和顺县松烟村侧向基岩裂隙水开发利用解析

刘宏伟

(和顺县水利局，山西 和顺 032700)

山西省地处华北地区西部，黄土高原东部，位居海河流域上游和黄河流域中游，省内有吕梁山、太行山两大山脉，根据其地貌特征可以分为东部山地区、中部盆地区和西部高原山地区。北部和南部分别受阴山和秦岭东西向构造带控制，东西部受南北向太行山和吕梁山构造带控制，中间为北东向新华夏系雁行式排列的断陷盆地。特定的水文气象、地层岩性、地质构造等决定了其河流水系现状、水文地质条件、地下水的分布规律和不同地区的地下水资源量，即中部盆地区水资源补给和储存条件好，排泄条件差，地下水资源相对丰富；东西山区水资源补给和储存条件差，排泄条件好，地下水资源贫乏，再加上受干旱以及水环境恶化等影响，山西省东西山区农村饮用水水量短缺、保证率低成为农村饮水安全工程存在的主要“短板”，在科学合理开发利用潜水井和小泉小水的同时，有计划地开发利用深层地下水成为山区农村饮水安全工程达标建设的时代命题。

山西省地下水资源类型主要有三大类：松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙水和碳酸盐岩类岩溶水。松散岩类孔隙水主要分布在六大盆地，面积为27177km2；碎屑岩类裂隙水主要分布在东西两侧山区，面积为91095km2；碳酸盐岩类岩溶水分布在东西两侧山区，面积为38278km2。根据含水层的成因层位、补给条件及水力特征，裂隙水可分为风化裂隙潜水、单向斜构造层间承压水和断裂构造破碎带裂隙承压水。裂隙水在山西省分布较广，主要分布在吕梁山以西至黄河边，宁静向斜、沁水向斜、太行山区、中条山区及大同侏罗系地层向斜及大同盆地北部阳高-天镇盆地等地区，其水质优良，因此裂隙水的开发和利用在山西省有很大的优势和潜力。由于深层基岩裂隙水的不确定性，开发此类水除考虑环境类因素控制指标、资源类因素控制指标和经济政策类因素控制指标外，对工程技术类因素控制指标的把控尤其关键，不仅要对项目区进行全面的水文地质调查，还必须开展地面电法物探勘测工作。准确把控变量因素，立足理论联系实际，继承与创新承接，把“死经验”与“活数据”进行匹配性分析，方能科学开采和利用深层基岩水。松烟村作为山西省东部典型的太行山山区农村，对其深层基岩裂隙水的开发利用情况进行解析，可为类似地区提供参考。

1 山西省和顺县松烟村概况

1.1 松烟村自然地理概况

松烟村水依清漳之源，山附太行之巅，为松烟镇镇政府所在地，位居山西省东部，距和顺县城约20km，南与左权县交界，属于海河流域南运河水系，地处清漳东源与其支流松烟河的交汇处。松烟村现有常住户597户，常住人口1602人，大畜300头。

1.2 松烟村饮用水源现状

松烟村饮用水水源为1985年在村东打的一眼38m机井，取第四系地层水，多年出水量可达到30m3/h。目前，该井淤积严重，淤积深度达15m，实际出水量明显不足，再加上村民居住范围的扩展，该饮水水源井已经被包围在村中央，生活污水对其影响十分严重。

农村饮水安全工程是农村的基础性水利工程，农村饮水安全工程巩固提升建设是和顺县脱贫攻坚的中心工作和硬性任务，和顺县松烟镇松烟村饮水水源井工程超期服役、功能衰竭问题突出，水量短缺、保证率低、水质不达标是该村饮水安全工程存在的主要短板，因此为其规划新的水源，保障群众有水可用、用水安全、用水便捷是补齐短板的核心任务。

2 松烟村所处区域水文地质情况

2.1 地表水及浅层地下水情况

松烟村地处清漳东源与其支流松烟河的交汇处，西北为清漳东源，东北为松烟河，汇流后朝西南流出县境。清漳东源松烟村上游的流域面积为628.8km2，据2016年统计资料显示该区间年降水量为741.3mm，该河雨季河水泛滥，枯水季干枯，又名洪河；松烟河松烟村上游的流域面积为201.1km2，据2016年统计资料显示该区间年降水量为904.5mm，该河一年四季河水长流；汇流后松烟村下游松烟村至和顺县、左权县分界线段和顺县流域面积为168.8km2，据2016年统计资料显示该区间年降水量为810.9mm。

