摘要
基于在鲁中南低山丘陵基岩地区开展的1∶5万水文地质调查工作,通过水文地质调查、水文地质钻探、地球物理勘探、抽水试验、水质分析等技术方法,分析该区水文地质特征。研究结果表明:区内地下水类型划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水以及基岩裂隙水4类,并总结了其含水岩组富水性;分析了地下水补给、径流、排泄条件及其演化以及环境水文地质问题。圈定了有集中供水意义的第四系孔隙水富水地段3处,总结了地层阻水型蓄水构造和断层储水构造2种基岩蓄水构造类型。区内地下水质量以Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类为主,超过Ⅲ类水标准的组分主要是硝酸盐、总硬度、铁,其次为氟化物等。利用总结的区内找水模型,共施工具有供水意义的水文地质钻孔10眼,总涌水量7017.84
众所周知,2011年山东省及周边省份遭遇到60 年不遇的自然干旱天气,导致鲁南低山丘陵区地表水源干涸,农作物灌溉和人畜饮水困难,缺水状况十分严峻。为实现水文地质工作从应对式向主动式转变,迫切需要查明区内地下水资源分布状况并制定地下水可持续利用对策。自2012 年开始,山东省自然资源厅陆续启动了1∶5 万标准分幅区域水文地质调查项目,旨在提高我省水文地质研究程度,服务当地生态文明建设和经济社会发
莒县基岩地区地处鲁东南低山丘陵区,位于日照市西部,处于“一带一路”重要节点和山东半岛蓝色经济区、鲁南经济带重要交汇点上。沭河自北向南纵贯全县。莒县沭河下游地区是莒县工农业聚集地,莒县“三大工业园区”和 “十大企业集团”均位于区内。是国家“智慧城市”、省级海绵城市、省级地下管廊建设试点、省级绿色示范区,国家现代农业示范
研究区属暖温带季风气候区,四季变化分明,多年(1956-2020年)平均气温为12.1~12.5 ℃,1992-2020年多年平均降水量800.17 mm,平均蒸发量1018.40 m
根据地下水的赋存条件,岩石的水理性质及其地下水的水力特征,将研究区地下水划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水和基岩裂隙
(1)松散岩类孔隙水含水层:主要分布在沿河两岸及山谷地带第四系地层分布区,圈定了姚家村-魏家村-东陈家村、岔河-董家城子-王家墩头、西湖村-借庄3处有集中供水意义的富水地段(

图1 松散岩类孔隙水富水地段分布图
Fig.1 Distribution map of the pore water rich zones in loose rocks
(2)碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水和基岩裂隙水含水层:分布极不均匀,发育主要受地质构造控制的影响。通过总结地层阻水型蓄水构造和断层储水型构造2种基岩蓄水构造富水模型,在勘查过程中,对照精准扶贫的要求和振兴乡村战略部署,采用“探采结合”的方式,施工具有供水意义的水文地质钻孔10眼,单井涌水量126.24~3744.00
①区内大盛群田家楼组砂岩、砾岩裂隙相对发育,富水性好,单井涌水量多大于50
如闫庄镇许家庄ZK07孔(

图2 许家庄ZK07孔地质图
Fig.2 Geology at ZK07 hole in Xujiazhuang
②区内碳酸盐岩裂隙岩溶水主要赋存在奥陶系马家沟群五阳山组、北庵庄组灰岩中,灰岩裂隙溶洞发育,地下水富水性强,单井涌水量>1000

图3 任家庄泉剖面图
Fig.3 Section view of Renjia Zhuang Spring

图4 大薛庄泉剖面图
Fig.4 Section view of Dasherzhuang Spring
大薛庄泉东北35 m处的ZK01孔(

图5 大薛庄ZK01孔地质图
Fig.5 Geology at Hole ZK01 in Daxuezhuang

图6 大薛庄地层阻水蓄水构造模型示意
Fig. 6 Schematic diagram of the stratingraphic water⁃retaining structure model in Daxuezhuang
③基岩裂隙水赋存在中生代、元古代侵入岩和青山群喷出岩的风化裂隙和构造裂隙中。块状岩类裂隙水由于岩石致密坚硬,抗风化剥蚀力较强,岩石完整性好,裂隙不发育,风化带发育深度较小,富水性弱,单井涌水量一般小于50

