趙紅梅,趙勇,廖瑞雪,許冠東

(1.四川省生態(tài)環(huán)境科學研究院，成都 610041；2.中國大唐集團科學技術(shù)研究院有限公司水電科學研究院，成都 610074)

1 前言

按照《中華人民共和國水污染防治法》對飲用水源的要求，國家建立飲用水水源保護區(qū)制度，飲用水水源保護區(qū)分為一級保護區(qū)和二級保護區(qū)，必要時，在飲用水水源保護區(qū)外圍劃定一定的區(qū)域作為準保護區(qū)。為了貫徹落實水污染防治法的相關(guān)要求，加強集中式飲用水源地的環(huán)境保護，2007年，我國頒布了《飲用水水源保護區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》(HJ/T338-2007)[1]，明確了飲用水水源保護區(qū)分為地表水飲用水源保護區(qū)和地下水飲用水源保護區(qū)，規(guī)定了地表水型和地下水型水源地保護區(qū)的劃分技術(shù)方法。2018年，原環(huán)境保護部對劃分技術(shù)規(guī)范進行了修訂[2]。

目前國內(nèi)針對巖溶地區(qū)的水源地保護區(qū)劃分多集中在地下水型水源地上，采用的劃分技術(shù)方法多為三維數(shù)值模擬法[3]～[5]、經(jīng)驗公式法，對地表水和地下水相互轉(zhuǎn)化型的水源地研究較少。南方巖溶地區(qū)復(fù)雜的大氣降水→地下巖溶管道水→地表水“三水轉(zhuǎn)化”規(guī)律[6]，給環(huán)境保護工作者開展飲用水源地保護區(qū)劃分帶來了極大的困難與挑戰(zhàn)。而現(xiàn)行規(guī)范往往只針對單純的地表水型和地下水型給出了劃分技術(shù)方法，對巖溶地區(qū)暗河管道交錯、地表水地下水循環(huán)交替的水源地保護區(qū)劃分指導(dǎo)不足。若僅按照導(dǎo)則中規(guī)定的地表水型或地下水型保護區(qū)劃分方法進行劃定，往往造成水源地保護范圍缺失，達不到保護飲用水源水質(zhì)、防范環(huán)境風險的目的。

本文以川東廣安市龍灘河集中式飲用水源地為例，從水文地質(zhì)條件分析入手[3]，深入研究取水口以上的流域匯水特征、“三水轉(zhuǎn)化”規(guī)律、暗河管道邊界的控制作用等，提出了基于現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范和水文地質(zhì)條件分析下的兩種不同的保護區(qū)劃分方案。

2 水源地基本情況

2.1 水源地概述

廣安市前鋒區(qū)城區(qū)供水水源為龍灘河，設(shè)計日供水規(guī)模10 000 m3，供水人口10萬人，為前鋒區(qū)縣級集中式飲用水水源地。目前，龍灘河水源地取水口位于龍灘鎮(zhèn)龍灘電站前池。水源地取水口以上匯水區(qū)域主要包括兩段，一段為龍灘電站前池沿輸水明渠向上游至龍灘水庫導(dǎo)流洞，二段為導(dǎo)流洞以上的龍灘水庫以及上游入庫河流龍灘河及支流皮子槽河。區(qū)域水系結(jié)構(gòu)詳見圖1。

圖1 龍灘水庫流域水系圖

2.2 水系匯水結(jié)構(gòu)

廣安龍灘河發(fā)源于華鎣山山脈西側(cè)的光輝鄉(xiāng)高嶺村，源頭分水嶺處海拔650 m。龍灘水庫壩址以上分為南、北兩條支流，水源地取水口以上水系結(jié)構(gòu)概化情況見圖2。

圖2 水源地取水口上游水系結(jié)構(gòu)概化圖

北支流為龍灘河干流，源頭為爛泥溝和干河溝，河道長度約7.5 km，河床高程364～490 m，河床比降約為17‰。由北往南逐漸匯集了左岸的龍洞灣、閻王溝、干河溝等支溝水，支溝均發(fā)源于華鎣山西側(cè)山麓。枯水期龍灘河上游河段來水量少，基本呈干涸狀態(tài)，主要接受左岸的K1、S27、S25、S26等暗河管道系統(tǒng)地下水的補給，成為主要補給來源，暗河管道系統(tǒng)的源頭均為地表支溝通過落水洞轉(zhuǎn)化為伏流補給。南支流皮子槽河主河道長約3 km，流向N20°～30°E，河床高程364～520 m，河床比降約為52‰。受龍灘煤礦運輸巷道的影響，枯水期上游來水從煤礦巷道通過河床潛入地下，下游河床干涸，主要接受右岸的S55暗河管道系統(tǒng)地下水的補給。

