高 山
吉林省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站,吉林 長春 130021
吉林市城區(qū)水文地質(zhì)研究程度較高,河谷階地分布著豐富的第四系松散巖類孔隙水,大部分地區(qū)涌水量已滿足《淺層地?zé)崮芸辈樵u價(jià)規(guī)范》DZ/TD225-2009規(guī)定的適宜區(qū)和較適宜區(qū)的要求。2012年至2013年吉林省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站先后在九站工業(yè)園區(qū)、樺皮廠—孤店子—九站工業(yè)區(qū)依據(jù)《淺層地?zé)崮芸辈樵u價(jià)規(guī)范》DZ/T0225-2009和項(xiàng)目任務(wù)書,在工作區(qū)300 km2范圍內(nèi),充分搜集前人資料,補(bǔ)充控制性水文地質(zhì)鉆探試驗(yàn),進(jìn)行了專項(xiàng)地下水源熱泵淺層地?zé)崮苷{(diào)查評價(jià)工作,基本查清了吉林市城區(qū)地下水源熱泵淺層地?zé)崮軛l件和開發(fā)利用前景。
松花江階地區(qū):廣泛分布區(qū)內(nèi),從西部鰲龍河上游河谷,至東部的二松岸邊,為松花江階地。地下水位埋深以西部的鰲龍河谷和東部的階地前緣(漫灘不發(fā)育)最淺,一般埋深4~6m,松花江階地中后緣埋深較大8~10m,局部大于10m。含水層分為兩部分,上部為全新統(tǒng)沖積層,中東部為卵石,漂石,中西部為含卵砂礫石;粒徑由西向東變粗,埋深一般≦25m,厚10~15m;下部含水層下更新統(tǒng)(Q1fgl)冰水砂礫石,夾粉質(zhì)粘土含粘土包裹礫石,含礫粘土等凸鏡體,Q4al含水層間連續(xù)的隔水層。含水層厚8~10m,含水層含有粘土,透水性與Q4al相比較差。埋深≤45m。再東部九站酒精廠,因基底隆起,缺失Q1含水層,含水層厚度僅9m第四系厚度18.20m。
黃土崗地區(qū):分布于九站西的頭臺子至孤店子鎮(zhèn)南的冠家屯 .曹家窩鋪.等地,位于黃土臺地與階地間的過渡地段,表層為上更新統(tǒng)黃土狀粉質(zhì)砂土。含水層為Q3al粗砂.礫石和下更新統(tǒng)Q1fgl砂礫石之間夾含礫粘土。含水層厚15~22m;水位埋深10.0~16.5m。西部東勝屯上部Q3gal相變?yōu)閬喺惩?,含水層僅為Q1fgl砂礫石,演變?yōu)榫植砍袎汉畬印?/p>
黃土臺地區(qū):分布與西部樺皮廠至山東屯,西南部孫家油坊。表層為Q2hal+l黃土狀粉質(zhì)粘土。含水層Q2al+l砂礫石和下部Q1bfgl砂礫石含粘土成分,透水性變?nèi)?,地下水受地形變化影響一般埋?2~20m之間,溝谷發(fā)育的臺地埋深大,前緣埋深淺。面積30.21 km2占分區(qū)12.56%。
丘陵區(qū):調(diào)查區(qū)西北一隅,巖性為Qel+dl含碎石風(fēng)化粉質(zhì)砂土,含水層孔隙裂隙均差。
調(diào)查區(qū)中西部樺皮廠鎮(zhèn)、孤店子鎮(zhèn)以農(nóng)業(yè)為主,主要為農(nóng)業(yè)化肥、農(nóng)藥、居民生活對地下水產(chǎn)生污染,由于地下水循環(huán)交替能力較強(qiáng)、 容量大、污染程度多為中度。在河谷階地后緣,分布有養(yǎng)魚塘,對附近地下水污染影響較大。東部九站工業(yè)園區(qū)沿江為老工業(yè)基地,居民集中,沿江建有排放居民生活和工業(yè)廢水的明渠,地下水受污染較重。本區(qū)第二松花江段為污染最重的江段,沿江地下水、江水互為補(bǔ)排。
(1)第四系全新統(tǒng)、下更新統(tǒng)(Q4+Q1)含水層混合開采適宜區(qū);
(2)全新統(tǒng)(Q4)含水層適宜區(qū);
(3)不適宜區(qū)∶除上述適宜區(qū)外為不適宜區(qū)。
2.2.1 第四系全新統(tǒng)、下更新統(tǒng)(Q4+Q1)含水層
混合開采適宜區(qū)
表1 淺層地?zé)崮芸辈煸u價(jià)分區(qū)條件Table 1 Investigation and evaluation partitioned condition of shallow geothermal energy
圖1 適應(yīng)性分區(qū)圖Fig.1 Adaptability zoningmap
分布于九站工業(yè)園區(qū)的吉林市農(nóng)科院以北的,吉林市第一苗圃,陳家屯、蓮花泡、趙家崗子沿江階地,距松花江≥500m的島狀地段,單位涌水量高達(dá)1 650.50~4 329.36m3/dm,回灌量1 944.00~4 440.00m3/d,回灌率37.49%~151.59%,單井最大允許回灌量15 476.08~23 070.76m3/d,地下水中鐵離子質(zhì)量濃度<1.0mg/L。部分<DL為微量。分布面積21.20 km2,約占全區(qū)面積的9%。
2.2.2 全新統(tǒng)(Q4)含水層適宜區(qū)
