南京汤山水文报告

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言

汤山位于南京市江宁区东北部，在南京市主城区东，因温泉出露历史久远，为全国八大温泉之一，是闻名全国的温泉疗养胜地。汤山镇经济发展迅速，列为全国重点发展城镇。本规划所称汤山地区即汤山镇行政辖区，E118°57′20″－E119°5′40″，N32°0′20″－N32°6′10″，面积115平方公里；汤山镇指汤山镇区范围；汤山指在汤山地区中部北东向东西长5公里南北宽2公里的山体。随着汤山地区的经济发展，尤其是旅游业迅速发展，对地下水需求量增加，开凿深井抽取地下热水，无序开采使汤山温泉的流量减少，继而泉水断流。为保护汤山地下水，尤其是地下热水宝贵资源，应尽快进行地下水资源调查，为制定汤山地区地下水开发利用规划提供水文地质方面科学依据。一、目的、任务(一)目的依据汤山地区地下水调查研究结果拟定地下热水和地下冷水可开采资源量，为合理开发利用及资源保护提供科学依据，编制汤山地区地下水利用规划，充分发挥地下水资源的社会效益和经济效益。(二)任务本项目是南京市江宁区水利局、江苏省地质工程勘察院共同调查研究编制利用规划，具体任务是：1、在汤山地区所属9个行政村115平方公里范围内补充地质与水文地质测绘（见图0-1工作区范围图）。2、设立地下水监测井3眼，对地下水动态进行观测。3、建立汤山地下热水数学模型。4、进行3组地下水抽水试验，获取涌水量资料，计算水文地质参数。5、取水样10件，作水质分析。6、编制汤山地区地下水综合利用规划报告及1：25000水文地质图、水文地质剖面图、1：50000地下水资源利用规划图。

二、交通位置汤山地区位于南京市东郊，沪宁高速公路横贯东西，宁杭公路亦从西向东经过，交通十分便利。汤山镇距南京市中心约25公里（见图0-2汤山地区交通位置图）。

第一章

自然经济地理

一、地形地貌及经济地理汤山地区属低山丘陵地貌，自北向南有东西向的射乌山—陡山，中部为北东东向的青龙山—黄龙山—孔山—狼山—白露头山，向南是北东东向的汤山。海拔标高一般在200～300米，中部的孔山最高为341.9米。山前与山间为第四系覆盖，地面标高40～70米，垅岗与冲沟发育构成高亢波状平原地貌景观。西北部地势低平，有九乡河、七乡河（溢洪河）通过，东南面是汤水河，均以排洪为主兼灌溉功能的季节性河流，两岸为第四纪冲洪积平原，标高10～25米。汤山是闻名于世的温泉之乡，为全国八大温泉之一。汤山地区民风淳朴，文化灿烂，旅游资源丰富，还有矿产资源。著名的阳山（羊山）大石碑就在羊山北侧，享誉海内外的宝华山隆昌寺位于汤山镇北。尚有蒋介石先生温泉别墅位于汤山镇温泉路3号（见照片1-1），1992年发现的距今35万年南京人头骨的远古人类遗址—葫芦洞，还有桦墅村庙山附近的石佛崖洞，吸引众多中外人士到汤山旅游。汤山众多山体的石灰岩是制造水泥的好原料，建材工业发达，近年来电器制造、食品加工、水产养殖业均有较大发展。二、气象与水文汤山地处北亚热带季风气候区，气候温暖湿润，四季转换分明，冬冷夏热。一月份多年平均气温1.9℃，七月份平均气温28℃，年平均气温15.4℃，年降水量1060毫米，年际及季节变化大（据安基山雨量站资料1995年为639.3毫米,2003年是1448.3毫米），降水日数92～126天，多集中在6～8月，占全年降水量50%左右。年蒸发量1400～1500毫米，无霜期237天，日照充足，日照率约50%，年日照量2212.8小时（见图1-1）。汤山地区地表水系不甚发育，仅有七乡河（溢洪河）、九乡河、汤水河。七乡河（溢洪河）上游在孔山北侧也是安基山水库溢洪道，向西经许巷村折向北北东后入长江；九乡河上游在青龙山南东及汤山之西，向西经乌龟山进入栖霞区折向北入江；汤水河上游在汤山东部，向南至周家边经上峰后入秦淮河。三条河流一般在旱季干涸，雨季河水猛涨，起排洪及灌溉作用。在丘陵山区兴建小型水库及池塘星罗棋布，拦畜降水径流作饮用水源及灌溉之用，集水面积较大的有两座，汤山水库库容275万立方米，安基山水库618万立方米。

