1、湛江市硇洲岛地下水循环系统研究吴卓秋(广东省地质局第四地质大队 广东省 湛江市 5 2 4 0 4 9)作者简介吴卓秋(1 9 8 6年),男,汉族,广东遂溪人,本科,水工环地质工程师,主要从事水文地质、工程地质、环境地质等工作。摘 要 硇洲岛陆地面积5 6.0 k m2,岛上无江河湖泊和大中型蓄水设施,地表水资源非常紧缺。长久以来地下水几乎是岛内唯一的生活用水来源。地下水系统是地下水各项研究的基础,本文通过基于构造视角地下水系统格局分析和基于实测流场的地下水系统格局进行验证,硇洲岛地下水系统是一个以火山口及周边区域为补给区,岛四周为排泄区的散射状多层循环系统。关键词 硇洲岛;地下水;构造视角
2、;循环系统 1.自然地理概况硇洲岛位于广东省湛江市东海岛东南3.5 k m,为湛江港东南屏障(图1),硇洲岛总体呈近似一个北东向的等边梯形,北东向中轴长1 0.5 k m,北东边宽6.5k m、西南边宽7.4k m,岸线总长约4 5.6k m,陆地面积5 6.0 k m2。岛上无江河湖泊和大中型蓄水设施,地表水资源非常紧缺。硇洲岛是广东省最大的火山岛,是湛江市的岛外之岛,岛岸曲折,风景秀丽,一年四季气候宜人。硇洲岛由玄武质火山岩构成,属中更新世晚期晚更新世火山喷发形成。地貌呈馒头状混合火山锥,总体上为以灯塔火山口为中心,向四周平缓降低的火山岩台地地形,形似一个浮出大海的“海龟”。高程一般1 0
3、5 0 m,灯塔火山口位于岛屿中部偏东,地面标高8 2.5 m,是全岛的最高点。东、北及南三岸面临南海,长期受风浪冲蚀作用,形成高1 02 0 m的海蚀陡崖,崖壁有较多的海蚀穴、槽沟,海滩及水下岸坡中残留有大片倒石堆和石块,仅在局部港湾岸边发育狭窄的砂滩;西海岸与东海岛遥遥相望,航道水深约5 m,为波浪影响区,风浪冲蚀比较弱,海滩宽阔,多为沙滩,局部发育海蚀阶地,高差23 m;此外沿海附近尚有小面积砂堤砂地分布。海漫滩以砂滩、岩滩为主,仅局部小海湾为淤泥质滩地。硇洲岛是国家试点镇中唯一的海岛镇,隶属湛江市东海岛试验区管辖,人口约4.5万人。硇洲岛渔港闻名全省,渔业总产值占农业总产值的5 0%以
4、上,为经济支柱之一。农作物主要有水稻、薯类;经济作物有香蕉、火龙果等。硇洲岛的海水养殖业也具有一定规模,主要以养虾为主,少量鱼类、鲍鱼养殖。此外,硇洲镇还有小型船舶修造厂。海滨地质旅游、人文历史资源也较丰富,初步建成和正在建成旅游景点多处,据2 0 1 3年收集的资料反映,硇洲岛旅游人数约1 2万人,旅游收入约8 0 0万元。2.地形地貌与土壤硇洲岛由上园仔岭(标高8 2.5 m)往四周倾斜并逐级下降,分别形成火山锥及两级火山岩台地(标高大致为2 05 0 m、5 08 0 m)、海 蚀阶地(标高52 0 m)。硇洲岛以火山地貌为主,沿海局部有小面积的海积阶地、海漫滩和砂堤砂地;东海岸海浪冲刷
5、强烈,形成海蚀崖和海蚀漫滩;西海岸地形较低,多为海积漫滩。土壤是成土母质在气候、水和生物等因素长期共同作用下形成的产物,是组成土地表层最重要的物质,是植物生长的立地基础。硇洲岛的土壤类型较为单一,可大致分为玄武岩砖红壤、滨海盐渍土和滨海砂土三类。玄武岩砖红壤分布于硇洲岛绝大部分区域,该土壤土体呈赭红色,质地粘重,有机质层疏松,越往下层越紧实,干旱时表土坚硬,容易脱水受冲刷,大干旱天气土壤可干旱至深层2 m以下,有机质和全氮含量较高,肥力好,是种植热带农作物的良好土壤。滨海盐渍土主要分布于环岛海边潮间带低平的洼地,由泥质和砂泥质沉积物组成,质地不一,含盐量高,具盐渍化特征。目前岛内该类型土壤因相
