当前世界环境

介绍

地下水正成为一种日益稀缺的资源。^{1、2、3、4}预计到2050年，工业和家庭用水需求将翻一番。⁵城市、近郊和农村地区对地下水资源的竞争可能会加剧。不断增长的人口和快速的城市化已经加剧了城市对淡水供应的需求，预计未来还会增加。⁶气候变化对降水模式、河流流量和地下水位的影响⁷可能会加剧地下水资源的可用性，特别是在城市环境中。相反，城市中心对地下水资源的依赖增加了许多倍。⁸

Adadzi⁹水文地质调查和地球物理调查是许多地下特征研究的重要方法。这项工作考察了地球物理调查在为农村社区提供饮用水的钻孔建设和开发中的重要性。本文讨论了可用于协助评价典型农村地区地下水资源的地下特征的解释。由于地下数据有限，这些地区缺乏基础设施，这限制了钻孔钻探。此外，他们还估计了地下水的深度、含水层地质和补给和排放区。

Vasantrao¹⁰该研究选择的地区是Dhule地区，它属于印度马哈拉施特拉邦的干旱易发地区。Dhule地区存在水问题，因此，没有多余的水可供农业和工业发展。要从水文地质条件的角度了解该区的岩性特征，就必须了解该区的地质情况。

在尼日利亚西南部靠近Ago Iwoye的Awa-Ilaporu对地下水进行了地球物理评估，目的是划定高地下水潜力的可能区域。该地区位于尼日利亚西南部的结晶基底复合体内，主要由带状片麻岩、花岗岩片麻岩和伟晶岩构成。¹¹

阿卜杜拉希¹²在尼日利亚的Tudun Wada Kano州的结晶岩中进行了地下水勘探研究。研究区位于沉积岩、火成岩和变质岩中，以冲积岩为常见的岩石类型。探测结果揭示了地下地质层序的非均质性。研究区地质剖面序列为表土-风化层-破碎基底-新鲜基底。

辛格和辛格¹在印度北方邦Kaushambi Naveda区块的部分地区，利用斯伦贝谢的配置，通过地电阻率法确定了含水层和地下岩性。在50个地点进行了垂直电测深(VES)，以确定地下水的适宜条件。

阿里约和班卓琴¹³用同样的方法研究了尼日利亚西南部Ilara-Remo沉积地形的地下水带。他们的研究包括利用斯伦贝谢阵列系统的垂直电测深(VES)技术;采用空间曲线匹配法和计算机辅助迭代技术对10个站点的结果进行了解译。Fadele¹⁴还使用垂直电测深(VES)在尼日利亚扎里亚卡杜纳州的尼日利亚航空技术学院周围进行地下水勘探。

穆克吉¹⁵利用磁场和电阻率测量可以进一步确定地下含水层的形态。由于含水层材料的非均质性，必须采取综合方法，包括地质信息和遥感数据，并辅以电阻率和磁异常探测。这种方法用于具有较高光谱反射率和线条密度的位置，这些位置被认为是含水层补给的区域。这次调查的重点是印度德里研究和转诊医院和贾瓦哈拉尔·尼赫鲁大学地区的Aravali石英岩地形。在Aravali石英岩的复杂地形中，确定了合适的区域来建设堤坝、屋顶雨水收集坑和钻井场地。

由于城市化的原因，常规地球物理技术在城市地下水含水层测绘中的应用也受到限制。因此，在绘制城市地下水资源地图时，需要发展其他适当的方法。目前的研究就是这样一种尝试，旨在探索一种方法来绘制金奈市的城市地下水含水层，金奈市的含水层被大量开采以满足城市的用水需求。¹⁶

参考由印度加尔各答地质调查局出版的马德拉斯四边形地质地图(1:25万比例尺)，该地图覆盖了泰米尔纳德邦和安得拉邦的部分地区，表明金奈南部存在坚硬的岩石地形。硬岩可划分为亚该古代砂屑岩群，主要由赛达佩特以南的一薄带辉石颗粒组成，其余地区主要为砂屑岩。charnockites趋向于东北和西南方向，主要向东倾斜，倾角在60 ~ 70度之间。