第二章

区域地质概况

汤山地区地层属扬子地层区下扬子地层分区宁镇地层小区，中上寒武系—白垩系均有出露。组成低山丘陵主体，山前岗地、冲沟有厚度2～40米第四系松散堆积物。一、地层(一)前第四纪地层工作区出露的前第四纪地层有寒武系中上统（∈2—3）观音台群，奥陶系（O）、志留系（S）、泥盆系上统（D3）五通组、石炭系（C）、二叠系（P）、三叠系（T）、侏罗系（J）、白垩系（K）。寒武系观音台群（∈2—3）白云岩、灰质白云岩组成汤山主体；奥陶系（O）灰岩及顶部页岩分布在汤山东西两端及南北山坡地带；志留系（S）砂岩、页岩分布在汤山西端山麓及青龙山、黄龙山、孔山南坡；泥盆系五通组（D）石英砂岩、粉砂岩分布在青龙山、黄龙山、孔山，常组成山脊；石炭系（C）灰岩、泥灰岩、泥岩分布在青龙山西北坡及黄龙山、孔山北坡；二叠系（P）灰岩、泥岩、砂岩分布在青龙山、黄龙山、孔山、伏牛山北坡；三叠系（T）灰岩、泥岩、砂岩分布在泉山、棒槌山及安基山水库以南；侏罗系（J）砂岩、砾岩及凝灰岩、安山岩分布在许巷村以东的乌基山、庙山、射乌山；白垩系（K）粉砂岩、泥岩分布在汤山以南及汤泉水库附近。各时代地层见表2-1及图3-1、照片2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6。(二)第四纪地层汤山地区低山丘陵前缘及波状岗地平原和冲沟地带皆为第四纪松散堆积物覆盖，溶洞中尚有洞穴堆积。1、洞穴堆积物（Q2）：汤山镇西宁杭公路南侧，在汤山北坡标高85.9米奥陶系灰岩中的葫芦洞（坐标X：3550091，Y：0692703），东西长约80米，宽约20～35米，顶高15米，堆积黄褐色粉砂、亚粘土，在堆积物中发现南京汤山猿人头骨及包括5目11科14属15种的哺乳动物化石，时代距今35万年。2、上更新统下蜀组（Q3）：分布于山前岗地、波状平原，主要由棕黄色亚粘土、粘土组成，底部含砾及铁锰质结核，有些地方100米高程的山间尚有风成黄土分布，多种成因，厚度2～15米。3、全新统（Q4）：残积—坡积层分布于山丘前缘，岩性受基岩岩性控制。灰岩分布地区多为红色亚粘土，页岩分布地区为黄绿色、紫色亚粘土夹碎石，砂岩、砾岩分布地区多为碎石夹粘土堆积，厚度0～10米。冲积—洪积层分布于七乡河、九乡河、汤水河上游河谷，多为砂砾石层及亚粘土夹砾石层，厚度2～10米。冲积—淤积层分布于区内河流中下游，上部为含淤泥质亚粘土夹粉砂，下部为砂砾层，厚度2～10米。二、火成岩工作区内火成岩种类单一，主要为燕山期石英闪长斑岩，次石英安山岩。1、石英闪长斑岩（δοπ）灰白略带棕黄色，斑状结构，斑晶主要为斜长石，含有少量石英，暗色矿物有黑云母和角闪石。主要分布在安基山、伏牛山一带，大面积出露，勘6孔自1.50米～348.99米可见闪长斑岩多处断续穿插于二叠系（P）灰岩中，在汤山东部多为南北向岩墙及岩脉产出，出露宽度10～50米不等，06、06－1号井均见闪长斑岩穿插于志留系（S）砂质页岩之中。2、次石英安山岩（αο）灰色、紫灰色为主，风化后呈灰白色，斑状结构块状构造，代表性矿物有斜长石、角闪石、黑云母、石英等。在汤山水库附近出露，经K·A法测定年代为85my。三、地质构造汤山地区位宁镇弧形褶皱中部偏西地段，不同期次、性质各异，方向不同的褶皱，断裂十分发育（见图2-1）。(一)褶皱宁镇山脉西段褶皱构造较为发育，自北向南有龙（潭）—仑(头)复背斜、范家塘复向斜、宝(华山)—巢（凤山）复背斜、桦（墅）—亭（子）复向斜、汤（山）—仑(山)复背斜。1、龙（潭）—仑(头)复背斜濒临长江南岸，呈东西向展布，主要由志留系—三叠系组成，核部岩层产状陡立，三叠系岩层较缓。2、范家塘复向斜位于龙（潭）—仑(头)复背斜南侧，呈东西向延伸，核部为上三叠系范家塘组，两翼为中下三叠系—石炭系，岩层陡立或倒转，轴面向南倾。3、宝(华山)—巢（凤山）复背斜西起灵山，经龙王山、宝华山、巢凤山，西段轴向50°—65°，宝华山—巢凤山段为80°—90°，岩层产状近直立，西段轴面略向南倾，向东轴面北倾，轴部由志留系组成，翼部由泥盆、石炭、二叠、三叠系组成。4、桦（墅）—亭（子）复向斜位于宝(华山)—巢（凤山）复背斜之南，西起青龙山西北山前经桦墅向东至亭子以东，西段走向北东40°—55°，经桦墅转折为东西向，侏罗系中下统象山群组成核部，两翼为中三叠黄马青组。5、汤（山）—仑(山)复背斜西起青龙山南东侧淳化，经坟头南，汤山向东至仑山，淳化至坟头为轴向北东35°，向东经汤山至仑山轴向转折为北东东向，呈弧形褶皱展布。核部由寒武系、奥陶系组成，两翼由志留、泥盆、石炭、二叠系组成，北翼地层倾角陡立或倒转，南翼产状平缓。青龙山—黄龙山段轴向40°—60°，核部地层为志留系下统高家边组，两翼为志留系中统坟头组、上统茅山组及泥盆、石炭、二叠、三叠系，南东翼地层平缓，北西翼产状陡立，局部倒转。汤山短轴背斜位于汤(山)—仑(山)复背斜核部，背斜轴呈北东80°走向，背斜轴向西端倾伏，角度30°，轴面直立略向南倾。背斜核部由寒武、奥陶系组成，两翼为志留系。地层倾角北陡或倒转，并发育次级褶皱。汤山短轴背斜南翼地层倾角平缓30°—50°。短轴背斜东部受北西向及北东东向断裂切割跌落，跌落深度较大；短轴背斜西部亦受弧形断裂切割跌落，致使短轴背斜形迹表现出明显的不完整性。(二)断裂区内早期受造山褶皱运动影响，后期经多序次构造作用复合改造，断裂构造特别发育，以其展布方向及性质归结为以下四组。1、北东东向断裂⑴泉山—安基山逆掩断裂该断裂位于汤—仑复式背斜北翼，西南自上坊镇经徐家边、泉山、安基山，向东至仑山北坡呈弧形展布。泉山—安基山一带被北西向断裂错开右行2公里，三叠系下统青龙组逆掩在中统黄马青组之上，断层倾向南，倾角小于35°。⑵杨坊山—长林村逆掩断层该断裂位于宝华山—巢凤山复背斜北翼呈东西向弧形展布在工作区以北，上盘为二叠系及三叠系中统下段周冲组，下盘为三叠系中统上段黄马青组及上统范家塘组，断层面倾向南，倾角小于45°，显示向北逆掩。⑶上坊—孔山逆掩断裂该断裂南起上坊，经坟头折转向东至孔山北，走向由北东转折为北东东向，断面倾向南东，倾角平缓。上盘为泥盆系上统五通组、石炭系中统黄龙组、上统船山组；下盘为二叠系下统栖霞组或弧峰组、上统龙潭组，断裂破碎带主要由栖霞组灰岩碎块组成。2、北西向平移断裂⑴庙山—狼山断裂，北起庙山经棒锤山东至狼山，走向北西300°左右，断层倾向东，倾角80°。断裂两侧地质体不连续，棒锤山三叠系东延部分被右行错移至培山一带，最大错距达2公里。⑵栖霞山—坟头断裂,北起栖霞山西，经西流至坟头,北段走向350°经西流转折为北西310°，西南盘南移下落，东北盘北移抬升。西南盘多为中生界地层，东北盘出露中生界及古生界地层。3、近东西向断裂汤山—东昌街断裂，西起汤山镇南经大卓北杜榨至东昌街一线，断面南倾，倾角较陡。断裂北侧抬升出露古生代地层，南侧下降与黄梅桥—行香断裂组成断陷带，宽8公里沉积巨厚中生代上白垩统沉积。

第三章

地下水条件

汤山地区地下水可分为碳酸盐岩类岩溶裂隙水、碎屑岩类及火成岩类裂隙水、松散岩类孔隙水。这三种地下水埋藏条件有明显差异，补给、径流、排泄条件有所不同，其水量、水质变化及开采利用状况亦不同（图3-1水文地质图、图3-2水文地质剖面图）。一、碳酸盐岩岩溶裂隙含水岩组岩溶水主要赋存在碳酸盐岩类及碳酸盐岩夹碎屑岩裂隙溶洞中，主要分布在汤山、青龙山、黄龙山、孔山、石膏矿一带。由于含水岩类、所处构造部位、成因、时代、分布位置不同，富水性差异很大，一般质纯灰岩比泥灰岩、硅质灰岩易被溶蚀，富水性优于后者；灰岩层中夹有非可溶性的砂页岩、硅质岩，溶蚀作用往往在二者接触面发育，因此顺岩层倾向较为富水；断裂带附近易于地下水渗流，是岩溶发育有利地段也是地下水富水地段；褶皱向斜核部、背斜倾设端也是岩溶发育地下水富集有利地段。岩溶裂隙含水岩组可分为热水型和冷水型两种。(一)热水型岩溶裂隙水分布在汤山附近，受汤山短轴背斜核部褶皱与断裂控制，奥陶系(O)—寒武系中上统(∈2-3)灰岩、白云质灰岩、白云岩组成汤山山体，碳酸盐岩多裸露在山体表层；东端跌落，西端下落倾伏，为志留系、第四系覆盖；南北两翼志留系上覆白垩系、第四系。碳酸盐岩含水岩组褶皱、裂隙发育（见照片3-1），经渗水溶蚀扩张连通（见照片3-2）并具大小不等溶洞（见照片3-3），在300米深处仍可见溶洞与裂隙。裂隙与溶洞发育状况，充填与胶结程度是影响深井出水量因素之一，降水量变化，入渗量多寡，补给区范围大小均是重要影响因素。汤山岩溶裂隙水可分为地下水补给区和汤山东西两端排泄溢出热水温泉区。1、热水温泉区分布在汤山镇附和侯家塘附近。汤山东端汤山镇附近地下水水温53～65℃，单井涌水量280～1200米3/日，PH值6.7～7.4，矿化度1.59～1.78g/l，水质类型为SO4～Ca型，SO4含量915～1090mg/l，Sr含量8.34～9.46mg/l，F含量3.2～3.6mg/l，H2SiO2含量60～73mg/l，为偏硅酸、氟医疗热矿水。汤山西端侯家塘附近地下水水温30～39℃，单井涌水量250～1920米3/日，PH值6.9～7.9，矿化度1.20～1.45g/l，水质类型为SO4—Ca型或SO4·HCO3—Ca型，SO4含量582～793mg/l，Sr含量5.23～7.58mg/l，F含量2.2～2.8mg/l，H2SiO2含量21～42mg/l，为氟医疗热矿水（见表3-1、表3-2）。2、汤山地下水补给区分布在汤山山体中部块段，是降水通过碳酸盐岩裂隙溶洞渗流经深循环向热水温泉区补给。在地下水渗流未进入深部循环的浅部含水岩段，地下水水温18～25℃，单井涌水量126～1920米3/日，PH值7.0～7.9，矿化度0.51～0.71g/l，水质类型为HCO3—Ca型或HCO3—Ca·Mg型，SO4含量<80mg/l，Sr含量108～380μg/l，F含量0.2～1.08mg/l，H2SiO2含量10.1～23.4mg/l，符合生活饮用水标准。

医疗热矿水水质标准

表3-1（热矿水温度25℃）

mg/l成

分有医疗价值浓度矿水浓度命名矿水浓度矿水名称二氧化碳2502501000碳酸水总硫化氢112硫化氢水氟122氟水溴5525溴水碘115碘水锶101010锶水铁101010铁水锂115锂水钡555钡水