分布于九部鎮(zhèn)北部三臺子、新立屯、孤店鎮(zhèn)北部的四臺子、趕牛道、張家店等東北部邊界。含水層為含漂石卵石,厚度10~15m,成井深度≤23m水量豐富,富水性1 000~2 000m3/dm,鐵質(zhì)量濃度<1mg/L,部地段原質(zhì)量濃度<DL為微量。與下部Q1含水層混合后鐵離子質(zhì)量濃度>3mg/L,當(dāng)?shù)鼐用裾f:“打井不超23(m),不吃銹水。分布面積37.49 km2,占全區(qū)15.8%”。
2.2.3 不適宜區(qū)
除上述適宜區(qū)外為不適宜區(qū)。其主要原因是鐵離子質(zhì)量濃度高,大部分地段地下水中鐵質(zhì)量濃度>3mg/L,最高達(dá)25.34mg/L不宜回灌。面積179.31 km2,占全區(qū)75.3%。以上各適宜性分區(qū)特征見圖1。
抽水—回灌試驗(yàn)是本項(xiàng)勘查的最關(guān)健的核心。它決定能否取得地下水淺層地?zé)崮芎烷_發(fā)利用的布局。在每處試驗(yàn)場的兩個(gè)水文地質(zhì)鉆井,進(jìn)行相互間的,一抽一灌的試驗(yàn)。試驗(yàn)是按DZ/0225—2009淺層地?zé)崮芸辈橐?guī)范的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行的。
在勘查區(qū)適宜回灌試驗(yàn)場有九站鎮(zhèn)趙家崗子試驗(yàn)場、九站鎮(zhèn)吉林市種畜場試驗(yàn)場和吉林市第一苗圃試驗(yàn)場。曲線圖反映的共同特點(diǎn)是:回灌主井抽水試驗(yàn)水量大涌水量160~180m3/h,穩(wěn)定快,一般抽水0.5 h后穩(wěn)定。附近觀測井水位的變化與主井脈動一致,一般滯后0.5~1.0 h后穩(wěn)定?;毓嘀骶€與抽水類似回灌量與抽水量相同,水位抬升穩(wěn)定快,一般在回灌1.0 h內(nèi)穩(wěn)定。附近觀測井水位滯后0.5~1.0 h后穩(wěn)定。無論是抽水還是回灌,曲線極為正常,完全符合地下水動力學(xué)平衡條件。各試驗(yàn)場的鐵質(zhì)量濃度<1.0mg/L,有的<DL為微量。
在勘查區(qū)內(nèi)的砬子屯、雙吉衛(wèi)生院、吉潤肥業(yè)、東褔米業(yè)、頭臺子及吉林市農(nóng)科院等6個(gè)試驗(yàn)場?;毓噙^程中,回灌井的水位隨時(shí)間的延伸待續(xù)抬升,抬升的速率隨時(shí)間的延長在不斷加快。附近的觀測井水位抬升逐步減緣,經(jīng)過3~5 h后水位穩(wěn)定。這十分顯然與地下水動力平衡條件相悖。井間距離<3m的觀測井回灌水位穩(wěn)定,而回灌主井水位抬升的速率在回快。這說明了回灌井與觀測井之間的滲水通道發(fā)生淤塞,淤塞人程度在不斷加重。
按D1/T025-2009淺層地?zé)崮芸辈煸u價(jià)規(guī)范中規(guī)定地下水淺層地?zé)崮苓m宜性分區(qū)條件見表1。
依據(jù)抽水—回灌實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Q4+Q1開采區(qū),單井開采循環(huán)量為4 000m3/d;Q4開采區(qū)開采循環(huán)量為3 000m3/d。抽水井間距300m,回灌井距抽水井>100m;回灌井?dāng)?shù)是抽水井的1.5倍。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)期耗能較高,主要是抽水和換熱泵用電量高。經(jīng)濟(jì)效益的大小主要用投入的用電量和換取的熱量比值。這主要決定于地下水的溫度,溫度高,效益越大,當(dāng)溫度過于低時(shí),可能產(chǎn)生負(fù)效益,即換取的熱量可能低于投入的電能量。吉林市地理緯度較高,全年地下水溫一般6~10 ℃,在12~4月間受氣溫影響地下溫僅6~7 ℃,可用溫差2~3 ℃。僅以抽水用電一項(xiàng)與提取熱能功率相比較,以功率為11 kw,抽水量100m3/h的水泵,以回灌水溫降至4 ℃。當(dāng)水溫8~9 ℃時(shí),為經(jīng)濟(jì)效益中等至較好。
由于地下水中鐵離子的質(zhì)量濃度具有不確定性,因而在建立地下水淺層地?zé)崮荛_采井的鉆井成井前,應(yīng)對井水鐵離子的質(zhì)量濃度進(jìn)行判別,不能盲目成井。
依據(jù)本地區(qū)地下水的水富水性,便于使用出水量200~250m3/d的標(biāo)準(zhǔn)潛水泵,抽水井管徑≥400mm,鉆孔徑≥650mm;回灌井井徑≥500mm ,鉆孔徑≥700mm.濾水管孔隙率>30%,水位埋深以上砂層也要下置濾管,可以提高回灌能力。地下水淺層地?zé)崮茉陂_采過程中,對地下水環(huán)境擾動很大,容易引發(fā)地下水污染,應(yīng)設(shè)立保護(hù)區(qū)。在抽水井影響范圍內(nèi),不能有污染水體,包括水生動物養(yǎng)殖池等,遠(yuǎn)離污染工程。