还参考了印度地质调查局2005年出版的地区资源地图(1:5万比例尺)，该地图涵盖了金奈市172公里的区域²．城市的南部，到Guindy火车站的南部，落在坚硬的岩石地形中，主要由太古代的charnockites组成。据报道，该市基岩的平均深度从20米到25米不等。¹⁷据报道，基岩向海(东)倾斜。在城市的西部，包括Saidapet, Saligramam, Kodambakkam, Arumbakkam, Anna Nagar和Villivakkam地区，它被由砂质粘土和黑色粘土组成的分流间洪水盆地沉积物覆盖。在Theagarayanagar、Triplicane、Egmore和Perambur等地区，沉积着砂质覆盖下的黑粘土古海相潮汐沉积。再往东，是由黑色粘土组成的海相潮滩沉积物的薄带。冈瓦纳沉积物由粘土、页岩、粘土岩和间歇砂岩组成，据报道发生在冲积地层之下。沿岸有中等灰褐色沙的沙滩沉积和风成沙平地沉积。据报道，在海滩沙和潮滩之间，有由中灰褐色沙组成的浅滩沉积物。

中央地下水局(CGWB)¹⁸1993年3月，印度政府水利部出版了《泰米尔纳德邦马德拉斯地区地下水资源和发展前景》。后来，在2008年11月，金奈地区地下水手册出版。研究覆盖的区域包括172公里的旧城区²及其周边地区。它覆盖了北部的红山湖，南部的Guindy，西部的Porur，东部边界是钦奈市的海岸。根据报告中公布的地图，据报道，南部是由古宙的坚硬岩石所覆盖。红山湖周围的地区属于冈瓦纳盆地，由页岩、粘土和砂岩透镜体组成。据报道，在红山湖南部有一条由页岩粘土和砂岩组成的薄第三系带。其余地区被划分为近代冲积地层。根据钻孔资料，编制了冲积层厚度和深度与基底等值线的等等值线。这两份报告都对每个水文地质单元的沉积物厚度给出了相当好的概述。沿Mugappair至Thiruvanmiyur和Perambur至Tharamani绘制的两个剖面给出了地层的垂直分布以及城市区域内可能发生的断裂和剪切带。¹⁸

早期的研究要么局限于城市区域，要么略超出172公里的核心区范围²．在CGWB覆盖城市地区的报告中，已经详细说明了地层的垂直分布，但在之前所做的其余研究中并没有这样做。水文地质构造的垂直和空间分布及其产量特征至少在公共领域还没有得到。

研究区域

金奈大都市区

金奈-通常被称为印度的底特律它是泰米尔纳德邦的首府，也是印度第四大大都市。金奈是世界上发展最快的城市之一，也是唯一一个被评为“福布斯全球十大发展最快城市”的印度城市。它位于北纬12°50'49"和13°17'24"之间，经度79°59'53"和80°20'12"之间。它位于印度南部的科拉曼达尔海岸。由金奈市及其周边地区组成的金奈大都市区于1974年公布。它绵延1189公里²包括金奈市公司地区、16个直辖市、20个特别村务委员会和由10个村务委员会组成的213个村庄(CMDA 2006)。^20.它是印度It / ITES公司的首选目的地之一。泰米尔纳德邦是印度第二大软件出口国，其中90%的出口来自金奈。图1研究区域及采样点。
根据2011年人口普查(ORGCC)，²¹金奈市人口(426公里)²)为680万，而CMA的数据约为900万。人口密度呈上升趋势，2001年为247人/公顷，2011年约为266人/公顷。2016年CMA人口为1000万，2026年为1250万。²²

金奈都市发展局(CMDA)公布的金奈市土地利用情况见图2。

与1975年及2001年的土地用途比较，本港的休憩用地用途在过去25年间有显著的变化，减少了约12%。目前，城市的公园和游乐场占总面积的0.6%。

虽然这种变化在任何城市的发展过程中都可能发生，这是可以理解的，但这种变化对地下水补给的影响，在金奈这样的沿海城市也将是令人担忧的，因为它正面临着盐水入侵的威胁。1975年未有5%的土地用途的数据(资料来源:2006年内地发展规划第19页表4.2)，而2001年则有13.75%的土地面积被列为其他用途。有趣的是，2001年约有0.53%的土地用途被归类为农业，而1975年没有这样的分类报告。²³

该地区拥有从城市中心到所有重要城镇和村庄的最完善的道路系统之一，以及泰米尔纳德邦各个城镇和村庄之间。金奈和维杰亚瓦达、金奈和阿拉科南、金奈和维鲁普拉姆之间的主要铁路线穿过大都市区。除了Tambaram和Beach站之间古老的郊区铁路服务之外，还有从中央车站到Gummidipoondi和Thiruvallur的郊区铁路服务。在城市边界的海滩和Velachery之间，捷运系统(MRTS)正在运行，连接城市地区角落的金奈地铁正在建设中。