11—偏硼酸1.2550硼水偏硅酸252550硅水偏砷酸111砷水偏磷酸55—镭g/l10-1110-11>10-11镭水氡g/l3747.14129.5氡水注：本表根据：1、1981年全国疗养学术会议修订的医疗矿泉水分类标准；2、地矿部水文地质工程地质研究所编写的《地下热水普查勘探方法》(地质出版社)，并参照苏联、日本等有关标准综合制定；3、卫生部文件[73]卫军管第29号《关于北京站热水井水质分析和疗效观察工作总结》。3、热水型岩溶地下水运移规律⑴地下水补给汤山地下热水补给来自两方面，即山体裸露灰岩岩溶裂隙接受降水下渗经深循环补给及侧向补给(或排泄)。汤山山体大面积基岩裸露，岩溶裂隙发育(见照片2-1)，直接接受大气降水补给，地下水位的变化与降水有明显关系。如05井水位变化可见一斑，1996年11月8日至1997年3月8日4个月无明显降水，水位埋深降至8.40米，1997年3月9、10、11日三天降雨合计112.3毫米，水位急速上升，第6天(3月15日)升至埋深5.2米，第11天(3月20日)上升至3.55米曲线拐点，以后水位基本平稳(见图3-3)。南京地区碳酸盐岩降水入渗率一般在10—20%，汤山裸露碳酸盐岩上覆0.5米厚风化松散层，以亚粘土为主，面积8平方公里，若以入渗率12%计算，年平均降水量1060毫米，总入渗量100万米3/年，是汤山地下水主要补给源。区域性侧向补给，汤山北部和西北部低山丘陵灰岩及碎屑岩分布区，为区域性地下水补径排动态平衡中的补给区；汤山南部及东南部埋藏型热储层适时侧向补给，在汤山地下水补给中居次要地位。⑵地下水径流由于地壳运动和断裂活动，来自地壳深部的热能辐射与传导至上部岩石圈，使汤山成为地热增温相对异常区，在降水入渗及区域地下水侧向少量补给(或排泄)运移至深部热储层逐渐增温至70～80℃的地热流体，由于巨厚盖层保温隔热及地层压应力作用，且补给区位置高，地热流体具有较高的水头压力，再沿导热构造上移，溢出地表而成温泉。汤山及附近构造发育不均，性质各异，碳酸盐岩分布广泛，岩溶裂隙发育，地下水径流条件较好。汤山东端汤山镇附近导水系数T=0.838～1.068米2/小时，储水系数S=6.87×10-3～9.837×10-3；汤山西端侯家塘附近T=35.56米2/小时，储水系数S=5.845×10-3；汤山中部地下水补给区T=3.405米2/小时。⑶地下水排泄汤山地下水排泄主要有两种形式，即人工开采和温泉自溢。汤山现有热水深井17眼，泉井7眼，冷水深井10眼(其中开采7眼)，开采量97～100万米3/年。人工开采是汤山区地下水排泄的主要方式。汤山温泉上世纪70年代以前出露在汤山镇，平均自流量500米3/日，冬春干旱季节自流量变小仅200米3/日。现在自溢情况已不多见，仅在丰水年夏季降水集中的时日个别深井自溢。如1991年6月14日、1997年8月21日、1998年7月5日～8月15日、1999年9月5日～9月15日、2002年9月7日、2003年7月15日、2004年7月5日和8月17日见井口自流。各井自流时间短，间隔时间长，自流量小且无流量记录，无法计算自流量。温泉自溢是地下水排泄的辅助方式。汤山地下水补给量100万米3/年左右，现在开采量100万米3/年上下，丰水年降雨期有间歇性泉水自流，在区域地下水流场中存在侧向少量补给或排泄。汤山及附近地下水补给、径流、排泄在现水位埋深条件下总体是平衡的。(二)冷水型岩溶裂隙水分布在青龙山、黄龙山、孔山以及石膏矿一带，因岩性不同、成因差异，所处部位及分布面积、裂隙溶洞充填胶结状况影响补给径流条件，而使富水性差别很大。1、水量丰富的周冲组(T2z)岩溶水含水岩组主要是三叠系中统周冲组角砾状灰岩，夹石膏层，溶洞裂隙发育，出露地表的灰岩降水入渗率很高，有利于地下水补给，实际富水岩段是埋藏地下溶蚀发育的部分。主要分布在安基山水库南坡及南京石膏矿附近，如83、84号南京石膏矿深井，井深249.46米，82.63米以深为角砾状灰岩夹石膏，溶洞裂隙发育，日涌水量2000米3以上。由于受含水介质和边界岩层影响水质比较复杂，一般水化学类型以HCO3—Ca型为主，矿化度<1g/l，水温17.1～18.0℃，总硬度在286～450mg/l之间，PH值7.0～8.0之间，符合生活饮用水卫生标准；但局部受膏盐溶入影响，CaSO4组分含量明显增高，水型变为HCO3·SO4—Ca型或SO4·HCO3—Ca型，矿化度达1～3g/l，总硬度>450mg/l，矿化度、总硬度、SO4超过生活饮用水卫生标准，在开采地下水过程中需注意水质变化(见图3-1、图3-2、表3-3、表3-4)。2、石炭系(C)—二叠系(P)及三叠系下统青龙组(T1q)岩溶水含水岩段为灰岩、泥灰岩夹页岩、泥岩、硅质岩等，受构造影响，岩溶发育不均，涌水量差距很大，大者可逾1000米3/日，小者不足100米3/日。分布在青龙山、黄龙山、孔山一带，如九华山铜矿92号深井，井深315.19米，66.71米以深为石炭系—二叠系灰岩及泥盆系砂岩，涌水量1100米3/日；汤14孔深240.46米，81.0米以深为石炭系—二叠系灰岩，岩溶不甚发育，涌水量为50米3/日。水化学类型以HCO3—Ca型为主，局部HCO3—Ca·Mg型，矿化度0.22～0.50g/l，总硬度150～300mg/l，PH值7.0～7.7，符合生活饮用水卫生标准。二、碎屑岩及火成岩类裂隙水裂隙水赋存于碎屑岩及火成岩的构造裂隙与风化裂隙中，裂隙水的富水性受多种因素影响，构造断裂的性质及裂隙发育程度、岩性软硬起着主导作用，同时还与补给条件、岩层产状、火成岩侵入蚀变作用、风化程度、降水多寡均有直接关系。在构造断裂附近尤其是张性断裂有利于降水入渗及地下水补给、径流；岩性硬脆在构造作用下易产生透水裂隙，如坚硬的砂砾岩、石英砂岩裂隙发育时较为富水；反之岩性细软，如泥岩、页岩、煤系地层，不易产生裂隙或呈闭合裂隙则较为贫水。(一)碎屑岩类裂隙含水岩组1、泥盆系上统(D3)裂隙含水岩组五通组岩性为石英砂岩、含砾砂岩，分布在青龙山、黄龙山、孔山、狼山一带，水量较丰富，一般水量为100～500米3/日，大者可超过500米3/日。如青龙山南段淳化矿泉水厂深井，含水岩段为泥盆系上统石英砂岩，涌水量864米3/日；九华山铜矿92号井含水岩段为泥盆系上统石英砂岩及石炭系—二叠系灰岩，涌水量1100米3/日。九华山铜矿92号深井主要含水岩段石英砂岩，水质类型为HCO3·SO4—Ca型，矿化度0.3g/l，水温21.6℃，符合生活饮用水卫生标准。2、侏罗系中下统(J1-2)裂隙含水岩组象山群岩性为石英砂岩、石英砾岩，间夹页岩及煤层，分布在庙山—安基山一带，水量较丰富，富水性差异大，一般水量100～500米3/日，大者可大于500米3/日，小者小于50米3/日。如许巷村71号井深仅50.07米，含水岩段为侏罗系中下统含砾石英砂岩，涌水量432米3/日；公交技校85号井，含水岩段侏罗系中下统石英砂岩，涌水量仅30米3/日，HCO3—Ca·Mg型，矿化度<1g/l，水温17.1～19℃，符合饮用水卫生标准。在桦墅以东还有侏罗系上统龙王山组(J3l)、西横山组(J3x)安山岩、凝灰岩、砂砾岩、火山碎屑岩弱裂隙含水岩组，单井水量50米3/日左右，矿化度<1g/l，本区无深井。3、三叠系中上统(T2-3)裂隙弱含水岩组上统范家塘组(T3)岩性为粉细砂岩夹泥岩，中统黄马青组(T2h)粉细砂岩、泥岩，分布在前新村、同心村、庙山一带，水量贫乏，单井<50米3/日，甚至干井。本区裂隙弱含水岩组无深井。4、志留系(S)、白垩系(K)微裂隙弱含水岩组志留系上统茅山组(S3m)及中统坟头组(S2f)粉砂岩、泥岩、石英砂岩，下统高家边组(S1g)页岩、泥岩，白垩系下统葛村组(K1g)泥岩、粉砂岩、岩屑砂岩，白垩系上统赤山组(K2c)、浦口组(K2p)粉砂岩、泥质粉砂岩。分布在青龙山、黄龙山、孔山以南除汤山山体的大部分地带，岩性细软，裂隙欠发育水量微弱，一般<50米3/日或干孔，无深井。(二)火成岩类裂隙弱含水岩组工作区内火成岩主要为燕山晚期中酸性侵入岩石英闪长斑岩(δοπ)，灰白、棕黄色，汤山以岩脉或岩枝产出，在九华山、安基山、柏家庄一带有大面积出露；尚有次石英安山岩(αο)，灰色、紫灰色，风化后呈灰白色，其露头分布在汤泉水库附近。岩浆岩在侵入与上移过程中逐渐冷却，原生裂隙发育，在成岩后经历数次强烈构造运动，有构造裂隙存在。火成岩还有后期风化裂隙，其风化程度受多种因素影响，特别是围岩对其影响更为突出。围岩透水性强，对侵入岩风化影响就大，例如侵入于角砾状灰岩的花岗斑岩，角砾状灰岩溶蚀作用透水性强，侵入岩体风化的现象明显；围岩透水性差，侵入岩风化影响即小，例如石英闪长斑岩侵入于上三叠粉细砂岩、泥岩中，围岩岩性软细透水性差，侵入岩风化程度轻。本区火成岩裂隙水水量不均一,大多为弱含水岩段，一般小于100米3/日。如汤15孔(句容宝华山下鲍亭)含水岩段为石英闪长斑岩，水量47米3/日；汤6孔(孟塘)含水岩段为石英闪长斑岩和含炭质灰岩，水量47米3/日。以HCO3—Ca·Na型为主，矿化度0.48～1.70g/l，水温19.0～21.2℃，某些地段矿化度超过饮用水卫生标准。三、松散岩类孔隙水松散岩类孔隙水主要赋存于第四系残积—坡积层(Qel-dl)灰黄色、黄色亚砂土或亚粘土夹碎石；上更新统下蜀组(Q3)黄褐色含砾亚粘土及全新统冲积—洪积层(Q4al-pl)灰色、灰黄色亚砂土或亚粘土夹碎石的潜水。分布在岗地、山前波状平原、冲沟边坡及小河流两侧，主要以大气降水补给为主，次为山区基岩地下水侧渗补给，还有汛期水库泄洪排水。排泄方式以向河沟渗流及浅井开采为主，部分消耗于蒸发。水位埋深0.5～3.0米，单井涌水量3～10米3/日，HCO3—Ca型为主，或HCO3·Cl—Ca·Mg型，矿化度度<1g/l，环境保护好的可作为分散居民的辅助供水。四、地下水运移汤山地区地下水包括碳酸盐岩岩溶裂隙水、碎屑岩类裂隙水，火成岩类裂隙水及松散岩类孔隙水，各类含水岩组渗透、径流性能各异，地质构造复杂，以及地形地貌、水文等多种因素的影响，本区地下水是一复杂系统。热水型岩溶地下水运移规律已在前叙述，现对地下水的补给、径流、排泄进行探讨。(一)地下水补给大气降水是地下水的主要补给来源，各含水岩组间补给及地表水的补给是辅助来源。各含水岩组因裸露地表的面积，入渗系数、岩层产状、地形地貌部位差异，接受降水补给量是不同的。降水对低山丘陵区岩溶裂隙含水岩组几乎是唯一的补给源，例如汤山炼灰厂73号深井，附近大面积出露中上石炭统黄龙组(C2h)、船山组(C3c)、下二叠统栖霞组(P1)灰岩，构造裂隙发育(见照片3-4、3-5)，降水入渗率高，补给地下水速度快。1995年元月至6月19日连续干旱降水稀少，地下水位持续下降，从1月5日埋深6.01米，降至6月15日18.91米；6月20日降暴雨150.7毫米，6月25日经历5天水位埋深升至6.92米，上升11.99米，大气降水对岩溶裂隙含水岩组补给的影响可见一斑(见图3-4)。在基岩隐伏区及地面下负标高各含水岩组由于受开采强度不同及降水多寡变化，水头压力亦不断变动，压力高的含水岩组向压力低的补给。如工作区以西的北岔路口及摄山三叠系岩溶裂隙含水岩组，上世纪70年代水位埋深<10米，90年代过量开采水位下降至40米，水质也明显变化，矿化度由0.5g/l升至0.9g/l，水型由HCO3·SO4—Ca型变为SO4·HCO3—Ca型。是因为深部灰岩中所夹石膏层裂隙岩溶发育，当地下水开采量过大，水头压力减小，下部含石膏层灰岩含水岩组向上运移补给其上含水岩组所致。孔山北坡山脚下二叠统栖霞组(P11)岩溶裂隙含水岩组水头压力高，形成上升泉—湖山泉(见照片3-6)。文山东南山脚下三叠统青龙组(T1q)岩溶裂隙含水岩组水头压力高，形成上升泉—上窑湾泉，溢出地表后大部分下渗补给周边第四系松散堆积孔隙水。(二)地下水径流岩溶裂隙水是在碳酸盐岩裂隙溶洞空间中径流，受断裂构造控制，与地下水化学溶蚀及自然风化密切相关，其水头压力大小与补给区地势高低及隔水层与含水岩组共同地应力有关，水头压力大的沿裂隙溶洞形成通道照片3-6

