王亮 付廷美 山東新匯建設(shè)集團(tuán) 257091

利津縣黃河灘區(qū)地下水資源開發(fā)及利用研究

王亮 付廷美 山東新匯建設(shè)集團(tuán) 257091

黃河灘區(qū)由黃河沖積而成，沿河流方向呈條帶狀展布于平原之上，長度很大，寬度較窄，具有特殊的水文地質(zhì)條件。1996年水利部門對(duì)東營市轄區(qū)黃河兩岸灘區(qū)進(jìn)行了地下水探測，圈定了宜井區(qū)和可開采區(qū)的淡水底板埋深界面、含水砂層厚度及相應(yīng)的地下水開發(fā)工程和開發(fā)量，經(jīng)探測，黃河兩岸灘區(qū)淡水儲(chǔ)存量豐富，淡水層埋深處于可開采范圍內(nèi)，區(qū)域內(nèi)有條件采取淺井、聯(lián)井及廊道井進(jìn)行地下水資源開發(fā)。

地下水；水文計(jì)算；取水工藝

1 項(xiàng)目背景

利津縣地處退海之地，地下水受海水影響顯著，除局部存在少量地下淡水體外，大部分地下水體為苦咸水，不具備飲用水功能，是我省地下淡水資源緊缺的地區(qū)之一。利津縣工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水主要依靠黃河。隨著利津縣工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和居民生活水平的提高，用水量日益增大，而城區(qū)附近調(diào)蓄水庫較少，供需矛盾突出，水資源問題已經(jīng)成為阻礙利津縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活水平提高的重要因素。

在這種條件下，進(jìn)行黃河灘地地下水資源的開發(fā)利用，用于利津縣城區(qū)及附近村莊居民的生活用水，對(duì)減少當(dāng)?shù)卣{(diào)蓄水量的消耗、緩解利津縣水資源供需矛盾具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和現(xiàn)實(shí)意義。

經(jīng)過初步分析、測算，開采灘區(qū)及河床潛流，可迅速得到黃河的徑流補(bǔ)給，區(qū)域水資源開發(fā)具有水質(zhì)好、成本低、少占地特點(diǎn)，具有很好的開發(fā)潛力和開采價(jià)值。

2 項(xiàng)目區(qū)位置及范圍

本工程項(xiàng)目區(qū)范圍為山東省東營市利津縣城區(qū)東部黃河灘地。具體研究區(qū)域東西以黃河兩岸大堤為界，北至勝利干渠附近，南至宮家閘處。灘區(qū)北部距離利津水廠最距離為4.88km，南部距離水廠最遠(yuǎn)距離為7.41km。灘區(qū)總面積8.84平方千米。

圖1

3 項(xiàng)目區(qū)水資源評(píng)價(jià)

根據(jù)《供水水文地質(zhì)手冊》中提出的地下水資源分類方案，地下水資源分為補(bǔ)給量、儲(chǔ)存量、消耗量，其中消耗量分為允許開采量、天然消耗量。

（1）儲(chǔ)存量

儲(chǔ)存量按以下公式計(jì)算：

式中：Q靜——儲(chǔ)存量（m3）；

F ——淡水體面積（m2）；

H ——淡水體的平均厚度（m）；

μ——給水度。

經(jīng)計(jì)算，儲(chǔ)存量為1989萬m3。

（2）補(bǔ)給量

補(bǔ)給量包括徑流補(bǔ)給量、降雨補(bǔ)給量和灌溉補(bǔ)給量。其中徑流補(bǔ)給量即黃河徑流補(bǔ)給量，降雨補(bǔ)給量為自然降雨入滲水量，灌溉補(bǔ)給量為農(nóng)田灌溉入滲水量，因項(xiàng)目區(qū)農(nóng)作物種植面積較小，故本項(xiàng)目不計(jì)灌溉補(bǔ)給量。

①徑流補(bǔ)給量

徑流補(bǔ)給量按以下公式計(jì)算：

式中：Q補(bǔ)——開采過程中徑流補(bǔ)給量；

I——水力坡度，受開采量的影響而變化；

K——滲透系數(shù)（m/天）；

M ——含水層平均厚度（m）；

B——補(bǔ)給斷面的寬度（m）。

圖2 徑流補(bǔ)給示意圖

因水力坡度I受黃河水位的影響較大，徑流補(bǔ)給量按豐水期和枯水期兩種情況分別進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)計(jì)算豐水期徑流補(bǔ)給量為4.80萬m3/天，枯水期徑流補(bǔ)給量為4.46萬m3/天。