有许多工业区位于Guindy, Ambattur, Manali和Thirumazhisai。金奈出口加工区(CEPZ)是许多出口导向型工业单位所在的地方，位于商品及服务税道路以西的坦巴拉姆附近。除了这些工业邦，皮革工业集中在Pallavaram-Chromepet地区，汽车相关产业集中在Padi和Sembium，橡胶、化学和热装置集中在Thiruvottiyur - enore - Attipattu地带。泰米尔纳德邦政府推动的TIDEL软件城位于塔拉马尼。沿着老Mahabalipuram公路开发的IT走廊汇集了该国所有主要的软件公司。

图1:研究区域与 取样位置。 点击此处查看图

图2:金奈的土地利用/土地覆盖信息(来源:CMDA22）. 点击此处查看图

金奈大都市区地貌学

东部为滨海平原，为沙丘和砂质壤土覆盖。由于城市的快速城市化，旧的沙丘和海滩山脊已经被住宅区所覆盖。在金奈港区北部可以看到波浪切割的悬崖，那里的海滩地貌已经完全被侵蚀。受影响最严重的地区是北部的埃诺尔附近，那里受到海岸侵蚀。都市区西部的坡度平缓，区域偏东。可以看到圣托马斯山、帕拉瓦拉姆山、坦巴拉姆山和昆德拉瑟山附近的一些山脊。

流经该地区的两条重要河流是南部的阿迪亚尔河和北部的库瓦姆河。Adyar河发源于坦巴拉姆西部的大都市区。它在入海之前的总长度约为42公里。这条河全年流量微薄，但在东北季风季节，当有大量降雨时，它会被淹没。库瓦姆河源自于蒂鲁瓦鲁尔地区库瓦姆水箱的剩余水，并流入滨海海滩北部的大海。这条河在进入钦奈市边界之前没有受到太大污染，但由于排放未经处理的污水而受到严重污染。白金汉运河是一条人工河道，发源于安得拉邦北部的内洛尔地区，沿南北方向流经大都市地区。这条运河最初是为从北部的内洛尔(Nellore)到南部的马拉卡南(Marakkanam)的船只运输货物而设计的，目前主要用作污水运输船。奥特里纳拉河起源于城市边界的安纳纳加尔附近，在盆地桥附近与白金汉运河汇合。

首都地区的重要水库是红山湖、Cholavaram水库、Chembarambakkam水库和Porur水库。这些水箱是金奈市和大都市区内许多地区的主要饮用水来源。许多水箱，如Velachery水箱和Ambattur水箱，正在被居民区侵占，或者由于附近居民区和工业的污水处理，任何剩下的水体都受到污染。

方法

由于大多数地区已经城市化，使用传统的地球物理方法(如电阻率剖面和垂直电测深)来破译城市背景下的地下信息是一项艰巨的任务。在这些地区，对所需深度进行调查以研究地下变化几乎是不可能的。在金奈，几乎每个家庭都有地下水源，要么是露天的，要么是钻孔的。^8日,24日这些都是由当地的钻井人员通过旋转和压缩机钻机建造的。在钻孔过程中，除了极少数情况外，钻井人员没有对钦奈地区的岩性进行系统的记录。然而，在岩土工程调查的情况下，它是进行的。

由于岩土工程报告中采用的命名法与常规水文地质术语不同，因此对整理的数据进行了清理，以便在记录井眼岩性时采用统一的命名法。然后使用开源的谷歌地球对这些地点进行地理编码。然后将数据与其他辅助数据进行交叉核对，并进行清理，以避免对下层的错误描述。为了质量检查，数据与早期在金奈工作的经验丰富的水文地质学家共享，并获得他们的输入、更正和建议，并在发现相关的地方加以采纳。利用地理信息系统对数据进行整合，绘制出金奈大都市区水文地质图。

地表有薄土层结晶岩的地区被归类为古宙硬岩地形。在沿海地区，由风成成因的海岸冲积物组成的冲积物尚未确定地覆盖在结晶上，它被归类为覆盖在坚硬岩石上的冲积物;类似地，沿着阿德雅尔河的两岸，也有一条4 - 5公里长的狭长地带，由覆盖在坚硬岩石上的冲积地层组成;它们也被归类在冲积层下，覆盖在坚硬的岩石上。在古瓦姆河以北和以南的CMA北部，冲积层覆盖着冈瓦纳和第三系的岩石;该地区被划分为冈瓦纳和第三纪上覆冲积层。在CMA的西部，冈瓦纳发育，在其西北部，第三系发育，划分为冈瓦纳和第三系。冲积层厚度在为金奈大都市区准备的冲积层等温线中表示。最新的土地用途/土地覆盖统计数字载于图2。

垂直电测深(VES)

