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        灤縣新建地下水源地開采方案論證

        2022-03-29 11:54:06吳立彬李春秀
        地下水 2022年1期
        關鍵詞:灤河補給量開采量

        張 林,吳立彬,李春秀

        (中冀建勘集團有限公司,河北 石家莊 050200)

        地下水資源作為干旱半干旱地區(qū)的主要水源,在保障飲用水安全、支持社會經(jīng)濟發(fā)展、維系生態(tài)環(huán)境平衡等方面具有重要作用[1]。傍河地下水源地通過激發(fā)河水入滲提高了水資源的開發(fā)利用率,同時含水介質(zhì)充分發(fā)揮了過濾組分凈化水質(zhì)的作用。傍河地下水源地具有水位埋深淺,含水層穩(wěn)定,適宜集中建立井群開采。因此,科學評價水源地的開采量、井群布置、可開采量及對周邊的環(huán)境地質(zhì)影響具有重要的意義。文章結(jié)合灤縣新建地下水源地,深入分析論證了其開采方案的科學性和可靠性,對保障灤縣取水安全和城市的可持續(xù)發(fā)展具有重要的支撐作用。

        1 自然地理概況

        1.1 勘察區(qū)范圍

        根據(jù)水資源時空分布特征和開發(fā)利用現(xiàn)狀,確定調(diào)查區(qū)范圍:地理坐標為北起山港村~何莊,南至店坨村~莊窠,西起馬各莊~南莊,東至盧龍縣南關~指揮村,控制面積610 km2。重點勘察區(qū)選定在響嘡街道后遷義莊村東、灤河西岸,面積約2.0 km2。勘察區(qū)范圍見圖1。

        圖1 勘察區(qū)范圍示意圖

        1.2 水文地質(zhì)條件

        擬建水源地位于灤河西側(cè)的一級階地上,水文地質(zhì)單元為灤河沖洪積扇上部。根據(jù)探采結(jié)合井勘探結(jié)果,擬建水源地在水平方向與垂直方向上與區(qū)域水文地質(zhì)條件基本一致,地層為第四系全新統(tǒng)沖洪積地層,沿東西向基巖埋深西部淺東部深,南北方向基巖埋深北部淺南部深。

        據(jù)鉆孔及抽水試驗資料,主要開采層位為第四系第Ⅰ含水組(Q4),底板埋深38~45 m,水位埋深約5.5~6.0 m,含水層厚度26~34 m,巖性以中粗砂、中粗砂含礫石為主,砂礫混雜,結(jié)構(gòu)松散。礫石成分主要為片麻巖、石英巖、砂巖及火成巖等,分選中等,磨圓度較好,直徑一般2~15 mm,個別20~50 mm。水動力特征為潛水,單位涌水量30~50 m3/h·m,滲透系數(shù)25~80 m/d,水化學類型為HCO3·SO4-Ca·Mg型水,礦化度468.3~494.1 mg/l,pH值7.48~7.59,總硬度(以CaCO3計)為276.1~288.0 mg/L,氟化物含量0.32~0.36 mg/L。

        2 開采方案論證

        2.1 水源井的布置

        根據(jù)水源地水文地質(zhì)條件、水廠規(guī)模、已施工的2眼探采結(jié)合井抽水試驗資料及傍河水源地特點,布置方案是平行于灤河??拷鼮春游鱾?cè)盡量多布設,目的是盡最大可能襲奪河流補給及吸取河東岸漫灘地下水補給。按2排布置,靠近灤河的水源井單井出水量按照200 m3/h計算,布置7眼,另一排按照150 m3/h計算,布置5眼,共計布置水源井12眼,其中4眼井作為備用水源井,排間距150~200 m,井間距150~200 m,詳見圖2。

        井孔結(jié)構(gòu):井孔深度至完整基巖,主要開采段為12 m以下含水層,終孔孔徑Φ1 000 mm。井管種類及規(guī)格:井管包括井壁管、濾水管和沉淀管,其中井壁管、沉淀管采用Ф529 mm螺旋鋼管,濾水管采用Ф529 mm橋式濾水管。濾料規(guī)格Ф3~5 mm,止水采用粘土球,封孔用優(yōu)質(zhì)粘土。

        2.2 水源地中心點水位降深預測

        項目實施后地下水位變化,主要由以下幾個方面因素確定:(1)由于取水引起的地下水位下降;(2)由于降水入滲、河道滲漏補給和其他補給使地下水位上升;(3)整個區(qū)域內(nèi)其他用水戶的開采所引起的地下水位的下降。

        依本區(qū)水文地質(zhì)條件和布井方案,將擬建水源地開采段目的層概化為非均質(zhì)、各向同性、等厚、水平埋深、供水邊界的矩形開采區(qū),開采井為干擾潛水井,設擬建水源地開采4×104m3/d,單井出水量為200 m3/h的水源井6眼和120 m3/h的水源井4眼,則開采后中心水位下降值計算方法見式(1):

        s=s1+s2

        (1)

        式中:s為水源地中心點水位下降值(m);s1為水源井開采對中心點水位下降影響值之和(簡稱干擾降深)(m);s2為開采期區(qū)域水位下降值(m)。

        圖2 水源井布置圖

        2.2.1 干擾降深(s1)

        根據(jù)水位疊加原理,干擾條件下,某點水位降深等于本井開采和其他井開采對其影響值的疊加值,公式如下:

        (2)

