朱 卉

（河南省地質礦產勘查開發(fā)局第五地質勘查院，鄭州 450001）

1 水資源開發(fā)利用現狀

鄭州市是地表水和地下水聯合供水的城市，地表水主要以黃河及南水北調水作為供水水源。引黃水源地有邙山提灌站、花園口提灌站；鄭州市中心城區(qū)（除高新區(qū)）城市供水水源長期以黃河干流地表水為主（灘區(qū)地下水為傍河取水，占用黃河干流水指標），2014年年底南水北調中線工程通水后，柿園水廠、白廟水廠等水廠逐步使用南水北調水替換原水源，目前南水北調水已成為柿園水廠、白廟水廠、東周水廠主要水源，劉灣水廠的水源全部取用的是南水北調水，鄭州全市承接南水北調水廠11座，現狀總供水能力108.7萬m3/d，規(guī)劃總供水能力190.5 萬m3/d；地下水水源地有市區(qū)井水廠、北郊水源地和“九五灘”水源地；人工水庫蓄水有尖崗水庫、常莊水庫和西流湖。

據統計，2015年鄭州市各種供水工程供水總量16.732 億m3，其中，地表水供水總量7.557 億m3，占總供水量的45%；地下水供水量為8.381億m3，占總供水量的50%；其它水源供水量為0.795億m3，占總供水量的5%[1]。

2 供水水文地質條件與地下水資源現狀

2.1 供水水文地質條件

在區(qū)內北西及東西向兩組正斷層作用下，由西南往東北方向，第四系地層沉積厚度逐漸增大，特別是老鴉陳斷裂東側的黃河沖積平原區(qū)，長期處于快速沉降狀態(tài)，堆積了巨厚的松散堆積物，所以本區(qū)地下水類型均為松散巖類孔隙水。

評價區(qū)北部黃河沿岸接受黃河側滲補給和大氣降水入滲補給，水資源十分豐富，單井涌水量3000～5000 m3/d，為強富水區(qū)；其余大部分地區(qū)單井涌水量1000～3000 m3/d，滲透系數10～35 m/d，為富水區(qū)；在西南部石佛—瓦崗寺—十八里河一帶，由泥質粉砂及粘性土組成孔隙裂隙水和粘土裂隙孔隙水，單井涌水量100～500 m3/d，為中等富水，此外，鄭州市柳林鄉(xiāng)、中牟縣大孟鄉(xiāng)等地亦有零星中等富水區(qū)分布。

全區(qū)淺層水的水化學類型主要有以下幾種，即HCO3-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca·Mg、HCO3·Cl-Ca·Mg、HCO3-Ca、HCO3-Ca·Na、HCO3-Ca·Na·Mg（Ca·Na·Mg、Mg·Na·Ca）型等。總體上，評價區(qū)淺層地下水水質市區(qū)較差，郊區(qū)較好。鄭州城區(qū)和中牟縣城，超標因子4～6項，包含有氯化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽等毒理性因子，不宜飲用。郊區(qū)多為HCO3型水，超標因子1～3 項，為總硬度、溶解性總固體、鐵、錳等一般化學性指標，適當處理后適宜飲用[2]。

2.2 地下水資源現狀

鄭州評價區(qū)的天然補給資源量為72 232.63 萬m3/a，其中山區(qū)23 427.32 萬m3/a，平原48 805.31 萬m3/a；淺層可開采資源量為83 244.2.2 萬m3/a，其中山區(qū)20 203.81 萬m3/a，平原63 040.39 萬m3/a；深層承壓水可采儲存量為23 468.53萬m3/a。

地下水開采潛力，主要分析平原區(qū)地下水開采潛力，從地下水資源潛力方面可分析得出，鄭州平原區(qū)地下水剩余量為-1.13×108m3/a，潛力指數為0.884，存在超采情況，見表1。

表1 鄭州地下水剩余量及開采潛力指數一覽表

3 應急水源地

3.1 選擇原則

地下水應急水源地的選取需要考慮水量的大小、水質的好壞、有效含水層的底板埋深、補給能力的大小、可開采資源儲量的大小、距中心供水城市距離的遠近、水源地的安全性、供水時間及定額、地質環(huán)境等因素，每個因素都影響著城市應急地下水源地的選取。結合實際情況，鄭州地下水應急水源地選取原則有:富水性強，深度適中；水資源儲存量大且補給條件好；水質較好且易于保護；距離適中等條件。

3.2 應急開采量的確定

應急地下水水源地應急開采量設計的宗旨是首先解決居民生活用水的水量。本次應急水源地選址、應急需水量要考慮城市遠期規(guī)劃，應急需水量的確定不僅要確定應急生活供水定額，還要考慮到遠期規(guī)劃的人口數，本次遠期規(guī)劃人口到2030年，經統計分析，基本生活用水按130 L/（人·d），人口以800萬計，應急需水量則需要104.0萬m3/d。

