溫傳磊,董維紅,崔 庚,劉 洋,蘇小四

(1.吉林大學(xué)地下水資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉林 長春 130021；2.吉林大學(xué)水資源與環(huán)境研究所,吉林 長春 130021)

應(yīng)用解析法確定傍河水源地地下水開采方案

溫傳磊1,2,董維紅1,2,崔 庚1,2,劉 洋1,2,蘇小四1,2

(1.吉林大學(xué)地下水資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉林 長春 130021；2.吉林大學(xué)水資源與環(huán)境研究所,吉林 長春 130021)

合理設(shè)計開采方案對傍河水源地地下水資源開發(fā)具有重要意義。以德惠典型傍河地下水水源地為研究區(qū)，在查明研究區(qū)水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，以管井為例，運(yùn)用解析法確定了最佳開采方案和水源地地下水允許開采量，并對最佳開采方案的合理性和可靠性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，當(dāng)開采井沿河流呈直線形單排布井方式，井?dāng)?shù)為12眼，井河距離為200 m，井間距離為150 m，單井開采量為2 960 m3/d，總開采量為35 520 m3/d時，取水保證程度較高，面對河流突發(fā)性污染具有一定的抵御能力，不會對區(qū)域水環(huán)境和其他用戶造成較大影響。

地下水；水源地；解析法；開采方案；地下水允許開采量

傍河取水是我國北方城市地下水開采的重要方式之一[1]。傍河地下水水源地具有地下水位埋深淺，水量充足，補(bǔ)給迅速，水質(zhì)較好等優(yōu)點(diǎn)[2]，適宜建立管井井群進(jìn)行集中開采，且易于管理和維護(hù)[3]。根據(jù)傍河水源地水文地質(zhì)條件合理設(shè)計開采方案，比如井群布設(shè)排數(shù)、井河距離、井間距離、井?dāng)?shù)以及單井開采量等重要參數(shù)[4]，對區(qū)域水資源的合理開發(fā)利用具有重要意義。對于含水層均勻程度高，邊界條件簡單的水源地，可以運(yùn)用解析法對地下水允許開采量進(jìn)行評價。解析法理論公式推導(dǎo)嚴(yán)密，只要介質(zhì)條件、邊界條件、取水條件符合選用公式的假定條件，計算成果較為準(zhǔn)確，可靠性強(qiáng)。與數(shù)值法相比，解析法計算需要的工作時間少，利用有限的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可初步計算地下水允許開采量，并以此選擇合理的開采方案，為水源地建設(shè)提供有力依據(jù)。

本文以吉林省德惠市傍河水源地為研究區(qū)，運(yùn)用經(jīng)典地下水動力學(xué)公式對地下水允許開采量進(jìn)行計算，針對傍河水源地水文地質(zhì)條件選擇了合理的開采井布局、井?dāng)?shù)、井間距離、井河距離和單井開采量，實(shí)現(xiàn)開采方案優(yōu)選，同時對水源地取水保證程度、取水安全以及取水影響進(jìn)行了分析，保證了水源地地下水可持續(xù)利用和管理。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理位置

研究區(qū)位于吉林省德惠市菜園子鎮(zhèn)境內(nèi)，介于京哈鐵路和長哈高速之間，東北部和西南部分別以第二松花江和高家店高地為界，東北—西南方向上長度約為1 500 m，東南—西北方向長度約為2 500 m，總面積約為4 km2。地勢西南高，東北低，高程147～155 m。地貌為堆積的第二松花江河谷平原，由河漫灘和一級階地組成。

圖1 研究區(qū)示意圖Fig.1 Location of the study area

1.2 氣象水文

水源地屬于中溫帶、半濕潤季風(fēng)氣候，多年平均降水量為500～550 mm，降水量主要集中在夏季，每年6—9月的降水量約占年降水量的70%～80%，11月—翌年3月降水量最少，僅占年降水量的4%～9%。研究區(qū)蒸發(fā)量較大，多年平均蒸發(fā)量為1 300～1 800 mm。區(qū)域多年平均氣溫4.4 ℃，各月平均氣溫變化較大，最高氣溫23 ℃，最低氣溫-17.6 ℃。