浅层地下水沿河谷分布于第四系(Q)砂砾石层内，据2016年统计资料显示松烟镇所属面积270km2，浅层地下水含量约985万m3。

2.2 地层情况

为了查明该区水资源分布状况，对松烟村附近地层进行了详细的调查和分析，松烟村附近的地层分布为：前震旦系变质岩，在松烟村东杨家湾断裂带出漏，厚度约30m；震旦系石英砂岩，在松烟村周围大面积出漏，厚度约1000m；中下寒武系石灰岩、页岩，出漏在山顶，厚度约300m；第四系砂砾石层，分布在河谷底部，厚度约40m。按照出漏地层的水理特征划分为：前震旦系变质岩区域，出漏面积较小，仅松烟村东约2.0km处的杨家湾山脚有少量风化裂隙水；震旦系串岺沟组分三段，一段为浅肉红色石英砂岩，二段为灰白色及紫红色石英状砂岩，三段为海绿石片岩为主夹暗紫色铁质砂岩，串岺沟组含水段在下段，串岺沟组下段在松烟村西北约2.0km处的西坡村后山坡，有小泉出漏；震旦系常州沟组分三段，一段为巨厚层粉红色石英岩状砂岩，垂直裂隙发育，二段为中厚层紫色石英砂岩，三段为粉红色含砾石英砂岩，震旦系常州沟组含水段在下段，常州沟组下段在松烟村东南约2.0km处的暖窑村财神庙处，有季节性泉水出漏；中下寒武系石灰岩、页岩在断裂带松烟村东南约2.6km处的暖窑村后山坡、松烟村西南约2.8km处的马连曲村后沟和松烟村北约9.2km处的平松乡合山村，有泉水出漏；第四系砂砾石空隙水普遍分布，地下水埋深15m左右，如松烟村南约1.8km处的东坡村水源井处。

2.3 地质构造情况

受所属和顺县地质构造带的影响，即和顺县地处山西省东陲，太行山中段，地处太行山大背斜西翼，沁水凹陷区东缘，地层自南东向西北由老而新呈单斜状排列，主要构造线平行于太行山背斜轴，呈北东—南西方向展布。松烟村地处太行山大背斜西翼，太行拱断束从村东通过，断层产状走向为NE20°～SW200°，倾向NW290°，倾角45°左右，是一系列南北走向、彼此平行的大型压性断裂构造组成的断裂带，具有南西—北东挤压、南北扭动的特征，断裂带东侧有派生断裂并构成人字形构造，松烟村位于拱断束西侧严重影响地带，震旦系石英砂岩裂隙发育形成带状单斜蓄水构造。松烟村一带地质构造见图1。

图1 松烟村一带地质构造

2.4 单斜蓄水构造分析

该区断陷隆起特征显著，隆起幅度为1000～2000m左右，形成头东尾西卧虎形单面山，呈北东—南西或北东东—南西西走向的山地，山脉走向与区域构造线延伸方向基本一致。松烟村北山区出露有震旦系地层，产状东北高西南低，震旦系常州沟组石英岩状砂岩构造裂隙带分布清晰，东部有变质岩抬升隔水，西部有完整岩体阻水，东北向南西有地层产状控水，地下水在赵家沟、马家岩、木口峪沟接受地层逆倾斜冲沟补给，补给面积约30km2。按照当地经验数值0.0018m3/(s·km2)进行估算，该区年地下水补给量约为170万m3，区内坡陡流急，岩石裸露，耕地少，分析得出该区蓄水充足且水质较好。

2.5 松烟村饮用水水源开发利用界定

综上分析，松烟村所处区域地表水资源量和浅层地下水资源量相对充足，但是受生活、农业生产等影响严重。经水质检测分析评价，此两种水均不符合人畜饮用水标准，超标项目主要有总大肠菌群、菌落总数、色度、浑浊度、总硬度等。为推进松烟村饮水安全达标建设，对水源工程的界定倾向于利用北山单斜蓄水构造，开凿震旦系侧向基岩裂隙水，避开该村地表水及浅层地下水的污染问题，确保饮水安全工程的健康、持续运行。

3 侧向基岩裂隙水的物探调查

3.1 物探工作的目的

在对该区基岩蓄水进行构造分析和论证的基础上，初步确定村西北山区为地下水优质分布区。为保证满足设计水平年饮水需求，进一步开展物探工作是十分必要的，其主要目的是分段选择构造带和地形适宜的区域开展综合电法测量比较工作，查清当地的基岩埋藏深度、基岩裂隙水分布范围和单斜蓄水构造的富水性，从而选择有利位置布设井位。

3.2 物探工作布置

本次电法勘探测量使用两种仪器：JK-E型天然电场选频测量仪和JT-3型积分式激电仪。先使用JK-E型天然电场选频测量仪，灵活寻找地下的低阻异常点，仪器测深300m，布线方法为垂直构造带，从而圈定裂隙带走向和分布范围，用选频法共找到松烟村家后沟潜流坝、松烟村大庙后和松烟村西居民小区3个异常区，分布方向与当地太行逆断层走向一致。而后在3处异常区使用JT-3型积分式激电仪进行测量，多参数分析当地的地层、水理特征、含水层埋深等。

