內(nèi)蒙古巴彥浩特水源地取水的可靠性和取水影響分析

1、內(nèi)蒙古巴彥浩特水源地取水的可靠性和取水影響分析水資源是基礎(chǔ)自然資源、戰(zhàn)略性經(jīng)濟(jì)資源，是生態(tài)環(huán)境的控制性因素之一，同時(shí)又是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的有機(jī)組成部分。中國(guó)水資源問題十分突出，尤其是水資源短缺已經(jīng)成為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要的制約因素，受到國(guó)家和社會(huì)的高度關(guān)注。為了盡可能改變?nèi)彼畬?dǎo)致經(jīng)濟(jì)發(fā)展束縛的客觀現(xiàn)象，我國(guó)學(xué)者在幾十年前就已投入了大量研究，尤其是改革開放以來(lái)，由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，綜合實(shí)力的迅猛提高，水資源評(píng)價(jià)方面的研究投入力度更大，喬岡等通過利用地下水均衡法對(duì)地下水補(bǔ)給量和排泄量進(jìn)行了計(jì)算，近而對(duì)大荔縣地下水資源進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并提出了水資源可持續(xù)利用的對(duì)策; 梁藉等通過建立地下水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及數(shù)

2、值模型，對(duì)阿克蘇地下水資源進(jìn)行了評(píng)價(jià)與可持續(xù)利用研究。近些年特別在干旱缺水的地區(qū)，對(duì)水源地取水可行性理論與實(shí)踐研究尤為突出，王現(xiàn)國(guó)等在河南襄城縣進(jìn)行了供水工程的取水水源論證，以定量計(jì)算分析為主，論證了項(xiàng)目運(yùn)行過程中的取水影響范圍和程度，同時(shí)提出了地下水資源保護(hù)措施; 唐蓮等對(duì)寧夏永寧縣伊品公司的地下取水項(xiàng)目的可行性進(jìn)行了研究，分析認(rèn)為該項(xiàng)目的取水行為不會(huì)對(duì)區(qū)域地下水環(huán)境產(chǎn)生影響，取水可行; 賈冬梅等對(duì)黃河海勃灣水利樞紐的取水影響進(jìn)行了詳細(xì)分析論述，同時(shí)提出了水資源保護(hù)的可行性措施。文中結(jié)合對(duì)內(nèi)蒙古巴彥浩特水源地地下水資源評(píng)價(jià)研究，采用數(shù)值計(jì)算和數(shù)值模擬等定量方法對(duì)該水源地取水的可靠性和取水影響

3、進(jìn)行了分析，研究成果不但可以為開發(fā)巴彥浩特水源地奠定基礎(chǔ)，而且可以為相關(guān)類似工程提供借鑒與參考。1 研究背景巴彥浩特是阿拉善盟的政治、經(jīng)濟(jì)、文化、交通中心，隨著城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展和人口數(shù)目劇增，巴彥浩特地區(qū)的供水能力嚴(yán)重不足，城市供水的緊張問題現(xiàn)已成為阿拉善盟政治、經(jīng)濟(jì)生活中的亟待解決的大事。為了從根本上解決巴彥浩特城市的缺水問題，實(shí)現(xiàn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，不斷提高城市居民的生活水平，只有實(shí)施巴彥浩特新水源地供水工程，才能徹底解決巴彥浩特供水不足的問題，為城市發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，所以水源地供水工程的興建與開發(fā)勢(shì)在必行。而水源地取水的可靠性、取水影響的分析卻是水源地工程開發(fā)的關(guān)鍵內(nèi)容之一，評(píng)價(jià)結(jié)

4、果決定了水源地供水工程的可行性。水源地供水工程設(shè)計(jì)要求 2015 年的供水規(guī)模為 500 萬(wàn) m3/ a，日供水能力為 1 37 萬(wàn) m3/ d; 遠(yuǎn)期規(guī)劃到 2025 年，供水規(guī)模為 1000 萬(wàn) m3/ a。水源地的地理位置圖( 圖 1) 。1 1 水文地質(zhì)條件研究區(qū)內(nèi)水源地地下水主要為第四系松散巖類孔隙水、第三系碎屑巖類裂隙孔隙水。水源地的第四系中下更新統(tǒng)沖湖積層厚度達(dá) 72 60 106 50m，其含水層巖性主要為粉細(xì)砂、細(xì)砂、粗砂等，分選磨圓均好，結(jié)構(gòu)松散。含水層厚度各處不一，礦化度多小于 1g/L。第三系碎屑巖類承壓水，含水層巖性主要以粉砂巖、細(xì)砂巖、中砂巖等為主，產(chǎn)狀平緩，傾角一