图7 葛家横沟ZK02孔地质图
Fig.7 Geology at ZK02 hole in Gejia Henggou
长岭镇葛家横沟ZK02孔,孔深130.0 m,风化壳厚度2 m,0~25.9 m为中生代燕山期沂南超单元九莲花山单元黄褐色正长斑岩,25.9~130.0 m为灰绿色辉绿岩与大店超单元下官庄单元肉红色中粗粒角闪云母石英二长岩互层。24.70~25.90、30.60~35.90、46.60~47.10、48.60~49.10、66.10~67.30、75.40~76.80、94.50~99.40、120.00~122.50 m处见水蚀痕迹。水位埋深4.4 m,降深4.0 m时,单井涌水量175.44
研究区内多年平均降水量呈下降趋势,1956-1990年多年平均降水量810 mm,2006-2010年多年平均降水量786.72 mm,2017年年降水量656.1 mm。另外,2012年5月盆地内地下水位埋深多在2~5 m,到2017年6月区内水位埋深多在4~8 m。因此区内大气降水入渗补给与20世纪80年代相比略有减小。
2014年“沭水东调”工程兴建以来,青峰岭水库、小仕阳水库、峤山水库不再向灌区放水灌溉,与以前相比区内农业灌溉量大幅减小,灌溉回渗补给量也相应减小。
区内地下水主要用于农业灌溉,开采量760.8505万

图8 区内地下水开发利用饼状图
Fig.8 Pie chart of groundwater exploitation and utilization
地下水环境地质问题根据其形成原因可分为原生环境地质问题与次生环境地质问题。区内原生环境地质问题为局部地区地下水中部分离子含量超过了生活饮用水卫生标准限值,形成劣质水问题。次生环境地质问题主要为人类活动造成地下水中有毒有害物质含量的升高,产生了地下水污染问题。此外,地下水大量开采造成地下水水位的降低,导致了泉眼断流。
区内地下水质量以Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类为主,其中Ⅲ类水占全区面积的49.88%。超过Ⅲ类水标准的组分主要是硝酸盐、总硬度、铁,其次为氟化物等。
根据《区域地下水污染调查评价规范》(DZ/T0288-2015)推荐的变化指数地下水污染评价方法,计算公式为:
(1) |
式中:I——硝酸盐的变化指数;C——地下水中硝酸盐实测含量(以N计,mg/L);C0——区内地下水中硝酸盐的背景含量(以N计,mg/L)。
由区内各监测点多年水质检测结果可知,地下水中硝酸盐含量年际呈锯齿状突变,地下水中硝酸盐含量不稳定。在没有人类活动影响的天然条件下,地下水中的硝酸盐含量极低。根据各监测点硝酸盐含量的动态变化特征,结合饮用水中硝酸盐含量对人体健康的影响,如我国的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中规定硝酸盐(以N计)限值为10 mg/L。世界现行饮用水水质标准中,WHO与欧盟为NO
区内出露的大小泉点众多,均分布在河流沟谷、水库边。莒县幅调查到泉点17处,大店幅调查到泉点9处。对照20世纪80年代完成的1∶20万水文地质调查图中的泉点发现,由于区内多年平均降水量呈下降趋势,泉水补给量减小,再加上泉点周边机民井的建造,降低了泉点附近的地下水水位,造成区内泉水流量减小直至断流(
现状条件下,由于人工开采和工程活动的影响,孔隙水地下水位整体上呈下降趋势(

