鄒平市南部山區富水地段水文地質特征淺析

戰靜華，王明珠*，閆朋飛，段曉飛，張航星

(1.山東省地勘局第二水文地質工程地質大隊(山東省魯北地質工程勘察院)，山東 德州 253072;2.山東省地熱清潔能源探測開發與回灌工程技術研究中心，山東 德州 253072)

0 引言

山東省鄒平市南部山區地下水資源豐富且水質優良，是鄒平市重要的飲用水源地，承擔著17萬當地居民的生活和灌溉用水、工業及城市(應急)生活用水。近年來，當地地下水開發利用需求加大，開發程度不斷提高，加之氣候干旱，降水補給偏少，導致枯水期時水資源短缺，城鎮生活用水的供需矛盾逐漸突出，甚至出現城區居民定時供水的現象。因此，研究區域富水地段水文地質特征，尋找新的城市供水水源地，對緩解目前地下水的供需矛盾具有重要意義。

1 鄒平市南部山區概況

研究區在大地構造單元上位于魯中隆起魯山-鄒平斷隆，屬于魯西地層區，侏羅紀地層主要是由河流相沉積的碎屑巖形成、白堊紀地層是由中基性的熔巖和火山巖類型沉積形成，在山丘低洼的區域及河流所流經的地帶均有分布的第四紀松散沖洪積層。該區地貌類型為中度切割的低山丘陵區，地勢南高北低，呈傾斜式下降。氣候屬于暖溫帶半濕潤季風氣候區，四季分明，春季干燥多風，夏季炎熱多雨，秋季旱澇不均，冬季寒冷少雪[1]。多年平均溫度12～13℃。平均降雨量561mm，年內分布不均；平均水面蒸發量1400～2100mm，年內蒸發量3—9月份較大，每月超過150mm，4—7月份每月蒸發量超過200mm，超過全年總蒸發量的一半。鄒平南部山區主要河流包括黛溪河、杏花溝、潴龍河、淦溝河等，多屬于季節性河流內集聚小型水源工程，加強地下水資源保護和地下水生態修復，充分做好雨洪資源利用，為緩解農業用水緊張程度發揮了重要作用。目前黛溪河流域內有杏林水庫、花盆河水庫、馬莊水庫、于印水庫、三八水庫；潴龍河流域內有芽莊水庫、石河水庫、聚群水庫；淦溝河流域內建有北園水庫、大房水庫、西河水庫和古城水庫等。

2 水文地質條件

2.1 地下水賦存條件

鄒平市南部山區在水文地質單元上隸屬于平陰-臨朐單斜水文地質區黛溪河流域地下水系統。根據區域地下水的基礎地質和水文地質條件[2]，結合水文氣象等綜合研究，初步將該區域地下水分為基巖裂隙水和松散巖類孔隙水兩種類型(圖1)。

1—塊狀巖類裂隙水單井涌水量<100m3/d；2—噴出巖類孔洞裂隙水單井涌水量<100m3/d；3—碎屑巖類孔隙裂隙水單井涌水量<100m3/d；4—松散巖類孔隙水單井涌水量1000～3000m3/d;5—松散巖類孔隙水單井涌水量500～1000m3/d;6—松散巖類孔隙水單井涌水量<500m3/d;7—水系；8—富水性分區界線圖1 鄒平市南部山區富水地段水文地質簡圖

2.1.1 基巖裂隙水

鄒平南部的低山丘陵區以基巖裂隙水為主，該類地下水分布極不均勻，基巖含水層頂板埋深在杏林-象伏-蘆泉支流以南小于50m，該線以北含水層頂板埋深起伏較大[3]。單井涌水量一般都小于100m3/d，含水層富水性相對較差，但其交替循環積極，水質良好，是南部山區居民生活和灌溉用水、工業及城市(應急)生活用水的重要來源[4]。

2.1.2 松散巖類孔隙水

區內的松散巖類孔隙水主要分布在黛溪河及其支流的沖洪積扇地區[5]，含水層顆粒粗、厚度大，具有多層結構。縱向上，自下而上含水層顆粒由粗變細，上部由粗砂、含礫粗砂組成，下部含一層5～10cm的礫石層與下方的基巖直接接觸。橫向上，自扇軸向兩側顆粒由粗變細，分別由礫質砂、中粗砂，漸變為粉細砂。含水層底板埋深沿沖洪積扇主軸方向，由西南40m向東北逐漸遞增到90m以上。主流路帶內單井涌水量500～1000m3/d，松散巖類孔隙水的補給方式主要為大氣降水和灌溉入滲補給，排泄方式主要為人工開采。