湖山泉

0689773

3552561向压力小处径流，压力大的含水岩组向压力小的含水岩组径流。裂隙水在含水岩组各种成因的裂隙空间中径流渗透，由各种宽度、密度的裂隙纵横交错构成树枝状地下水通道，汇聚在张性裂隙尤其是张性构造裂隙组成富水裂隙网络，高水头压力向低压力处径流。本区岩层多为南西—北东向，走向层间裂隙发育，地下水流向也是南西—北东向，遇垂直岩层走向的张性裂隙时，地下水流向则改为北西—南东向。本区孔隙水是表层松散堆积物呈层状的连续孔隙中渗流，无水头压力，水位的高低取决于所处地形地貌条件，其流向是地势高水位亦高处向地势低水位低处汇集渗流。(三)地下水排泄人工开采、泉水自溢、排向地表水和含水岩组之间互补是下水下排泄的主要方式，浅层地下水的地面蒸发也是排泄的一种方式。自1982年汤山地区开始凿深井取用地下水以来，人工开采地下水已成为地下水排泄的重要方式，据近一两年的资料统计，因工业结构调整地下水使用量减少，开采量为70～100万米3/年，最大开采量可超过100万米3/年。汤山地区泉水多源于岩溶裂隙含水岩组，裂隙水含水岩组未见泉水。如孔山北坡山脚出露的湖山泉即源于下二叠统栖霞组岩溶裂隙含水岩组；丰水年雨期泉流量可达1000米3/日，窑湾村文山与白露头两山间冲沟中之窑湾泉亦源于栖霞组岩溶裂隙含水组，上升出露于第四系冲积坡积自溢而成泉，后因在泉旁开凿92号深井而干涸；文山脚下的上窑湾泉源自下三叠统青龙组(T1q)岩溶裂隙含水岩组，自流量约150米3/日。泉水自溢亦是汤山地区地下水排泄的重要方式。地下水补给地表水也是地下水排泄的辅助方式，如七乡河上游—安基山水库溢洪河位于孔山北山脚，丘陵山区地下水水头压力大，沿裂隙渗流补给溢洪河；湖山村—桦墅的溢洪河段是季节性河流，干旱时见底，两岸地下水尤其是孔隙水水位高于河底向河渗流；还有些水塘长年不干，干旱时亦有水，其实是地下水以隐蔽泉水形式补给地下水。各含水岩组在水头压力差增大时，通过裂隙压力大者向压力小者补给，如出露于青龙山、黄龙山、孔山山脊上泥盆统五通组(D3)石英细砂岩、含砾砂岩，地势高，降水经砂岩裂隙渗流，水头压力大，向下部岩溶裂隙水补给；汤山地区属低山丘陵区，孔山标高341.9米，青龙山中的大山凹256米，安基山东白露头304米，较周边地区地势高，地下水水头压力亦较大，地下水向周边水头压力小的地区补给。各含水岩组之间补给及向区外地下水补给亦是汤山地区地下水排泄的辅助方式。地面蒸发与植物蒸腾是浅层地下水的一种排泄方式，尤其是覆盖在表层的松散岩类中潜水，因潜水面距地表近，蒸发与蒸腾是潜水水位下降的重要方式。

