（环境工程专业论文）贵阳岩溶地下水系统环境评价及污染敏感性研究.pdf

贵州大学2 0 0 5 届硕士学位论文 摘要 贵阳地区地处岩溶发育最复杂、类型最齐全的贵州岩溶区域中心，岩溶地下 水系统十分复杂，具有独特的水文地质地球化学特征、突出的地球化学敏感性和 生态环境脆弱性。研究岩溶地下水环境及地下水污染敏感性，可以为该地区地下 水资源的开发利用及保护提供决策依据。 为此作者在对贵阳地区水文地质条件研究及野外实际调查的基础上，利用模 糊综合评价法对研究区具有代表性的监测点进行地下水水质评判，指出其主要污 染物、污染程度以及变化趋势，并利用m a p g i s 平台进行空间分析，得出研究区 地下水环境时空变化趋势。 本文在总结国内外广泛使用的地下水污染敏感性评价方法的基础上，根据岩 溶地区实际情况，提出岩溶地下水系统污染敏感性基本特点，建立贵阳岩溶地下 水污染敏感性评价指标体系及分级标准。在此基础上，选取指数叠加法和模糊综 合评价法进行评价，并以i a p g i s 平台作出贵阳地区岩溶地下水污染敏感性制图 及空间分析。结果表明模糊综合评价法评价结果较为合理、可靠，是一种较好的 方法，特别是对于影响因素较多且相对重要性难以确定的情况下评价地下水污染 敏感性更为合适。 对贵阳岩溶地下水污染敏感性进行评价，结果表明贵阳西北部、三桥、陈庄 坝等地段是需要重点保护的地区。运用m a p g i s 系统的空间叠置分析及属性统计 功能模块，揭示岩溶地下水系统内部的潜在污染机理。从而为贵阳地区的社会经 济发展和地下水资源保护奠定了坚实的理论基础。 关键词：贵阳地区；岩溶地下水：污染敏感性；指数叠加法；模糊综合法；空间 分析 墨型查堂! ! ! ! 旦堡主兰垡堡苎 a b s t r a c t g u i y a n ga r e al o c a t e si nt h ec e n t r a lo fg u i z h o uk a r s tr e g i o nw h i c h i sp r o v i d e dw i t hc o m p l i c a t e dk a r s td e v e l o p m e n ta n dc o m p l e t ek a r s tt y p e k a r s tg r o u n d w a t e rs y s t e mi sc o m p i c a t e d ，u n i q u ec h a r a c t e r i s t i c so f h y d r o g e o c h e m i s t r y a n d p r o m i n e n tg e o c h e m i s t r y v u l n e r a b i l i t ya n d e n v i r o n m e n tf r a n g i b i l i t y i t i s u r g e n t t os t u d yk a r s tg r o u n d w a t e r e n v i r o n m e n ta n dc o n t a m i n a t i o nv u l n e r a b i l i t y ，i tp r o v i d e sd e c i s i o n m a k i n g t oe x p l o i t a t ea n dp r o t e c tg r o u n d w a t e rr e s o u r c e o nt h eb a s i so ft h es t u d yo fh y d r o l o g i c a la n dg e o l o g i e a l c h a r a c t e r i s t i t sa n df i e l di n v e s t i g a t i o n ，a s s e s s i n gg r o u n d w a t e rq u a l i t y i nr e s e a r c ha r e ab yt h em e t h o do ff u z z yc o m p r e h e n s i v e ，i n d i c a t e sm o s t l y c o n t a m i n a t i o n 、t h ed e g r e eo fc o n t a m i n a t i o na n dt h ec u r r e n to fc h a n g e b y u s i n gs p a t i a la n a l y s i si nt h em a p g i ss y s t e m ，p o i n t so u tt h es p a c e t i m e c h a n g eo fg r o u n d w a t e re n v i r o n m e n ti nr e s e a r c ha r e a i nt h i sp a p e r ，a i d e db yr e v i e w i n gt h et r a d i t i o n a lm e t h o d sa n db