5、般為2 3°，該層頂板埋深在 82 30 126 60m，隔水層巖性主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖等，含水層厚度為 63 40 137 60m，單井涌水量為 52 86 70 71m3/ d，水質(zhì)較差，礦化度為一般大于 1g/L。1 2 試驗(yàn)布置本次研究共布設(shè) 14 眼探采結(jié)合井( TCK1 TCK13) 及 1 眼民井( TC4) ，其中TCK2 號(hào)探采結(jié)合井水質(zhì)很差，不建議作為水源地供水抽水井。共布設(shè) 2 排，排距2 5km，每排布設(shè)抽水井 7 眼，井距 2km，采用梅花型布井方案，井深 250m( 除原TCK2 位置新布設(shè)的抽水井) ，井徑 273mm。由于本水源地含水層厚度較大

6、，濾水管長(zhǎng)度按含水層厚度的30 50% 設(shè)置。平面布置圖( 圖 2) 。2 結(jié)果與分析2 1 取水可靠性結(jié)果與分析2 1 1 供水量可靠性為了保證水源地的地下水可開采量的計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際情況，文中采用了多重方法計(jì)算，一種計(jì)算方法為可開采系數(shù)法，計(jì)算結(jié)果為 541 858 萬(wàn) m3/ a; 第二種計(jì)算方法為開采抽水法，結(jié)果為 596 758萬(wàn) m3/ a; 第三種計(jì)算方法是利用抽水試驗(yàn)水位恢復(fù)期水位上升速度計(jì)算，即水位恢復(fù)法，計(jì)算結(jié)果為 621 234 萬(wàn) m3/ a。為了增加水源地開采量的保證程度，選取以上計(jì)算結(jié)果中最小值作為水源地可開采量，故水源地的地下水可開采量為541 858 萬(wàn) m3/

7、 a。巴彥浩特市 2015 年年供水能力預(yù)計(jì)為 500 萬(wàn) m3/ a，日供水能力為 1 37 萬(wàn) m3/ d。根據(jù)文中結(jié)論，水源地可開采量能夠滿足 2015 年巴彥浩特市近期的取水要求，不能滿足遠(yuǎn)期供水量 1000 萬(wàn) m3/ a 的取水要求。水源地的補(bǔ)給量有限，若開采量超過補(bǔ)給量，則水位就會(huì)持續(xù)下降。為了合理開發(fā)地下水資源，開采量應(yīng)控制在 1 485 萬(wàn) m3/ d( 541 858 萬(wàn) m3/ a) 以內(nèi)。在短期內(nèi)允許超過這個(gè)數(shù)值，但在另外時(shí)間應(yīng)減少抽水量或人工補(bǔ)給方法補(bǔ)償允許超過的數(shù)值。2 1 2 供水水質(zhì)的可靠性對(duì)研究區(qū) 14 眼供水井的出水水樣進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)分析，化驗(yàn)分析報(bào)告認(rèn)為水源

8、地內(nèi)第四系潛水水質(zhì)優(yōu)于第三系承壓水。水源地開采后，14 眼開采井的水在水源地混合后輸送至巴彥浩特，為確定混合水水質(zhì)情況，將水源地超標(biāo)指標(biāo)按各井的涌水量進(jìn)行加權(quán)平均分析，經(jīng)計(jì)算，水源地內(nèi)開采井超標(biāo)指標(biāo)經(jīng)混合水加權(quán)平均計(jì)算后總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氟化物;四項(xiàng)指標(biāo)滿足地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T14848 93( III 類) 的要求，但 氯化物; 含量仍然超標(biāo)，建議在供水過程中對(duì)混合水中氯化物進(jìn)行處理，以滿足供水水質(zhì)要求。2 2 取水可行性結(jié)果與分析2 2 1 取水井布設(shè)的合理性地下水取水水源的可行性分析主要考慮取水井布設(shè)的合理性方面進(jìn)行分析。本次研究區(qū)共計(jì)布設(shè)探采結(jié)合水源井 14 眼，設(shè)兩排，

9、開采井排距約 2 5km，井距 2km，井深 250m，井徑 273mm。根據(jù)抽水試驗(yàn)計(jì)算成果，單井影響半徑一般在135 80 396 59m 之間，影響半徑未超過井距2km，井間抽水干擾微弱，水源地井位布設(shè)合理。水源地水源井布置( 圖 2) 。由于其它井為承壓水開采井，所以影響半徑更小。經(jīng)計(jì)算，TCK2、TCK11 為承壓非完整井，影響半徑分別為 54 97m 和 62 03m，TCK7 為承壓完整井，影響半徑為 64 15m。承壓抽水井也不會(huì)產(chǎn)生抽水干擾，水源地井位布設(shè)合理。2 2 2 供水工程取水的可行性水源地現(xiàn)共有 14 眼成井( 其中 12 眼井工作，2 眼備用井，TCK2 作為長(zhǎng)期

