陳 蕾，谷 瑜

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450045)

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南樂(lè)縣睢莊水源地地下水資源評(píng)價(jià)

陳 蕾，谷 瑜

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450045)

睢莊水源地屬黃河沖洪積平原，地勢(shì)平坦，海拔在44.3～49.2 m之間，自西南略向東北傾斜，比降為0.25‰。在分析睢莊地區(qū)水文地質(zhì)條件及地下水開(kāi)采現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合開(kāi)采方案，采用解析法及水均衡法，對(duì)水源地中層和深層地下水允許開(kāi)采量進(jìn)行評(píng)價(jià)。計(jì)算結(jié)果顯示，中層地下水允許開(kāi)采量10 360.16 m3/d；深層地下水允許開(kāi)采量10 186.25 m3/d；中、深層地下水各新增開(kāi) 1×104m3/d是有保證的。水源地建成后，中、深層地下水降落漏斗的半徑為5 300 m、7 100 m。

地下水；水源地；解析法

1 水源地概況

水源地位于河南省南樂(lè)縣南環(huán)路南側(cè)，馬頰河?xùn)|岸，睢莊地界。睢莊水源地屬黃河沖洪積平原，地勢(shì)平坦，海拔在44.3～49.2 m之間，自西南略向東北傾斜，比降為0.25‰。根據(jù)地貌成因和形態(tài)的差異特征，細(xì)分為泛流平地和黃河故道區(qū)兩個(gè)區(qū)。睢莊水源地地形平坦，普遍分布第四紀(jì)沉積物。根據(jù)鉆孔資料，目前區(qū)內(nèi)主要揭露的地層有新近系、第四系。睢莊位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)華北坳陷南部的內(nèi)黃凸起的東北地帶，所處地質(zhì)單元西鄰湯陰凹陷，北臨清凹陷，南鄰開(kāi)封凹陷；主要受北北東和北東向構(gòu)造體系所控制。

2 區(qū)域地下水開(kāi)采現(xiàn)狀

勘察區(qū)內(nèi)主要開(kāi)采淺、中、深層地下水。

(1)區(qū)內(nèi)淺層地下水主要為縣自來(lái)水廠供水、居民生活用水零星開(kāi)采與農(nóng)田灌溉。目前縣自來(lái)水廠淺層開(kāi)采井共有16眼，開(kāi)采層位在70 m以淺，總的開(kāi)采量為7 000 m3/d。居民生活用井多為塑料管井，取水設(shè)備為壓水井或自吸泵，井深100 m以淺，單井出水量15 m3/h左右。農(nóng)田灌溉機(jī)民井多為水泥管，部分井較淺，多在50 m左右，單井出水量為15 m3/h左右。

(2)區(qū)內(nèi)中層主要用水戶為縣自來(lái)水水廠供水、南樂(lè)縣產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)工業(yè)用水和農(nóng)村安全飲用水井工程供水。目前縣自來(lái)水廠有1眼190 m的井，單井出水量為80 m3/h，總開(kāi)采量為1 920 m3/d?？辈靺^(qū)內(nèi)工業(yè)用水和農(nóng)村安全飲用水開(kāi)采井共計(jì)36眼， 開(kāi)采深度在130～280 m之間，單井出水量約30 m3/h，總開(kāi)采量為7 560 m3/d。

(3)區(qū)內(nèi)深層主要用水戶為南樂(lè)縣產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)工業(yè)用水和農(nóng)村安全飲用水井工程供水。目前深層地下水開(kāi)采較少，深層開(kāi)采井約6眼， 開(kāi)采深度在280～500 m之間，單井出水量約30 m3/h，總的開(kāi)采量為1 260 m3/d。

