摘要：地下水飲用水水源保護(hù)區(qū)的劃分，主要有經(jīng)驗(yàn)值法、經(jīng)驗(yàn)公式法和數(shù)值模型計(jì)算法3 種技術(shù)方法，因此可根據(jù)不同水源地的水文地質(zhì)特征和水源規(guī)模，選擇不同的保護(hù)區(qū)劃分方法。根據(jù)《飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》（HJ 338-2018）中7.2.2 孔隙水承壓水型水源保護(hù)區(qū)的劃分方法要求，針對(duì)中小型水源地保護(hù)區(qū)中一級(jí)保護(hù)區(qū)劃分，應(yīng)將上部潛水的保護(hù)區(qū)作為承壓水型水源地的一級(jí)保護(hù)區(qū)，劃分方法與中小型的孔隙水潛水水源地相同；中小型的孔隙水潛水水源地沒(méi)有特殊說(shuō)明，不設(shè)二級(jí)保護(hù)區(qū)。因此，某集中式飲用水水源地水源類型為孔隙承壓水型水源，可按照HJ 338-2018 中7.2.2 孔隙水承壓水型水源保護(hù)區(qū)的劃分方法對(duì)集中式飲用水水源保護(hù)區(qū)進(jìn)行劃分。

關(guān)鍵詞：經(jīng)驗(yàn)公式法；孔隙水承壓水型；中小型水源地；一級(jí)保護(hù)區(qū)

飲用水水源安全與人類的生存息息相關(guān)，但隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)水環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，使得我國(guó)集中式飲用水水源安全受到了嚴(yán)重威脅。同時(shí)，伴隨生活水平的提高，人們對(duì)飲用水質(zhì)量提出了更高的要求。因此，為保障飲用水質(zhì)量、保證飲水安全，采取有力的保護(hù)措施對(duì)集中式飲用水水源地進(jìn)行保護(hù)成為當(dāng)務(wù)之急。

本文按照國(guó)家頒布的法律法規(guī)、技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，在收集某集中式飲用水水源地（簡(jiǎn)稱“某水源地”）的自然地理概況、國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展概況、飲用水水源周邊環(huán)境概況及污染源分布特征的基礎(chǔ)上，選取合適的技術(shù)方法、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，研究集中式飲用水水源保護(hù)區(qū)的劃分，確定飲用水水源地保護(hù)區(qū)范圍，為飲用水水質(zhì)安全提供支撐。

1 水源地自然地理概況

某水源地是為人口約2 萬(wàn)人城區(qū)提供飲用水的水源地，也是該城區(qū)的主要飲用水水源地之一。

某水源地所處區(qū)域第四系孔隙含水層分布廣泛，且第四系大致以150 m 標(biāo)高為含水層界，同時(shí)劃分為淺層地下水和深層地下水2個(gè)類型[1]。其中，淺層地下水的含水層主要以細(xì)中砂巖性為主[2]，厚度約50 m，富水性為5～10 m3/h·m，礦化度﹤1 g/L；深層地下水含水層巖性以含礫石粉細(xì)砂為主，厚度在30～35 m，富水性為10～20m3/h·m，礦化度﹤ 1 g/L。

某水源地所處區(qū)域第四系地層巖性為黃色、棕黃、黃褐色、棕紅色粉土、粉質(zhì)粘土、粘土夾砂層與夾砂礫層，成因類型以沖積為主，其中粉土、粉質(zhì)粘土、粘土呈多次結(jié)構(gòu)，隔水性能良好。某水源地所處區(qū)域的地下水位線埋深淺，補(bǔ)給方式以大氣降水補(bǔ)給為主，地表水的入滲補(bǔ)給及側(cè)向徑流補(bǔ)給為輔[3]；地下水流向?yàn)樽晕髂舷驏|北；地下水的消耗以人工開(kāi)采為主，潛水蒸發(fā)消耗和側(cè)向徑流排泄次之[3]。根據(jù)某水源地近5 年水位監(jiān)測(cè)資料，其地下水埋深在10 m 以下，蒸發(fā)微弱，地下水主要消耗于人工開(kāi)采，地下水動(dòng)態(tài)類型屬降水入滲補(bǔ)給- 開(kāi)采消耗型[1]。

2 水源地特征

2.1 地下水動(dòng)態(tài)特征

依據(jù)某水源地多年的連續(xù)觀測(cè)資料，分析其地下水動(dòng)態(tài)變化特征[4]。

2.1.1 年內(nèi)變化特征

根據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料分析，某水源地深層地下水水位年內(nèi)變化主要受天氣、降水和蒸發(fā)諸因素控制，年內(nèi)波動(dòng)較大，地下水埋深與降水量如圖1 所示。因此，將地下水年內(nèi)水位動(dòng)態(tài)劃分為相對(duì)穩(wěn)定期、春采水位下降期、雨季水位回升期、秋冬采下降期4 個(gè)動(dòng)態(tài)期。