第二松花江是研究區(qū)內(nèi)主要河流，源于長白山天池，多年平均徑流量為156×108m3(松花江站)，區(qū)內(nèi)長度約為3 000 m，河床寬約380 m，局部可達(dá)500 m，河水水質(zhì)良好，符合地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)位于松遼盆地東部隆起帶，亦即位于前郭長嶺隆升帶以東的地區(qū)，屬于新華夏構(gòu)造體系。區(qū)內(nèi)地層主要由白堊系下統(tǒng)姚家組和第四系全新統(tǒng)現(xiàn)代河流沖積層組成。

研究區(qū)內(nèi)目標(biāo)含水層為潛水含水層。含水層巖性以第四系河流沖積的砂、砂礫石為主。含水層厚度可達(dá)15～23 m，結(jié)構(gòu)疏松，孔隙度大，地下水賦存條件較好。含水層基底為白堊系姚家組泥巖。地下水位埋深小于4 m，水量豐富。地下水化學(xué)類型主要為HCO3—Na·Ca型，地下水溶解性總固體小于0.5 g/L，為低礦化淡水。地下水中鐵的含量為0.29～34.14 mg/L，錳的含量為0.47～14.12 mg/L，一般需經(jīng)除鐵錳處理才能使用。

研究區(qū)內(nèi)地下水主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給、第二松花江河流滲漏補(bǔ)給以及側(cè)向徑流補(bǔ)給。地下水天然水力坡度為0.5‰～1‰。地下水主要消耗于分散式人工開采，潛水蒸發(fā)消耗微弱。研究區(qū)地表水與地下水水力聯(lián)系密切，為典型的傍河地下水水源地。

圖2 水文地質(zhì)剖面Fig.2 Hydrogeological profile

2 研究方法

利用解析法確定傍河水源地開采方案及地下水允許開采量首先應(yīng)計算研究區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)，概化水文地質(zhì)條件，選擇適用于概化條件的地下水允許開采量計算方法，利用選定計算方法結(jié)合研究區(qū)水文地質(zhì)條件和地下水允許開采量約束條件確定最佳開采方案，并對最佳開采方案的取水保證程度、取水安全以及取水影響進(jìn)行分析，從而驗(yàn)證開采方案的合理性和可靠性。

2.1 水文地質(zhì)參數(shù)計算方法

水文地質(zhì)參數(shù)(T、μ、K)根據(jù)單井定流量非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)獲得。由于目標(biāo)含水層為潛水含水層，為了保證計算結(jié)果能較好地反映該區(qū)含水介質(zhì)滲透性，采用式(1)計算修正降深，然后利用Theis公式，分別用配線法和直線圖解法對導(dǎo)水系數(shù)(T)、給水度(μ)以及滲透系數(shù)(K)進(jìn)行求解，最后取其平均值作為計算結(jié)果。

(1)

式中：s′——修正降深。

(2)

式中：K——滲透系數(shù)；M——含水層平均厚度。

(1)配線法

(3)

式中：T——導(dǎo)水系數(shù)；W(u)——井函數(shù)。

(4)

式中：μ——給水度；r——觀測孔到抽水井的距離。

(2)直線圖解法

(5)

(6)

2.2 地下水允許開采量的計算方法

2.2.1 水文地質(zhì)條件概化

(1)介質(zhì)條件概化

研究區(qū)含水層介質(zhì)以砂和砂礫石為主，厚度分布較為均勻，結(jié)構(gòu)疏松，孔隙度大，地下水賦存條件較好，含水層的儲、導(dǎo)水性質(zhì)在區(qū)內(nèi)各地各個方向上均無明顯差異，故將其概化為均質(zhì)各向同性介質(zhì)。

(2)邊界條件概化

第二松花江流量大且較穩(wěn)定，河床沉積物及含水介質(zhì)滲透性良好，有利于河水補(bǔ)給地下水，故將其概化為直線補(bǔ)給邊界。

2.2.2 地下水允許開采量計算

研究區(qū)介質(zhì)條件、邊界條件和取水條件近似符合地下水動力學(xué)井流公式的假定條件，因此采用解析法中的干擾井群法對水源地地下水允許開采量進(jìn)行初步計算。