3 計(jì)算參數(shù)的確定

據(jù)《河南省南樂(lè)縣睢莊水源地中、深層地下水水文地質(zhì)詳查報(bào)告》，采用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)及非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)計(jì)算，綜合考慮滲透系數(shù)K中層為5.44 m/d，深層為6.00 m/d；導(dǎo)水系數(shù)中層T=326.4 m2/d(含水層厚度M=60 m)，深層T=419.65 m2/d(含水層厚度M=70 m)；導(dǎo)壓系數(shù)中層a為682 895.0 m2/d；深層a為235 3846.0 m2/d；釋水系數(shù)中層μ*為5.9×10-4；深層μ*為2.53×10-4。

4 應(yīng)用解析法對(duì)地下水開(kāi)采量計(jì)算分析

4.1 水文地質(zhì)模型的建立

本區(qū)中、深層地下水含水層為均質(zhì)各向同性、無(wú)限延伸、無(wú)越流補(bǔ)給的承壓含水層，地下水流符合達(dá)西定律；抽水前天然狀態(tài)下水力坡度為零；完整井定流量抽水，井徑無(wú)限??；水頭下降引起的地下水從貯存量中的釋放是瞬時(shí)完成的。

4.2 數(shù)學(xué)模型的建立及計(jì)算公式的選取

單井定流量的承壓完整井流的數(shù)學(xué)模型如下：

式中：S為降深；r為井徑；Q為涌水量；T為導(dǎo)水系數(shù)；t為時(shí)間；u*為釋水系數(shù)。

根據(jù)概化處理，區(qū)內(nèi)中、深層地下水采用承壓完整井無(wú)越流泰斯公式計(jì)算：

(1)

4.3 布井方案的確定

本次水源地?cái)M開(kāi)采地下水2.0×104m3/d(中、深層地下水各開(kāi)采1×104m3/d)。水源地抽水井垂直地下水流向布置，采用井群集中供水方式，中層、深層井各設(shè)9眼，其中備用井各1眼；采用雙排梅花形布法，井距500 m(中、深層井間距約50 m)，排距500 m。抽水量平均每眼井為1 250 m3/d(見(jiàn)圖1)。

圖1 布井方案示意圖

5 水源地水位預(yù)測(cè)

采用式1疊加計(jì)算，分別計(jì)算水源地中、深層地下水增開(kāi)1 250 m3/d后，開(kāi)采1 a、5 a、10 a、15 a、20 a、30 a中心井水位見(jiàn)圖2和圖3。

5.1 水源地中層水位預(yù)測(cè)

水源地開(kāi)采30 a中心開(kāi)采井中層地下水動(dòng)水位埋深為92.47 m，小于含水層的頂板埋深130 m；由中心井水位和邊緣井水位降深隨時(shí)間變化曲線(圖1)可以看出，水源地開(kāi)采初期水位下降比較快，曲線較陡，隨著開(kāi)采時(shí)間的增加，水位下降速度逐漸變慢，20 a以后地下水水位趨于穩(wěn)定，補(bǔ)、排達(dá)到新的平衡。因此，中層地下水開(kāi)采1萬(wàn) m3/d的開(kāi)采量是有保證的，此開(kāi)采方案是合理的。

5.2 水源地深層水位預(yù)測(cè)

水源地開(kāi)采30 a中心開(kāi)采井深層地下水動(dòng)水位埋深為92.82 m，小于含水層的頂板埋深280 m；由中心井水位和邊緣井水位降深隨時(shí)間變化曲線(圖2)可以看出，水源地開(kāi)采初期水位下降比較快，曲線較陡，隨著開(kāi)采時(shí)間的增加，水位下降速度逐漸變慢，20 a以后地下水水位趨于穩(wěn)定，補(bǔ)、排達(dá)到新的平衡。因此，深層地下水開(kāi)采1萬(wàn) m3/d的開(kāi)采量是有保證的，此開(kāi)采方案是合理的。