2.1.1.1 相對(duì)穩(wěn)定期

淺層地下水1 月初至3 月中旬的地下水位升降幅度很小，且此期間地下水開(kāi)采量有限，地下水主要為側(cè)向徑流補(bǔ)給，消耗于徑流排泄，1 月中旬至2 月下旬水位可到達(dá)1 個(gè)水文年內(nèi)的最高值。

2.1.1.2 春采水位下降期

3 月中旬以后，由于農(nóng)業(yè)灌溉開(kāi)采比較集中，致使淺層的地下水水位埋深區(qū)域性下降，一般在4 月下旬至5 月下旬出現(xiàn)全年水位最低，個(gè)別年份推遲到6 月上旬或中旬。

2.1.1.3 雨季水位回升期

6 月中旬以后，由于大氣降水量不斷地增加[1]，入滲補(bǔ)給地下水量增加，加之農(nóng)業(yè)活動(dòng)開(kāi)采量減少或停止開(kāi)采[5]，促使地下水位有了較大幅度的上升，一般在12 月至次年1 月水位達(dá)到年內(nèi)最高值。

2.1.1.4 秋冬采水位下降期

1 月年最高水位出現(xiàn)后至年末，降水量減少，秋種和冬灌農(nóng)業(yè)再次集中開(kāi)采地下水，使地下水普遍下降，但下降幅度遠(yuǎn)小于春采期，短暫下降后水位就會(huì)回升。

2.1.2 年際變化特征

依據(jù)某水源地水源井2013—2023 年的年末水位埋深統(tǒng)測(cè)結(jié)果，水源地區(qū)域地下水位根據(jù)降水量的多少有升有降，但水位升降基本平衡，10 年來(lái)總計(jì)下降1.5 m。

2.2 地下水化學(xué)特征

2.2.1 水化學(xué)類型平面分布與變化特征

某水源地地下水化學(xué)類型的主要特征表現(xiàn)為重碳酸鹽型水，區(qū)域大部分為HCO3-NaCa 或HCO3-CaNaMg型水，溶解性總固體為0.5～1.0 g/L，近 10 年水化學(xué)類型基本穩(wěn)定。

2.2.2 垂向分布及變化特征

某水源地地下水為單一的全淡水結(jié)構(gòu)，水質(zhì)垂向上變化較小，水化學(xué)類型較簡(jiǎn)單，淺-深層總硬度、礦化度、Ca2+、SO42-、CL-9 等略有減少，深層水質(zhì)優(yōu)于淺層水質(zhì)。

3 水源地周邊與上游污染源調(diào)查

某水源地水源井周圍土地現(xiàn)狀及規(guī)劃用途為居住用地，水源地周邊大多為村莊、耕地，無(wú)加油站、規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖廠（小區(qū)）等潛在地下水污染源；水源井北側(cè)保護(hù)范圍內(nèi)有河流。根據(jù)水文地質(zhì)資料介紹，某水源地水源井取水段均在168 m 以下，位于區(qū)域隔水頂板以下，因此本次不將地表水列為污染源。某水源地周邊潛在污染源調(diào)查結(jié)果顯示，沒(méi)有點(diǎn)源污染，非點(diǎn)源污染主要來(lái)自小區(qū)，流動(dòng)源污染主要為鄉(xiāng)道。

4 飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分與定界

4.1 飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分方法

國(guó)家設(shè)立集中式飲用水水源保護(hù)區(qū)，旨在確保飲用水水源不受污染和破壞，并對(duì)飲用水水源區(qū)域進(jìn)行特殊保護(hù)。按照要求，城市集中式飲用水水源地必須設(shè)立保護(hù)區(qū)，通常分為一級(jí)和二級(jí)保護(hù)區(qū)，必要時(shí)還可以設(shè)立預(yù)備保護(hù)區(qū)，具體劃分取決于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和保護(hù)需求。

對(duì)于地下水飲用水水源保護(hù)區(qū)的劃分，可根據(jù)水源的水文地質(zhì)特點(diǎn)和規(guī)模來(lái)選擇劃分方法，一般主要采用經(jīng)驗(yàn)值法、經(jīng)驗(yàn)公式法2 種經(jīng)驗(yàn)法和數(shù)值模型計(jì)算法確定及預(yù)測(cè)水源保護(hù)區(qū)域。其中，經(jīng)驗(yàn)法是依據(jù)先前的工作經(jīng)驗(yàn)和官方水源地劃分準(zhǔn)則直接確定保護(hù)區(qū)范圍；數(shù)值模型計(jì)算法是通過(guò)應(yīng)用流體力學(xué)和質(zhì)量守恒原理，建立水中溶質(zhì)遷移擴(kuò)散模型，并通過(guò)反向追蹤模擬來(lái)預(yù)測(cè)溶質(zhì)遷移。