2.2 地下水補徑排特征

區內地下水整體上具備相對獨立的補給、徑流、排泄條件，水動力場具有明顯的分區性，地下水補給來源主要是大氣降水，直接補給區主要分布在上游丘陵區，間接補給區主要分布在中游剝蝕堆積平原區，最終的匯集排泄區主要分布在山前沖積平原區。

區內的地下水總體自西南向東北方向徑流。丘陵山區，以基巖裂隙水為主，一般不具備統一水力聯系；在鄒平城區松散巖類地下水分布區，地下水流向呈自西南向東北徑流動[6]，由于補給區地勢南高北低，且上部坡地較大，同時由于人為開采造成的影響，在西董村一帶地下水埋深達20m；至柳泉一帶時，地勢逐漸變緩，水的流速也逐漸變慢，此地地下水埋深為7～8m，但是受人為開采影響，在水廠附近，動水位埋深也超過15m。受到河流補給作用，在黛溪河流域附近，地下水等水位線是向內側彎曲。該區主要的排泄方式是人工淺層潛水與中層承壓水混合開采，開采的層位一般為10～90m[7]。在臨池南部，地下水越向南水位埋深越大，由北向南徑流動(圖2)。

1—水位埋深2～4m；2—水位埋深4～6m；3—水位埋深6～8m；4—水位埋深8～10m；5—水位埋深10～12m；6—水位埋深12～14m；7—水位埋深14～16m；8—水位埋深16～18m；9—水位埋深18～20m；10—水位埋深20～22m；11—水位埋深22～24m；12—水位埋深24～26m；13—水位埋深26～28m；14—水位埋深>28m；15—水位標高等值線/m；16—南部重點調查區范圍；17—山地圖2 鄒平市南部山區富水地段地下水水位埋深等值線圖

如圖3所示，該系統中主要的補給來源為大氣降水，其次補給來源多為地表水滲漏[8]。上游區域的基巖裂隙多不發育，流域內多數大氣降水匯集在地表[9]，在山口匯入各水系(黛溪河水系、潴龍河水系)。山前的西董村一帶，風化程度高的基巖為第四系下伏基巖，風化的巖石呈顆粒狀，土質疏松，具有良好的滲透性，有利的打通地下水滲透和運移通道，成為此區域地下水系統的直接補給區[10]；從山口區域向平原區域延展情況看，含水層顆粒由粗變細，透水性由黛西水廠、城南水廠等沖洪積扇軸部向東北方向逐漸減弱，地下水運移速度逐漸減緩，從而形成小型富水地段。

2.3 地下水開發利用現狀

區內地下水年開采量約1771.76萬m3/a，主要用于城鎮、農村生活用水及農業灌溉用水(表1)，由于流域內復雜的水文地質、地質條件[11]，機民井呈現村落集中供水、戶戶有井、灌溉井網分布等特點。據統計，南部山區戶中小井約19170眼，其中孔隙水14420眼，裂隙水4750眼；在作物集中種植區，澆灌井分布較密集。所調查的村莊，農作物種植面積約5312.6hm2，其中井灌區面積約2176.67hm2，占總種植面積的41%，灌溉井基本為淺層孔隙水。研究區多數村中有集中供水井，南部山區分布有集中供水井的村莊84個，其中孔隙水供水井31眼，主要分布在好生街辦和西董街辦北部；裂隙水供水井53眼，主要分布在臨池鎮、好生街辦和西董街辦南部。

3 富水地段圈定方法與結果

地下水富水地段主要指含水層空間內發育良好、富水性能較高，地下水資源補給、匯集等環境條件相對良好，適宜進行集中開采。地質結構、地層巖性和其他地形地貌的組合，決定著地下水補徑和排蓄條件及其賦存、富集的特點[12]。

1—玄武巖粗安山巖夾火山碎屑巖；2—中粗粒二長巖；3—熔結碎屑巖；4—潛火山相粗安玢巖；5—砂質黏土；6—粉細砂；7—青山組下亞組三段；8—青山組下亞組四段；9—青山組中亞組一段；10—燕山晚期侵入巖；11—第四紀大站組；12—地下水運移方向圖3 研究區地下水運移場示意剖面圖

3.1 富水地段圈定的方法

3.1.1 水文地質調查

通過1∶5萬水文地質調查南部山區共圈定出4個地下水富水地段。青陽鎮北部，包括韓家村-青陽村-馬埠村圈定范圍，該區主要由北部及西部向此處匯集的地下水及構造、斷裂富水，富水性較好。西董街辦北部，分別為南石村-夫村-楊李村一帶，地層以黏土夾砂層為主，富水性好，同時接收由西部山區匯集至此的水，匯水面積較大，上游污染較少，水質較好，可作為潛在水源地。好生街辦北部富水地段，面積較大，該處為潴龍河上流水流補給匯集，同時隨著松散層厚度的增加，儲水能力加強，為農灌區，地下水富水性好。臨池鎮南部，主要包括望京村和郭莊村，該處富水地段為構造富水，位于大臨池斷裂附近，該處為構造富水，不宜作為大型水源地供水。