a s e d o ng u i z h o uk a r s tf e a t u r e ，p u t i n gf o r w a r dt h ec h a r a c t e r i s t i co fk a r s t g r o u n d w a t e rs y s t e mc o n t a m i n a t i o nv u l n e r a b i l i t y ，e s t a b l i s h i n gt h ei n d e x s y s t e ma n dc l a s s i f i c a t i o nc r i t e r i o ni ng u i y a n gk a r s tg r o u n d w a t e rs y s t e m o nt h eb a s i so fg i st e c h n o l o g y ，t h ei n d e xs u p e r p o s i t i o na n df u z z y c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ni sp r e s e n t e d t h ee v a l u a t i o na n dm a p p i n go ft h e g r o u n d w a t e rv u l n e r a b i l i t yt oc o n t a m i n a t i o ni ng u i y a n ga r e ai sw o r k e d o u t t h ef u z z ye o m p r e h e n s i r ee v a l u a t i o ni sag o o dm e t h o df o ri t sa s s e s s m e n t r e s u l ti sm o r er e a s o n a b l e ，e s p e c i a l l yi nm o r ec o m p l e xc o n d i t i o n s k e y w o r d s ：g u i y a n ga r e a ：k a r s tg r o u n d w a t e r ：c o n t a m i n a t i o nv u l n e r a b i l i t y ： i n d e xs u p e r p o s i t i o n ：f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ：s p a t i a la n a l y s i s i l 墨型查兰! 塑! 星堡主兰垡笙苎一 一 第一章绪论 1 1 岩溶地下水特征 中国岩溶水资源丰富( 袁道先，1 9 9 4 ) 。据初步统计，中国水资源总量2 8 0 0 0 亿m 3 a ，其中地下水资源8 0 0 0 亿m 3 a ；岩溶水天然资源2 0 3 9 6 7 亿m 3 a ，占地 下水资源量的i 4 强，因此岩溶水在城市和工业基地供水中占有重要地位。据全 国2 9 个省会和直辖市的统计，有济南、太原、贵阳、昆明等四分之一以上省会 城市利用岩溶水作为供水水源，北京、天津、南京等城市及其工矿企业也部分利 用岩溶水作为供水水源。 岩溶地下水基本特征： 1 岩溶地下水分布的不均匀性 岩溶地下水的不均匀是由岩溶介质的不均匀引起的，它表现为含水性和富水 性在空间分布上的巨大的差异，也表现为岩溶含水体各部位之间水力联系的各向 异性。 2 岩溶地下水独特的运移规律 岩溶地下水的运动规律和排泄条件主要受构造、地层、岩溶发育、地形地貌、 侵蚀基准面等因素控制，补给区、径流区分界不明显，岩溶水沿岩溶管道、裂隙 运移，于河流两岸、沟谷、斜坡低洼处排泄，总体上沿最低蚀基准面排泄。 3 岩溶地区“三水”转化迅速 常态地貌区“三水”转化较简单；岩溶地区地表、地下水之间相互转化频繁 而复杂。降水通过溶隙、洼地、落水洞点状集中补给岩溶水。岩溶水常以明、暗 河交替变化方式快速径流运移。无论是地下河排泄，还是岩溶泉排泄，流量极不 稳定、变化系数大。 4 岩溶地下水水质容易被污染 岩溶地区地貌十分发育，类型多样，地下水的垂直循环强烈，地表水和地下 水的水力联系十分密切，相互间的转化交替和补给频繁。因此，地面的工业和生 活污染易于直接或间接进入地下水。岩溶地下水赋存、运动于可溶岩之溶隙、溶 洞管道系统中，与外界大气连通性较差，缺少光照及氧化作用，且吸附能力弱， 而对外入污染缺少自净能力，使岩溶水水质变差。 塞型查兰! 型! 星竺主兰堡堡苎 1 2 选题依据和研究意义 贵州省地处世界岩溶发育最复杂、类型最齐全、分布面积最大的东亚岩溶区 域中心，地下水系统十分复杂，具有独特的水文地质地球化学特征、突出的地球 化学敏感性和生态环境脆弱性，在中国南方岩溶地区乃至世界亚热带岩溶地区都 具有一定的代表性和典型意义。水资源供需矛盾突出，使人们日益认识到水资源 合理开发利用的重要性。如何评价水资源的质量，为生产、生活提供有用的信息， 采取相应的水污染防治措旋，是环境科学的一个研究重点。