因此，區(qū)域龍灘水庫的匯水除南北龍灘河、皮子槽河補給外，還有一部分重要水源為東側(cè)地表支溝通過伏流轉(zhuǎn)化為暗河管道最后又在支溝排泄補給，且這類型補給方式成為了枯水期龍灘水庫主要的補給水源，對其水質(zhì)的保護顯得尤為重要。

2.3 巖溶含水巖組劃分

水源地周邊區(qū)域出露地層由新至老依次為：第四系松散堆積層(Q4)、侏羅系中下統(tǒng)(J1z)地層、三疊系上統(tǒng)須家河組(T3xj)、三疊系中統(tǒng)雷口坡組(T2l)、三疊系下統(tǒng)嘉陵江組(T1j)和飛仙關(guān)組(T1f)地層，各地層沿北東方向展布。根據(jù)區(qū)域出露地層的巖性組合及巖溶發(fā)育特征，將其劃分為：強巖溶含水巖組(T1j、T1f1-2、T1f2-1、T1f3-1)、中等巖溶含水巖組(T2l2)、弱巖溶含水巖組(T1f1-1、T1f3-2)、隔水巖組(T2l1、T1f4、T1f2-2、P2l、T3xj)等4類。

受北東向隔水巖組的控制，將水庫區(qū)從西向東劃分為五大獨立的地下水含水系統(tǒng)，地下水徑流為順層徑流，龍灘河就發(fā)育于強巖溶T1j和隔水巖組T2l1接觸界面附近。如圖3所示。

2.4 區(qū)域巖溶化特征

龍灘水庫周邊區(qū)域氣候溫和濕潤，雨量充沛，為巖溶發(fā)育提供了良好條件，區(qū)域巖溶形態(tài)主要有巖溶洼地、落水洞、暗河管道、溶洞等。水庫以龍灘河和皮子槽河為界，西側(cè)以相對隔水和隔水地層為主，僅雷口坡組第二段(T2l2)可溶巖呈條帶狀夾于其間，地表未見溶洞發(fā)育，巖溶形態(tài)主要有溶蝕洼地，且沿岸未見流量較大的常年性泉水出露。東側(cè)則以強巖溶含水透水層(T1j)為主間夾少量隔水～中等透水地層，各類巖溶形態(tài)均有發(fā)育，其中落水洞和暗河管道最為突出，K1、S27、S25、S26等暗河管道系統(tǒng)發(fā)育在龍灘河左岸， S55管道系統(tǒng)發(fā)育在皮子槽河右岸，暗河管道上游均由地表支溝經(jīng)落水洞以伏流形式注入，最后在河流切割處成泉。

研究區(qū)地下水的補給方式主要有兩種：①分散補給形式，大氣降雨通過溶蝕裂隙、落水洞、洼地、層面等入滲補給地下水，此種入滲補給形式為該區(qū)主要補給形式；②集中注入式補給，即地表徑流通過巖溶洼地、落水洞等以伏流形式直接集中注入補給地下水，如白巖凼伏流、干河溝伏流、廟梁子伏流、大店村伏流等。區(qū)域地下水的徑流主要受地貌、構(gòu)造及水文網(wǎng)切割情況的控制，沿北東向地層展布方向徑流，最后在龍灘河左右岸以暗河和巖溶下降泉排泄。

2.5 三水轉(zhuǎn)化規(guī)律

結(jié)合流域匯水特征、巖溶地下水補徑排條件分析，龍灘水庫區(qū)域地下水在綠水洞背斜核部的分水嶺區(qū)域接受降雨補給后，受背斜軸部巖層產(chǎn)狀的控制，地下水一部分向西翼龍灘河流域徑流排泄，一部分向背斜東翼御臨河流域徑流排泄，兩翼形成獨立的水文地質(zhì)單元。西翼龍灘河主要在流域分水嶺地帶接受大氣降水補給，受地貌條件控制，地下水就近補給，就近排泄形成地表明流，隨著流域匯水的形成，地表支溝穿越了隔水層組進入到強巖溶化地層中，遇地表強烈發(fā)育的落水洞注入地下，最后在龍灘河左岸受河流切割以暗河管道和大泉形式排泄。