表1 鄒平市南部山區地下水開發利用統計表(2017年)

3.1.2 地球物理勘探

在區內1∶5萬水文地質調查成果的基礎上，利用地球物理勘探方法，在區內尋找富水斷裂位置，確定富水靶區。采用電阻率聯合剖面法進行測量，該方法是利用供電電極與測點的不同位置關系，對地下(基巖中)局部電阻率異常體的規模、位置、產狀進行勘查[13]，在構造帶探查中具有明顯的效果。本次共布設聯合剖面8條，確定南部山區蓄水構造4處，分別為黃山街辦蓄水構造、西董街辦蓄水構造、大臨池斷裂富水構造、北園村富水構造，通過地球物理勘探解譯分析北園村富水構造在構造帶探查中發現斷裂走向不確定，推測為小型裂隙[14]。

3.1.3 抽水試驗

為確定完成井實際涌水量，評價含水層富水性，計算含水層水文地質參數，對施工的水文地質鉆孔進行了穩定流抽水試驗。

3.1.4 水質分析

為掌握區內地下水水質情況，尋找水質較優，具有供水意義的地下水富水地段，對區內地下水進行取樣分析，進行水質全分析和水質污染分析。根據水質評價分析南部3區均為Ⅲ類及以上水，適用于集中式生活用水水源及工農業用水。

3.2 富水地段圈定的結果

通過水文地質調查、地球物理勘探手段、抽水試驗、水質分析及收集資料等工作方法，鄒平市南部山區地下水富水地段3處(表2，圖4)，分別為青陽鎮富水地段、西董街辦富水地段和好生街辦富水地段。

表2 鄒平市南部山區新增富水地段情況表

1—富水地段；2—區分界線圖4 研究區富水地段分布圖

4 新圈定富水地段水文地質特征

4.1 青陽鎮富水地段

該富水區位于鄒平市青陽鎮，包括韓家村—青陽村—馬埠村圈定范圍，面積約7.70km2，該區地處山前沖洪積平原全淡水文地質區，90m以上地下水主要是賦存第四系沉積物中的粉砂、細砂中。根據含水層的水力性質和埋藏特點，在垂直方向上由淺到深分為：淺層潛水—微承壓水，中層承壓水(圖5)[15]。根據本次在青陽鎮韓家村水文地質鉆探，揭露地層主要為第四系松散層和白堊紀玄武巖[16]，含水層巖性以細砂、粉細砂為主；鉆進93.5m以深為白堊紀玄武巖，基巖埋深由南部山丘區到北部山前沖洪積平原逐漸變深。據調查，該富水地段附近淺井密集，井深30～50m，井徑350mm，水量8～20m3/h，地下水水化學類型為重碳酸—硫酸型，礦化度0.6～2.0g/L，主要用于農田灌溉和工業用水。

1—玄武巖；2—黏土；3—細砂、粉細砂圖5 研究區青陽鎮富水地段水文地質剖面圖

1—采補平衡區；2—有潛力區；3—輕度超采區；4—富水地段；5—分區界線圖6 研究區富水地段開采潛力分區圖

4.2 西董街辦富水地段

西董街辦富水地段分為兩個地段，分別為象伏村—西王村—太平村一帶，地佛村—臺頭村—朱塘村一帶，面積分別為5.40 km2和10.88 km2，地層以黏土夾砂層為主[17]，富水性好。含水層顆粒粗、厚度大，并具有多層結構。在垂向上，呈現出自下而上含水層顆粒由粗變細的趨勢，上部為粗砂、含礫粗砂，下部一般有一層5～10m礫石層，其下直接與基巖接觸。在平面上由扇軸部位向兩側顆主要粒變細，即由扇軸附近的礫質砂、中粗砂，漸變為扇間地區的粉細砂。含水層底板埋深受地下水厚度影響，一般沿沖洪積扇主軸方向，從西南向東北底板埋深由40m增加到90m以上。

