水資源開發(fā)與保護課程設計

1、水資源開發(fā)與保護學校：學院：專業(yè)班級:指導教師:姓名：學號：一、設計目的在學習水資源開發(fā)與保護這門專業(yè)課程的基礎之上，通過閱讀永交市的水文地質圖，了 解區(qū)域水文地質條件，通過描述與分析水文地質條件，進行地下水資源評價、選擇供水源地 及進行開采設計，以達到理論與實際相聯(lián)系，從而培養(yǎng)分析問題的能力和解決問題的能力。自然地理條件地形通過閱讀永交市水文地質圖，和I III IT水文地質剖面圖上的地形變化及匯水條 件，可以通過分析的得出一下結論：永交市總體處于丘陵山地地形地帶，總體地形東高西低， 有廟山、石屏峰、紫陽山等低山分布，石屏峰為該區(qū)的海拔最高的山峰，黃河為該地區(qū)的最 低海拔。黃河呈南北走向，并

2、有淶陽河、汾陽河兩個支流匯入黃河。水文該地區(qū)應共有三條河流分別為黃河、淶陽河、汾陽河。汾陽河由南向北，淶陽河為東西 走向，它們分別都匯入北部的東湖，汾陽河的源頭在東南部的石屏峰，淶陽河的源頭為定北 部的紫陽山，潛水及地表水向西北方向的淶陽河匯入并最終匯入流經(jīng)該區(qū)域西部的黃河。永 交市的斷層構造在地下水的出露形成泉的過程中起到了至關重要的作用，因為斷層處地勢較 低洼為匯水區(qū)，因此地下水會順著斷層帶向地表涌出，形成泉。河流流量歷時曲線從水文站的觀測資料上來看，蘭村泉淶陽河與汾陽河流量季節(jié)性變化明顯：7、8、9月 份水量豐富，在8月份的水量最高，分別達到0.545m孑s、0.182m孑s、0.105

3、m孑s,12、1、2 月為枯水期。該地區(qū)夏季為河流的汛期，冬季為河流的枯水期。氣候項目月份123456789101112總計氣溫C-3.9-0.46.513.118.924.825.224.618.412.64.0-2.4降水量mm4.66.422.931.539.854.5117.7106.275.831.514.24.5509.5蒸發(fā) 量mm54.271.7132.7180.5247.3324.2244.0225.2140.3115.366.753.01866.6氣象觀測赍料降.水量mm 蒸發(fā)量mm研究區(qū)年平均降雨量為509.5mm，主要集中在69月，夏季高溫多雨，冬季降水，月降 雨量最大

4、在七月份，降雨量可達117.7mm。推測此地屬于季風影響地區(qū)，冬季最低月均溫 小于0C,因此該地區(qū)應屬于溫帶季風氣候氣候區(qū)。一年中氣溫變化大，夏季最高氣溫可達25.2C，冬季氣溫最低可達-3.9 C，年平均氣溫 為11.8C。蒸發(fā)量在6月份達到最大，最大值為324.2mm，在十二月份的蒸發(fā)量為53.0mm， 是全年中最小的，年均蒸發(fā)量為1866.6mm。全年的蒸發(fā)量都大于降雨量，因此推測此地的較干旱。區(qū)域地質條件地層該地區(qū)地層從老到新由太古系、元古系、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、 第四紀組成。研究區(qū)的地層橫跨兩個地貌單元，其中第四紀沖積、洪積物分布面積大，與下覆地層呈 角度不整合接

5、觸關系。由于構造活動和第四系覆蓋的原因地層出露不全，沒有泥盆統(tǒng)和志留 統(tǒng)的地層，奧陶統(tǒng)的地層缺失中統(tǒng)和下統(tǒng)，寒武系下奧陶系地層占研究區(qū)30%的面積。二疊系、三疊系石炭系地層出露于廟山山頂一帶，由地質圖和剖面圖可以看出巖層由花 崗巖向太古界片麻巖、元古界砂巖及大理巖、下奧陶統(tǒng)灰?guī)r夾白云巖、石炭系砂頁巖夾有灰 巖及煤層到上更新統(tǒng)沖積層，上更新洪積層、全新統(tǒng)沖積層逐層遞變，巖層含水性由弱變強， 特別是沖積層和湖積層其巖層組成基本上是淤泥、砂層、砂礫層、黃土等含水性比較好的巖 層。構造永交市地區(qū)主要受到一個大斷層的控制，斷層的西北盤基本上為第四紀沖積 和湖積層。而斷層東南盤是一個向斜構造。由于受到風化