10、備用井) ，每眼井出水量為80T /h，呈兩排布置，每眼井配套安裝了 200QJ80 60 /40 深井潛水泵一臺(tái)，水源地集水系統(tǒng) 14 眼井分為 4組，運(yùn)行井一般不超過 4 眼，每組 3 4 眼，1 號(hào)至 3 號(hào)井為一組，4 號(hào)至 7號(hào)為一組，8 號(hào)至 10 號(hào)為一組，11 號(hào)至 14 為一組，每組 1 根形成四條聯(lián)絡(luò)管，其管徑為 DN400，每二條聯(lián)絡(luò)管并列成一組分別進(jìn)入一級(jí)泵站的二座調(diào)節(jié)池。經(jīng)過三級(jí)泵站加壓送入高位配水池，從高位配水池利用自重壓力流流入城市管網(wǎng)的高位水池，到達(dá)各用戶。輸水線路沿線地質(zhì)條件穩(wěn)定，沿線占地主要為農(nóng)牧業(yè)用地，沒有生態(tài)保護(hù)區(qū)和其它生態(tài)敏感區(qū)域，工程方案可行。水源地

11、 14 眼井可開采量在 541 858 萬(wàn) m3/ a 以內(nèi)，開采井對(duì)于紫泥湖盆地內(nèi)地下水位影響幅度較小，可以滿足水源地供水工程設(shè)計(jì)供水能力500 萬(wàn) m3/ a 的要求，地下水取水方案可行。根據(jù)對(duì) 14 眼供水井的出水水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)論，本次供水工程采用群井開采后混合輸送原水，滿足集中式生活飲用水水源工程的類標(biāo)準(zhǔn)地下水水質(zhì)要求。3 討論3 1 取水水位的影響以本次地下水抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用 Visual MODFLOW4 2 軟件模擬計(jì)算研究區(qū)孔隙介質(zhì)中地下水的流動(dòng)。結(jié)合紫泥湖盆地水文地質(zhì)單元邊界和綜合水文地質(zhì)圖進(jìn)行圈定數(shù)值模擬區(qū)域界定范圍。選定的數(shù)值模擬區(qū)域東西寬 21 4km，南北長(zhǎng) 19

12、 7km，面積為 196km2( 圖 3) 。數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果顯示，2010 2030 年，紫泥湖第四紀(jì)盆地在開采強(qiáng)度 1 5 萬(wàn) m31潛水平均降深 0 503 4 097m，全區(qū)域承壓水平均降深 0 320 4 485m?？梢?，在最小開采強(qiáng)度 1 5 萬(wàn)m3/ d 條件下，全區(qū)域水位仍然要下降，但下降幅度較小。水源地的近期供水工程要求設(shè)計(jì)供水量達(dá)到 500 萬(wàn) m3/ a( 1 37 萬(wàn) m3/ d) ，接近于 1 5 萬(wàn) m3/ d。按 15 萬(wàn) m3/ d 進(jìn)行開采，開采 30 年后，潛水位平均下降 7 657m( 僅開采潛水) 。本區(qū)地下水潛水含水層厚度較大，一般在 72 60 10

13、6 50m 左右，對(duì)紫泥湖盆地內(nèi)地下水位影響幅度不大。3 2 地下水環(huán)境的影響。MODFLOW 數(shù)值模擬結(jié)果，地下水位在合理開采條件下，下降一定深度后，不會(huì)持續(xù)下降，而是保持相對(duì)穩(wěn)定。此時(shí)潛水層區(qū)域平均降深計(jì)算獲得紫泥湖盆地全區(qū)域合理開采強(qiáng)度為 2 26 萬(wàn)m3/ d，承壓層區(qū)域平均降深計(jì)算獲得合理開采強(qiáng)度為 2 08 萬(wàn) m3/ d。以含水層平均厚度進(jìn)行加權(quán)平均，從而獲得紫泥湖盆地全區(qū)域的合理開采強(qiáng)度為 2 16萬(wàn) m3/ d( 788 40 萬(wàn) m3/ a) 。在開采強(qiáng)度較小的情況下，2030 年地下水位平均降深小于 2020 年的平均降深，主要因?yàn)?2030 年的累計(jì)補(bǔ)給量大于 2020