對(duì)于中小型水源，可以采用經(jīng)驗(yàn)公式法劃分飲用水水源保護(hù)區(qū)，而在數(shù)據(jù)匱乏的情況下也可使用經(jīng)驗(yàn)值法確定保護(hù)范圍[6]。另外，在劃分飲用水水源保護(hù)區(qū)時(shí)，還應(yīng)在充分收集水源地水文地質(zhì)調(diào)查、長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)、水源地開(kāi)采情況、規(guī)劃及周邊污染源等信息的基礎(chǔ)上，結(jié)合多種方法得到的結(jié)果合理確定，以及進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)測(cè)以驗(yàn)證保護(hù)區(qū)劃分的合理性，并在必要時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

依據(jù)《飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》（HJ 338-2018）[6]，將地下水分為孔隙水、基巖裂隙水及喀斯特水3 種，并對(duì)其進(jìn)行分類。根據(jù)集中式飲用水水源地埋深情況，將其分成潛水型、受限型2 種；根據(jù)開(kāi)發(fā)程度可劃分為中小型（日開(kāi)采量＜ 50000 m3）、大型（日開(kāi)采量≥ 50000 m3）2 種[7]。

某水源地的水源為多孔- 承壓型地下飲用水水源，依據(jù)HJ 338-2018 中7.2.2 章節(jié)關(guān)于地下水和地表水規(guī)定的水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)的劃分方法，應(yīng)當(dāng)將受壓水類水資源的一級(jí)保護(hù)區(qū)列為上潛水區(qū)，并與之對(duì)應(yīng)[6]；第二類保護(hù)區(qū)通常不設(shè)置[6]。

對(duì)于中小孔隙地下水資源的劃定，通常采用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法。因此，地下水水源地保護(hù)區(qū)的確定方法如式（1）所示。

式（1）中有關(guān)參數(shù)及劃定范圍的經(jīng)驗(yàn)值如表1 所示。

4.2 初步劃分結(jié)果與分析

4.2.1 水力坡度

根據(jù)區(qū)域潛水與其他水位線圖，計(jì)算水源地平均水利坡度I 。由計(jì)算得出，大水源地平均水利坡度I 為1.02‰。

4.2.2 滲透系數(shù)

由于某水源地水源井年代久遠(yuǎn)，成井資料缺失且目前均處于使用狀態(tài)，不具備抽水試驗(yàn)條件，因此根據(jù)水源地含水介質(zhì)采用經(jīng)驗(yàn)值計(jì)算滲透系數(shù)K 。根據(jù)不利原則，如表2 所示，將水源地保護(hù)區(qū)半徑計(jì)算滲透系數(shù)K 取值為經(jīng)驗(yàn)值的上限值。

4.2.3 有效孔隙度

如表3 所示，參考《水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)》中所列的不同松散巖石有關(guān)給水度的經(jīng)驗(yàn)值，某水源地取水含水層巖性主要為粗砂、粗中砂、中粗砂、中砂、細(xì)砂等，依據(jù)前人研究成果“對(duì)于均質(zhì)各向同性的潛水含水層，有效孔隙度在數(shù)值上等于給水度”（《多孔介質(zhì)流體力學(xué)》，李竟生等譯），因此某水源地取水含水層巖性有效孔隙度n 值，根據(jù)水源井取水含水層巖性取值。

4.2.4 安全系數(shù)

根據(jù)HJ 338-2018， 安全系數(shù)α 取值為150%。

4.3 一級(jí)保護(hù)區(qū)界定

根據(jù)前期水文地質(zhì)勘察結(jié)果可知，某水源地區(qū)域潛水主要為細(xì)砂、粉砂含水層，單位涌水量為5～10 m3/h·m；潛水含水層介質(zhì)主要巖性為中粗砂、細(xì)砂、粉砂[9]。根據(jù)供水水文地質(zhì)詳查中抽水試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)某水源地區(qū)域滲透系數(shù)為2.7～8.4 m/d，按保守情景估計(jì)，潛水含水層滲透系數(shù)取約為5.2 m/d 的平均值；根據(jù)淺層地下水位埋深及標(biāo)高等值線可知[10]，區(qū)域水力梯度約為1‰～1.5‰，供水時(shí)潛水含水層水力梯度保守估計(jì)為區(qū)域水力梯度的3～5 倍，潛水含水層水力梯度按保守估計(jì)約為7‰；根據(jù)文獻(xiàn)資料，有效孔隙度取經(jīng)驗(yàn)值0.23。按照式（1）計(jì)算可得，一級(jí)保護(hù)區(qū)半徑R 為150%×5.2 m/d×7‰ ×100 d÷0.23=48.2 m。