受山區(qū)河道的影響，龍灘河河水具有陡漲陡降的特點，河流枯水期主要接受沿途巖溶管道水的補給，這些巖溶大泉受上游伏流注入的影響，表現(xiàn)為枯水期水量明顯變小、汛期流量增大，大雨后流量陡增的特點。區(qū)域三水轉(zhuǎn)化模式見圖3。

圖3 龍灘河巖溶管道三水轉(zhuǎn)化過程示意圖

3 保護區(qū)劃分方法討論

3.1 基于技術(shù)規(guī)范劃分成果

根據(jù)《飲用水水源保護區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》(HJ338-2018)，水源地類型按照取水口取水類型確定，本項目取水口設(shè)置在龍灘鎮(zhèn)龍灘電站前池，按照規(guī)范確定為地表水型飲用水源地。

(1) 一級保護區(qū)劃分

按照劃分技術(shù)規(guī)范中地表水型水源地類比經(jīng)驗法，一般河流水源地，“一級保護區(qū)水域長度為取水口上游不小于1 000 m，下游不小于100 m范圍內(nèi)的河道水域?！鼻摇胺峭耆忾]式飲用水輸水河(渠)道應(yīng)劃分一級保護區(qū)，其寬度范圍可參考河流型水源保護區(qū)劃分方法”。

龍灘河水源地取水口以上至導(dǎo)流洞之間有1.2 km輸水明渠，渠道寬度約為2 m，渠道全線未封閉。因此，按照規(guī)范要求一級保護區(qū)水域范圍為龍灘電站前池至上游1 200 m導(dǎo)流洞之間的整個輸水渠道范圍；一級保護區(qū)陸域?qū)挾仁芮雷蟀毒o臨坡體，直接接納地表徑流匯入，右岸臨空，高于坡體影響，取右岸縱深50 m、左岸縱深至地表分水嶺范圍。

(2) 二級保護區(qū)劃分

根據(jù)劃分技術(shù)規(guī)范中類比經(jīng)驗方法，二級保護區(qū)水域長度從一級保護區(qū)的上游邊界向上游延伸不得小于2 000 m，下游外邊界距一級保護區(qū)邊界不得小于200 m。二級保護區(qū)水域?qū)挾葹槎嗄昶骄粚?yīng)的高程線下的水域。二級保護區(qū)陸域沿岸縱深范圍一般不小于1 000 m，但不超過流域分水嶺范圍。

按照技術(shù)規(guī)范劃分，龍灘河水源地二級保護區(qū)起點從導(dǎo)流洞起，分別向龍灘河、皮子槽河上游延伸2 000 m。下游外邊界由于電站前池下游為封閉管道且高程遠遠低于電站前池海拔高度，可不劃下游邊界。二級保護區(qū)陸域沿岸縱深取至1 000 m，但不超過流域分水嶺。

(3) 準保護區(qū)

參照二級保護區(qū)的劃分方法，在二級保護區(qū)上游邊界向上游延伸2 000 m為準保護區(qū)水域長度，水域?qū)挾葹槎嗄昶骄粚?yīng)的高程線下的水域，準保護區(qū)陸域范圍取至水域沿岸縱深1 000 m，但不超過流域分水嶺。

基于技術(shù)規(guī)范的龍灘河集中式飲用水源保護區(qū)劃定方法如圖4。

圖4 前鋒區(qū)龍灘河集中式飲用水源地保護區(qū)(基于技術(shù)規(guī)范要求)

3.2 基于技術(shù)規(guī)范劃分成果存在的問題

由圖5可知，基于現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范劃分的飲用水源保護區(qū)西側(cè)取至地表分水嶺，但東側(cè)1 km范圍外的暗河管道以及地表伏流白巖凼伏流、干河溝伏流、廟梁子伏流、大店村伏流卻未被納入到保護區(qū)范圍內(nèi)，這類伏流在枯水期是龍灘水源地主要的給水水源，且伏流的匯水范圍內(nèi)還存在大面積的農(nóng)業(yè)種植、分散式農(nóng)戶居住以及3家煤礦開采企業(yè)。該保護區(qū)劃分范圍，在防控水源地水質(zhì)安全方面存在不足，應(yīng)當進行進一步優(yōu)化。