第四章

地下水资源计算

参数的计算及确定是地下水资源评价中的关健，因此根据不同地段的水文地质条件，选择不同的水文地质参数是十分必要的。本次报告中水文地质参数的确定，是在抽水试验、地下水位动态监测资料及开采量等众多实测资料的计算结果中选取。一、大气降水入渗系数大气降水入渗系数(α)的计算方法有多种，本次是采用地下水动态计算入渗系数。公式：＝式中：μ—潜水变幅带岩性给水度；hmax—降水后孔内最大水位高度(米)；h—降水前孔内水位高度(米)；△h—临近降水前时段地下水位的升(降)速率(米/日)；t—从h至hmax时的时段(日)；x—t时段内降水量总高(米)。根据本次调查实测上更新统下蜀组(Q3)亚粘土及全新统(Q4)亚粘土、亚砂土民井水位，并利用周边地区几个孔隙潜水井资料来求入渗系数(α)，周边地区的包气带岩性与工作区内的岩性相同，求出的入渗系数见表4-1。

大气降水入渗系数(α)一览表

表4-1观测井位置包气带岩性入渗系数(α)选用值仙鹤门中学下蜀组亚粘土0.1280.137红旗农牧场下蜀组亚粘土0.141马群白水桥临汾旅下蜀组亚粘土0.136句容市九华茶场下蜀组亚粘土0.143二、灌溉水与地表水体回渗系数回渗系数(β)与大气降水入渗系数(α)有相似性，对应于不同的岩性其值也不一样，由于工作区内没有测定β值而设置的均衡试验场，一般情况下都是取经验值，本次计算中全新统及上更新统下蜀组亚粘土取值0.18。三、导水系数及储水系数水井的非稳定流计算主要是解决两个问题：一是利用非稳定抽水试验资料，确定含水层的水文地质参数；二是当水文地质参数已知时，确定开采量，导水系数(T)值及贮水系数(S)值的计算，可以预测地下水开采以后水位变化的情况。在含水层中打了一个完整井，从井中抽水时，在水头降低的瞬间，水从含水层中排出，随着时间的延长，抽水影响范围不断向外扩展，地下水运动满足非稳定运动的基本方程：⑴根据一定的初始条件和边界条件，可以求解偏微分方程⑴式。设在抽水以前，承压水头面是水平的，其值为H0。在含水层中只有一个半径为rω的单井，假设井径为无限小；此时，相应的边界条件为：H（∞，t）＝H0，对于t＞0时，对于t＞0时初始条件为：H（r,0）=H0

对于t＝0，rw＜r＜∞时方程⑴的解为：H＝H0－其中：μ=中包含有二个未知数S和T，直接求解泰斯公式比较困难。因此，野外实际使用的是一些近似图解法。1、配线法(标准泰斯曲线法)2004年8月17日在汤山炼灰厂73号井进行一组非稳定流抽水试验，自8月17日8时开始抽水持续10.5个小时，抽水工具采用井中200QJ20型泵，流量20米3/时，抽水井与观测井相距6米，因抽水井无测孔，无法测井中水位降深，所以只有观测井的水位动态资料(见表4-2)。73井抽水观测72井水位动态一览表

表4-2抽

水

水

位恢复水位时

间水位降低(米)时

间水位降低(米)时

间水位恢复(米)小时分钟小时分钟小时分钟0.01710.303.52101.400.01710.530.03330.5342401.440.03320.640.08350.744.52701.460.08350.790.17100.8453001.480.25150.970.33200.945.53301.490.58351.120.5301.0063601.501.08651.221601.1474201.501.52901201.271.321.5901.1984801.5031801.3721201.2495401.5142401.412.51501.31106001.5163601.4831801.3610.56301.5184801.51解：根据表4-2中的资料，在双对数纸上作降深—时间曲线(见图4-1)。把它重叠在标准曲线(泰斯曲线)上，保持坐标轴平行，直到二条曲线完全重合(抽水开始前几分钟可能落在曲线下方)时为止，在图上任意取一配合点(最好能取整数)，分别读出该点在二张对数纸上的纵、横坐标，得到：W(μ)=10，

t=36分钟(0.6小时)=1000，

S=1.70(米)代入公式，计算导水系数(T)和贮水系数(S)。

T=W(μ)=×10=9.41米2/小时

(即225.88米2/日)S===0.000627(即6.27×10-4)一个抽水井，先以固定的流量Q抽水，抽了一定时间就停止，此时井中的水位开始恢复。如果抽水前的水头为H0，抽水停止后某一个时间内恢复水头高度为H′。我们把S′=H0-H′称为剩余降深，就有：

S′＝H0－H′＝（H0－hw）+(hw-H′)＝

⑵式中：

t—从抽水开始以后算起的时间；

t′—从抽水停止后算起的水位恢复时间。当足够小时，方程⑵式可变为

S′=

⑶

为便于计算，设抽水试验的持续时间为tp，则t=tp+t′，于是⑶式可化简为：

S′＝我们可以将S′与(1+tp/t′)式放在单对数纸上的直线关系看待，得出直线斜率i，就可很简单地求出T=0.183Q/i。根据抽水停止以后的水位恢复数据来计算含水层的水文地质参数T(导水系数)，并可排除抽水过程中的一些干扰因素。2、就用汤山炼灰厂73井停止抽水观测72井的恢复资料，将它转换成剩余降深(见表4-3)。

72观测井的剩余降深一览表

表4-3恢复时间t′1+tp/t′剩余降深S′(米)恢复时间t′1+tp/t′剩余降深S′(米)16310.989080.2423160.871206.30.1951270.721804.50.1415430.542403.60.102526.20.453003.10.0635190.393602.750.036510.70.294802.30根据表4-3中所列资料，在单对数纸上作S′与(1+tp/t′)的关系图，见图4-2。在横坐标(1+tp/t′)上截取一个对数周期(10至100)，这段直线在纵坐标上的投影即是斜率i，由图4-2可知i=0.40米，代入公式T=0.183×Q/i=0.183×20/0.40=9.61米2/小时(即230.58米2/日)。本次共做了三组非稳定流抽水试验，分别为汤山炼灰厂和古泉房地产公司的60#、温泉路3号蒋介石先生别墅的1#，其中炼灰厂一组为二口井，一个抽水，另一个作观测井，古泉房地产公司抽水延续时间达48小时，蒋介石温泉1井，抽水停泵后2分钟，水位就恢复至井口，开始自流。参数的计算这里就不一一例举，各组抽水试验所计算出的参数及以前汤山所求的参数一并列出(见表4-4)。抽水试验所求的参数一览表

表4-4位

置井孔编号导水系数T(米2/日)贮水系数S计算方法汤山炼灰厂72#225.886.27×10-4泰斯曲线法72#230.06

水位恢复法古泉房地产60#358.46

水位恢复法蒋介石先生别墅1#20.119.39×10-3泰斯曲线法侯家塘特种养殖场7#853.335.845×10-3泰斯曲线法汤山幼儿园5#25.646.4×10-3降深～时间距离法小营房教育基地51#81.71

水位恢复法平

均

290.593.305×10-3

四、地下水资源分区与计算天然地下水资源以区内各项天然补给量的总和来表征，即大气降水入渗补给量、地表水体及灌溉水回渗水量之和。山前侧向补给量，在雨季时基岩山体侧向补给松散岩类孔隙潜水，旱季时孔隙潜水又反过来下渗补给基岩水，这方面的资料很少，互补关系就不参与计算。开采资源的评价，孔隙潜水计算其调节资源，其中岩性给水度()取经验数值0.085(亚粘土)，潜水位年变幅采用工作区附近几个井的多年平均变幅。碳酸盐岩类岩溶裂隙水是利用区内安基山七乡河源头(溢洪河)实测资料计算地下水径流模数，再以此评价全区的碳酸盐岩类岩溶水资源。碎屑岩类裂隙水及火山岩类裂隙水等用相邻地区，水文地质条件等相似的资料，用比拟法估算地下水资源。(一)地下水资源计算分区依据地下水在介质中的赋存条件、地质地貌、水文地质条件等可分为六个区，即：碳酸盐岩溶裂隙热水区(Ⅰ)、碳酸盐岩溶裂隙水区(Ⅱ)、碎屑岩裂隙水区(Ⅲ)、火山岩裂隙水区(Ⅳ)、志留系与上白垩统微含水裂隙水区(Ⅴ)、松散岩类孔隙水区(Ⅵ)(见图4-3)。(二)计算方法1、天然资源⑴大气降水入渗量Qdl采用大气降水入渗系数法计算公式：Qd=X×α×F×10-1式中：Qd—大气降水入渗量(万米3/年)；X—多年平均降水量1060毫米/年(1949～2003年平均)；α—年平均入渗系数0.137；F—计算区面积(平方公里)。⑵灌溉水与地表水体回渗量Qq公式：Qq=β×g×F式中：Qq—回渗水总量(万米3/年)；β—灌溉水与地表水体回渗系数(0.18)；g—灌溉定额(米3/亩·年，农业部门提供)；F—水田与总水面积(万亩)。