对地下水环境质量进 行综合评价，指出其主要污染物、污染程度以及变化趋势，以及作出地下水污染 敏感性研究，可以为地下水资源的开发利用及保护提供决策依据。 本课题作为导师朱立军教授在研项目“贵州岩溶地下水系统污染敏感性及 其矿物净化作用研究”的重要部分。基于对贵阳地区水文地质条件研究的基础 上，利用模糊综合评价法对贵阳地区具有代表性的监测点进行地下水水质评判； 并在依据国内外广泛使用的地下水污染敏感性评价方法的基础上，根据岩溶地区 的实际情况，建立岩溶地下水污染敏感性评价指标体系及分级标准，以此作出贵 阳地区岩溶地下水系统敏感性分析及制图。 1 3 国内外研究现状及存在问题 1 3 1 岩溶地下水研究概况 从1 9 7 5 年第一次成为国际性水文地质大会的主题开始岩溶水的研究逐渐 形成一个独立的学科。岩溶含水介质的研究从单一论到潜水说即连续水流说，从 孤立水流论到岩溶水循环论，直到目前普遍接受了三重介质模型，即岩溶水系统 同时存在着孔隙、微裂隙、岩层面等扩散流介质及溶蚀大裂隙和溶管流介质。尤 其是结合我国实际提出的汇流理论，从岩性、地质构造和溶管连通性等许多方面 丰富了岩溶含水介质的内涵( 朱学愚等，1 9 8 7 ) 。 岩溶水资源的评价多数依赖于均衡理论。岩溶水空间分布特征和渗流特征的 描述随局部探测工作的深入和完善更加清楚，均衡域的划分可以更加确定。但是 大多数探测结果更加明确地证明了岩溶地下水系统以介质分布的极不均匀性和 流态多变的流场的极其复杂性为显著特点：而且，岩溶地下水系统在不断地演化 发展使得系统描述参数也在不断变化传统定性评价结果不能作为长期预报结果 贵州大学2 0 0 5 届硕士学位论文 ( 韩宝平，1 9 9 3 ) 。 确定性系统模型一般都是用常微分方程、偏微分方程及其差分方程来描述 的，方程中的各个变量都是确定的，对于给定的初值，应给出一个确定解。最新 出现的几种方法有：岩溶含水层系统参数识别模型( 秦四清等，1 9 9 5 ) ，单元网 络数学模拟方法( 夏日元等，1 9 9 2 ) ，多层网格法( 李铎等，1 9 9 5 ) ，汇流理论。 岩溶地下水系统中存在着许多种不确定性，如确定结果的出现具有随机性、需求 评价的模糊性、所需条件部分未知而产生的灰色性、认识上的未确知或估算性等。 相应地有许多种研究方法或数学模型可以用来描述它们，侧重于一个方面就得出 一种岩溶地下水系统数学模型。 近2 0 年来，国外水文地质学家越来越多地关注于岩溶水的研究。“国际水文 十年”( 6 5 7 4 年) 期间，岩溶水是非常重要的研究内容。1 9 7 5 年，岩溶水首次 作为国际性水文地质大会的主题，i a h 出版了“h y d r o g e o l o g y o f k a r s t i c t e r r a i n s ” 首次系统地研究了岩溶区的水文地质学问题。研究包括对岩溶含水介质认识的深 化，如美国的e t s h u s t e r 和w b w h i t e 在前人和他们自己工作的基础上于1 9 6 9 年和1 9 7 1 年首先明确提出了岩溶水双重介质模型，a t k i n s o n 和s m a r t 于1 9 7 9 年和1 9 8 5 年对大量岩溶含水层进行研究后提出了岩溶含水层三重介质模型；岩 溶水系统研究，如w h i t e 研究了岩溶地下水系统的输入、输出及内部结构的相互 关系，w d r e y b r o d t 研究了岩溶含水系统中反馈作用；大型岩溶试验场的建立； 探测技术方法的进展。( 韩宝平，1 9 9 3 ) 。 近1 0 年，我国在岩溶地下水环境演化与开采管理方面的研究取得显著进展， 研究的内容涉及区域地下水环境开采演化规律( 王伍军，1 9 9 7 ；吴爱民等，2 0 0 3 ) ， 地下水动力系统演化与影响因素分析( 朱远峰1 9 9 3 ；钱孝星，1 9 9 8 ：陈明佑， 1 9 8 4 ；何宇彬，1 9 9 7 ：王宇，2 0 0 2 ；马振民，2 0 0 3 ) ，地下水化学演化与地球化 学模拟( 郑西来，2 0 0 1 ：周东来，2 0 0 3 ) ，地下水环境演化研究方法手段( 杨天行， 1 9 9 2 ；鄢贵权，1 9 9 8 ；周翔，1 9 9 9 ) ，地下水开发规划管理模型( 张志忠，2 0 0 0 ： 张卫，2 0 0 1 ) 等，得出了一系列结论。 1 3 2 地下水环境研究概况 地下水质量综合评价，实际就是依据地下水中污染物( 有害物) 浓度的分级 标准，判断某个地区的地下水综合质量与哪级标准最接近，则它就被视为符合该 级地下水质量。我国早在1 9 7 4 年就提出了用数学模式来评价水污染状况( 王华 塞! ! ! 查堂! ! 堕旦竺土堂竺堡苎 东，1 9 8 4 ) ，到目前为止有几十种综合评价水质污染的方法如综合污染指数k 、 水质质量分数p 、综合污染指数p 、灰色聚类法和模糊数学方法等。目前，随着 电子计算机及数值模拟的发展，用于地下水质综合评价的方法也得到发展，如灰 色关联分析法( 杨云龙，1 9 9 6 ) 、s p s s 统计软件分析法、多目标决策一理想点法 ( 陈武，2 0 0 2 ) 。 