和順縣松煙村側向基巖裂隙水開發利用解析

劉宏偉

(和順縣水利局，山西 和順 032700)

山西省地處華北地區西部，黃土高原東部，位居海河流域上游和黃河流域中游，省內有呂梁山、太行山兩大山脈，根據其地貌特征可以分為東部山地區、中部盆地區和西部高原山地區。北部和南部分別受陰山和秦嶺東西向構造帶控制，東西部受南北向太行山和呂梁山構造帶控制，中間為北東向新華夏系雁行式排列的斷陷盆地。特定的水文氣象、地層巖性、地質構造等決定了其河流水系現狀、水文地質條件、地下水的分布規律和不同地區的地下水資源量，即中部盆地區水資源補給和儲存條件好，排泄條件差，地下水資源相對豐富；東西山區水資源補給和儲存條件差，排泄條件好，地下水資源貧乏，再加上受干旱以及水環境惡化等影響，山西省東西山區農村飲用水水量短缺、保證率低成為農村飲水安全工程存在的主要“短板”，在科學合理開發利用潛水井和小泉小水的同時，有計劃地開發利用深層地下水成為山區農村飲水安全工程達標建設的時代命題。

山西省地下水資源類型主要有三大類：松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水和碳酸鹽巖類巖溶水。松散巖類孔隙水主要分布在六大盆地，面積為27177km2；碎屑巖類裂隙水主要分布在東西兩側山區，面積為91095km2；碳酸鹽巖類巖溶水分布在東西兩側山區，面積為38278km2。根據含水層的成因層位、補給條件及水力特征，裂隙水可分為風化裂隙潛水、單向斜構造層間承壓水和斷裂構造破碎帶裂隙承壓水。裂隙水在山西省分布較廣，主要分布在呂梁山以西至黃河邊，寧靜向斜、沁水向斜、太行山區、中條山區及大同侏羅系地層向斜及大同盆地北部陽高-天鎮盆地等地區，其水質優良，因此裂隙水的開發和利用在山西省有很大的優勢和潛力。由于深層基巖裂隙水的不確定性，開發此類水除考慮環境類因素控制指標、資源類因素控制指標和經濟政策類因素控制指標外，對工程技術類因素控制指標的把控尤其關鍵，不僅要對項目區進行全面的水文地質調查，還必須開展地面電法物探勘測工作。準確把控變量因素，立足理論聯系實際，繼承與創新承接，把“死經驗”與“活數據”進行匹配性分析，方能科學開采和利用深層基巖水。松煙村作為山西省東部典型的太行山山區農村，對其深層基巖裂隙水的開發利用情況進行解析，可為類似地區提供參考。

1 山西省和順縣松煙村概況

1.1 松煙村自然地理概況

松煙村水依清漳之源，山附太行之巔，為松煙鎮鎮政府所在地，位居山西省東部，距和順縣城約20km，南與左權縣交界，屬于海河流域南運河水系，地處清漳東源與其支流松煙河的交匯處。松煙村現有常住戶597戶，常住人口1602人，大畜300頭。

1.2 松煙村飲用水源現狀

松煙村飲用水水源為1985年在村東打的一眼38m機井，取第四系地層水，多年出水量可達到30m3/h。目前，該井淤積嚴重，淤積深度達15m，實際出水量明顯不足，再加上村民居住范圍的擴展，該飲水水源井已經被包圍在村中央，生活污水對其影響十分嚴重。

農村飲水安全工程是農村的基礎性水利工程，農村飲水安全工程鞏固提升建設是和順縣脫貧攻堅的中心工作和硬性任務，和順縣松煙鎮松煙村飲水水源井工程超期服役、功能衰竭問題突出，水量短缺、保證率低、水質不達標是該村飲水安全工程存在的主要短板，因此為其規劃新的水源，保障群眾有水可用、用水安全、用水便捷是補齊短板的核心任務。

2 松煙村所處區域水文地質情況

2.1 地表水及淺層地下水情況

松煙村地處清漳東源與其支流松煙河的交匯處，西北為清漳東源，東北為松煙河，匯流后朝西南流出縣境。清漳東源松煙村上游的流域面積為628.8km2，據2016年統計資料顯示該區間年降水量為741.3mm，該河雨季河水泛濫，枯水季干枯，又名洪河；松煙河松煙村上游的流域面積為201.1km2，據2016年統計資料顯示該區間年降水量為904.5mm，該河一年四季河水長流；匯流后松煙村下游松煙村至和順縣、左權縣分界線段和順縣流域面積為168.8km2，據2016年統計資料顯示該區間年降水量為810.9mm。

