一、概述湖南省娄底市地处湘中腹地,距省城长沙市150km。地理座标:东经110°45′40″~112°31′07″,北纬27°12′31″~28°14′27″,面积8117km2。区内国道G207线,省道S209、S312线纵横全境,是湖南省承东启西、连南接北的湘中交通枢纽。
娄底市处于全国地形由西向东降低的第二阶梯与第三阶梯的交接地带,境内最高点为新化县大熊山的九龙池,海拔1621.6m,最低点为双峰县的江口峡谷,高程只有61米,地势高差1558米,平均坡降为1.3‰。
娄底市地势特征呈西高东低,南北山地对峙,中部低凹成“S”型盆地的复合地貌特征。
二、地下水类型及富水性
根据岩性及水文地质特征,区内地下水类型分为松散堆积层孔隙水、基岩裂隙水和碳酸岩裂隙岩溶水三大类。基岩裂隙水又可分为碎屑岩孔隙水、碎屑岩裂隙水、浅变质碎屑岩裂隙水、岩浆岩裂隙水四个亚类,碳酸岩裂隙岩溶水可分为碳酸岩岩溶水与碳酸盐夹碎屑岩裂隙岩溶水。第四纪松散沉积物中砂、砂卵孔隙水,仅分布在河谷阶地中,面积小,水量贫乏。在此仅就主要地下水类型概述如下:
(一)松散堆积层孔隙水
松散堆积层孔隙水主要分布于资水、涟水、测水沿岸阶地上,地下水埋藏深度在10m左右,含水层为河流流域第四系全新统地层。其中涟水左岸和新化横阳一带铁路东侧含水层主要为卵石、砂砾和粗砂,分选性好,含粘质土少,利于孔隙水的运移、赋存,地下含水量中等;新化县城、冷水江市、杨家滩、高坪、甘棠铺和横阳一带铁路西侧等地部分为基座阶地,含水层中粘质土含量较高,胶结较密实,不利于孔隙水的赋存、运移,地下含水量贫乏。
孔隙水的主要补给源,除大气降水外,还有河水和下伏岩溶水,或与后者呈互补关系。孔隙水流径短,就地排泄于当地河溪。
孔隙水地下水水化学类型以HCO3-Ca型为主,总硬度8.4~16.8德国度,PH值6.5-8、矿化度0.1~0.5g/L。
(二)基岩裂隙水
新化、涟源、冷水江、娄星、双峰均有基岩裂隙水。主要有碎屑岩孔隙裂隙水、碎屑岩裂隙水、浅变质岩裂隙水、岩浆岩裂隙水四类。
1、碎屑岩孔隙裂隙水
含水岩第主要有白垩系上统和上三迭—下侏罗系的紫红色厚层状砂岩、砂质页岩、泥岩、泥质粉砂岩、中粗粒砂岩夹砂砾岩等。地下水露头少,流量小,泉水流量一般0.045-0.091L/s,最大约2.113 L/s,最小约0.004 L/s。钻孔涌水量也很小,平均约22.464吨/日,水量贫乏。但局部白垩系上统底部砾岩中发育有两组呈半充填状态的构造裂隙,其含水量中等。
地下水水化学类型以HCO3-Ca型为主,总硬度8.4-16.8德度,PH值6.5-8、矿化度0.1-0.5 g/L。
2、碎屑岩裂隙水
含水岩系主要有泥盆系中统跳马涧组,上统佘田桥组、锡矿山组上段,石炭系下统测水段,二叠系上统龙潭组及三叠系下统麒麟山组石英砂岩、砂岩、页岩和煤系。
水量中等的裂隙水主要赋存于泥盆系中统跳马涧组、上统锡矿山组上段、石炭系下统测水段、三叠系下统麒麟山组厚层石英砂岩、砂岩裂隙中,含水层裂隙较为发育,但很不均一。该组裂隙水露头少、流量较大,泉水流量一般0.114-0.794 L/s,最大15.60 L/s,最小0.01 L/s。
水量贫乏的裂隙水主要赋存于泥盆系上统佘田桥组和二叠系上统龙潭裂隙中。该组裂隙水露头极少,流量甚微。泉水一般流量0.014-0.039 L/s,最大0.114 L/s,最小0.0029 L/s。
地下水水化学类型以HCO3-Ca、HCO3-SO4-Ca·Mg、HCO3-Ca、HCO3-K+Na·Ca·Mg型为主,总硬度一般小于4.2德度,PH值6.5-8、矿化度0.054-0.254g/L。
3、浅变质岩裂隙水
浅变质岩裂隙水主要赋存于下古生界浅变质碎屑岩裂隙中。含水层岩性主要为含砾砂质板岩、冰碛砾岩、板状页岩为主,局部为石英砂岩、硅质页岩等。
水量中等的裂隙水主要赋存于板溪群、震旦系、寒武系下统、奥陶系板岩、冰碛砾岩、板状页岩裂隙中。含水层组裂隙较发育,裂隙率一般为0.31~3.48%,最大达20.22%,裂隙发育方向主要有北东、北北西和北西西三组。裂隙水的露头较多,泉水流量一般0.17-0.955L/s,最大3.6 L/s,最小0.002 L/s。