电磁场是由交流电(AC=I)通过导线变送器或线圈产生的。如果地下有导电介质，电磁波的磁性分量在导体中产生涡流I。涡流I产生二次电磁场，被接收器检测到。采用了斯伦贝谢的阵列或配置。通过两个I电极(A和B)对地施加电流I，然后测量两个V电极(M和N)之间的合成电位差(ΔV)。AB/2的I电极展布从1变化到最大75m。预期研究深度为0.125×L，其中L= AB/2, AB, I电极分离长度。将现场观测数据(AB/2和MN/2)转换为视电阻率值。地表厚度h的视电阻率ρ由下式1计算:

结果与讨论

金奈大都市区水文地质

大都市区覆盖着前寒武纪的硬岩和沉积矿床，包括砂岩、页岩、巨石、砾石、沙子和粘土。该地区的主要部分被最近的冲积沉积物覆盖，包括沙丘，海相和湖泊沉积物。最近的矿床一般覆盖了较古老的地层，包括第三纪和冈瓦纳沉积的固结和半固结沉积地层以及太古代的结晶岩，除了在西南侧，在那里可以看到结晶岩暴露，在西北侧，沉积地层非常接近地表(CGWB 2008)。该地区的地质演替见表1。图3为研究区地质情况，图4、5、6为研究区岩性。

太古代

由Charnockites，片麻岩和白云岩组成的太古宙占据了都市区的南部。它们在Guindy附近的铁路路堑中以Charnockite暴露的形式出现，在St. Thomas Mount, Pallavaram, Tambaram和Vandalur的山丘上出现。它们被东部不同厚度的近代冲积层覆盖，从南部的Chemmancheri到北部的enore。西侧为冈瓦纳时代的Talchirs和scripbudur阶段。结晶岩高度风化，有时有节理和断裂。风化带为1 ~ 6m。该古宙风化层最大厚度为10m。钻井资料表明，主要的含水裂缝一般局限在地下40m左右，也有一些罕见的裂缝达到地下60m。在这个深度之外，岩石通常是坚硬的、巨大的和致密的。

地下水在地下水位条件下赋存于花岗岩和脉岩的风化、裂隙、节理和断裂部位，在风化带、节理和裂隙中赋存于半密闭条件下。风化带曾经通过裸井开采;随着水位的下降，钻孔开采深部裂隙岩已成为当务之急。

在Guindy工业区钻探的一口井证实，在40至50米深度之间存在饱和裂缝。从这个区域开采的钻孔每小时产量约为4000升。在Perumbakkam，最近正在开发的一个住宅区，钻到80米深的一口井，证实在55米和60米深的地方存在屈服裂缝，每小时产量约为8000升。Jalladianpet在55m和60m深度也存在裂缝。在Velacherry的Vijayanagar地区，20米深的接头每小时产量约3000升。

冈瓦那大陆沉积物

冈瓦纳下部属于Talchir层，由浅棕色和绿色的页岩组成，分布在东南丹纳姆至西南丹巴克卡姆之间的冲积层下方。这些页岩覆盖在古老的结晶岩上。这些页岩很可能在上覆的Sriperumbudur层沉积之前就经历了广泛的侵蚀，导致这些层的厚度非常小，面积有限。

该地区冈瓦纳带的上部为Sriperumbudur层，面积较大。它们以棕色和灰色页岩的形式出现，位于钦奈-班加罗尔国家公路Poonamallee以西的表面，靠近阿瓦迪。在其他地区，它们被不同厚度的冲积层覆盖。在Thirunindravur和Villiwakkam之间的西北侧，它们被第三纪层覆盖。

一般来说，冈瓦纳岩群的地下水潜力很差。间断性砂岩和砂质粘土在一定程度上能产生少量地下水。地下水主要以钻孔的形式开采。井的产量每小时从500升到2000升不等。这些地层的透射率很差，限制了井的连续抽水。

三级

第三纪层由易碎的白色和红棕色砂岩组成，分布在西侧Chembarambakkam附近和西北侧Thirunindravur和Villiwakkam之间。它们也出现在Kortalaiyar河南岸靠近Redhills的地方。在西至Thirumazhisai和Thiruverkadu之间的Coovum河以北的东西方向上覆盖着较年轻的冲积层。第三系层厚度较小，约为30 ~ 45m。地下水通过浅层管井在这些地层中被粘接。在Paruthipattu钻至50米深的管井，据观察每小时的产量约为5000升。