砂層厚度在平面由扇軸部位的30m以上向兩側逐漸殲滅。主要接受大氣降水與灌溉入滲補給，人工開采是主要的排泄方式，根據含水層的水力性質和埋藏特點及各含水層混合開采，受人為影響具有一定的水力聯系，因此本次將區內松散巖類孔隙水劃為淺層潛水—微承壓水(圖6)。該富水地段分布在黛溪河及支流沖洪積扇區，地下水賦存條件、富水性和水質均較好該區域地下水資源開發利用類型多屬于降水滲入-徑流-開采型。地下水開采的形式為升—降—升—降[18]，是典型的人工開采地區。大氣中的降水作為該區域地下水的主要供應來源，水平徑流供應次之，排泄方式則以人工或自然開采方式供應為主。根據區內地下水動態特征，近年來隨著最嚴格水資源管理制度的落實，以及引水補源工程的開展，地下水開采量逐年減小，地下水水位有回升的趨勢。根據本次動態監測：2017年8月至2018年9月，西董街辦兩處監測點水位均較上一年度有明顯的回升，水位埋藏深度分別上升2.25m和2.89m。由此可見，該區段內近年來地下水總補給量大于總排泄量，地下水水位呈逐步回升趨勢，蓄水能力較好。

據調查，區內地下水開發利用以生活用水和農田灌溉為主，工業用水極少。生活用水井位戶中小井，井深小于30m，灌溉井井深多為20～80m，單井開采量5～10m3/h不等。本次水質分析結果顯示，富水區地下水水質總體較好，地下水水化學類型為重碳酸—硫酸型，礦化度小于1.0g/L。

4.3 好生街辦富水地段

位于潴龍河流域中游好生街辦以北、小高村—平原村一帶，面積約11.12km2，該處富水地段接受潴龍河上游的補給，松散含水層厚度由南至北逐漸增大，蓄水能力較好。該富水地段地處屬于山前沖洪積平原區全淡水文地質區，60m以上地下水主要是賦存第四系沉積物中的砂礫、粗砂中。淺層潛水—微承壓水，系指埋深在60m以上的地下水，上部被稱為潛水，由于局部隔水層的存在，下部含水層具有微承壓性[19]，含水層主要受到沖積扇的控制，多呈現片狀分布，其補給、徑流、排泄條件和動態變化直接受地形地貌、水文氣象及人為等各種因素的控制。地下水位埋深13m左右，流向由西南至東北，單井涌水量500m3/d左右。中深層承壓水，系指地下水深度范圍為埋深值60～200m的位置，含水層巖性以粉細砂，細砂為主，夾中粗砂及小礫石層。含水層厚度20m左右，單井涌水量500～1000m3/d。其地下水動態與當地的氣象水文等因素關系不明顯，以水平方向的補給排泄為主，徑流較為滯緩[20]。

據調查，區內淺井密集，井深30～50m，井徑300cm，水量8～20m3/h，地下水水化學類型為重碳酸型，礦化度0.6～1.4g/L，主要用于農田灌溉；區內中深層集中供水井約10眼，深度120～200m，出水量約30m3/h，地下水水化學類型為重碳酸型，礦化度小于1.0g/L。

5 富水地段開采潛力評價

根據原地礦部地質環境司《縣(市)區域水資源調查基本要求》進行分析評價(表3)。

表3 地下水資源開采潛力評價分級表

本次共圈定3處富水地段(圖6)，根據區內地下水資源開采潛力評價，青陽鎮(Ⅰ區)屬于采補平衡區，開采潛力較小，不適宜擴大開采；西董街辦2處富水地段，開采潛力大于1.2，屬于有潛力區，根據地形地貌和水文地質條件分析，Ⅱ-1區位于黛溪水廠的上游，集中開采該區地下水勢必會影響黛溪河下游的正常補給，易造成黛溪水廠水源的正常供給；Ⅱ-2區地下水徑流方向為自西向東，地下水主要匯集至西董街辦地佛村—皇后村—芽莊村一帶的松散層和構造裂隙中，以該區做為備用水源地，集中開采地下水對黛溪河下游黛溪水廠的影響較小；好生街辦屬于輕度超采區，應對其限制開采。各富水地段地下水資源開采潛力如表4所示。

表4 富水地段地下水資源開采潛力評價表

6 結論

(1)通過水文地質調查、地球物理勘探手段、抽水試驗、水質分析及收集資料等工作方法，圈定出3個地下水富水地段，分別位于青陽鎮北部；西董街辦北部；好生街辦北部富水地段。

(2)青陽鎮富水地段地下水主要是賦存第四系沉積物中的粉砂、細砂中;西董街辦富水地段地下水主要賦存于黏土所夾的砂層中;好生富水地段地下水主要賦存第四系沉積物中的砂礫、粗砂中。

(3)本次圈定的3個富水地段中，青陽鎮富水地段屬于采補平衡區，西董街辦富水地段屬于有潛力區，好生街辦富水地段為輕度超采區。