②降水補(bǔ)給量按以下公式計(jì)算：

式中：Q降——降水補(bǔ)給量（m3/年）；

P ——年均降水量，mm；

F ——降水接收面積，km2；

α——降水入滲系數(shù)，取0.24。

經(jīng)計(jì)算，降水補(bǔ)給量為1349萬m3/年，即3696m3/天。

③補(bǔ)給量

補(bǔ)給量為徑流補(bǔ)給量和降水補(bǔ)給量的總和，經(jīng)以上計(jì)算，項(xiàng)目區(qū)豐水期補(bǔ)給量為5.17萬m3/天，枯水期補(bǔ)給量為4.46萬m3/天。

（3）可開采量

可開采量按以下公式計(jì)算：

式中：Q可采——地下水可開采量；

Q 總補(bǔ)——地下水總補(bǔ)給量；

ρ——可開采系數(shù)（數(shù)值小于1.0），取 0.8。

綜合以上分析計(jì)算，本地區(qū)豐水期可開采量為4.13萬m3/天，枯水期可開采量為3.57萬m3。

（4）水質(zhì)

根據(jù)物探資料和已有資料中對(duì)水質(zhì)的評(píng)價(jià)分析，黃河灘地河床附近地下淡水體上部是粉土粉砂為主的弱含水層，下部含水層主要是細(xì)砂，導(dǎo)水富水性比上部好，是較好的天然過濾器，地表水經(jīng)過過濾后，河床附近水質(zhì)較好。河水和地下水毒理學(xué)指標(biāo)、細(xì)菌學(xué)指標(biāo)皆不超出飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，黃河河水和灘地地下水皆未受到人為的污染或輕微受到人為的污染，水質(zhì)符合類Ⅱ水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，是優(yōu)質(zhì)的生活用水水源。

4 黃河灘區(qū)地下淡水資源取水工藝

（1）取水方式

利津縣黃河灘區(qū)地下水資源開發(fā)利用屬于傍河取水，工程布置中可以采用筒井、輻射井、小徑井群三種型式。

結(jié)合三種型式的單井出水量、本地區(qū)實(shí)際情況，本工程擬采用輻射井與筒井相結(jié)合的方式提取地下淡水。

（2）單井出水量計(jì)算

筒井的單井出水量按以下公式計(jì)算：

式中： Q——單井出水，m3/d；

H ——含水層厚度，m；

h0——井中水深，m；

R ——影響半徑，m；

r0——井半徑，m；

k ——滲透系數(shù)，m/s；經(jīng)計(jì)算，單井出水量為319m3/天。輻射井的單井出水量按以下公式計(jì)算：

式中：Q——輻射井總出水量，m3/天；

k ——滲透系數(shù)，m/天；

n ——輻射管的根數(shù)；

q ——單根輻射管出水量，m3/天.根；

m ——含水層厚度，m；

h ——?jiǎng)铀灰韵潞畬雍穸?，m；

R ——影響半徑，m；

l ——輻射管長度，m；

經(jīng)計(jì)算，輻射井單井出水量為2299m3/天。

（3）工程設(shè)計(jì)

①輻射井

集水井的孔徑4m，井深平均為26m，輻射管24根，輻射管直徑100mm，單根輻射管長30m，三層布設(shè)，層距1.5m，每層8根。水平輻射管為雙螺紋無毒塑料濾水管，孔眼直徑6 ～8mm，空隙率一般為1.4%～3.0%，外包40 ～ 80目的尼龍網(wǎng)套。

圖3 輻射井圖

②筒井

筒井直徑1.0m，由井臺(tái)、井壁管、濾水管、沉淀管組成。井管及濾水管用礫石水泥管材。沉淀管為鋼筋混凝土管。礫石水泥管用水泥與礫石制成。井臺(tái)供安裝機(jī)械并保護(hù)井身。

圖4 筒井圖

（4）工程布局

井群水源工程包括水源井及水泵、匯流管網(wǎng)和集水池，是多節(jié)點(diǎn)供水系統(tǒng)。本工程管網(wǎng)布置成樹枝狀，在每個(gè)樹枝的終端為井和泵站。潛水泵抽升經(jīng)集水管匯流至集水池，然后加壓供給利津縣城水廠。

項(xiàng)目區(qū)范圍內(nèi)布置輻射井15眼，筒井19眼?？拷S河大堤側(cè)均布置輻射井，井間距500m，為干擾井群。區(qū)域內(nèi)其余面積分散布置輻射井、筒井，其中輻射井間距800m，筒井間距300m，為非干擾井群。集水池位于利津縣張家灘以東200m處。本工程取水設(shè)施、匯水、集水管網(wǎng)埋深在地面以下不小于2.0m。

圖5

5 結(jié)論

綜合以上分析，黃河灘地地下水資源開發(fā)具有補(bǔ)給條件好、速率快、供水保證率高等優(yōu)點(diǎn)，本工程成本低、水量穩(wěn)定、水質(zhì)較好、無須占用土地，是良好的備用水源，具有良好的開采價(jià)值。

[1]水利工程水利計(jì)算規(guī)范.Sl104-1999機(jī)井技術(shù)規(guī)范.SL256-2000

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.012