

針對小型集中供水水廠取水井建設(shè)，提出以下建議：

1）區(qū)內(nèi)地下水開采方式宜采用管井形式，同時(shí)，就近引泉增大水源地水量。

2）區(qū)內(nèi)地下水開采宜因地制宜，選擇地勢較為低洼、相對開闊、平坦的地方布置取水井。

3）為保證地下水水質(zhì)，井深不宜過大，井深40～50m為宜。

該研究方法，可以為在類似紅層丘陵水文地質(zhì)單元區(qū)進(jìn)行小型集中供水的勘查和應(yīng)用提供一定的參考和借鑒。

圖3　水文地質(zhì)剖面圖

［1］ 王大純，張人權(quán)，史毅紅， 等. 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京: 地質(zhì)出版社，1986

［2］ 四川省地質(zhì)局二○八地質(zhì)隊(duì). 筠連幅、敘永幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告（1:20萬）［R］.1980

［3］ 盧玉邦， 郎景波， 付志剛， 張喜峰. 基巖山區(qū)尋找構(gòu)造裂隙水技術(shù)的應(yīng)用［J］. 黑龍江水利科技， 2004（4）: 55～56

［4］ 胡寬瑢， 曹玉清， 胡忠毅， 劉星. 水文地質(zhì)蓄水構(gòu)造級(jí)、區(qū)帶劃分及其水資源分布特點(diǎn)［J］. 長春科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，30（3）:246～250

［5］ 彭華， 吳志才. 關(guān)于紅層特點(diǎn)及分布規(guī)律的初步探討［J］. 中山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2003， 42（5）:109～113

［6］ 張福存， 鄢毅， 劉安云， 李旭峰. 西南紅層淺層地下水特征及其開發(fā)利用模式［J］. 水位地質(zhì)工程地質(zhì)，2008（3）:53～55 .

A Feasibility Study of Small Central Water Supply in the Bamboo Forest in Southern Sichuan

ZHAO Yun-hong PANG Lian XIAO- Yi
（Sichuan Institute of Geological Engineering Investigation， Chengdu 610072）

This paper makes an approach to feasibility of small central water supply and the main aquifer for the development and utilization in the Bamboo Forest in Southern Sichuan based on analysis of hydrogeological conditions of the Xiangling-Xiangbichang Syncline， putting forward a plan of construction of small central water supply waterworks.

red bed； hill； central water supply； Bamboo Forest in Southern Sichuan

P641.8

A

1006-0995（2015）04-0570-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.021

2014-10-15

趙云紅（1975-），男，四川江安人，高級(jí)工程師，長期從事水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查、水資源評價(jià)、地?zé)豳Y源開發(fā)利用、科研等工作

龐練（1984-），男，四川西充人，工程師，長期從事水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查、水資源評價(jià)、水環(huán)境評價(jià)等工作