14、 年，水位略有恢復(fù)。不同開采強(qiáng)度下潛水、承壓水區(qū)域平均降深與時(shí)間的關(guān)系曲線( 圖 4 和圖 5) 。由于近期水源地供水工程設(shè)計(jì)供水量為 500 萬(wàn) m3/ a( 1 37 萬(wàn) m3/ d) ，小于紫泥湖盆地全區(qū)域合理開采量 2 16 萬(wàn)m3/ d( 788 40 萬(wàn) m3/ a) ，因此，不會(huì)對(duì)區(qū)域地下水環(huán)境產(chǎn)生影響。3 3 其他用水戶的影響研究區(qū)主要涉及兩個(gè)自然村，共有牧民 22 戶，人口 75 人，牲畜 1926 頭( 只) ，其中大畜 455 只，小畜 1471 只。區(qū)內(nèi)有人畜飲用水井 35 眼，灌溉井 56眼。據(jù)調(diào)查，當(dāng)?shù)氐叵滤宦裆钶^小，一般為 2 5m，村民水井井深一般在 20 5

15、0m 左右。水源井在合理開采強(qiáng)度( 788 40 萬(wàn) m3/ a) 的條件下，通過數(shù)值模型模擬計(jì)算，水源地在開采條件下對(duì)應(yīng)水平年的主井水位降深( 表 2) 。通過數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果可知，水源井在合理開采強(qiáng)度( 788 40 萬(wàn) m3/ a) 的條件下，運(yùn)行到 2030 年，地下水位加權(quán)降深在 13 384 18 615m 之間，之后水位將保持相對(duì)穩(wěn)定。由于紫泥湖盆地內(nèi)地下水位全面下降，所以對(duì)所有的民用井都將會(huì)產(chǎn)生影響。紫泥湖盆地含水層厚度較大，所以開采井影響半徑內(nèi)對(duì)其它用水戶影響較大，開采井影響半徑以外，影響程度較小。4 結(jié)論文中以內(nèi)蒙古阿拉善盟巴彥浩特水源地地下水資源評(píng)價(jià)項(xiàng)目為依托，通過開采系

16、數(shù)法、抽水試驗(yàn)法、水位恢復(fù)法和 MODFLOW 數(shù)值模擬等對(duì)水源地地下水資源取水的可行性和影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析，具體結(jié)論有以下幾點(diǎn):( 1) 綜合開采系數(shù)法、抽水試驗(yàn)法、水位恢復(fù)法計(jì)算結(jié)果，確定水源地的地下水可開采量為 541 858萬(wàn) m3/ a，能夠滿足 2015 年巴彥浩特市近期的年供水能力 500 萬(wàn) m3/ a，日供水能力 1 37 萬(wàn) m3/ d 取水要求，供水量可靠。( 2) 研究區(qū)共布設(shè)探采結(jié)合水源井 14 眼，設(shè)兩排，開采井排距約 2 5km，井距 2km，井深 250m，井徑273mm。根據(jù)抽水試驗(yàn)計(jì)算成果，單井影響半徑一般在 135 80 396 59m 之間，影響半徑未超

17、過井距2km，井間抽水干擾微弱，水源地井位布設(shè)合理。井開采后混合輸送原水，滿足集中式生活飲用水水源工程的類標(biāo)準(zhǔn)地下水水質(zhì)要求。( 3) 利用 Visual MODFLOW4 2 進(jìn)行數(shù)值模擬，計(jì)算結(jié)果顯示，2010 2030 年紫泥湖第四紀(jì)盆地在開采強(qiáng)度 1 5 萬(wàn) m3/ d 情況下，全區(qū)域潛水平均降深 0 503 4 097m，全區(qū)域承壓水平均降深 0 320 4485m，下降幅度較小。( 4) 通過數(shù)值模型模擬，還可以得知近期水源地供水工程設(shè)計(jì)的 500 萬(wàn) m3/ a( 1 37 萬(wàn) m3/ d) 供水量小于紫泥湖盆地全區(qū)域合理開采量 788 40 萬(wàn) m3/ a ( 2 16 萬(wàn) m3/ d) ，因此不會(huì)對(duì)區(qū)域地下水環(huán)境產(chǎn)生影響。參考文獻(xiàn)1張利平，夏軍，胡志芳 中國(guó)水資源狀況與水資源安全問題分析J 長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2009，18( 2) : 116 1202朱學(xué)愚，錢孝星，劉新仁 地下水資源評(píng)價(jià)M南京: 南京大學(xué)出版社，1987: 1 23朱學(xué)愚，孫克讓 佳木斯市地下水水量水質(zhì)模型J 水科學(xué)進(jìn)展，1994，5( 1) : 4 0 4 94吳劍鋒，朱學(xué)愚，費(fèi)光燦 口泉溝南水源地環(huán)境同位素研究和地下水資源評(píng)價(jià)J煤田地質(zhì)與勘探，1997，25 ( 3) : 35 395