图10 莒县陵阳镇岳家庄科村监测孔水位动态
Fig.10 Monitoring hole water level dynamics at Yuejiazhuangke village, Lingyang town of Lu county
参考文献(References)
LI Peiyue, WU Jianhua, QIAN Hui. Hydrochemical appraisal of ground⁃water quality for drinking and irrigation purposes and the major influencing factors: A case study in and around Hua county, China[J]. Arabian Journal of Geosciences, 2016,9(1):15. [百度学术]
SU Xiaosi, XU Wei, DU Shanghai. In situ infiltration test using a reclaimed aban⁃doned river bed: Managed allnlfer recharge in Shijiazhuang city, China[J]. Environmental Earth Sciences, 2014,71 (12):5017-5025. [百度学术]
徐军祥,康风新,张中祥,等.山东省重大水文地质问题——理论技术创新与应用[M].济南:山东科学技术出版社,2014:198 [百度学术]
XU Junxiang, KANG Fengxin , ZHANG Zhongxiang , et al. Major hydrogeology problems in Shandong province: Theoretical and technological innovation and application[M]. Jinan: Shandong Science and Technology Press, 2014.198. [百度学术]
王大纯,张人权,史毅虹,等.水文地质学基础[M].北京:地质出版社,1986. [百度学术]
WANG Dachun, ZHANG Renquan, SHI Yihong, et al. Fumdamentals of hydrogeology[M]. Beijing: Geology PublishingPress,1986. [百度学术]
杨鹏,袁杰,秦鹏.日照市地下水动态特征及演化规律[J].地质学报,2019,93(S1):100-110. [百度学术]
YANG Peng, YUAN Jie, QIN Peng. Dynamic characteristics and evolution of groundwater in Rizhao [J]. Acta Geologica Sinica, 2019,93(S1):100-110. [百度学术]
卢予北,李艺,陈莹,等.国家地下水监测井建设关键技术研究 [J].探矿工程(岩土钻掘工程),2016,43(6):1-6. [百度学术]
LU Yubei,LI Yi,CHEN Ying, et al. Geological environment and prospecting fields of hot dry rocks in Henan province [J].Exploration Engineering (Rock & Soil Drilling and Tunneling),2016,43(6):1-6. [百度学术]
高宗军,张洪英,孙梦醒,等.山东省日照沿海浅层地下水化学特征与成因探讨[J].地下水,2017,39(4):1 -4. [百度学术]
GAO Zongjun, ZHANG Hongying, SUN Mengxing, et al. Chemical characteristics and genesis of shallow coastal groundwater in Rizhao, Shandong province[J]. Groundwater, 2017, 39(4): 1-4. [百度学术]
刘春华,杨丽芝.山东地下水资源合理开发的研究[J]. 西部探矿工程,2005,27(12):274-275. [百度学术]
LIU Chunhua, YANG Lizhi. Research on rational exploitation of groundwater resources in Shandong province[J]. West⁃China xploration Engineering, 2005,27(12):274-275. [百度学术]
吴跃钢,徐菁.无固相弱凝胶钻井液在水井施工中的应用[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程),2016,43(10):261-264. [百度学术]
WU Yuegang, XU Qing. Application of solid⁃free weak gel drilling fluid in water well construction[J]. Exploration Engineering (Rock & Soil Drilling and Tunneling),2016,43(10):261-264. [百度学术]
郑继天,李小杰,关晓琳.水文地质钻探冲洗液的选用[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2016,43(10):242-244. [百度学术]
ZHENG Jitian, LI Xiaojie, GUAN Xiaolin. Selection of drilling fluid for hydro⁃geological drilling[J]. Exploration Engineering (Rock & Soil Drilling and Tunneling), 2016,43(10):242-244. [百度学术]
马震,段永侯.山东鲁北平原地下水资源与可持续利用[J].水文地质工程地质,2005,32(2):1-10. [百度学术]
MA Zhen, DUAN Yonghou. Sustainable utilization of groundwater resource in the Lubei plain of Shandong province[J]. Hydrogeology and Engineering Geology, 2005,32(2) : 1-10. [百度学术]
卫政润,张涛,韩哗.昌邑市地下水开发及其环境地质效应研究[J].山东国土资源, 2007,23(5):11-14. [百度学术]
WEI Zhengrun, ZHANG Tao, HAN Hua. Research on groundwater development and its environmental geological effect in Changyi city[J]. Shandong Land and Resources,2007,23(5):11-14. [百度学术]
奚德荫.鲁中南地区岩溶水文地质条件及其特征[J].中国岩溶,1988,7(3):43-48. [百度学术]
XI Deyin.Karst hydrogeological conditions and characteristics in the central⁃southern Shandong province[J]. Charsologica Sinica,1988,7(3):43-48. [百度学术]
姜福红,刘文.沂蒙缺水地区碳酸盐岩地下水富水性研究[J].山东国土资源,2017, 33(7):61-65. [百度学术]
JIANG Fuhong, LIU Wen. Study on the underground water abundance of carbonate rocks in Yimeng water shortage area [J]. Shandong Land and Resources, 2017, 33(7); 61-65. [百度学术]