圖2 水源地中層地下水中心井ZK5水位降深隨時(shí)間變化曲線圖

圖3 水源地深層地下水中心井ZK6水位降深隨時(shí)間變化曲線圖

6 水均衡法評(píng)價(jià)地下水允許開(kāi)采量

6.1 評(píng)價(jià)范圍

本次中、深層地下水資源評(píng)價(jià)的平面范圍以接近水源地設(shè)計(jì)開(kāi)采量(2.0萬(wàn) m3/d)為依據(jù)，用解析法計(jì)算出的中深層地下水水位降落漏斗范圍為評(píng)價(jià)的平面范圍。

6.2 均衡方程的建立

式中：Q允開(kāi)為地下水的允許開(kāi)采量(m3/d)；Smax為最大允許降深(m)；T為開(kāi)采年限。

6.2.1 補(bǔ)給量

(1)水源地開(kāi)采后補(bǔ)給帶寬度的確定

由于中、深層地下水開(kāi)采井布局相對(duì)較為集中，平面上可以近似地概化為一個(gè)圓形大井，以概化圓周作為中、深層地下水的補(bǔ)給邊界，即

C=2πR

式中：C為補(bǔ)給邊界周長(zhǎng)，m；R為概化水源地均衡區(qū)評(píng)價(jià)范圍半徑，m。

據(jù)解析法預(yù)測(cè)，擬建水源地中、深層地下水按設(shè)計(jì)開(kāi)采規(guī)模各1.0建成投產(chǎn)，30 a后中、深層地下水降落漏斗半徑分別為5 300 m、7 100 m。

經(jīng)計(jì)算，中、深層地下水的補(bǔ)給邊界周長(zhǎng)分別為33 284 m、44 588 m。

(2)中、深層地下水降落漏斗周邊徑流補(bǔ)給量計(jì)算

中、深層地下水降落漏斗周邊徑流補(bǔ)給量計(jì)算可用達(dá)西公式，即

Q補(bǔ)=T·C·i

式中：C為中、深層地下水周邊徑流補(bǔ)給帶的周長(zhǎng)，m；T為導(dǎo)水系數(shù)，m2/d；中、深層導(dǎo)水系數(shù)分別為326.40 m2/d、419.65 m2/d；i為開(kāi)采條件下水力坡度的平均值，無(wú)量綱；中、深層水力坡度分別為1.8‰、0.60‰。

經(jīng)計(jì)算，中層地下水補(bǔ)給量為19 555.02 m3/d；深層地下水補(bǔ)給量為11 226.81 m3/d。

6.2.2 排泄量

根據(jù)本次調(diào)查，本區(qū)中、深層地下水已存在的開(kāi)采量分別為9 480 m3/d、1 260 m3/d。

6.2.3 彈性釋水量

式中：Q彈為含水層的彈性釋水量(m3/d)，其它符合同前；彈性釋水系數(shù)取值同前；根據(jù)水文地質(zhì)條件，最大允許降深Smax本次取值為60 m；T取30 a。

經(jīng)計(jì)算，中層含水層彈性釋水量為285.15 m3/d，深層含水層彈性釋水量為219.43 m3/d。

6.3 允許開(kāi)采量評(píng)價(jià)

經(jīng)計(jì)算，中層地下水允許開(kāi)采量10 360.16 m3/d；深層地下水允許開(kāi)采量10 186.25 m3/d；可見(jiàn)，中、深層地下水各新增開(kāi) 1×104m3/d是有保證的。

7 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)計(jì)算，中、深層地下水各新增開(kāi) 1×104m3/d是有保證的。水源地建成后，中、深層地下水降落漏斗的半徑為5 300 m、7 100 m；可見(jiàn)，建設(shè)項(xiàng)目投產(chǎn)使用后，必然對(duì)周邊其他用戶產(chǎn)生一定的影響。因此水源地投產(chǎn)使用后，建議對(duì)受影響的用戶可使用水源地的自來(lái)水進(jìn)行補(bǔ)償。

2017-03-22

陳蕾(1984-)，女，山東煙臺(tái)人，工程師，主要從事水文地質(zhì)方面的工作。

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1004-1184(2017)03-0049-02