自2 0 世纪7 0 年代，美国田纳西流域管理局利用g i s 技术处理和分析各种流 域数据，为流域管理和规划提供决策服务，g i s 开始应用于水文学及水资源管理。 9 0 年代以来，g i s 应用一直是水资源、环境学科中的一个热点课题( 魏加华等， 2 0 0 3 ) 。 国外对基于g i s 的地下水污染及环境影响评价研究已经取得了很多成果，其 中，e s r i 为了对加州地下水污染进行调查，建立了地下水地理信息系统，来管 理有害物质对地下水的污染。l e e ，s ，p a r k ，e g 等人( s a r ol e e ) ，建立了基于 g i s 的地下水模拟模型，通过g i s 实现水文地质数据库与模型数据的交换，并将 水流模型计算出的水位转化为地下水污染评价系统d r a s t i c 所需的输入文件格 式，进行地下水污染评价。s o o l e e ( s o ol e e ) 在m o k h y u n 流域建立了基于g i s 的水质管理系统w q m s ，利用水污染模型计算污染排泄、水质预测。j o n a t h a n 等 人在s a n - - - g r a b r ie l 盆地流域地下水研究中，利用a r c i n f o 的a m l 语言实现与 地下水流模型g f e s t 的集成，g i s 作为模型的前处理，模型运算结果经g i s 进行 分析。为研究地下水中盐分的来源，w i l l i a mb a j j a l i 博士( w i l l i a mb a j j a l i ) 建立了数据库，收集所有可供利用的化学和同位素资料，利用a r c v i e w 空间分析 功能研究地下水污染和水质特征，分析了盐分增加的可能原因。 国内，武强等研究开发了以m a p i n f o 为平台的塔里木盆地地下水资源管理地 理信息系统( 武强，1 9 9 9 ) ；邢毅等建立了南方某城市的g i s 城市地下水管理模 型( 邢毅，1 9 9 8 ) ：宫辉力等建立的g i s 技术支持下的城市水资源管理模型( 宫 辉力，1 9 9 6 ) ；陈佩佩等开发了徐州市岩溶地下水资源信息系统。这些研究在国 内率先将g i s 应用于地下水模拟、评价和管理，为地下水资源管理工作提供新的 技术手段。 1 3 3 地下水污染敏感性研究概况 地下水污染敏感性的概念是由法国水文地质学家j m a r g a t 于1 9 6 8 年首次提 出的。j v e r b a 和a z a p o r o z e c ( v r b aa n dz a p o r o z e c ，1 9 9 4 ) 引用下述定义： 贵州大学2 0 0 5 届硕士学位论文 “污染敏感性是地下水系统的本质特性，表征该系统的水质对人为和或自然作用 的敏感性”。有关地下水敏感性的定义较多，较为公认的为美国国家科学研究委 员会( n a t i o n a lr e s e a r c hc o u n c i l ，1 9 9 3 ) 于1 9 9 3 年给出的定义：地下水敏感 性是污染物到达最上层含水层之上某特定位置的倾向性与可能性。 地下水污染敏感性分析及其制图是目前国际水文地质研究的热点和前沿课 题，也是防治地下水污染问题工作的前导，其成果可为自然环境、社会经济等方 面提供管理决策的重要依据( 陈葆仁，1 9 9 6 ) 。 国外所采用的地下水污染敏感性评价方法主要有以下几种方法： g o d 指标； d i v e r s i t y 指标( r a yia ，1 9 9 3 ) ；d r a s t i c 指标( a i l e rlt ，1 9 8 5 ) 。d r a s t i c 模型是目前国外普通采用的较为有效的地下水易污染性评价工具之一。林肯大学 用e r d a s 软件模拟地下水对地表污染源的敏感程度，研究人员把地下水埋深、补 给情况、含水层介质、渗透性、土壤类型、地形等信息输入系统，应用d r a s t i c 模型判断不同地区、在不同条件下地下水受污染程度。1 9 9 6 - - 1 9 9 9 年，欧盟与 中国合作，选择大连和广州两个沿海城市为研究背景，应用d r a s t i c 模型对地下 水污染风险进行了评价( 周惠成，2 0 0 1 ) 。 目前国外的研究重点已经转到应用g i s 技术结合地下水运移模型来评价地 下水的敏感性，包括对非点源污染的研究，同时也对d r a s t i c 方法进行进一步研 究( s n y d e rdt ，1 9 9 8 ) 。t i m ( t i mus ，1 9 9 6 ) 等建立了用于快速评价地下水 对杀虫剂污染的敏感性的g i s 交互式模型系统。地下水敏感性图是敏感性评价结 果的表达，到8 0 年代，世界各地已出版了大量的大、中比例尺的区域地下水敏 感性图( z e k t s e rls ，1 9 9 5 ) 。9 0 年代，v r b a 和z a p o r o z e c 编著了地下水敏 感性编图指南，评价指标主要是包气带土层或岩层的厚度和渗透性，按5 个敏感 性等级划分和编制敏感性分区( v r b aa n dz a p o r o z e c ，1 9 9 4 ) 。 我国在此方面的研究起步较晚，9 0 年代中期才引进地下水敏感性概念。