由于某水源地潛水含水層巖性主要為中粗砂、細(xì)砂、粉砂，含水層富水性最好的介質(zhì)為中砂與粗砂混合介質(zhì)的中粗砂，孔隙度較粗砂偏小，故中粗砂孔隙度應(yīng)與中砂接近。根據(jù)表4中的經(jīng)驗(yàn)值，不同巖性保護(hù)區(qū)半徑R 范圍可知，一級(jí)保護(hù)保護(hù)區(qū)中砂得取值半徑R 不低于50 m[11]。因此，某水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)半徑R應(yīng)為50 m。

綜上所述，以開(kāi)采井為中心，以保護(hù)區(qū)半徑為半徑，繪制如圖2 所示的某水源地保護(hù)區(qū)。

為了便于開(kāi)展環(huán)境日常管理工作，根據(jù)HJ 338-2018及保護(hù)區(qū)劃分的分析與計(jì)算結(jié)果，以水源地取水口為圓心、50 m 為半徑，設(shè)立保護(hù)區(qū)所得圓形的外切正方形區(qū)域?yàn)榻鏪12][13]，結(jié)合飲用水水源保護(hù)區(qū)的地形、地標(biāo)、地物特點(diǎn)，最終確定如圖3 所示的某水源地飲用水水源一級(jí)保護(hù)區(qū)范圍。

根據(jù)HJ 338-2018，某水源地飲用水水源保護(hù)區(qū)最終定界為一級(jí)保護(hù)區(qū)范圍面積0.1 km2，南至取水口南50 m，東至取水口東50 m，北至取水口北50 m，西至取水口西50 m；不設(shè)二級(jí)保護(hù)區(qū)和準(zhǔn)保護(hù)區(qū)[6]。

5 結(jié)束語(yǔ)

為了方便環(huán)境日常管理，根據(jù)HJ 338-2018 及保護(hù)區(qū)范圍分析與計(jì)算結(jié)果，以水源地取水口為圓心、50 m 半徑為保護(hù)區(qū)所得圓形的外切所得的正方形區(qū)域?yàn)榻?，結(jié)合水源地圈定的保護(hù)區(qū)的地形特點(diǎn)、地標(biāo)特征、地物標(biāo)志，最終劃定某水源地飲用水水源的保護(hù)區(qū)范圍，既可保護(hù)生態(tài)環(huán)境，又可保障飲用水水源安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔迪.廊坊市水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀研究（碩士論文）[D].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) ，2005.

[2] 賀威.安徽淮北平原農(nóng)村土地整治工程布局與銜接技術(shù)研究（碩士論文）[D].合肥：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

[3] 陳建峰.廊坊市水資源預(yù)測(cè)及供需分析[J].地下水，2009，31（5）： 59-62.

[4] 尹子悅.大沽河流域地下水時(shí)空演變特征及數(shù)值模擬（碩士論文）[D].青島：青島大學(xué)，2019.

[5] 付丹平.河北邯鄲平原區(qū)地下水水位動(dòng)態(tài)特征研究（碩士論文）[D].石家莊：石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院（現(xiàn)為河北地質(zhì)大學(xué)），2013.

[6] HJ 338-2018，飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范[S].

[7] 孫麗彪，李明輝，于海.科爾沁區(qū)飲用水水源地保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)方法[J].內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，14（4）：105-107.

[8] 耿萬(wàn)青，鄭悅，姚萬(wàn)森.平原區(qū)集中式飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)探討：以永清縣為例[J].區(qū)域治理，2021（23）：34-35.

[9] 佚名.青海省2019年7月飲用水水源地環(huán)境問(wèn)題清理整治進(jìn)展情況統(tǒng)計(jì)表[N].青海日?qǐng)?bào)，2019-08-06（7）.

[10] 錢學(xué)溥.預(yù)測(cè)礦井涌水量的計(jì)算級(jí)別與精度評(píng)述[J].中國(guó)煤田地質(zhì)，2007（5）：48-50，67.

[11] 楊勁枝，丁文萍，張巖，等.基于GMS的河北文安包氣帶三維地層模型構(gòu)建[J].地下水，2020，42（6）：5-7.

[12] 周玉花.吳忠市金積飲用水水源地保護(hù)區(qū)調(diào)整劃分研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016（26）：1317.

[13] 郝青.地下水型飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分的基本理論及實(shí)例分析（碩士論文）[D].蘭州：西北師范大學(xué)，2011.

作者簡(jiǎn)介

郭振林（1987—），男，漢族，河北衡水人，高級(jí)工程師，工程碩士，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)研究工作。

加工編輯：馮為為

收稿日期：2024-07-24