淺層地下水沿河谷分布于第四系(Q)砂礫石層內，據2016年統計資料顯示松煙鎮所屬面積270km2，淺層地下水含量約985萬m3。

2.2 地層情況

為了查明該區水資源分布狀況，對松煙村附近地層進行了詳細的調查和分析，松煙村附近的地層分布為：前震旦系變質巖，在松煙村東楊家灣斷裂帶出漏，厚度約30m；震旦系石英砂巖，在松煙村周圍大面積出漏，厚度約1000m；中下寒武系石灰巖、頁巖，出漏在山頂，厚度約300m；第四系砂礫石層，分布在河谷底部，厚度約40m。按照出漏地層的水理特征劃分為：前震旦系變質巖區域，出漏面積較小，僅松煙村東約2.0km處的楊家灣山腳有少量風化裂隙水；震旦系串岺溝組分三段，一段為淺肉紅色石英砂巖，二段為灰白色及紫紅色石英狀砂巖，三段為海綠石片巖為主夾暗紫色鐵質砂巖，串岺溝組含水段在下段，串岺溝組下段在松煙村西北約2.0km處的西坡村后山坡，有小泉出漏；震旦系常州溝組分三段，一段為巨厚層粉紅色石英巖狀砂巖，垂直裂隙發育，二段為中厚層紫色石英砂巖，三段為粉紅色含礫石英砂巖，震旦系常州溝組含水段在下段，常州溝組下段在松煙村東南約2.0km處的暖窯村財神廟處，有季節性泉水出漏；中下寒武系石灰巖、頁巖在斷裂帶松煙村東南約2.6km處的暖窯村后山坡、松煙村西南約2.8km處的馬連曲村后溝和松煙村北約9.2km處的平松鄉合山村，有泉水出漏；第四系砂礫石空隙水普遍分布，地下水埋深15m左右，如松煙村南約1.8km處的東坡村水源井處。

2.3 地質構造情況

受所屬和順縣地質構造帶的影響，即和順縣地處山西省東陲，太行山中段，地處太行山大背斜西翼，沁水凹陷區東緣，地層自南東向西北由老而新呈單斜狀排列，主要構造線平行于太行山背斜軸，呈北東—南西方向展布。松煙村地處太行山大背斜西翼，太行拱斷束從村東通過，斷層產狀走向為NE20°～SW200°，傾向NW290°，傾角45°左右，是一系列南北走向、彼此平行的大型壓性斷裂構造組成的斷裂帶，具有南西—北東擠壓、南北扭動的特征，斷裂帶東側有派生斷裂并構成人字形構造，松煙村位于拱斷束西側嚴重影響地帶，震旦系石英砂巖裂隙發育形成帶狀單斜蓄水構造。松煙村一帶地質構造見圖1。

圖1 松煙村一帶地質構造

2.4 單斜蓄水構造分析

該區斷陷隆起特征顯著，隆起幅度為1000～2000m左右，形成頭東尾西臥虎形單面山，呈北東—南西或北東東—南西西走向的山地，山脈走向與區域構造線延伸方向基本一致。松煙村北山區出露有震旦系地層，產狀東北高西南低，震旦系常州溝組石英巖狀砂巖構造裂隙帶分布清晰，東部有變質巖抬升隔水，西部有完整巖體阻水，東北向南西有地層產狀控水，地下水在趙家溝、馬家巖、木口峪溝接受地層逆傾斜沖溝補給，補給面積約30km2。按照當地經驗數值0.0018m3/(s·km2)進行估算，該區年地下水補給量約為170萬m3，區內坡陡流急，巖石裸露，耕地少，分析得出該區蓄水充足且水質較好。

2.5 松煙村飲用水水源開發利用界定

綜上分析，松煙村所處區域地表水資源量和淺層地下水資源量相對充足，但是受生活、農業生產等影響嚴重。經水質檢測分析評價，此兩種水均不符合人畜飲用水標準，超標項目主要有總大腸菌群、菌落總數、色度、渾濁度、總硬度等。為推進松煙村飲水安全達標建設，對水源工程的界定傾向于利用北山單斜蓄水構造，開鑿震旦系側向基巖裂隙水，避開該村地表水及淺層地下水的污染問題，確保飲水安全工程的健康、持續運行。

3 側向基巖裂隙水的物探調查

3.1 物探工作的目的

在對該區基巖蓄水進行構造分析和論證的基礎上，初步確定村西北山區為地下水優質分布區。為保證滿足設計水平年飲水需求，進一步開展物探工作是十分必要的，其主要目的是分段選擇構造帶和地形適宜的區域開展綜合電法測量比較工作，查清當地的基巖埋藏深度、基巖裂隙水分布范圍和單斜蓄水構造的富水性，從而選擇有利位置布設井位。

3.2 物探工作布置

本次電法勘探測量使用兩種儀器：JK-E型天然電場選頻測量儀和JT-3型積分式激電儀。先使用JK-E型天然電場選頻測量儀，靈活尋找地下的低阻異常點，儀器測深300m，布線方法為垂直構造帶，從而圈定裂隙帶走向和分布范圍，用選頻法共找到松煙村家后溝潛流壩、松煙村大廟后和松煙村西居民小區3個異常區，分布方向與當地太行逆斷層走向一致。而后在3處異常區使用JT-3型積分式激電儀進行測量，多參數分析當地的地層、水理特征、含水層埋深等。