有关 反映地下水脆弱程度的图件较少。主要有：郭永海( 郭永海，1 9 9 6 ) 、郑西来( 郑 西来，1 9 9 7 ) 、杨庆( 杨庆，1 9 9 9 ) 分别编制的河北平原浅层地下水防污性能分 区图、西安市潜水敏感性图、大连市潜水含水层的易污性图。这些地下水敏感性 图，从反映的内容上看，都是单纯的地下水脆弱程度分区，不能体现影响地下水敏 感性的潜在因素；林学钰院士等( 林学钰，2 0 0 0 ) 编制的松嫩笳地地下水环境脆 弱程度图，将地下水脆弱程度分区和影响地下水敏感性的4 个潜在因素表示出来， 塞型奎兰! ! 竺堡堡主堂垡丝苎 一 同时把城市地下水污染和污染源的类型以及污染程度反映在图上。该脆弱程度图 是针对地下水固有敏感性。从总体上看，我国目前所开展的敏感性研究工作属探 索阶段。大多数研究仍局限于含水层的固有敏感性评价，而对于特殊敏感性的研 究则较少。 尽管国内外已重视地下水敏感性的研究，并做了大量的研究工作，但目前尚 存在一些基本问题：缺乏一个明确统一的地下水敏感性概念：由于可获取指 标数据的数量和质量不够，以及缺乏对定性和非确定性方面信息知识的表征方 法，使现有的评价方法都具有非确定性；各地所编的敏感性图缺乏统一性和可 比性，敏感性编图有待于统一和标准化，以增强敏感性图的可读性、可比性和实 用性；缺乏检验敏感性评价有效性的方法。因此，这些也是今后进一步深入研 究亟待解决的问题，同时，还应该加强以下几方面的研究：深入研究土壤和包气 带对敏感性评价的影响，更多地获取与敏感性评价相伴随的非确定性方面的信 息，并建立表征它们的方法：开发将过程模型结合统计和定性方面信息相统一的 综合评价方法，减少评价的非确定性，克服单一方法的不足( 姜桂华，2 0 0 2 ) 。 随着地下水污染敏感性研究的发展和完善，地下水敏感性研究将成为未来地方和 区域综合土地利用规划的必要工具，从而纳入地方和区域规划及决策之中。 经过几十年的发展，水文地质学者已经建立了很多地下水污染敏感性评价方 法，但鉴于岩溶地区特定的水文地质结构和环境条件，常见的模型还存在着许多 不足之处，如过多侧重于地下水内部因素，而对自然作用、人类活动等外部环境 因素考虑较少；在评价参数的权重确定上还没有形成共识；受复杂的区域条件限 制，对西南岩溶区地下水敏感性评价的研究较少，很难实现评价的实时性、科学 性等。因此，很有必要建立一套适合西南岩溶区地下水敏感性评价模型来探讨岩 溶地下水系统污染敏感性问题： 1 4 研究目标、内容方法、技术路线及创新点 1 4 1 研究目标 在研究贵阳地区地貌、地质、水文地质的基础上，以研究岩溶地下水系统水 环境演化及岩溶地下水对污染的敏感性评价为主要目标，建立研究区岩溶地下水 污染敏感性评价指标体系并评价其敏感性，为岩溶地区地下水资源保护提供理论 支持、丰富水文地质和环境科学的内容。 6 贵州大学2 0 0 5 届硕士学位论文 1 4 2 研究内容及方法 本论文是在对贵阳地区环境水文地质资料调查收集的前提下，运用模糊综 合评价的方法对区内具有代表性监测点进行地下水水质综合评价，指出其主要 污染物、污染程度以及变化趋势；并进行区内岩溶地下水系统污染敏感性研究 及制图。研究内容包括以下几个方面： 1 研究区地下水现状调查及资料收集。( 环境水文地质资料调查与收集) 2 数据准备及预处理。( 监测数据的处理、图形数据的处理) 3 利用模糊综合评价法对区内具有代表性的监测点进行模糊综合评判，通过 水质级别空间分布图分析研究区的水质时空变化特征。 4 在分析贵阳地区水文地质特征的基础上，依据国内外广泛应用的研究方 法，结合岩溶地区实际情况，作出贵阳地区岩溶地下水污染敏感性研究及制图。 5 在m a p g i s 系统平台上，对研究区岩溶地下水水质评价图及污染敏感性分 区图进行空间分析及属性统计分析。 1 4 3 技术路线 本次研究所采取的技术路线见图卜1 。 1 4 4 创新点 本论文是首次对贵阳岩溶地下水系统污染敏感性开展系统研究，把岩溶环境 区的水文地质单元看作是一个统一的水能量场，水化学场和水动力场，由岩一土 一水构成的地下水系统，突出贵州岩溶地下水系统发育的地域特征和典型意义。 提出岩溶地下水系统污染敏感性的水文地质及水化学标记和分级评价指标体系， 构成了本论文的研究特色和创新之处。 1 通过研究参考国内外地下水敏感性评价中所使用的分级标准的基础上，结 合岩溶地下水的实际情况以及本次工作的调查研究，运用数值模拟方法，并依据 专家经验，建立了贵阳地区岩溶地下水敏感性各评价指标及分级标准。 2 在m a p g i s 系统平台上直观展示贵阳岩溶地下水系统水质分区及敏感性分 区图，并运用其空间叠置分析功能分析水质的时空变化规律，且检验敏感性评价 模型的可靠性。运用m a p g i s 系统的空间叠置分析及属性统计功能模块，可对岩 溶地下水系统中的各影响因素对地下水敏感性的影响大小，给出定性描述，揭示 岩溶地下水系统内部的潜在污染机理，为地下水资源管理决策提供依据。 墨型查兰! ! 堕昼堡主兰焦堡塞 立题 l 收集国内外研究相关成果，进行文献调研 撰写开题报告 图i - i 研究技术路线图 8 贵i ，i l 大学2 0 0 5 届硕士学位论文 第二章研究区概况 2 1 自然地理条件 贵阳市位于我国西南贵州高原中部东靠龙里，西接清镇，南临惠水，北接修 文( 见图2 一1 ) 。