利用鏡像法原理，把實(shí)際問題看作直線補(bǔ)給邊界附近的井群抽水問題，同時在邊界另一側(cè)映射出相應(yīng)的虛井井群，且性質(zhì)與開采井相反為注水井，鏡像法如圖3所示。

圖3 鏡像法示意圖Fig.3 Schematic diagram of the image method

根據(jù)概化后的水文地質(zhì)條件，利用潛水完整井穩(wěn)定流Dupuit公式做相應(yīng)代換得到干擾井群公式計算地下水允許開采量。

潛水完整井穩(wěn)定流：

(7)

式中：H0——潛水含水層厚度；hw——抽水井水位；Q——單井開采量；R——影響半徑；rw——抽水井半徑。

對于潛水含水層來說，h2是線性函數(shù)，若各抽水井流量相同，則可對式(7)進(jìn)行疊加處理。

(8)

對式(8)變形得：

(9)

式中：s——計算抽水井降深。

利用式(9)計算出井群中開采井降深。

地下水允許開采量以降深作為約束條件選取[5～7]。為了保證水源地實(shí)現(xiàn)可持續(xù)開采利用，避免產(chǎn)生區(qū)域地下水位持續(xù)下降和生態(tài)環(huán)境破壞，以s≤(1/3)H0作為約束條件，結(jié)合規(guī)劃開采量，篩選出水源地地下水允許開采量和最佳開采方案[8]。

2.3 開采方案確定方法

選擇最佳開采方案不僅要針對水文地質(zhì)條件對管井的布局進(jìn)行合理設(shè)計，還要確定開采井?dāng)?shù)、井間距離、井河距離以及單井開采量。

2.3.1 管井布局設(shè)計

為了更好地激發(fā)水源地河流對水源地地下水的補(bǔ)給，開采井沿第二松花江呈直線形排列。根據(jù)水源地鉆孔資料，含水層平均厚度(H0)為18.5 m，最大厚度不超過23 m，為了使開采井獲得較好的出水效果，有利于較大口徑潛水泵下放，參照當(dāng)?shù)亻_采井規(guī)格，設(shè)計采用井半徑為0.25 m的完整井開采。

根據(jù)研究區(qū)水文地質(zhì)條件和場地建設(shè)條件，井間距離和井河距離分別設(shè)計以下幾種情況：井間距離100 m、150 m、200 m，井河距離150 m、200 m、250 m。由于場地平行于河流的長度有限(約2 500 m)，為節(jié)省建井投資，井?dāng)?shù)設(shè)為12眼和9眼兩種情形。

2.3.2 開采井?dāng)?shù)

開采井?dāng)?shù)是由規(guī)劃開采量和單井開采量共同決定的，單井開采量以目標(biāo)含水層最大允許降深為約束。因此，應(yīng)分析每種開采方案總開采量和最大降深，結(jié)合水源地水文地質(zhì)條件，選擇總開采量和最大水位降深均滿足設(shè)計要求的開采方案對應(yīng)開采井?dāng)?shù)為最佳開采井?dāng)?shù)。

本次研究以開采量35 000 m3/d和含水層平均厚度的三分之一(6.2 m)為約束，通過分析兩種井?dāng)?shù)對應(yīng)開采方案，選擇最佳開采井?dāng)?shù)。

2.3.3 井間距離

開采井間距離越大，井與井之間的干擾作用越小，相同抽水量引起的降深越小，抽水泵耗電費(fèi)用越低。同時，井間距離變大會增加集水管線和電路的長度，提高開采成本，給維護(hù)管理工作帶來不便。從經(jīng)濟(jì)效益的角度分析，應(yīng)控制井間距離在合理的范圍內(nèi)[9]。