水量贫乏的裂隙水主要赋存于志留系下统、浅变质砂质板状页岩裂隙中。岩层裂隙较发育,但被泥质充填,导水性不强。泉水流量一般0.038-0.080 L/s,最大0.794 L/s,最小0.010 L/s。地下水补给来源的为大气降水,其次为岩溶水侧向补给,地下水径流途径短,多沿横切走向的沟谷中排泄。
地下水水化学类型主要属HCO3-Ca·Mg、HCO3·CL-K+Na·Ca·Mg、HCO3·CL-K+Na·Ca型,总硬度一般小于4.2德度,PH值5-6.5、矿化度约0.1 g/L。
4、岩浆岩裂隙水
含水层为花岗岩,岩性为细中粒少斑状角闪石黑云母花岗闪长岩、细中粒角闪石黑云母花岗闪长岩、中细粒斑状及细粒二云母二长花岗岩、中粗粒黑云母花岗、细中粒斑状、少斑状二云母二长花岗岩、细中粒斑状、少斑状角闪石黑云母二长花岗岩、细中粒角闪石黑云母花岗岩。花岗岩风化带厚5~20米,局部达30~80米。岩石风化后常呈砂粒状,有利于一直水的赋趣和运移。由于岩浆活动的多期性,岩石风化微弱地区构造与原生裂隙也较发育。
泉水流量一般0.128-0.221 L/s,最大0.546 L/s,最小0.010 L/s。地下水补给来源的为大气降水。地下水径流途径短,向沟谷中排泄。地下水水化学类型主要属HCO3-K+Na·Ca·Mg、总硬度小于4.2德度,PH值5-6.5、矿化度0.042~0.18 g/L。
(三)碳酸岩裂隙岩溶水
分布全市范围内,面积分布较大。区内碳酸岩裂隙岩溶水分为覆盖型、埋藏型和裸露型,以祼露型分布最广。故以下详细叙述裸露型岩溶水。地下水补给主要来源为大气降水,沿岩溶漏斗、岩溶洼地垂向补给,其次为松散堆积物孔隙水补给,岩溶水多沿岩溶裂隙、岩溶管道以及地下暗河运移,岩溶水多以岩溶泉的形式排泄,也有的以地下暗河的出口排泄给地表河流。
1、碳酸盐岩岩溶水
溶洞地下河水主要赋存于石炭系船山组、黄龙组和二叠系下统茅口组灰岩、白云质灰岩、硅质灰岩中。含水岩组岩溶强烈发育,岩溶迭加现象显著。单条地下河最大流量212.222L/s,最长4.8km。总之该含水岩组虽地下水的赋存空间各有特点,但水量丰富。综合上述富水性指标考虑,该岩组属溶洞地下河较发育。地下水化学类型为HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg型,PH值6.5-8,矿化度0.1-0.5g/L,总硬度8.4-16.8德度。
溶洞地下河中等发育的岩溶水主要赋存于泥盆系中统棋梓桥组、上统佘田桥灰岩区和石炭系下统梓门桥段。岩性主要是灰岩和泥灰岩。岩溶较发育,岩溶洼地、地下河、漏斗、天窗等岩溶迭加现象众多。地下水化学类型为HCO3-Ca为主,PH值6.5-8,矿化度0.1-0.5g/L,总硬度8.4-16.8德度。
溶洞地下河不发育的岩溶水赋存于泥盆系下统锡矿山灰岩段和三叠系下统大冶组及其北区的麒麟山组。岩性以薄层灰岩、白云质灰岩为主。基岩露头不好,大部分被风化后的红色粘质土覆盖,其厚度1-10m,溶洞地下河不发育,地下水主要以泉的形式排泄。地下水水化学类型属HCO3-Ca为主,PH值6.5-8,矿化度0.1-0.5g/L,总硬度8.4-16.8德度。
2、碳酸岩夹碎屑岩裂隙岩溶水
溶洞地下河中等发育的裂隙岩溶水赋存于二叠系下统栖霞组、泥盆系中统棋梓桥组、上统佘田桥组页岩灰岩区。栖霞组地表岩溶不甚发育,但地下岩溶较为发育,是地下水有利的赋存场所。泥盆系棋梓桥组、佘田桥组页岩灰岩区,岩性上部以灰岩、泥灰岩为主,下部以砂质页岩、砂岩为主,并兼有夹层,具明显的二分性特征。因此,地下水主要赋存于溶洞、溶蚀裂隙及构造裂隙中。
溶洞地下河不发育的裂隙岩溶水赋存于寒武系中、上统,石炭系下统岩关阶及大塘阶石磴子段,二叠系上统大隆组,岩性为灰岩、泥灰岩、硅质灰岩夹页岩。溶洞地下河不发育,地下水主要赋存于裂隙及小型溶洞中。