2、开采资源⑴调节资源(浅层孔隙潜水用调节资源计算资源量)公式：Qt=×ΔH×F×10-2式中：Qt—调节资源量(万米3/年)；—地下水变幅带内岩性给水度0.085；ΔH—孔隙潜水位多年平均变幅(米)；F—计算区面积(平方公里)。⑵径流模数法公式：QJ=M×F式中：QJ—径流总量(万米3/年)；M—径流模数(万米3/年·平方公里)；F—计算区面积(平方公里)。根据1987年10月本院在安基山七乡河源头实测资料，计算出地下水径流模数，再以此来评价区内碳酸盐岩类岩溶裂隙水资源。七乡河源头流域内汇水面积9.5平方公里，实测调查期间河水基本由流域内地下水排泄的泉水汇集而成，由此计算得：径流模数为4.316升/秒·平方公里，合13.61万米3/年·平方公里，七乡河源头流域内地质地貌较具代表性。⑶比拟法碎屑岩及火山岩等裂隙水根据相邻地区，如江浦、六合等地区同类地层(用泉流量统计法，把区内所有的泉水量迭加，作为该区地下水资源的开采量)所取得的资料，用比拟法来计算地下水资源。公式：QB=Qk×F式中：QB—开采资源总量(万米3/年)；Qk—开采模数(万米3/年·平方公里)；F—计算区面积(平方公里)。地下水开采资源量计算见表4-5。

第五章

岩溶裂隙地下热水数学模型及模型预测

一、水文地质概念模型的确立本次数值模拟，将岩溶裂隙含水层作为评价目的层，其范围以具有多年地下水动态观测及多次抽水试验资料的汤山山体灰岩出露区为主，西边从四维村、汤山头及外圩村一线到东边的汤山镇、徐家边这样一个由环山公路所包围的矩形范围，面积约10.08km2。含水岩组主要为奥陶系、寒武系碳酸盐岩溶裂隙水，其岩溶裂隙非常发育，且分布密集深度大。因此，数值模拟时可将汤山山体岩溶裂隙含水岩组视作为等效多孔介质处理，且具承压性特征。汤山山体是一个NEE向的短轴背斜，其岩溶、构造、风化裂隙非常发育，可以接受大气降水入渗补给，本次评价将这部分补给量概化为补给强度计算。其外围有大面积基岩裸露山体，地下水可通过裂隙及断裂侧向补给本区。所以，本次模拟将评价区周边均概化为二类补给边界，其补给量概化为单宽流量。目前评价区泉水均已断流，仅在夏季大量降水时少数热水深井短暂自流，主要以人工开采排泄为主，其开采量按照实际单井开采量计算；而从汤山近些年的地下热水开采动态看，水位已开始呈现逐年下降趋势，水流呈非稳定状态，为此，本次数值模拟将岩溶裂隙含水介质概化为非均质各向同性，水流符合达西定律，全区视为平面二维流。二、数学模型及其解法1、数学模型由水文地质概念模型所建立的汤山温泉岩溶裂隙地下水水量数学模型如下：

(5-1)式

式中：

h—含水层水位（m）；

T—承压含水层导水系数（m2/d）；

μ*—承压含水层贮水系数（无量纲）；

QE—含水层补给强度（m/d）；

Qα—第α号井的地下水开采量（m3/d）；

δ—与第α号井坐标有关的几何函数；

N—评价区三角单元内水井总数；

h0—含水层初始水位（m）；

q—二类边界单宽流量（m2/d）；

t—计算时段时间（d）；

n—边界上的外法线方向；

Ω—评价区域；

τ2

—二类边界域；

x,y—计算结点坐标（m）。2、数学模型解法本次评价采用有限单元法将承压水水流数学模型离散成常微分方程的初值问题，然后再对方程中的时间项取对称差分格式，将其离散成相应形式的有限单元方程，具体求解如下：利用上述方法将（5-1）式简化为：[B]{h}={C}

(5-2)式式中：[B]=(1/2)[A]+[D]/△t

(5-3)式[A]

为导水矩阵，其中任意一元素为:

p,

Aij=∑T(bibj+cicj)/4△β

(5-4)式

β=1式中：p´—与i结点有关联的三角形个数；

b、c—三角形三顶点坐标表示的几何量；

△β—β三角形的面积（m2）；[D]—为储水矩阵，其中任一元素为：

p,

∑μ*△β/12

i≠j

β=1Dij=

p,

(5-5)式

∑μ*△β/6

i=j

β=1

式中符号意义同（5-4）式。矩阵{C}可简化为：{C}={F}-（[A]/2-[D]/△t）{h0}

(5-6)式

（5-6）式中{F}为水量矩阵，其中任一元素为：

p,

βn

p,

Qi-∑

∑QαΨiβ(Xα,Yα)+∑(1/3)QE(β)△β

(i为内结点)

β=1

α=1

β=1

Σθ

p,

βn

p,

Fi=

—Qi-∑∑Qαφiβ(Xα,Yα)+∑(1/3)QE(β)△β

(5-7)式

2π

β=1α=1

β=1

+(1/2)(qi

-1l(i-1,i)+q

il(i,i+1))

(i为外结点)

式中：Qi—结点井开采量（m3/d）；Qα—非结点井开采量（m3/d）；βn—β三角形内开采井个数；Ψiβ(xα,yα)、φiβ(xα,yα)—β三角形内开采井α到i结点的面积座标；Σθ—边界结点的两侧流量边界在计算区域内的夹角；qi—i结点与i+1结点间边界上的单宽流量（m2/d），qi-1类推；l（i，i+1）—边界结点i与i+1间的长度（m），l（i-1，i）类推；Δt—时段长度（d）。

（5-7）式中其余符号意义同前。3、计算程序流程图根据评价区已建成的数学模型及其求解算法，本次数值模拟采用FORTRAN90编制了模拟计算程序，该计算程序流程图见图5-1所示。三、数学模型校正根据汤山裂隙岩溶水水文地质概念模型所建立的数学模型，须反映实际流场的特点，应该是实际含水层的复制品。因此，在进行模拟预报之前，必须对数学模型进行识别，即校正其方程、参数以及边界条件等是否能够确切地反映计算评价区的实际水文地质条件。图5-1

计算程序流程框图

1、基本数据①、三角剖分计算区共剖分322个三角单元，其中面积最大的0.05856km2，最小的0.00798km2，平均面积0.03131km2。由于评价区地下热水开采井主要分布在汤山山体东、西两端，因此在模拟区两端形成了小规模水位降落漏斗，故在剖分时结点加密，三角形单元面积较小，以期望控制漏斗区水位。从两个小型漏斗中心向外至评价区中部，三角形单元面积逐渐变大，结点渐疏，以适应漏斗中心区地下水水力坡度较大，而向漏斗边缘水位变化幅度较小的规律。计算区共有结点189个，其中第二类边界点54个，无第一类边界点。计算区三角单元剖分图见图5-2所示。

图5-2

计算区三角单元剖分图

②、时段选取校正模型选取2000年12月31日至2001年12月31日共12个调参时段，其时间步长为30天。③、初始水位确定初始时段的初始水位是根据2000年12月31日在整个计算评价区内的实测水位资料确定的，计算评价区初始水位等值线图如图5-3所示。图5-3

计算区初始水位等值线图（2000.12.31，单位：标高米）

④、观测孔选择本次计算评价在区内东端选择了4个观测孔，在西端选择了1个观测孔，在中部选择了1个观测孔，共6个，基本能够控制地下水流场形态。表5-1列出了本次评价所选择的观测孔结点编号、井号及井位一览表。

计算区观测孔结点编号、井号及井位一览表

表5-119

11715916216917608

5105020301井位侯家塘古泉特种养殖场热1#小营房市青少年教育基地汤山幼儿园温泉路5#八三医院1#温泉路5#八三医院2#温泉路3#蒋介石别墅

⑤、水文地质参数分区计算区水文地质参数分区基本上按照岩溶裂隙发育程度（如深度和厚度）以及参考抽水试验资料进行划分，图5-4给出了计算区水文地质参数分区。图5-4

计算区水文地质参数分区图

⑥、二类边界单宽流量确定二类边界补给量在本次评价中由当地开采井的日开采量概化得到，其单宽流量取值范围在0.0～0.153m2/d之间，具体由计算机调参决定。⑦、补给强度确定计算评价区补给强度按下式确定：QE=αP/365/103式中：QE—补给强度；