本次研究以含水層平均厚度的三分之一(6.2 m)作為地下水位降深約束條件，利用式(9)計算不同井間距離和井河距離條件下各種方案的井群中心井最大開采量，同時計算不同井河距離單井最大開采量，將兩者進(jìn)行比較，計算干擾系數(shù)并繪制井間距離-干擾系數(shù)關(guān)系圖，選擇曲線拐點(diǎn)處開采井間距離為最佳井間距離[10]。

2.3.4 井河距離和單井開采量

抽水井距河流越近，單井涌水量越大，在經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件允許時井群應(yīng)盡量接近河流。但是，距離河流太近容易造成井群被洪水淹沒，水中夾帶的懸浮顆粒沉積于井內(nèi)，使開采井淤塞。為了避免井群被洪水淹沒，井河距離需大于50 m[11]。入滲河水中的污染物濃度隨滲濾時間、滲透距離的增加而減小[12～13]，所以在滿足規(guī)劃開采量的同時應(yīng)該選擇井河距離較大的開采方案。

本次研究以含水層平均厚度的三分之一(6.2 m)為最大允許降深，在井間距離固定而井河距離不同的條件下利用式(9)計算井群單井最大開采量和總開采量，并以大成公司規(guī)劃開采量35 000 m3/d為約束，綜合上述多因素選擇最佳井河距離和單井開采量。

2.4 開采方案可靠性和合理性分析

開采方案可靠性和合理性分析主要從取水保證程度、取水安全以及取水影響三個方面進(jìn)行討論。

2.4.1 水源地取水保證程度分析

傍河開采地下水會增大水力坡度，加強(qiáng)河水與地下水的水力聯(lián)系，河水將成為水源地地下水的主要補(bǔ)給來源[14]。由于水文地質(zhì)條件概化時會出現(xiàn)誤差，一般情況下，需計算地下水補(bǔ)給總量，論證計算開采量的保證程度，進(jìn)而確定地下水允許開采量。

研究區(qū)潛水含水層單井涌水量為6～17 L/(s·m)，屬于極強(qiáng)富水性含水層，可開采系數(shù)為0.85～0.95時，計算所得地下水允許開采量較為合理[15]。本次研究首先估算水源地開采后地下水補(bǔ)給總量(河流入滲補(bǔ)給量、地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給量、降水入滲補(bǔ)給量)，計算研究區(qū)可開采系數(shù)ρ，分析利用解析法計算得到的地下水允許開采量是否合理。然后計算各補(bǔ)給項與地下水補(bǔ)給總量的比值，結(jié)合河流入滲補(bǔ)給量與河流多年平均徑流量、枯水年徑流量的比值，分析水源地地下水補(bǔ)給是否穩(wěn)定，并論證水源地地下水允許開采量的保證程度。

可開采系數(shù)：

(10)

式中：Q允——計算所得地下水允許開采量；Q總補(bǔ)——地下水補(bǔ)給總量。

2.4.2 水源地取水安全性分析

水源地開采后井群處將形成穩(wěn)定的降落漏斗，河流將成為地下水主要補(bǔ)給來源，河流污染造成地下水污染可能性加大。因此，水源地取水安全分析應(yīng)先確定河流潛在污染物，利用其在地下水中的衰減規(guī)律，以國家標(biāo)準(zhǔn)限定值為井群處濃度反推河流污染物初始濃度，從而為水源地應(yīng)對河流突發(fā)污染事故提供依據(jù)。

位于水源地上游的吉林市存在多家大型石油化工企業(yè)，2005年11月13日，吉林石化公司雙苯廠發(fā)生爆炸事故，100 t苯類物質(zhì)(硝基苯、苯)流入松花江造成江水嚴(yán)重污染。本次研究以硝基苯作為河流污染物[16]，以國家標(biāo)準(zhǔn)0.017 mg/L為井群處濃度，利用一級衰減反應(yīng)方程反推河流中硝基苯初始濃度，預(yù)測河流污染對開采井群處地下水影響。

(11)