3.3 基于水文地質(zhì)分析方法的保護區(qū)劃分成果

在前文所述的三水轉(zhuǎn)化模式下，考慮到暗河管道水流運動速度較快，管道的源頭均是地表伏流通過落水洞進入暗河管道，具有河流特性。本文創(chuàng)新性提出將匯入龍灘河的暗河管道K1、S27、S25、S26、S55作為龍灘河的支溝看待，在技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際將整個暗河管道出口至伏流入口白巖凼落水洞、新房子落水洞、黃茅坪落水洞、董家灣落水洞、周家灣落水洞、偏頭山落水洞段劃為二級保護區(qū)水域，兩側(cè)陸域?qū)挾劝凑找?guī)范推薦公式進行計算。同時為了有效管控白巖凼伏流、干河溝伏流、廟梁子伏流、大店村伏流匯水范圍內(nèi)的各類污染源和風險源，本次將落水洞以外的伏流整個匯水范圍劃為準保護區(qū)，增加了對上游農(nóng)業(yè)面源和采礦企業(yè)的風險管控。

在以技術(shù)劃分規(guī)范為基礎(chǔ)，結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)條件分析，確定出龍灘河飲用水源地保護區(qū)劃分范圍如下：

一級保護區(qū)：龍灘電站前池以及龍灘渠道前池進水口上溯至龍灘水庫導(dǎo)流洞出口，兩岸渠堤之間的全部水域范圍；一級保護區(qū)水域邊界右岸縱深50 m，左岸縱深至分水嶺的陸域范圍。

二級保護區(qū)：自導(dǎo)流洞入口分別沿龍灘河與皮子槽河上溯2 000 m的多年平均水位對應(yīng)高程線下的水域，以及龍灘河左岸K1、S27、S25、S26暗河出口沿管道延伸至白巖凼落水洞、新房子落水洞、黃茅坪落水洞、董家灣落水洞、周家灣落水洞之間的管道水域，皮子槽河右岸S55暗河管道出口沿管道延伸至偏頭山落水洞的管道水域。龍灘河二級保護區(qū)水域邊界左岸縱深至第一重山脊線，右岸縱深至流域分水嶺的陸域，皮子槽河二級保護區(qū)水域邊界右岸縱深至第一重山脊線，左岸縱深至流域分水嶺的陸域，暗河管道兩側(cè)縱深66 m的陸域范圍。

準保護區(qū)：二級保護區(qū)上邊界分別沿龍灘河、皮子槽河上溯2 000 m的多年平均水位線下的水域；準保護區(qū)水域邊界龍灘河右岸、皮子槽河左岸縱深至流域分水嶺，龍灘河左岸、皮子槽河右岸縱深至黃蓮村干堰塘、唐家坳、麻柳灣及大店村大埡口、大堰村小學、高硐村弓背梁、橫店村堰塘灣一線地下水補給徑流區(qū)域(其中二級保護區(qū)除外)。

基于水文地質(zhì)分析方法的保護區(qū)劃分結(jié)果見圖5。

圖5 前鋒區(qū)龍灘河集中式飲用水源地保護區(qū)劃分(基于水文地質(zhì)分析)

4 結(jié)論

(1) 巖溶地區(qū)典型的大氣降水→地下巖溶管道→河流的“三水”轉(zhuǎn)化過程，給環(huán)境保護工作者開展飲用水源地保護區(qū)劃分帶來了極大的困難與挑戰(zhàn)。而現(xiàn)行規(guī)范往往只針對單純的地表水型和地下水型給出了劃分技術(shù)方法，對巖溶地區(qū)暗河管道交錯、地表水地下水循環(huán)交替的水源地保護區(qū)劃分指導(dǎo)存在不足。本文對比了基于技術(shù)規(guī)范要求和基于水文地質(zhì)分析的兩種不同劃分方法，得到第二種方案更具合理性、科學性。

(2) 在復(fù)雜巖溶地區(qū)劃分飲用水源保護區(qū)，應(yīng)該在水源地保護區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，特別重視對水文地質(zhì)條件的分析，研究區(qū)域“三水”轉(zhuǎn)化規(guī)律，使保護區(qū)劃分結(jié)果在滿足規(guī)范要求的同時，更符合地方實際，確保飲用水水源水質(zhì)得到有效、全面保護。

(3) 本文考慮到暗河管道水流運動速度較快，具有河流的特性，創(chuàng)新性提出將匯入龍灘河的暗河管道K1、S27、S25、S26、S55作為河流的支溝看待，對暗河管道劃定一定范圍的二級保護區(qū)，具有一定的創(chuàng)新性。