6、对不适宜种植,利用率较低,多为废弃的荒草地及沼泽地。滨海砂土分布于沿海的砂堤砂地,主要由潮汐、波浪和风力作用形成,含砂量高,透水性良好,养分贫乏,适应一些砂生灌草及木麻黄生长。3.气象与水文硇洲岛处于北回归线以南的低纬度地区,属北热带海洋性季风气候,日照时间长,终年受海洋气候调节,气候特征表现为风害多、雷雨频、雨量集中、夏季长而冬季短、温和潮湿。据硇洲岛气象站资料统计分析,岛内年平均气温2 3.4,最热月平均气温2 8.6,极端最高气温3 6.8,最冷月平均气温1 6.2,极端最低气温4.0;雨量充沛,年平均降雨量1 3 1 7.6 mm,4 9月为雨季,降雨量占年均降雨量的7 8%;年平均相
7、对湿度8 4%;多年平均有雾天数2 3.9天,为广东省沿海最多雾的岛屿;年平均蒸发量1 1 9 1 mm,7月蒸140 水文地质、环境地质、工程地质DOI:10.16631/15-1331/p.2022.06.009发最强,多年月平均蒸发量达1 4 7 mm,且旱季蒸发量比降雨量大。岛内属东南沿海台风7区,季节风较明显,49月盛行东风、东南风,1 0月到次年3月盛行东北偏东风,年平均风速4.9 m/s。69月为台风季节,最大风速3 5 m/s。4.区域水文地质条件硇洲岛地下水按含水介质类型、赋存条件、水力特征等划分为松散岩类孔隙水、火山岩类孔洞裂隙水二大类。松散岩类孔隙水按含水层埋藏深度、水力
8、特征及开采条件等,又可分为浅层潜水微承压水(含水层埋深2 0 0 m)。图1 硇洲岛地理位置图5.硇洲岛地下水循环系统分析硇洲岛地处雷州半岛边缘,其地层层序也充分反映了雷州半岛的构造演化特征。作为中国最大的火山岛,硇洲岛火山经历了两次喷发,早期火山喷发距今3 6.8万年,晚期火山喷发距今1 8.9万年。两次喷发岩浆在硇洲岛近地表形成连续分布的岩浆岩被,在火山口附近岩浆岩厚度可超2 0 0 m以上,在外围岩浆岩厚度在2 06 0 m。火山的多次喷发在地形上也形成以火山口中心的熔岩台地,这种台地地形决定了地下水系统补给与径流的基本模式。在火山口附近主要分布火山角砾岩、火山渣及气孔状玄武岩,在外围主
9、要是熔岩流冷凝而成的玄武岩。岩性的差异会带来降雨入渗的空间差异,即火山口及周边区域具有更高入渗能力,外围区域入渗能力相对要低。硇洲岛平均降雨入渗系数为0.3 9 4,这表明区内地下水拥有优越的补给条件,特别是在火山口地区降雨入渗过程更为顺畅。在岩浆岩被下部广泛分布厚度最大可达2 5 0 m的湛江组松散沉积层。湛江组粘土、粉土、粉质粘土、砾石和砂互层特点也使得硇洲岛深部地下水系统变得更加复杂。粘土或粉质粘土构成隔水层,起到了很好的隔水效果,使得各层之间的地下水交流不紧密。但是也要注意到,湛江组地层形成于早更新世间歇性升降运动,存在沉积间断和侵蚀下切作用,特别是后者对原有含水层顶板进行破坏,使含水
10、层出现“天窗”或者厚度变薄,这些“天窗”或厚度较薄的部位则往往成为上下含水层交流的良好通道,因此各粘土层的隔水层的隔水作用是相对的。此外,从图2可以看出,火山口及周边的岩浆岩体贯穿了湛江组沉积地层,与深部的多呈砂砾层、砂层等直接联系,即火山口及周边附近成为硇洲岛多个承压含水层的共同补给区。图2 硇洲岛Q-Q 水文地质剖面图本次工作开展大规模的地下水位统测工作。对硇洲岛不同层位地下水开展了统测工作,并绘制了分层地下水等水位线图(图3)。根据本次工作调查访问,硇洲岛对农业灌溉用水开展了细化管理,大力推广滴灌等节水措施,全岛地下水取水量有所下降,地下水位也逐渐稳定,因此本次流场可以有效反映硇洲岛整体