式中：L——井河距離；C0——河流中有機(jī)物污染物的初始濃度；C——開采井群處地下水有機(jī)物污染物的濃度；λ——有機(jī)污染物的自然衰減系數(shù)，取λ=0.003/h；u——有機(jī)污染物遷移速度(u=KI/ne，ne為有效孔隙度)。

2.4.3 水源地取水影響分析

取水影響分析主要從開采產(chǎn)生漏斗水位埋深及漏斗面積兩個方面考慮。由于水源地周邊為農(nóng)村，所以應(yīng)重點(diǎn)預(yù)測水源地開采對農(nóng)村生活用水及周圍水環(huán)境的潛在影響。

對于砂類潛水含水層管井井群抽水而言，影響半徑采用以下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：

(12)

根據(jù)式(9)計算出最佳開采方案穩(wěn)定時各開采井的降深，并按式(12)估算各抽水井的影響半徑，最后結(jié)合各井降深和影響半徑利用克里金插值繪制地下水降深等值線圖，分析由于地下水開采造成的影響。

3 結(jié)果與討論

3.1 水文地質(zhì)參數(shù)計算結(jié)果

水文地質(zhì)參數(shù)根據(jù)2015年10月29日研究區(qū)單井定流量非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)獲得，計算結(jié)果見表1。

表1 水文地質(zhì)參數(shù)一覽表Table 1 Hydrogeological parameters

結(jié)果顯示T=1 083.313 m2/d，μ=0.216，K=58.563 m/d，說明研究區(qū)目標(biāo)含水層透水性好，適宜建立管井井群進(jìn)行集中開采。

3.2 開采方案參數(shù)確定

3.2.1 開采井?dāng)?shù)

利用式(9)計算設(shè)計開采方案總開采量，結(jié)果見表2。

表2 各開采方案達(dá)最大降深時總開采量Table 2 Total exploitation of each pumping scheme when the maximum allowable drawdown is attained

通過對比表2中的開采方案可得，當(dāng)各開采方案最大降深達(dá)到含水層最大允許降深6.2 m時，井?dāng)?shù)為9眼的開采方案總開采量未能達(dá)到規(guī)劃開采量35 000 m3/d的要求。因此，選擇井?dāng)?shù)為12眼的開采方案進(jìn)行井間距離、井河距離和單井開采量的討論。

3.2.2 井間距離

利用式(9)對設(shè)計開采方案中心井干擾系數(shù)計算結(jié)果見表3。

由表3和圖4可知，在曲線的左段，曲線較陡，斜率較大，隨著井間距離略微增加，中心井干擾系數(shù)急劇減小。在曲線中段，曲線斜率接近1，井間距離隨中心井干擾系數(shù)近似均勻變化。而在曲線右端，曲線近似平緩，斜率變小，隨著井間距離的增加，中心井干擾系數(shù)減小不再明顯。顯而易見，150 m處為曲線拐點(diǎn)。因此，選擇150 m作為最佳井間距離。

表3 各開采方案中心井干擾系數(shù)Table 3 Interference coefficient of the central well of each scheme

圖4 開采井間距離與中心井干擾系數(shù)的關(guān)系Fig.4 Relationship between the well distance and the interference coefficient of the central well

3.2.3 井河距離和單井開采量

利用式(9)分別計算井河距離為50 m、100 m、150 m、200 m、250 m時開采方案的單井最大開采量和總開采量，計算結(jié)果見表4。

表4 井河距離對應(yīng)單井最大開采量Table 4 The maximum exploitation of the single well corresponding to the distance from the wells to the river

由表4和圖5可知，井河距離為50 m、100 m、150 m、200 m都滿足規(guī)劃開采量要求，但為了使入滲河水獲得較為充足的滲濾時間凈化水質(zhì)，同時防止井群被洪水淹沒，選擇200 m作為最佳井河距離，最佳單井開采量為2 960 m3/d。

圖5 單井最大開采量與井河距離的關(guān)系Fig.5 Relationship between the maximum exploitation of the single well and the distance from the wells to the river

綜合考慮上述因素，選擇井河距離200 m、井間距離150 m、單井開采量2 960 m3/d、井?dāng)?shù)12的方案為最佳開采方案。因此，研究區(qū)地下水允許開采量為35 520 m3/d。