位于1 0 6 。3 5 5 0 ”- - 1 0 6 4 5 e 、2 6 3 0 2 6 4 0 + n 之间，地处 云贵高原的东斜坡上，属长江与珠江水系分水岭地带，面积2 4 0 6 k m 2 ，是贵州省 政治、经济、文化中心。 贵阳市河流大都属于长江水系，流向大致由北西向东，由南而北。其中南明 河是区内最大的河流。城区附近有阿哈水库、花溪水库、黔灵湖水库、小关水库 等，其中阿哈水库、黔灵湖水库是贵阳市重要水源地。 贵阳市属于亚热带季风湿润气候。全年温和湿润，冬无严寒，夏无酷暑，春 秋温度变化大，年平均气温1 5 6 。c ，无霜期2 7 0 d ，多年平均降雨量1 1 8 0 m m ，年 日照1 2 7 8 小时左右，年相对湿度7 6 9 ，雨目1 7 8 1 8 2 d ，一年中5 9 月为雨季( 汛 期) ，降雨量约占全年降水量的7 0 ，汛期多阵雨和暴雨。 2 2 地形地貌、地层、地质构造条件 z 2 1 地形地貌 贵阳市位于云贵高原东部，黔中山原中部。地势空间展布格局大致呈北、西、 南三面高，东面低，由北、西、南三面略向东倾斜之撮箕形。城区主要集中分布 在贵阳盆地之中，最高峰为黔灵山主峰，海拔高程1 3 9 5 1 米，最低为水口寺附 近，高程1 0 4 0 米( 李兴中，1 9 8 5 ) 。 新构造运动的间歇性抬升使得位于黔中山原中部的贵阳盆地及其附近地区 在地形上表现为成层性。贵阳市城区附近大约分布着海拔高程1 0 5 0 一1 1 0 0 米， 11 5 0 一1 2 0 0 米，1 2 0 0 1 2 7 0 米，1 2 7 0 1 3 5 0 米四级台面。第一级台面多分布在 城区西北部及广大分水岭地带，多为起伏不大的丘陵洼地；二级台面分布于沙子 哨、阳关至野鸭塘一带，主要为一系列大型洼地或谷地 三级台面分布于金关、 马王庙、和尚坡一带，主要为谷地或洼地及一系列浑圆小山丘。最低一级见于贵 阳盆地底及其周围的溶洼或溶谷，包括三桥、后坝、蔡家关及汤巴关谷地等。 9 贵州大学2 0 0 5 届硕士学位论文 图2 - 1 贵阳市地理位置示意图 2 2 2 地层 贵阳市出露主要地层岩性为二叠至三叠系白云岩、灰岩及少量砂岩、页岩， 岩性组合复杂( 表2 一1 ) 。南部贵阳向斜核部主要为侏罗系砂页岩，东部有少量 奥陶系石炭系灰岩、砂岩、页岩、白云岩出露。贵阳盆地二叠系、三叠系地层 分布广泛，岩性比较复杂，其中纯碳酸盐岩约占地层总厚度的6 8 。碳酸盐岩与 碎屑岩在垂向分布上具有多层性平面展布呈条带状。区内岩溶广泛发育，其地 层岩性主要以石灰岩与自云岩为主，占研究区总面积的7 1 8 。非碳酸盐岩主要 为碎屑岩，此外碎屑岩夹灰岩也有一定的分布( 图2 2 ) 。地下水类型以碳酸盐 岩溶水为主，碎屑岩基岩裂隙水次之( 主要赋存于花溪一中曹司向斜核部、黔灵 湖一二桥一带的侏罗系砂岩中) ，第四系孔隙水极少( 主要分布在乌当一洛湾盆 地之中) ( 曹卫锋等，1 9 8 5 ) 。 墨型查兰! ! ! ! 星堡土兰垡丝j l 表2 一l 贵阳地区地层简表 系统组段 层代号主要岩性 侏罗 中统 j 。 系 下统 j 。 页岩、砂岩夹少量石灰岩。 二桥组 t 3 e 上统 三桥组 t 3 s 中至厚层状白云岩、白云质灰 法郎组 t ：f 岩及石灰岩；底部为页岩、细 砂岩。 第二 t 2 9 4 2中厚至薄层状白云岩。 第四层 段第一 t 2 9 中至薄层状白云岩为主，局部 层轻微硅化。 = 上部为厚层、薄层石灰岩夹泥 中 质白云岩，下部中厚层状石灰 关第三 t 2 9 3 段岩、泥质灰岩及中至薄层状白 云岩，泥质白云岩夹石膏层。 岭 中上部为薄层硅质、泥质白云 叠 统 第二 t 2 9 2 岩与泥灰岩，泥质灰岩互层， 段夹少量白云质灰岩，局部含石 组膏脉。 系 薄至中层状白云岩，局部为角 第二 t 2 9 。2砾状次生灰岩，中上部夹有泥 第一层 质白云岩及薄层状石膏。 段 第一 t 2 9 中至厚层状结晶白云岩。 第二 t 。d 2 段上部中至厚层状石灰岩，下部 下 大冶组 为薄层灰岩及泥质灰岩。第一 t i d l 统段 沙堡湾 组 t l s 页岩、砂岩及燧石层。 大隆组p 2 d 上 长兴组p 2 c 厚层至块状燧石灰岩。 统 以页砂岩与燧石层为主，夹有 龙潭组 p ：l 叠 灰岩及灰岩透镜体和煤。 系 茅口组pl m 上部为厚层块状石灰岩，下部 下 为中厚层结晶燧石灰岩，底部 统 栖霞组p l q 夹炭质页岩。 梁山组 p ，l 炭质页岩夹石英砂岩。 贵州大学2 0 0 5 届硕士学位论文 中上 c 2 + j 白云岩，白云质灰岩。 石炭统 系 下统 页岩、砂岩互层，顶部夹白云 c 1 质灰岩。 中上 上部为中层状白云岩，下部为 泥盆统 d 2 薄至中层状泥质灰岩。 系中下 统 d i 厚层粗粒石英砂岩。 志留 s 泥岩、页岩夹石灰岩。 系 奥陶 中统 中至厚层状石灰岩及泥质灰 系 0 2 岩。 寒武娄山 中厚层状白云岩。 