总之,该含水岩组岩溶中等发育至不发育,水量中等至贫乏。地下水水化学类型属HCO3-Ca为主,PH值6.5-8,矿化度0.1-0.5g/L,总硬度8.4-16.8德度。
地下水富水性分级一览表
地下水类型 | 地层符号 | 钻 孔 涌水量 (吨/日) | 泉水 流量 (升/秒) | 平 均 流 量 (升/秒) | 实测地下径流模数(升/秒·平方千米) | 富水 级别 |
松散堆积层孔隙水 | Qh | 100-1000 | | | | 中等 |
基岩裂隙水 | 碎屑岩孔隙水 | K2、J1-T3 | | <0.1 | | <1 | 贫乏 |
碎屑岩裂隙水 | T1q 、Gd2、D3x2D2t | | 0.1-1 | | 1-2.5 | 中等 |
浅变质裂隙水 | O、∈1 | | 0.1-1 | | 1-2.5 | 中等 |
岩浆岩裂隙水 | γ51、γ51、γ3 | | 0.1-1 | | 1.5 | 中等 |
裂隙岩溶水 | 岩 溶 水 | 强烈发育 | P1m、C2+3 | >700 | | >100 | 9-10 | 丰富 |
中等发育 | C1d3、D3s | 100-700 | | 10-100 | 5-9 | 中等 |
不发育 | T1q、T1d、D3x1 | <100 | <10 | | 2.5-5 | 贫乏 |
裂隙 岩溶水 | 中等发育 | P1q、D3s、D2q | 100-700 | | 10-100 | 2.5-5 | 中等 |
不发育 | P2d、C1y、Gd1 | <100 | <10 | | 1-2.5 | 贫乏 |
三、地下水的补给、径流及排泄条件
(一)地下水的补给
1、地下水补给形式
娄底市辖区内地下水的补给主要来源于大气降水,且可分为直接补给和间接补给二种,并随大气降水的多寡反映出同步变化的特征。除大气降水补给外,局部地下水、地表水呈互补关系,这是地下水获得间接补给的形式之一。按地下水的赋存空间和水动力特征,还有裂隙岩溶水补给孔隙水、潜水与承压水互相补给关系。
2、地下水补给强度
地下水补给强度主要决定于大气降水的渗入量,而大气降水渗入量的大小又受到岩性、地质构造、地貌和降水形式和影响。一般情况下,岩溶水获得的补给量较裂隙水多;岩溶发育越强、碳酸岩裸露程度越大,其补给强度也越大;降雨强度越小,降雨时间越长,渗入量越大,其补给强度也大。
(二)地下水的径流
1、地下水的径流形式
区内地下水的径流按径流通道形态可分为管道型、裂隙型和孔隙型三类。
地下水径流管道型主要限于裂隙岩溶水分布区,尤其是溶洞发育区,其特点是分布不均匀,流速快,径流长,流量变幅大,且径流途中可以不受地表分水岭控制。
地下水径流裂隙型主要出现于裂隙水和部分裂隙岩溶水分布区,其特点是地下水分布较均匀,流速慢,流量变化幅度稍大,在径流途中受地表分水岭控制,根据裂隙成因,可分为构造裂隙型、溶蚀裂隙型和孔隙裂隙型三种。
地下水径流孔隙型限于第四系松散堆积层和岩石强烈风化带,其特点是水量分布均匀,大小因地而异,主要取决于阶地类型和阶地结构及含水层厚度。
2、地下水的径流强度
地下水的径流强度与其径流通道和水动力特征有密切关系,一般来说,型大于裂隙型、孔隙型;孔隙型大于裂隙型,特殊条件下,裂隙型也可大于孔隙型。地下水的径流强度还随标高变化,地下水埋深大、标高低,其径流强度小;埋深浅,标高高,其径流强度稍大。
(三)地下水的排泄
区内地下水排泄有远源和近源两种,裂隙岩溶水区多属远源排泄,裂隙水孔隙水皆属近源排泄。区内地下水排泄的订特征有:
1、沿岩层接触界线排泄。由于地貌和岩层含水性的控制,地下水排泄点多集中于含水性强弱接触界线处。
2、沿河谷排泄。因地表水系是当地排泄基准面,是地下水最终聚集场所,因此,河谷往往是地下水的排泄带。
3、沿压性断裂外带排泄。压性断裂带是地下水穿赿的障碍,内带的构造岩呈糜棱状或断层泥,是良好的阻水层,因此,地下水往往沿压性断裂外带聚集、排泄。
4、沿褶皱端头排泄。褶皱的端头是应力集中部位,裂隙、岩溶较发育,由于外力的侵蚀、溶蚀作用致使河溪发育,成为当地排泄基准面,因此,褶皱端头往往是地下水的排泄地段。