3.3 開采方案可靠性和合理性分析

3.3.1 水源地取水保證程度分析

通過式(10)計算可知，水源地開采后地下水補(bǔ)給總量為40 183 m3/d，大于計算地下水允許開采量35 520 m3/d，水源地地下水可開采系數(shù)為0.88，位于合理區(qū)間范圍內(nèi)，因此，解析法所得地下水允許開采量是合理的。在地下水各補(bǔ)給項中，河水補(bǔ)給所占比例最大，占地下水補(bǔ)給量的62.22%，其余37.78%來自大氣降水入滲補(bǔ)給和側(cè)向徑流補(bǔ)給。根據(jù)松花江水文站長期觀測資料，第二松花江多年平均徑流量為156×108m3/a，枯水年徑流量為81.7×108m3/a，河流入滲補(bǔ)給量僅占第二松花江多年平均徑流量的0.58‰，枯水年徑流量的1.12‰。因此，水源地開采后第二松花江對地下水的補(bǔ)給充足而穩(wěn)定，供水保證率較高，并且不會對下游河道徑流量造成太大影響。

表5 水源地開采后地下水補(bǔ)給量Table 5 Groundwater recharge after exploitation of the wellfield

3.3.2 水源地取水安全分析

通過式(11)計算可知，當(dāng)河流中硝基苯濃度小于0.325 mg/L時，河水經(jīng)滲濾作用后到達(dá)井群處硝基苯濃度低于國家標(biāo)準(zhǔn)，不會威脅水源地取水安全；但當(dāng)河流中硝基苯濃度大于0.325 mg/L時，井群處地下水硝基苯就會超標(biāo)，水源地應(yīng)采取相應(yīng)的應(yīng)急保護(hù)措施，比如停止開采地下水、通過人工回灌建立“補(bǔ)給水丘”以及利用生物和化學(xué)反應(yīng)技術(shù)等手段來防止地下水水質(zhì)惡化現(xiàn)象產(chǎn)生[17]。

3.3.3 水源地取水影響分析

利用式(12)計算得到最佳開采方案各開采井影響半徑，結(jié)合各井抽水穩(wěn)定降深，利用克里金插值繪制水源地開采形成的地下水降深等值線圖。計算結(jié)果見表6。

(1)水源地開采對環(huán)境的影響

由圖6和表6可知，在開采過程中，開采井地下水位下降4.9～6.1 m，地下水位的降低不僅會使區(qū)內(nèi)地下水動力場發(fā)生改變，減少潛水蒸發(fā)量，增加河流襲奪量和鄰區(qū)側(cè)向徑流補(bǔ)給量，還會加快地下水的更替速度，使地下水受地表水污染的可能性加大。

開采方案的最大允許降深不超過含水層厚度的三分之一，地下水補(bǔ)給迅速，河流入滲補(bǔ)給量約占地下水補(bǔ)給總量的62.22%，所以，水源地補(bǔ)給穩(wěn)定，開采不會導(dǎo)致含水層水量枯竭和生態(tài)環(huán)境惡化，不會對區(qū)域地下水資源產(chǎn)生較大影響。

(2)水源地開采對周邊農(nóng)村用水的影響

由圖6和表6得，當(dāng)開采穩(wěn)定后，開采井的影響半徑為325.5～404.5 m，而位于水源地西南側(cè)、距離水源地最近的高家店距離井群1 000 m之外，超出了水源地開采的影響范圍，因此，水源地開采不會對周邊農(nóng)村生活及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成不良影響。

表6 井群抽水時各井降深以及影響半徑Table 6 Drawdown and influence radius of each well in the well group

圖6 最佳開采方案地下水降深等值線圖Fig.6 Contour map of groundwater drawdown for the optimal exploitation scheme