α—入渗系数；

P—多年平均降雨量。本次评价α取平均值0.12，P取1060毫米，则QE确定为5.622×10-4m/d，具体到每个三角形计算单元，则由计算机调参确定，其取值可在0.0～5.622×10-4m/d之间变化。⑧、初始水文地质参数确定数值法进行地下水资源评价计算的关键是确定合理的水文地质参数，对于承压水来说即导水系数和贮水系数。本次计算参考抽水试验资料，确定初始水文地质参数导水系数（T）在100-1000m2/d，贮水系数（u*）在2.0×10-3-9.0×10-3。2、数学模型校正结果计算区内6个观测孔的实测资料全部用作调参计算，占全区计算结点总数的3.17%，数值模拟区第12调参时段末时刻水位拟合结果见表5-2，水位拟合等值线图见图5-5。从第12调参时段水位拟合情况分析，计算水位与实测水位绝对误差小于0.5米的占83.3%，相对误差小于5%的占100%，满足精度要求。

计算区第12时段末时刻水位拟合结果表

表5-2

观测孔结点编号计算水位（标高米）实测水位（标高米）绝对误差HH相对误差DH(%)1937.9237.550.370.985411750.8851.53-0.65-1.261415936.3736.81-0.44-1.195316224.4123.940.471.963216928.1728.58-0.41-1.434617630.2529.860.391.3061

图5-5

第12时段末时刻水位拟合等值线图（2001.12.31）

（虚线—计算水位，实线—实测水位，单位：标高米）

表5-3给出了计算评价区水文地质参数的最终调参结果，经过模型校正，说明所建立的数学模型、概化的边界条件、进行的参数分区基本正确且较为合理。计算区水文地质参数分区最终调参结果一览表

表5-3区号1区2区3区导水系数(T)800300120赋水系数(U*)8.3×10-36.4×10-35.1×10-3四、数学模型验证为了进一步提高模型的运行精度，还需要利用已有动态系列资料对模型进行验证，以检验其是否能够真实地反映评价区地下水流场的动态变化规律。本次验证，分别在计算评价区东、西两端选择汤山幼儿园05号井及侯家塘古泉特种养殖场08号井水位动态资料进行检验，时间从1996年1季度～2004年3季度，共35个时段，时间步长为一个季度90天，开采量均按季度统计。图5-6、5-7给出了05和08井水位拟合过程曲线。验证结果显示，05井各时段相对误差小于5%达到77.42%，08井各时段相对误差小于5%达到74.28%，计算得到的过程曲线形态与实际基本吻合，说明模型的精度较高，可满足短中期水位预报的要求。

图5-6

地热公司(汤山幼儿园)05号井水位验证过程曲线图图5-7

侯家塘古泉特种养殖场08号井水位验证过程曲线图五、模型预测1、现状预报按照本次评价要求，首先对汤山地下热水在现状开采条件下的水位进行预报，图5-8、5-9分别是2010、2015年评价区在现状开采布局及开采量条件下的水位预报图。图5-8

现状开采条件下地下水位预报等值线图(2010.12.31)图5-9

现状开采条件下地下水位预报等值线图(2015.12.31)

从图中可以看出，计算评价区西部及东部各形成一个小型水位降落漏斗，且东部由于开采较西部强烈，其漏斗面积及水位降低深度均比西部大。从2010及2015年的水位预报结果看，地下水位均呈现持续下降态势。2015年西部水位最深的08井标高仅34.18米，东部最深的02井标高为20.15米，西部区最大水位降深比现状下降了3.36米（08井），东部区最大水位降深比现状下降了7.78米（02井）。在评价区中部，水位相对较高，形成自然分水岭，但也比现状水位下降了4～8米。从地下水含水系统的角度分析，汤山地下热水资源主要受区域性水文地质条件控制，热水多形成于深部循环，其补迳排过程也十分复杂。从现状预报结果可以得出这样一个结论，就是汤山地下热水资源是非常有限的，如果无序开采继续发展下去，很有可能造成地下热水资源的不足甚至枯竭。因此，科学地制定和规划开采布局及方案、合理地利用地下热水资源，是摆在我们面前的既现实而又迫切需要解决的问题。2、规划预报方案一规划方案一是从汤山地下热水资源的可持续发展出发，提出水位优先约束控制原则，即东部区水位控制在标高25米（埋深20米）以内，而西部则控制在标高34米（埋深36米）以内，以降低在过低水位分布下产生不良环境地质问题的可能性（如岩溶地面塌陷）；在地下热水开采量上，也应进行适当调整，且不应再新增开采井。按照上述规划原则，对评价区进行了2010和2015年地下水位预报，其预报结果见图5-10、5-11，规划后的开采方案一及水位预测统计表见表5-4。

图5-10

规划开采方案一条件下地下水位预报等值线图(2010.12.31)

图5-11

规划开采方案一条件下地下水位预报等值线图(2015.12.31)

方案二规划方案二是对方案一做了一些调整，即西部区水位仍然控制在标高33米(埋深37米)，在中部区控制开采量，而在评价区东部则将水位控制在标高20米以内，并在满足水位约束的同时，尽量增加地下热水的开采量，对冷水井则进行较大幅度的压缩，以利区域水位的合理分布。按照上述规划原则，又对评价区进行了2010和2015年地下水位预报，其预报结果见图5-12、5-13，规划后的开采方案二及水位预测统计表见表5-4。

图5-12

规划开采方案二条件下地下水位预报等值线图(2010.12.31)

图5-13

规划开采方案二条件下地下水位预报等值线图(2015.12.31)

不同规划开采方案及水位预报统计一览表

表5-4地区结点编号位置现状开采量方案一开采量方案二开采量初始水位现

状水位预报方案一水位预报方案二水位预报201020152010201520102015东部区17601号井蒋介石别墅151513029.8623.0822.3424.0523.3021.8720.6416202号井八三医院606015023.9021.2320.1522.0021.4820.0219.9216903号井八三医院303012028.5122.5420.7323.6422.8621.3620.83(271)04号井83459部队606015015905号井幼儿园30060060036.8124.8221.9625.3723.7823.4822.6517806号井工人疗养院30030035030.4525.1822.8725.8325.0224.0622.96(263)54号井八三医院1000450200前景区新增开采量

400500

开采量小计176519152200

中部区11751号井小营5346.0744.2348.6547.3848.6547.415752号井73917部队二分队60606051.9246.3942.6448.7044.3148.7044.50开采量小计200200200

西部区1908号井特种养殖场30030030037.5434.7934.1834.7933.9134.7933.562711号井7317厂7530030042.3339.1736.2936.0534.4236.0534.12开采量小计375600600

全区开采量总合计234027153000

注：表中开采量单位为“米3/日”，水位单位为“标高米”，且为该年12月31日的水位；

（263）、（271）为非结点井所属三角形单元编号，其水位需从预测图中查得。从上述图表中可以看出，在方案一条件下，东部区地下热水开采量由现状的1765米3/日调增到1915米3/日，中部区保持现状的200米3/日，西部区则由现状的375米3/日增加到600米3/日，整个计算评价区总开采量则由现状的2340米3/日增加到2715米3/日。在方案二条件下，东部区开采量由现状的1765米3/日调增到2200米3/日，中部区维持现状的200米3/日，西部区仍按方案一的600米3/日，评价区总开采量调整为3000米3/日。方案一条件下，通过压缩东部区的54号冷水井地下水的开采量，使水位降速得到有效控制，2010年最低水位02号井为标高22米，2015年为21.48米，漏斗形态较为缓和；在西部地区，因适当增加了开采量，2010年08号井水位最低降至标高34.79米，2015年为33.91米，同样也满足控制水位要求，东西两区水位均较稳定，处于一种动态平衡状态。而在评价区中部，现状预报中水位还比较高，是地下水补给区必须的，从地热资源角度上考虑，故并未增加开采量，以维持自然分水岭的作用。方案二条件下，通过进一步压缩东部区54号冷水井的开采量，有效增加热水井的开采量，2010年最低水位02号井为标高20.02米，2015年为19.92米，基本符合规划要求。而在西部地区，2010年08号井水位最低标高保持34.79米，2015年为33.56米，同样也满足要求。在评价区中部，水位在46米左右，仍起到自然分水岭的作用。上述两种规划方案，均是通过调整地下水（热水或冷水）开采量来实现区域水位控制的，但在东部地区两方案的水位控制有2～3米的差别，方案一较注重环境效应，而方案二则更趋向实用。从总体上讲，经规划后东区地下水水位埋深前者一般在13～22米左右，而后者在15～25米左右，西区埋深34～35米，基本保持现状，地下水水位分布形态均较合理。因此，上述两种规划开采方案对汤山地下热水资源的合理开发利用具有积极的指导意义。