系关群 蘑石灰岩固白云岩围碎屑岩 匿蕊屑岩夹石灰岩口隔水岩层囫地层界限 图2 - 2 贵阳地区地层岩性图 贵州大学2 0 0 5 届硕士学位论文 2 2 3 地质构造 区内发育新华夏与南北向两构造体系( 图2 3 ) 。新华夏系以北东向的宽缓 褶曲及北东向压扭性断裂、北东向扭性断裂为主，展布于该区之北、东部。南北 向构造主要为宽背斜( 该区仅出露翼部) 、窄向斜及同向压性断层。贵阳向斜夹 持于两南北向压性断层之间，其北部翘起端为新华夏构造与南北向构造复合部 位，贵阳市即坐落在此。这里断裂交错，裂隙群集，岩层产状多变，岩石压裂压 碎现象显著。新华夏构造形成较晚，于复合带附近常常对南北向构造成份进行改 造，导致三桥、阿哈寨等地与南北向构造配套的横张扭裂显著强化。属于新华夏 系的阿哈寨一黔灵山压性、压扭性阻水断裂带以及t 。+ j 砂页岩的存在，把贵阳 城区附近分成西部、东部两个水文地质单元。 囫t 团z 囫。 园t 团s 囫e 团， 曰s 南北向构造 1 压性断层2 向斜 北东向构造 3 压性断层4 向斜5 性质及体系不明断 层6 挽近活动断层7 线性构造8 地质界线 贵阳向斜羊场司复向斜黔灵山一阿哈寨断层花溪断层图云关断层鸡场坝 断层组 图2 - 3 贵阳地区构造体系图 贵州大学2 0 0 5 届硕十学位论文 2 3 水文地质条件 2 3 1 地下水类型及化学特征 贵阳地区大部分为半裸露型岩溶区，远郊未受污染或轻污染，地下水化学类 型比较单一，多为h c 0 3 _ _ c a m g 或h c o 。c a 型，其中只有关岭组局部膏盐层中的 地下水化学类型( 主要是钻孔水) 变为s n c a 或s o 。h c o 。c a m g 型；城区及近 郊区，由于受到工业废水及生活污水的污染，局部地下水化学类型发生了变化， 由h c 0 3 一_ c a m g 型向s o , h c o ，c a m g 型或s 0 4 c a 型发展。 2 3 2 地下水富集规律及补径排条件 1 地下水富集规律 新构造运动抬升过程中的相对稳定期，为贵阳城区附近大片碳酸盐岩地层得 以进行长期地、充分地溶蚀作用创造了有利条件。加之地层岩性在垂向上碳酸盐 岩与碎屑岩层相间配置的组合特征，结果在漫长的地质历史过程中，在这种特定 的时空条件下，形成了高程为：1 0 5 0 1 1 0 0 米，1 1 5 0 1 2 0 0 米，1 2 5 0 一1 3 0 0 米 三级岩溶地下水相对富集面。 第一级( 1 2 5 0 - - 1 3 0 0 米) 岩溶水富集面分布于西北部广大分水岭地区的高台 面上；主要地层为t 2 9 。一l 9 3 。地表漏斗、洼地、溶潭发育。在洼地或谷地底部 地形较低部位，地下水常以溶泉、溶潭等形式流出地表。地下水埋深o 一2 0 米， 发育了赵斯寨一堰塘，大营坡一观音山，下猪房一龙井等地下河系，多以溶泉形 式出流。 第二级( 1 1 5 0 一1 2 0 0 米) 岩溶水富集面主要见于和尚坡一马王庙一金关一带。 分布面积较第一级小。出露地层为t z 9 1 疋9 4 。地下水除接受大气降雨补给而外， 更重要的补给源为自北而南流来的地下水( 亦有部分自西而东流来的侧向补给) 顺层补给及第一级富水面之地下水由深部涌上的垂向补给，在三桥一带受t 。+ j 砂页岩及阿哈寨一黔灵t h e ? , 东向压性压扭性阻水断裂阻隔，形成承压水富水区。 为贵阳市主要供水水源地之一。 第三级( 1 0 5 0 1 1 0 0 米) 岩溶水富集面见于贵阳盆地底部( 城区) 一带，主 要含水岩层为t 2 9 “t 。9 3 自云岩。地下水由北而南，由南而北顺层向南明河排泄。 并形成棉纺厂一纪念塔，八角岩一紫林庵二富水区。地下水埋深o 一2 0 米，一般 小于1 0 米。钻孔单位涌水量0 2 一1 5 升秒米：泉水流量般小于6 升秒。 为解决生产及生活用水，各单位在该区凿井较多。 贵州大学2 0 0 5 属硕士学位论文 2 含水层系统 ( 1 ) 碎屑岩类含水层 该类含水层包括分布于贵阳向斜核部和二桥至黔灵湖一带的三叠系上统及 侏罗系( t 。+ j ) 以及城区东北部的石炭系下统( c 。) 、泥盆系中下统( d 。) 等含 水层组成。岩性为页岩、砂岩夹少量石灰岩及厚层粗粒石英砂岩。泉点出褥不多， 流量小于l 升秒，多为表层风化裂隙水。流量受季节变化影响较大。据在t j + j 含水层中所施工的7 个钻孔资料统计，地下水多具承压性，单位涌水量0 1 一o 2 升秒米，平均0 1 9 升秒米，富水性中等。为基岩裂隙承压水类型，地下水 化学类型为h c o 。c a 型。 ( 2 ) 碎屑岩夹石灰岩类含水层 上二叠统龙谭组( p ：1 ) ，分布于贵阳向斜两翼、燕子岩、七里冲、森林公园 一带。岩性为砂岩、页岩及硅质层夹灰岩及灰岩透镜体，顶、底部为砂页岩及硅 质层：下部夹有三层含燧石结核灰岩。但砂页岩极易风化常形成浅层风化壳，含 风化裂隙水。该层出露泉点不多，流量一般小于2 升秒。就其综合特征而言属 弱含水层。本层顶、底部砂页岩起到隔水作用，因此与上下含水层无水力联系。 ( 3 ) 白云岩类含水层 该类含水层在区内分布范围最大。包括t 2 9 ”2 、t 2 9 + 。、t ，9 2 、t 2 9 1 _ 2 、t ：g 、 b f 、c 。、啦+ 。