4 結(jié)論與建議

根據(jù)解析法計算結(jié)果，吉林省德惠市傍河水源地地下水允許開采量為35 520 m3/d，開采井沿河流呈直線形單排布井方式，井?dāng)?shù)為12眼，井河距離為200 m，井間距離為150 m，單井開采量為2 960 m3/d時，能實(shí)現(xiàn)地下水可持續(xù)開采，取水保證程度較高，面對河流突發(fā)性污染具有一定的抵御能力，不會對區(qū)域水環(huán)境和其他用戶造成較大影響。本文研究的基礎(chǔ)上，提出以下建議：

(1)解析解是在簡化條件下利用地下水動力學(xué)公式計算得到的近似解，存在一定程度誤差，若今后條件允許，需利用數(shù)值法或?qū)嶋H工程驗(yàn)證。

(2)本次研究采用一級衰減反應(yīng)方程，河流污染物以硝基苯為例，初步對水源地取水安全進(jìn)行了分析，但未能考慮其他眾多污染物，今后仍需要對多種污染物共存的情況做進(jìn)一步研究。

(3)取水影響分析程度不夠深入，例如，隨著時間的推移，傍河水源地有可能出現(xiàn)水量衰減、河流滲濾凈化效率降低和滲透性發(fā)生改變等問題。

[1] 劉佩貴, 束龍倉. 傍河水源地地下水水流數(shù)值模擬的不確定性[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報: 地球科學(xué)版, 2008, 38(4): 639-643.[LIU P G, SHU L C. Uncertainty on numerical simulation of groundwater flow in the riverside well field[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2008, 38(4): 639-643. (in Chinese)]

[2] 張人權(quán). 地下水資源特性及其合理開發(fā)利用[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì), 2003, 30(6):1-5.[ZHANG R Q. Characteristics of groundwater resources and their reasonable development[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2003, 30(6): 1-5. (in Chinese)]

[3] 郭學(xué)茹,左銳,王金生,等. 傍河水源地地下水可持續(xù)開采量確定與開采方案分析[J]. 北京師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013(增1):250-255.[GUO X R, ZUO R, WANG J S,etal. Sustainable groundwater yield scenarios in water resource area along rivers[J]. Journal of Beijing Normal University(Natural Science), 2013(Supp1): 250-255. (in Chinese)]

[4] 郭倩,牟海斌,徐嘉璐,等. 水平井開采地下水方案優(yōu)選的實(shí)例研究[J]. 南水北調(diào)與水利科技,2013(4):105-108.[GUO Q, MOU H B, XU J L,etal. A case study on the scheme optimization of horizontal wells to exploit groundwater[J]. South-to-North Water Transfers and Water Science & Technology, 2013(4): 105-108. (in Chinese)]

[5] 戴長雷,遲寶明,陳鴻雁. 傍河型地下水水源地論證[J]. 工程勘察,2005(2):26-28.[DAI C L, CHI B M, CHEN H Y. Demonstration on the well field at riverside[J]. Geotechnical Investigation & Surveying, 2005(2): 26-28. (in Chinese)]

[6] 王婉麗,崔亞莉,藺文靜,等. 地下水應(yīng)急開采對鄭州市傍河水源地的影響[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì),2013,30(3):28-32. [WANG W L, CUI Y L, LIN W J,etal. Impact of groundwater emergency exploitation on the riverside well fields near Zhengzhou[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2013, 30(3): 28-32. (in Chinese)]

[7] 劉心彪,趙成,郭富赟. 隴東盆地洛河組深層地下水開發(fā)利用研究[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì),2013,30(4):13-19. [LIU X B, ZHAO C, GUO F Y,etal. A discussion of the exploitation of the deep-seated groundwater based on the Bajiazui wellfield in the Longdong Basin[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2013, 30(4): 13-19. (in Chinese)]

[8] Gaur S, Mimoun D, Graillot D. Advantages of the analytic element method for the solution of groundwater management problems[J]. Hydrological Processes, 2011, 25(22): 3426-3436.

[9] Katsifarakis K L. Groundwater pumping cost minimization-an analytical approach[J]. Water resources management, 2008, 22(8): 1089-1099.