3.3 物探工作成果

電1點(H=1213m，東徑113°42′10.3″、北緯37°12′11.8″)位于松煙村家后溝潛流壩，電測深300m，根據ρs(視電阻率)曲線進行分析，曲線屬DA型，曲線先上升后下降，再緩緩上升。分析地層：3～6m為沖溝漂石，見基巖后受風化裂隙影響；6～24m為風化層；而后曲線在24～300m緩緩上升，分析為微風化地層，但在測深90m、150m、180m有構造裂隙，相應極化率、激發比、衰減度曲線為高值區，分析基巖裂隙潛水從150m見水，到270m增大，因此設計井深以300m為宜。

電2點(H=1216m，東徑113°42′15.9″、北緯37°12′16.5″)位于松煙村大廟后，電測深300m，ρs(視電阻率)曲線仍為DA型，曲線3～6m為上升，6～15m為下降，而后陡坡上升，比較平直，構造裂隙不發育，極化率、激發比、衰減度曲線平直，無富水反映。

電3點(H=1163m，東徑113°42′48.1″、北緯37°12′3.3″)位于松煙村西小區西北坡腳，電測深300m，ρs(視電阻率)曲線為A型，曲線3～36m平緩，分析為第四系黏土夾塊石層，在15m左右及24～36m深度存在有松散巖層孔隙水，但是水質無法保證；在36～45m為完整砂巖，為不含水巖層或含少量分化裂隙水；在 45～60m地層有裂隙發育，含有砂巖裂隙水；在60～75m為完整砂巖，屬不含水層；75～300m為上升段，曲線在90m、150m、180m、270m有低阻變化異常，相應極化率、激發比、衰減度曲線在120m以前無異常，120m以后緩緩上升，為高值區，地層較破碎，有裂隙發育，含砂巖裂隙水，分析是側向基巖單斜蓄水構造的反映。

4 松煙村側向基巖裂隙水開發利用情況

根據當地的水文地質條件，結合物探勘察曲線資料，松煙村西小區西北坡腳(電3點)符合定井位條件，設計井深300m。

松煙村飲水安全工程水源井實施情況為：0～36m(為松散層)實施鉆孔，直徑350mm，井管為直徑325mm鋼管，用實管封閉此段淺層水(水質較差)。36～300m實施鉆孔，直徑300mm，井管為直徑219mm鋼管，其中在75～180m段、240～300m段布控濾水花管，其余井段全部為實管。下泵深度200m，出水量30m3/h，完全可以滿足設計水平年105.71m3/d的需水要求，同時該處靠近松煙居民小區，配電線路架設十分方便。工程實施完成后，運行正常，水質良好，供水水量和保證率大幅度提高，群眾滿意度大幅度提升，實現了年初的建設目標，為松煙村飲水安全工程健康運行奠定了堅實的基礎。

5 思考與建議

水源工程的選擇關系著農村飲水安全工程的建設規模和運行的持續性，隨著社會經濟的發展，農村對水資源的需求量逐年增大，部分農村飲水安全工程水量短缺、水質惡化態勢逐步呈現，而優質的基巖裂隙水是山區部分農村飲水安全工程水源的首選，在山西省東西山區開發此類水具有廣闊的前景。為做好深層基巖裂隙水的開發利用，提出以下建議。

5.1 提高對地下水資源開發的風險認識

地下水是我國社會經濟發展的重要資源，是維系地表徑流、調節江河流量和生態環境的關鍵要素，全國水資源總量中地下水占比近1/3，地下水在保障城鄉居民生產和生活供水、支持社會經濟發展中具有重要作用。深層基巖裂隙水存在明顯的空間異質性、形成轉化過程的復雜性、儲量的分散性、外界變化響應的滯后性(補給困難)，因此深層基巖裂隙水的不合理開發可能會造成地下水系統變異，甚至引發地下水資源枯竭、地面沉降、河湖萎縮等一系列地質和生態環境問題。

5.2 合理開發利用深層基巖裂隙水

深層基巖裂隙水供水保證率高，水質優良穩定，由于其“埋藏性”決定了開發利用的難度，在選擇井位時一定要進行必要的區域水文地質分析，地質構造帶是基巖裂隙水開發利用的前提，同時要進行物探勘測工作，合理布置物探測線走向，科學選定測點位置，地層、地質分析和物探工作的有機結合，是開發深層基巖裂隙水的保障。

5.3 加強對深層基巖裂隙水的監管

對深層基巖裂隙水的監管一方面要出臺管理條例和制定相關的標準規范，明確鑿井深度、取水指標、水位指標、排水措施、保護范圍、井型結構等，為保護管理提供法制保障；另一方面要完善相應的監測體系建設，對地下水的動態變化、水質特性、取水量等進行實時監控，充分依托信息化、數據化技術建立監測信息平臺，為地下水資源評價、地下水資源管理保護、地下水開發利用等提供數據服務。