3.3 物探工作成果

电1点(H=1213m，东径113°42′10.3″、北纬37°12′11.8″)位于松烟村家后沟潜流坝，电测深300m，根据ρs(视电阻率)曲线进行分析，曲线属DA型，曲线先上升后下降，再缓缓上升。分析地层：3～6m为冲沟漂石，见基岩后受风化裂隙影响；6～24m为风化层；而后曲线在24～300m缓缓上升，分析为微风化地层，但在测深90m、150m、180m有构造裂隙，相应极化率、激发比、衰减度曲线为高值区，分析基岩裂隙潜水从150m见水，到270m增大，因此设计井深以300m为宜。

电2点(H=1216m，东径113°42′15.9″、北纬37°12′16.5″)位于松烟村大庙后，电测深300m，ρs(视电阻率)曲线仍为DA型，曲线3～6m为上升，6～15m为下降，而后陡坡上升，比较平直，构造裂隙不发育，极化率、激发比、衰减度曲线平直，无富水反映。

电3点(H=1163m，东径113°42′48.1″、北纬37°12′3.3″)位于松烟村西小区西北坡脚，电测深300m，ρs(视电阻率)曲线为A型，曲线3～36m平缓，分析为第四系黏土夹块石层，在15m左右及24～36m深度存在有松散岩层孔隙水，但是水质无法保证；在36～45m为完整砂岩，为不含水岩层或含少量分化裂隙水；在 45～60m地层有裂隙发育，含有砂岩裂隙水；在60～75m为完整砂岩，属不含水层；75～300m为上升段，曲线在90m、150m、180m、270m有低阻变化异常，相应极化率、激发比、衰减度曲线在120m以前无异常，120m以后缓缓上升，为高值区，地层较破碎，有裂隙发育，含砂岩裂隙水，分析是侧向基岩单斜蓄水构造的反映。

4 松烟村侧向基岩裂隙水开发利用情况

根据当地的水文地质条件，结合物探勘察曲线资料，松烟村西小区西北坡脚(电3点)符合定井位条件，设计井深300m。

松烟村饮水安全工程水源井实施情况为：0～36m(为松散层)实施钻孔，直径350mm，井管为直径325mm钢管，用实管封闭此段浅层水(水质较差)。36～300m实施钻孔，直径300mm，井管为直径219mm钢管，其中在75～180m段、240～300m段布控滤水花管，其余井段全部为实管。下泵深度200m，出水量30m3/h，完全可以满足设计水平年105.71m3/d的需水要求，同时该处靠近松烟居民小区，配电线路架设十分方便。工程实施完成后，运行正常，水质良好，供水水量和保证率大幅度提高，群众满意度大幅度提升，实现了年初的建设目标，为松烟村饮水安全工程健康运行奠定了坚实的基础。

5 思考与建议

水源工程的选择关系着农村饮水安全工程的建设规模和运行的持续性，随着社会经济的发展，农村对水资源的需求量逐年增大，部分农村饮水安全工程水量短缺、水质恶化态势逐步呈现，而优质的基岩裂隙水是山区部分农村饮水安全工程水源的首选，在山西省东西山区开发此类水具有广阔的前景。为做好深层基岩裂隙水的开发利用，提出以下建议。

5.1 提高对地下水资源开发的风险认识

地下水是我国社会经济发展的重要资源，是维系地表径流、调节江河流量和生态环境的关键要素，全国水资源总量中地下水占比近1/3，地下水在保障城乡居民生产和生活供水、支持社会经济发展中具有重要作用。深层基岩裂隙水存在明显的空间异质性、形成转化过程的复杂性、储量的分散性、外界变化响应的滞后性(补给困难)，因此深层基岩裂隙水的不合理开发可能会造成地下水系统变异，甚至引发地下水资源枯竭、地面沉降、河湖萎缩等一系列地质和生态环境问题。

5.2 合理开发利用深层基岩裂隙水

深层基岩裂隙水供水保证率高，水质优良稳定，由于其“埋藏性”决定了开发利用的难度，在选择井位时一定要进行必要的区域水文地质分析，地质构造带是基岩裂隙水开发利用的前提，同时要进行物探勘测工作，合理布置物探测线走向，科学选定测点位置，地层、地质分析和物探工作的有机结合，是开发深层基岩裂隙水的保障。

5.3 加强对深层基岩裂隙水的监管

对深层基岩裂隙水的监管一方面要出台管理条例和制定相关的标准规范，明确凿井深度、取水指标、水位指标、排水措施、保护范围、井型结构等，为保护管理提供法制保障；另一方面要完善相应的监测体系建设，对地下水的动态变化、水质特性、取水量等进行实时监控，充分依托信息化、数据化技术建立监测信息平台，为地下水资源评价、地下水资源管理保护、地下水开发利用等提供数据服务。