[10] 李云峰,李志剛. 解析法確定干擾井群的合理布局[J]. 地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報,1997(增1):47-50.[LI Y F, LI Z G. The analytical method for rationally distributing interference well group[J]. Journal of Earth Science and Environment, 1997(Supp1): 47-50. (in Chinese)]

[11] 章韋民. 傍河水源地岸邊取水井排井間距離的確定[J]. 勘察科學(xué)技術(shù),1992(5):45-46.[GUO W M. Determination of the distance between the wells and wells in water source area along river[J]. Site Investigation Science and Technology, 1992(5): 45-46. (in Chinese)]

[12] Page R M, Scheidler S, Polat E,etal. Faecal indicator bacteria: Groundwater dynamics and transport following precipitation and river water infiltration[J]. Water, Air, & Soil Pollution, 2012, 223(5): 2771-2782.

[13] Hoehn E, Scholtis A. Exchange between a river and groundwater, assessed with hydrochemical data[J]. Hydrology and Earth System Sciences, 2011, 15(3): 983-988.

[14] Zhang C Y. Research on sustainable exploitation of groundwater resource in the riverside well field[J]. Applied Mechanics and Materials. Trans Tech Publications, 2014, 675: 896-900.

[15] 李霄,都基眾,崔健,等. 渾河沖洪積扇淺層地下水資源評價與可開采潛力分析[J]. 中國農(nóng)村水利水電,2012(12):49-54.[LI X, DU J Z, CUI J,etal. An analysis of the resources evalution and exploration potential of the shallow groundwater of the Hun river alluvial fan[J]. China Rural Water and Hydropower, 2012(12): 49-54. (in Chinese)]

[16] 張文靜,林學(xué)鈺,蘇小四. 硝基苯在含水層中遷移轉(zhuǎn)化影響因素的定量研究[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版),2007(2):346-349.[ZHANG W J, LIN X Y, SU X S. Quantitative study on effect factors of Nitrobenzene’s transport and fate in aquifer[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2007(2): 346-349. (in Chinese)]

[17] Yingying Lan, Menggui Jin, Chun Yan,etal. Schemes of groundwater exploitation for emergency water supply and their environmental impacts on Jiujiang City, China[J]. Environmental Earth Science,2015, 73(5): 2365-2376.

責(zé)任編輯：張若琳

Application of analytical methods to determination of theexploitation scheme of a wellfield at riverside

WEN Chuanlei1,2, DONG Weihong1,2, CUI Geng1,2, LIU Yang1,2, SU Xiaosi1,2

(1.KeyLaboratoryofGroundwaterResourcesandEnvironment,MinistryofEducation,JilinUniversity,Changchun,Jilin130021,China; 2.InstituteofWaterResourcesandEnvironment,JilinUniversity,Changchun,Jilin130021,China)

Rational design of exploitation schemes is of great significance to the development of groundwater resources along a river. The study area is located in Dehui, which is a typical region along a river. Based on the survey of hydrogeological conditions in the study area, analytic methods are used to determine the optimal exploitation scheme and the allowable groundwater yield by the tube wells. The rationality and reliability of the optimal exploitation scheme are also analyzed. The results show that 12 pumping wells is in a straight line along the river with the distance between wells of 150 m. The distance between the wells and the river is 200 m. The pumping rate of a single well is 2 960 m3/d, while the total amount of groundwater exploitation is 35 520 m3/d. The exploitation scheme not only has higher water supply reliability, but also has a certain ability to withstand the sudden pollution of river. Meanwhile, this scheme will not cause great impact on the regional water environment and other users.

groundwater; well field; analytical method; exploitation scheme; allowable groundwater yield

2016-05-14;

2016-07-12

松花江傍河取水水質(zhì)安全保障關(guān)鍵技術(shù)及示范(2014ZX07201010)

溫傳磊(1993-)，男，碩士研究生，主要從事水資源評價與管理研究。E-mail:wenchuanlei@126.com

董維紅(1974-)，女，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事水文地球化學(xué)及水資源評價與管理方面的教學(xué)與科研工作。 E-mail:dongweihong@jlu.edu.com

10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.2017.03.04

P641.8

A

1000-3665(2017)03-0019-08