表1:显示研究区的地层。 按此查看表格

冲积层

冲积层覆盖了该地区的大部分地区，由沿海的沙丘砂和该地区其他地区的沙子、淤泥和粘土组成。冲积层的厚度从南侧5m到都市区东中部略大于20m。冲积层覆盖着南部和东部的太古宙岩石，北部和西部的冈瓦纳和第三纪岩石。等高线是在一个区域上等厚的等高线。等厚图用于水文测量、地层学、沉积学、构造地质学、石油地质学和火山学。等差线图显示了在垂直测量厚度的层中厚度相等的线。等温图是用Surfer软件生成的。显示冲积层厚度的等厚图显示，在该地区的大部分地区，冲积层的平均厚度在15m左右。冲积层中的粘土砂比也因地而异。不同粒度的产砂厚度在4 ~ 13m之间。¹⁹在Kodambakkam、Kilpauk和AnnaNagar等地区，冈瓦纳山脉上的冲积层中，沙子的厚度更多。冲积层沿海岸轨道发育厚度较好的粗净砂。

地下水主要发生在冲积层的地下水位条件下。在Thiruvottiyur(沿海地区坚硬岩石上的冲积层)的工业中，观察到大尺寸的露天钻井每小时的产量超过10,000升，连续抽水约2 - 3小时。在靠近海岸的MRC Nagar, 8 - 10米深的开井每小时产量约为5000升。在Porur正在开发的住房群体中，产量测试记录了每小时约100升的产量。

图3:研究区域地质图。 点击此处查看图

结构

南侧主要有NE-SW向断裂。其中一条穿越了赛达佩特和埃格莫尔之间的Adyar河和Coovum河。在Srinagar colony、Kotturpuram和Thousand lights地区钻探的钻井数据证明了该地区存在构造带。岩石经过了密集的压裂，钻孔产量相对较高。¹⁹另一个主要的NE-SW向断层位于南部坦巴拉姆附近的Kadapperi和北部的Ashok nagar之间。沿这条线的钻孔表明岩石经历了破裂和剪切作用。沿着Adyar河的东西断层在Ekkaduthangal和Kotturpuram可见。断裂作用导致了AshokNagar附近基底岩的隆升。¹⁹在冲积层和这些断裂带附近的风化岩石中，钻探过程中有泥浆流失的情况。

图4研究区岩性剖面(西-东)图。 点击此处查看图

图5研究区岩性剖面(南北)图。 点击此处查看图

图6研究区岩性剖面(西-东)图。 点击此处查看图

据报道，金奈西部和西北部发育早白垩世至晚侏罗世的上冈瓦纳统Sriperumbudur组砾岩、砂岩和粘土岩。在金奈市的Nandambakkam和Kodmabakkam地区钻探的井中发现了Talchirs典型的绿色碎屑页岩。这些冈瓦纳构造不整合地位于亚该亚山脉之上。

在金奈西北部的Redhills和Sholavaram及其周围，据报道有红土和Cuddalore地层的口袋。Cuddalore组主要由斑驳砂岩、砂质砂岩和泥质砂岩组成。红土组和Cuddalore组均属于第三系。

沿海地区以新近至亚新近的第四纪细滩砂为特征。据报道，沿着海岸向南，出现了带有河口贝壳的灰色和黑色粘土。金奈中部的特征是灰褐色至黑色的河流成因砂质粘土。古河道由中粗砂和粘土组成，分布在库瓦姆河以北和Poonamallee东北和西北。

水位等值线

水位的等高线已绘制为三个不同的季节(季风前，季风和季风后)。绘制等高程变化的地下水高程等高线，又称等高线间隔。在本例中，等高线间隔为1m。通过地下水等高线可以得到地下水的流向。这些等高线图有助于破译水化学随水位波动的变化。水位的时空变化控制着井的理化性质。一般来说，浅井比深井更容易受到人为污染。

图7:(a)季风前1 m间隔的等高线图。(b)季风和(c)后季风。 点击此处查看图

结论

在气候和人口压力下，对淡水的需求不断增加。像金奈这样的沿海地区在两个季风季节都有降雨。即使淡水不断上涨也不满足。因此，需要确定新的地下水补给区和远景区。为此，垂直电测深方法非常可靠，可以提供详细的地下信息。为了保护和管理城市地区稀缺的地下水资源，有必要了解地下含水层的性质、空间分布、年回灌水量、地下水质量等。因此，需要利用先进的测量技术来研究城市地区的地下层、含水层的性质、空间分布和水文地质特征。这些先进的技术和工具为该地区地下水资源的可持续发展提供了高精度和精确的结果，并建议与雨水收集结构一起使用。

致谢

作者要感谢新德里IARI水技术中心(WTC)首席科学家Anil Kumar Mishra博士对这项工作的成功完成所提供的支持。

本研究没有从资助机构、政府或非政府或非营利组织获得任何资金或财政支持或特别拨款。

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