在應急狀態(tài)下，供水水源只有南水北調水和地下水，南水北調水和地下水可利用量為89.14萬m3/d，應急供水狀態(tài)下，需水量為104.0萬m3/d，供水量缺口14.86 萬m3/d，這就需要新建應急水源地來滿足應急需求缺水量。

3.3 選址結果

根據鄭州的水文地質條件、城市用水情況、城市規(guī)劃布局、供水網管規(guī)劃結合應急地下水源地選址原則，應急地下水源地的最終選址為萬灘應急水源地，位于鄭州東劉集—萬灘一帶，面積為153 km2，地下水類型為松散巖類潛水。

4 應急資源量評價

4.1 評價方法選擇

結合本次工作目的任務及收集資料的程度，擬采用水位預報法對本次地下水應急可開采資源量進行計算及評價。

4.2 邊界條件概化

水源地北邊界黃河流量大，水面寬，與地下水水力聯系密切，可作為定水頭補給邊界處理。

水源地地處黃河沖積平原，淺層含水層分布廣泛，含水層巖性為中粗砂、細砂、中砂，含水層3～4層，局部1～2 層，砂層累計厚度60～70 m。含水層底板隔水層主要為中更新統上部粘土層，分布穩(wěn)定，平均厚度20～40 m，淺層與中深層地下水水力聯系微弱，基本不存在越流補排關系。

綜上所述，將本區(qū)概化為具有定水頭補給邊界的均質、各向同性的半無限含水層。

4.3 應急開采量計算及評價

考慮干旱極端天氣，應急供水時間一般3～6 個月，水質污染應急時間一般處理時間10～30 d，故應急供水時間定為200 d。

本方案共布設開采井36 眼（見圖1），單井日取水量4200 m3，總開采量約為15.12萬m3/d，應急開采200 d。應用潛水完整井井群干擾非穩(wěn)定流公式，利用計算機分別計算有關觀察點由于擬建水源地開采而引起的降深，結果見表2、圖2和圖3。

圖1 萬灘后備水源地單排布井開采井位置示意圖

表2 觀測井水位預報一覽表

圖2 水源地水位預報降深等值線圖（開采200 d）

圖3 觀測井水位預報降深歷時曲線圖

由水位預測結果可知，水源地以15.12 萬m3/d的開采量開采淺層地下水，在黃河透水邊界的作用下，200 d 時水位下降速率0.0 088 m/d，zz17 號中心井最大水位降深Smax=9.6 m，該值不及含水層厚度（靜水位到含水層底板）的1/5。

由圖2 可以看出，水源地開采所引起的水位降落漏斗范圍較小，中心水位降深較小。降落漏斗中心位于萬灘鎮(zhèn)萬灘村，最大水位降深9.6 m。水位降深大于6 m 的范圍僅有7.25 km2。漏斗呈面北弧形展布，東西方向擴張很小，向西至黃岡廟—徐莊一線即不受開采影響，故新水源地的開采不會影響市區(qū)其它水源地的正常使用；向南擴展較多至后梁—董崗，據2015 年水位統計可知，自然情況下水源地范圍內淺層地下水水位埋深在2～5 m，開采后水位埋深一般6～12 m，局部13～14 m。這樣的水位埋深僅對漏斗中心區(qū)的部分壓水井和對口抽水井（井深一般10～20 m）產生影響，對其他地方影響甚微。

綜上所述，在擬建水源地以15.12 萬m3/d 的開采量進行應急開采，水位的下降狀況是可以接受的，不會引起明顯的環(huán)境地質問題。日開采15.12萬m3/d可行[1]。

4.4 評價結果

黃河天然條件下即存在著河水對兩岸潛水的側向徑流補給。在傍河開采地下水時，由于地下水力坡度的加大，河水和地下水的水量交換大大增強，河水將成為傍河水源地的最主要補給來源。鄭州地下水應急水源地應急開采量評價結果統計表見表3。

表3 鄭州市應急水源地應急開采量評價結果統計表

5 結語

中原城市群建設已經納入國家發(fā)展戰(zhàn)略，是實現中部崛起、帶動中部發(fā)展的重大舉措。鄭州作為中原城市群的中心，其重要地位不言而喻，水資源匱乏、水環(huán)境嚴重破壞問題已成為制約中原城市群乃至整個河南省國民經濟發(fā)展的重要因素。國內外多年的實踐經驗表明，保障飲水安全是許多突發(fā)性和極端性氣候事件發(fā)生后最為迫切的問題之一，尤其在人口高度集中的城市地區(qū)。

近年來，我國一些地方政府陸續(xù)組織開展了一系列的地下水應急備用水源地論證[3]、建設和運行管理等工作，我國城市地下水應急水源地的規(guī)劃、建設與管理工作已取得了開拓性成果。但是，由于對地下水應急水源地在保障供水安全中的戰(zhàn)略作用認識不夠深刻，加上經濟條件、水資源開采難度等客觀因素限制，我國地下水應急水源地建設與管理工作總體上還處于起步階段，亟須加快開展相關工作[1]。