第六章

地下水资源利用分区

一、地下水类型根据水文地质条件汤山地区地下水可分为三种地下水类型、四种亚类型。(一)碳酸盐岩类岩溶裂隙水类型岩溶裂隙水主要赋存在碳酸盐岩及碳酸盐岩夹碎屑岩的裂隙溶洞中，主要分布在汤山、青龙山、黄龙山、孔山、石膏矿一带。由于岩性、构造、成因、时代、分布位置不同，富水性差异很大。一般质纯灰岩易于被降水溶蚀渗入，径流储存，富水性好；泥灰岩、硅质灰岩溶蚀程度较纯灰岩差，富水性也逊于纯灰岩。灰岩层中夹有非可溶性的砂页岩、硅质岩，溶蚀作用往往先发生在两者接触层面，因此顺岩层倾向较为富水，反之富水性较差。断裂带附近裂隙较发育，易于地下水渗流，是岩溶发育有利地段，也是地下水富水地段；褶皱向斜核部、背斜倾没端也是岩溶发育地下水富集的有利地段。岩溶裂隙水根据地下水温度、水质状况可分为热水型岩溶裂隙水和冷水型岩溶裂隙水两种亚类型。1、热水型岩溶裂隙水亚类型，此亚类型据水温、水质、用途可分为两级水。⑴地下水水温53℃～65℃、矿化度1.59～1.78g/l、H2SiO2含量60～73mg/l、F含量3.2～3.6mg/l，为温热水—热水级的偏硅酸、氟医疗热矿水（见表3-1、6-1），分布在汤山东端汤山镇附近。

地热资源温度分级表

表6-1温度分级温度t界限℃主要用途高温地热资源t≥150发电、烘干中温地热资源90≤t＜150工业利用、烘干、发电低温地热资源热水60≤t＜90采暖、工艺流程温热水40≤t＜60医疗、洗浴、温室温水25≤t＜40农业灌溉、养殖、土壤加温注：表中温度是指主要热储代表性温度国家技术监督局1989-08-29批准⑵地下水温在30～39℃、矿化度1.2～1.45g/l、F含量2.2～2.8mg/l，为温水级氟医疗热矿水（见表3-1、6-1），分布在汤山西端侯家塘附近。2、冷水型岩溶裂隙水亚类型，依岩性、成因、富水性又可分为两级。⑴易溶蚀富水性好的岩溶水含水岩段主要是三叠系中统周冲组（T2Z）角砾状灰岩，薄层呈网格状，易于地下水沿层间及角砾间裂隙溶蚀，其中下部膏盐层更易溶解，溶蚀后形成孔洞，利于降水入渗及地下水径流，埋藏地下溶蚀发育岩段是地下水富集的含水岩段。单井涌水量大者可达2000米3/日以上。受含水介质及边界岩层影响水质比较复杂，一般矿化度＜1g/l，水温17.1～18℃，总硬度＜450mg/l，PH值7.0～8.0之间，符合生活饮用水卫生标准。但受膏盐溶入影响，在长期过量抽水时CaSO4含量明显增高，矿化度可增高至1～3g/l，总硬度＞450mg/l，矿化度、总硬度、SO4三项指标超过生活饮用水标准，在开采地下水过程中应注意水质监测。分布在安基山水库南坡及南京石膏矿附近。⑵灰岩为主夹碎屑岩富水性差异大的岩溶水石炭系（C）—二叠系（P）及三叠系下统青龙组（T1q）灰岩、泥灰岩夹页岩、泥岩、硅质岩含水岩段，受构造影响，岩溶发育不均，涌水量差距很大，水量大者达1000米3/日，小者不足100米3/日，矿化度0.22～0.5g/l，水温＜20℃，总硬度150～300mg/l，PH值7.0～7.7之间，符合生活饮用水卫生标准。分布在青龙山、黄龙山、孔山一带。(二)碎屑岩及火成岩类裂隙水类型裂隙水赋存于碎屑岩及火成岩的裂隙中，富水程度主要由构造断裂性质及裂隙发育程度、岩性软硬决定。在构造断裂附近尤其是张性断裂有利于降水入渗及地下水补给、径流；坚硬的砂砾岩、石英砂岩较细软的泥岩、页岩易产生裂隙，富水性好。1、碎屑岩类裂隙水亚类型主要为泥盆系上统五通组（D3）石英砂岩、含砾砂岩，富水性较好。一般单井水量100～500米3/日，水质好，矿化度0.3g/l，符合生活饮用水标准，分布在青龙山、黄龙山、孔山、狼山一带。侏罗系中下统象山群（J1-2）石英砂岩含砾砂岩，夹页岩及煤层，水量较丰富，富水性差异大，一般单井水量100～500米3/日，水质好，矿化度＜1g/l，符合生活饮用水标准，分布在庙山—安基山一带。上统龙王山组（J3L）、西横山组（J3x）安山岩、凝灰岩富水性较差，单井水量50米3/日左右，矿化度＜1g/l。三叠系上统范家塘组(T3)粉细砂岩夹泥岩，中统黄马青组(T2h)粉细砂岩及泥岩，志留系上统茅山组(S3m)、中统坟头组(S2f)、下统高家边组(S1g)粉砂岩、泥岩、页岩，白垩系粉砂岩、泥岩，岩性细软，裂隙不发育，富水性差，水量贫乏，一般<50米3/日或干孔，分布在青龙山、孔山以南除汤山以外的大部分地带。2、火成岩类裂隙水亚类型主要为燕山晚期中酸性侵入岩石英闪长斑岩(δoπ)、次石英安山岩(αο)，裂隙不甚发育，富水性不均一，一般单井水量<100米3/日，矿化度0.48—1.7g/l，某些地段矿化度超过生活饮用卫生标准。分布在九华山、安基山及汤山东部。(三)松散岩类孔隙水类型第四系亚粘土、亚砂土或含砾亚粘土孔隙潜水，富水性差，主要靠大气降水补给，水位埋深0.5～3.0米，矿化度<1g/l，单井水量3～10米3/日，水质易受环境影响。二、地下水资源利用分区根据地下水类型，可开采利用程度、水温、水质及资源量，汤山地下水可分为六个资源开发利用区(见图6-1)。Ⅰ区碳酸盐岩溶裂隙热水区寒武系—奥陶系岩溶裂隙水，水量丰富，单井280～1920米3/日，水温53～65℃，矿化度1.59～1.79g/l；水温30～39℃、矿化度1.2～1.45g/l的医疗热矿水分布在汤山。Ⅱ区碳酸盐岩为主的岩溶裂隙水区主要为石炭系—三叠系灰岩及灰岩夹页岩、泥岩、硅质岩岩溶裂隙水及泥盆系上统石英砂岩，含砾石英砂岩裂隙水，水量丰富，单井涌水量1000米3/日左右，富水性差异大，大者可达2000米3/日以上，小者不到100米3/日。水温17.1～18℃，矿化度<1g/l，符合生活饮用水标准，分布在青龙山、黄龙山、孔山及石膏矿一带。石膏矿一带灰岩中夹石膏层，在开采地下水过程中应注意水质变化。Ⅲ区碎屑岩类裂隙水区主要为侏罗系中下统石英砂岩、石英砾岩裂隙水，水量较丰富，100～500米3/日，富水性不均，小者<50米3/日，水温18～20℃上下，矿化度<1g/l，符合生活饮用水卫生标准。分布庙山—安基山一带及前新村一带。Ⅳ区火成岩类裂隙水区为中酸性侵入岩—石英闪长斑岩裂隙水，富水性较差，一般<100米3/日，水温19～21℃，矿化度1g/l上下，某些地段矿化度超过饮用水卫生标准，分布在九华山、安基山一带。Ⅴ区碎屑岩类微弱裂隙水区志留系页岩、粉砂岩、泥岩及白垩系上统粉细砂岩、泥岩裂隙水，富水性差，一般单井<50米3/日或干孔，据邻区资料矿化度0.4～1.12g/l。分布在青龙山、孔山以南(除汤山)大部分地带，在汤水河及涧南村、龙王庙一带为第四系覆盖。Ⅵ区松散岩类孔隙水区第四系亚粘土、亚砂土孔隙潜水，富水性差，水质易受环境