        式中:s1為干擾井群對計算點處產(chǎn)生的總水位降深(m);Qi為第ⅰ眼井干擾井的單井出水量(m3/d);K為滲透系數(shù)(m/d);H為潛水含水層原始水位(m);a為壓力傳導系數(shù)(m2/d),a=KH/μ;t為開采期限(d);ri為第ⅰ眼井到計算點的距離(m)。s1為t時刻計算點水位降深(m);H為潛水含水層原始厚度(m);Qi為第ⅰ眼井單井開采量(m3/d);K為滲透系數(shù)(m/d);μ為給水度;ri為第ⅰ眼井到計算點的距離(m);t為預報時間(d)。

        2.2.2 區(qū)域背景下降值s2

        擬建水源地地處灤河一級階地內(nèi),地下水位與灤河水位聯(lián)系密切,升降同步。根據(jù)河北省環(huán)境地質(zhì)勘查院地下水位資料,地下水位多年變化不大,處于多年均衡狀態(tài)。

        2.2.3 擬建水源地中心的降深預報

        依據(jù)式(1)計算,水源地開采10 a,中心點水位降為7.35 m,水源地開采30 a,中心點水位降為7.35 m,各開采時段末水源井中心點的干擾降深、總降深、動水位埋深等結(jié)果詳見表1。

        表1 水源地中心點水位降深預報表 m

        水源地主要含水層為中粗砂含礫石,厚度約26~34 m,富水性較強,水質(zhì)良好,適宜建設集中供水水源地。由擬建水源地各井降深預報可知,在目前埋深(約6 m)的基礎上開采10 a后,地下水位降深7.35 m,屆時水位埋深13.35 m,使用普通水泵即可汲取,是目前開采技術(shù)條件完全可以達到的。

        2.3 允許開采量

        水源地地處灤河一級階地,地下水主要補給來源除灤河滲漏補給、大氣降水入滲補給外,本水文地質(zhì)單元內(nèi)灤河二級階地地下水均向本區(qū)徑流,水力坡度3‰左右,徑流條件良好。本區(qū)含水層巖性主要由砂卵礫石組成,含水層的滲透性強,富水性好。水源地傍河取水,開采時可以獲得大量的地表水入滲補給量,成為可開采量的主要組成部分。灤河月均河道來水量在3億 m3/a以上,在扣除水庫放水量的情況下,來水量亦超過1.1億 m3。灤河豐沛的水量為水源地提供了充足的補給來源,且灤河每年引水時間都在2個月以上,如果考慮著這部分水量,水源地補給量會更有保證。據(jù)區(qū)域地下水資源計算,多年平均大氣降水入滲補給量為2 576.13×104m3/a,漫灘及一級階地的地下水溢出量為41.86×104m3/a。擬建水源地位于灤河一級階地上,可以得到較充足的大氣降水入滲補給、地下水溢出補給。

        開采條件下,灤河對地下水增補量按單寬流量公式計算,見式(3):

        (3)

        式中:Q增為開采條件下灤河對地下水的增補量(104m3/a);△h為河水位與沿岸地下水位差(m),經(jīng)計算,屆時河水位高于地下水2.8 m;μ為潛水含水層平均給水度(據(jù)均衡計算,取μ=0.24);α為導壓系數(shù)(據(jù)抽水試驗計算,α=3.97×104m2/d);t為補給時間(d);L為補給帶寬度(m)(按開采井間距和影響半徑考慮,取L=1 260 m)。

        計算結(jié)果,水源地開采后,灤河可增加地下水補給量363.57×104m3/a。

        2.4 對周邊水資源部況、環(huán)境地質(zhì)的影響

        2.4.1 對周邊水資源的影響

        水源地開采前,主要補給來源為灤河滲漏及大氣降水入滲補給,水源地投產(chǎn)運行后,將會增大河水對地下水的補給量,使地表水資源受到損失,但相對灤河來說其量甚微,且主要發(fā)生時間多在汛期。因此,對地表水資源不會產(chǎn)生明顯的影響。水源地開采后的主要補給來源為汛期灤河滲漏補給,投產(chǎn)后動用地下水靜儲量很少,對地下水資源也不會造成顯著的影響。

        新建水源地運行后,原有水源地開采井和部分企業(yè)自備井將全部關閉,可以緩解對區(qū)域水環(huán)境的影響,隨著地下水位的下降,灤河的地表水將更進一步補給地下水,因此對區(qū)域水資源不會造成顯著的影響。

        2.4.2 對環(huán)境地質(zhì)的影響

        本區(qū)地處灤河沖洪積扇頂部,含水層為砂卵礫石層,顆粒較粗,且不存在粘性土及軟弱地層,水源地開采后不會引發(fā)地面沉降、地面塌陷以及水質(zhì)惡化等環(huán)境地質(zhì)問題。

        3 結(jié)語

        綜上可知,水源地運行后,計算水位降深合理;在開采條件下,激發(fā)補給量會有所增加,而且部分排泄量(地下水溢出量及潛水蒸發(fā)量等)將轉(zhuǎn)化為補給量,屆時實際開采時的水位降深將小于計算降深。隨著水源地運行,現(xiàn)有水源井陸續(xù)關閉,這些開采量的減少對地下水位的下降起到一定的緩解作用。因此,在不增加新的開采條件下,水源地開采4×104m3/d地下水是有充分保證的,對區(qū)域地質(zhì)環(huán)境的影響也是可控的。

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