11、的地下水系统特征。从图3可以看出,硇洲岛内的浅层水、中层承压水和深层承压水拥有基本一致的补给区,即均在火山口一带。三层地下水的流向均呈现出以火山口一带为中心向外扩散的特点。硇洲岛地下水流场特征,不仅反映了硇洲地形的基本特点,也反映了岩浆岩与湛江组松散层的空间配置关系。浅层水及火山岩类孔洞裂隙水在接受大气降雨补给后,径流方向依地势由高往低径流,多以潜流的形式排泄入海、沟渠和地表,部分越流补给中层承压240图3 硇洲岛不同层位地下水等水位线图水,部分耗于开采,其余部分通过向上越流的方式最终入海。中、深层承压水接受补给后主要表现在水头压力的增加,成为弹性储存。在水平方向上,由水头压力高区向低区径流,
12、由于浅层水是承压水的主要补给来源,深部承压水的流向与浅层水相似,但往深部这种现象变得不明显,总体上从高台地向海岸流动;在垂直方向上,含水层埋深增加地下水交替变慢,在台地区从浅至深水位逐层下降,在水头压力作用下产生逐层补给;在沿海及河谷低地(标高小于1 0 m)则水位逐层上升,在水头压力下出现逐层顶托补给。承压水主要排泄于海或耗于人工开采。在局部地区,由于大量开采形成区域降落漏斗,中、深层地下水主要向开采降落漏斗中心径流。氯离子是海水最主要的阴离子,硇洲岛外围受到不同程度的海水入侵影响,火山口及周边区域氯离子浓度最低,往外围逐渐升高,自火山口硇洲镇区一线,存在明显的地下水径流优先通道,这可能与镇
13、区农业种植与养殖少,基本不存在浅层地下水开采有关。6.结论与建议6.1结论硇洲岛地下水系统是一个以火山口及周边区域为补给区,岛四周为排泄区的散射状多层循环系统。火山多次喷发形成的岩浆岩台地为岛内降水入渗提供良好条件,火山口及周边区域的火山岩贯穿了深部多个含水层,成为多层地下水系统的共同补给区,表层的玄武岩孔洞为表层潜水提供了径流通道,深部多层砂砾石、砂等提供了深部承压水的径流通道。广泛存在“天窗”又将各层含水层联系为统一整体。6.2建议本次工作时间紧、任务重,相关工作还有待进一步细化,有必要进一步深化研究工作。参考文献1曹剑峰,迟宝明,王文科,等.专门水文地质学,2 0 0 6.2徐开礼,朱志
14、澄,等.构造地质学,1 9 8 7.3王宇航.格尔木河流域地下水化学演化规律和水循环模式,长安大学,2 0 1 4.4广东省地质局第四地质大队,广东省湛江市区地下水动态监测年鉴,2 0 2 0.5广东省地质局第四地质大队,湛江市硇洲镇地下水化学组分超标研究,2 0 2 1.(上接0 4 0页)4.5生态环境恶化区内有广东最大的湿地潼湖湿地,七十年代以来大面积的围湖造地等人类活动导致湖泊水体面积急剧萎缩,改变了湿地环境结构;近年来工业化进程的不断推进诱发湿地大气和水环境质量的恶化以及灾害性环境事件发生机率不断增多,湿地生态功能严重退化。地下空间开发利用作为未来城市立体化发展规划的一个组成部分,可
15、能加剧生态环境恶化,必须科学地、谨慎地开发地下空间资源。5.结论地下水环境主要受早期围湖造田人类活动影响较大;整体地下水较贫乏,利用方式主要为民井。地下水在地下空间开发利用过程中可能引发地面沉降;基坑突涌;隧道工程中可能产生喷水、冒砂;较差的水质会对混凝土钢结构产生腐蚀等;区内古河道水量较大,对工程施工影响较大;地下水对地下工程产生浮力作用,必要时需采取抗浮措施;地下水渗透破坏可能使土体贯通,造成塌陷;地下水使软弱结构面软化,造成工程质量问题。地下空间开发过程中造成隔水层破坏,使得地表水与地下水贯通,对地下水造成污染;地下空间开发可能引起地下水迳流改变,引起迎水面抬高抬升背水面地下水位下降;地下空间开发可能引起砂土的渗流液化;可能引发地质灾害问题,如地面沉降;可能引发生态环境恶化。在地下空间开发利用过程中根据相应问题作出对应调整措施,有效减少由地下水产生的影响,同时减少对地下水及环境的影响。参考文献1张晓波,王成善,王志辉,等.广东省潼湖生态智慧区浅层地球物理探测与地层物性分析J.地质学报,2 0 1 9,1 1(9 3):2 9 3 5-2 9 3 6.340 水文地质、环境地质、工程地质