梁永平,王维泰.中国北方岩溶水系统划分与系统特征[J].地球学报,2010, 31(6):860-868. [百度学术]
LIANG Yongping, WANG Weitai. The division and characteristics of karst water systems in northern China[J]. Acta Scientia Sinica, 2010,31(6):860-868. [百度学术]
汪云,杨海博,郑梦琪,等.泰莱盆地地下水蓄水构造特征及勘查定井研究[J].水利水电技术,2019,50(3) :52-65. [百度学术]
WANG Yun, YANG Haibo, ZHENG Mengqi, et al. Study on characteristics of groundwater storage structures and well explorating and locating within Tailai Basin[J]. Water Resources and Hydropower Engineering, 2019,50(3):52-65. [百度学术]
李云,姜月华,叶念军,等.基岩山区找水与蓄水条件分析——以单斜和接触型蓄水构造为例[J].地下水,2015,37(1):106-108. [百度学术]
LI Yun, JIANG Yuehua, YE Nianjun, et al .Water⁃storing conditions analysis and water prospecting in bedrock mountainous area⁃taking monoclinic and contact tape water⁃storing structure as examples [J]. Ground Water, 2015,37(1):106-108. [百度学术]
李霞,陈文芳,万利勤,等. EH4和对称四极激发极化联合技术的严重缺水基岩山区找水研究[J].水文地质工程地质,2018,45 (1):23-29. [百度学术]
LI Xia, CHEN Wenfang, WAN Liqin, et al. Groundwater location in bedrock mountains with serious water scarcity using a combination of EH4 and symmetric quadrupole induced polarization[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2018,45(1):23-29. [百度学术]
Swift D J P. Coastal erosion and transgressive stratigraphy[J].The Journal of Geology, 1968(76):444-456. [百度学术]
刘新号.基于蓄水构造类型的山区综合找水技术[J].水文地质工程地质,2011, 38(6):8-12. [百度学术]
LIU Xinhao. Integrated techniques of locating groundwater in mountain areas based on groundwater⁃impounding types[J]. Hydrogeology & Engineering Geology ,2011,38(6):8-12. [百度学术]
孙逊,王克红,孙启堂,等.鲁中南山区岩溶裂隙水富水带类型及分布特征[J].工程勘察,2010,38(2):52-56. [百度学术]
SUN Xun, WANG Kehong, SUN Qitang, et al. Types and distribution of Karst fissure water in central and southern Shangdong province[J]. Geotechnical Investigation & Surveying, 2010, 38(2):52-56. [百度学术]
武选民,文冬光,张福存,等.我国西北人畜饮用缺水地区储水构造特征与工程范例[J].水文地质工程地质,2010,37(1):22-26. [百度学术]
WU Xuanmin,WEN Dongguang, ZHANG Fucun, et al. Groundwater⁃bearing structures in Northwestern China and their application to water⁃taking works for water⁃shortage towns[J]. Hydrogeology & Engineering Geology ,2010,37(1):22-26. [百度学术]
王志才,石荣会,晃洪太,等.鲁中南隆起区第四纪晚期断裂活动特征[J].海洋地质与第四纪地质,2001,21(4):95-102. [百度学术]
WANG Zhicai, SHI Ronghui, HUANG Hongtai, et al. Characteristics of the Quaternary fault activities in the middle and south region of Shandong province[J]. Marine Geology and Quaternary Geology, 2001,21(4):95-102. [百度学术]
徐军祥,康风新.山东省地下水资源可持续开发利用研究[M].北京:海洋出版社,2001. [百度学术]
XU Junxiang, KANG Fengxin. Research on sustainable development and utilization of groundwater resources in Shandong province[M]. Beijing: China Ocean Press, 2001. [百度学术]
徐建国,卫政润,张涛,等.环渤海山东地区浅层地下水资源潜力分析及利用对策[J].地质调查与研究,2004,27(3):203-207. [百度学术]
XU Jianguo, WEI Zhengrun, ZHANG Tao, et al. The groundwater potential analysis and sustainable utilization in the [百度学术]
Shandong sector of the circum-bohai-sea region[J]. Geological Survey and Rsearch, 2004,27(3):203-207. [百度学术]
马龙,冯超臣.菏泽黄泛平原地区浅层地下水资源可持续开发利 用潜力分析[J].山东国土资源,2014,30(2):43-46. [百度学术]
MA Long, FENG Chaochen. Analysis on sustainable utilization and exploitation potentiality of shallow groundwater resources in Heze Yellow River Flood Pain areas[J]. Shandong Land and Resources, 2014, 30(2):43-46. [百度学术]
山东省第一地质矿产勘查院.山东省1∶5万大汉口、楼德幅区域地质调查报告[R].济南:山东省第一地质矿产勘查院,2017. [百度学术]
Regional geological survey report of 1∶50000 Dahankou and Loude area in Shandong province[R]. Jinan: The First Geological and Mineral Exploration Institute of Shandong Province, 2017. [百度学术]