等含水层。其中r g ”2 、l g + 1 、w , 9 2 、t 2 9 卜1 2 、t 2 9 分布于贵阳向斜 两翼及北部翘起转折端和西北部阳关一三桥一带；t z f 主要出露于二桥向斜及贵 阳向斜翼部；e 。分布于东部新塘湾、图云关带；d z ，分布于红岩冲河谷两岸一 带。各含水层特征如下： 中三叠统关岭组第四段第二层( t ：g - 2 ) 强含水层 岩性为中厚至薄层状白云岩、自云质灰岩。岩溶裂隙较发育，含丰富的溶洞 裂隙水，为本区主要岩溶含水层。单位涌水量0 0 3 一l4 升秒米。多数泉点流 量大于5 升秒，地下水化学类型属h c o 广- c a m g 或h c o 。s o 广_ c a m g 型水。 中三叠统关岭组第四段第一层( t ：g 。1 ) 中等含水层 本层以中至薄层状白云岩为主，局部有轻微硅化现象。岩溶裂隙发育，泉点 流量1 6 升秒，为含水量中等的溶洞裂隙水。地下水化学类型属h c o 厂_ c a m g 或h c o 。s 吼c a m g 型水。 中三叠统关岭组第二段( t 。9 2 ) 中等含水层 墨型查堂! 竺! 璺堡主兰焦笙苎 本层岩性为白云岩、泥质白云岩与泥质灰岩、页岩互层，局部含石膏夹层。 岩溶裂隙较为发育。本层出露泉点较多，流量0 1 2 8 8 9 升秒，多数泉点流量 大于1 升秒，为含水量中等的溶洞裂隙水。由于含有石膏夹层，其地下水化学 类型较为复杂，以h c o 。s o 。c a 型水为主，其次为h c o 。c a m g 型，s n ，h c o r c a 型和s o 。- - c a 型水。 中三叠统关岭组第一段第二层( t ：g ”2 ) 中等含水层 本层岩性为薄至中层状白云岩，局部为角砾状次生灰岩，中上部夹有泥质白 云岩及薄层状石膏。岩溶裂隙较为发育，泉点出露较多，流量0 1 6 7 2 升秒， 为含水中等的溶洞裂隙水。地下水化学类型以h c 晚一c a m g 型为主，其次为 h c o 。s o c a m g 型和s 0 | h c o ：。c a 型水。 中三叠统关岭组第一段第一层( t ：g 1 ) 中等含水层 本层岩性为中至厚层状结晶白云岩。岩溶裂隙发育。出露泉点滚量l 一4 5 。3 升秒，一般大于5 升秒，为含水中等的裂隙溶洞水。地下水化学类型以h c 0 3 s 0 4 c a m g 型为主，其次为h c o 。c a m g 型和s o 。h c o 。c a m g 型水，个别为s o , c a 型水。 中三叠统法朗组( t ：f ) 中等含水层 本层岩性为中至厚层状白云岩、白云质灰岩及石灰岩；下部为页岩、细砂岩。 岩溶裂隙发育，区内出露面积较小，未见泉点出露。结合本层岩性，将其富水性 级别定为中等。其下部页岩、细砂岩可起到局部隔水作用。 中上泥盆统( d ：+ 。) 及中上石炭统( c 。) 弱含水层 d ：n 主要岩性为自云岩、泥质灰岩：泉点出露极少，流量小于2 升秒：含溶 洞裂隙水。c m 主要岩性为白云质灰岩、白云岩，底部夹页岩及石英砂岩；泉点 出露少，流量小于1 升秒：含溶洞裂隙水。据其岩性，把二者富水性级别定为 弱含水层。 ( 4 ) 石灰岩类含水层 该类含水层在区内分布范围仅次于自云岩类含水层。包括t 2 9 、t , d 2 、t , d 、 p - q + m 、p , c 、0 2 等含水层。其中t , 9 3 主要出露于贵阳向斜翼部，粑粑坳马关坝 向斜核部，在阿哈水库附近有零星出露。t d 2 、t , d 1 主要出露于西北部靠近分水岭 地带及黔灵山断裂附近的冒沙井等地。p j q + m 、p ：c 主要出露西南部马鞍山枇杷冲 及东南部靠分水岭地带，黔灵山断裂附近有零星出露，分布面积不大。0 ：主要分 贵州大学2 0 0 5 届硕士学位论文 布东部靠南明河谷两岸，出露面积很小。各层水文地质特征分述如下： 中三叠统关岭组第三段( t 。9 3 ) 强含水层 本层主要岩性上部为厚层、薄层石灰岩夹泥质白云岩，下部中厚层状石灰岩、 泥质灰岩及中至薄层状白云岩，泥质白云岩夹石膏层。岩溶裂隙较发育。多数泉 点流量大于2 升秒，最大1 0 0 升秒。含丰富的裂隙溶洞水。地下水化学类型主 要为h c 0 3 c a m g 型，其次为h c 0 3 s q c a ，型、s o , h c 0 3 c a m g 型和s o , c a 型水。深部由于含有石膏夹层，水质类型转以s o 。h c 0 。c a m g 型或s o 。一 c a 型水为主。 下三叠统大冶组第二段及第一段( t 。d 2 、t , d 1 ) 中等含水层 本层岩性上部中至厚层状石灰岩，下部为薄层灰岩及泥质灰岩。岩溶裂隙发 育。贵阳笳地地下河主要发育于该含水层中，特别是在西北部将军山龙井一带。 出露泉点流量l 一8 3 升秒。为含水中等的裂隙溶洞水含水层。地下水化学类型 为h c 0 3 c a m g 型和h c o 。s q c a 型水。 下二叠统栖霞组和茅口组( p q + m ) 中等含水层 本层岩性上部为厚层块状石灰岩，下部为中厚层结晶燧石灰岩，底部夹炭质 页岩。岩溶发育。出露泉点一般流量为0 1 3 6 升秒。考虑该层岩性纯及含水 性极不均一的因素，结合区