6、作用和地表水的侵蝕， 此區(qū)域地形上復雜多變，地貌豐富。這就是本區(qū)域的主要構造特點。斷層的形成 是伴隨著向斜構造的形成一起形成的。在向斜的形成過程中，向斜兩側受到力的 作用，當巖層內(nèi)的應力超過了巖石的受力極限時，巖層則發(fā)生斷裂，形成這一斷 層。并且由剖面圖分析可知，斷層的下盤相對上升，上盤相對下降，在后來的外 力作用下，上盤由于低洼，所以主要受到沉積作用，從現(xiàn)在也可看到，上盤覆蓋 大量的沉積物和第四系的沖積物、湖積物，基巖已完全看不見；下盤則由于相對 上升，地勢高，主要受侵蝕作用的影響，風化劇烈，形成地形上的凹凸不平。在 三疊系后的某段時間地質地質活動比較強烈，可以看出地層形成大概在三疊系后 更

7、新統(tǒng)前期的一段時間形成的。斷層周圍一般會發(fā)育大量的裂隙，而裂隙與斷層 是地下水良好的天然儲存場所，其周圍的地下水資源十分豐富，其上會發(fā)育有泉， 河流等。從地質圖可以看出兩個斷層上發(fā)育有蘭村、晉柏、西冶三個比較大的泉。 斷層總體使得本區(qū)表現(xiàn)為東部、南部高，西部、北部高的特點。由以上分析可知， 斷層上盤下降，因此，堆積大量第四系沉積物，地形表現(xiàn)為平原、河漫灘、洼地； 而斷層下盤上升，基巖出露，風化侵蝕強烈，所以地形上表現(xiàn)為山地。斷層下盤 的基巖出露的山地地區(qū)，為河流的發(fā)源區(qū)；而斷層上盤的平原、洼地由于地勢低 平，成為河流的匯集區(qū)，形成湖泊或是支流匯入干流。區(qū)域水文地質條件地下水類型及埋藏分布規(guī)律由

8、圖可以看出該地區(qū)的地下水主要為潛水。含水巖層組由砂層、砂礫層、亞黏土及黃土 組成，它們都是含水性比較好的巖層，其分布范圍大致為全新統(tǒng)的沖積層、湖積層，上更新 統(tǒng)的洪積層、沖積層。又由圖可以看出平原相對于周圍的地形是低洼的，且周圍高地的巖層 基本上為隔水性比較好的灰?guī)r、頁巖、大理巖、片麻巖、花崗巖。該區(qū)域地下水類型還有飽 氣帶水和承壓水。飽氣帶水埋藏于最上層，主要賦存于亞黏土層中；來源于大氣降水的入滲、 地表水的滲漏，由地下水面通過毛細水上升輸送的水分，以及地下水蒸發(fā)形成的氣態(tài)水。承 壓水位于潛水層以下，主要賦存于砂巖、砂礫巖層、黏土層；該地區(qū)承壓水含量相對較少。地下水的補給、徑流及排泄方式根據(jù)

9、各水文資料分析可得一一大氣降水事該地區(qū)地下水補給的主要方式。年 降水量為509.5mm，年蒸發(fā)量為1866.6mm，地表水補給和水汽凝結量很少，該 區(qū)域地下水的主要排泄方式為蒸發(fā)，其他排泄方式還有像河流泄流以及泉。該區(qū) 域主要有潛水補給地表水，地下水流方向大致為由東向西，地表水主要有汾陽河 和淶陽河以及其它兩條小河流，汾陽河與萊陽河交匯，淶陽河與黃河相通。地下水的化學特征由表四及表五所給的水質分析成果表可以看出，該地區(qū)除東湖及其附近地區(qū)（全新統(tǒng)湖 積層）夕卜。地下水的礦化度小于1.5g/L，對照舒卡列夫分類圖表可以看出該地區(qū)基本上為 沉積巖地區(qū)典型的溶濾水。水中礦化度的大小基本與分水嶺及河流的

10、距離遠近相關。離河流 越遠、分水嶺越遠礦化度就越高，反之就越低。該地地下水中主要的陽離子為：Na、K、Ca、 Mg。主要的陰離子為：氯離子、碳酸氫根離子、硫酸根離子。PH值為7.5左右，水呈弱堿 性，總硬度較高，所含氣體少，耗氧量低，無H2S、Pb2+等有害成份。晉柏泉及西冶泉在整 個地區(qū)來說總硬度比較高，5號孔潛水堿性較大，PH值達到8.2。5號孔潛水及湖水礦化度 均較高，均超過1.5g/l。區(qū)內(nèi)南部主要分布下奧陶統(tǒng)灰?guī)r夾白云巖、元古界砂巖及大理巖、太古界片麻巖，地下 水化學類型主要隨著循環(huán)介質中巖石可溶性和流動環(huán)境變化而變化。晉柏泉屬于上升泉，流經(jīng)地層為碳酸巖層中夾有煤層，由于承壓地下水交

11、替緩慢，流經(jīng) 途徑較長，發(fā)生溶慮作用時間較長，使地下水Ca+2、SO4-2含量普遍增高，在排泄點發(fā)生脫 碳酸作用，形成SO4HCO3-CaMg型水，礦化度較高為0.792克/升。西冶泉屬于下降泉， 受潛水補給地下水交替速度較快，水化學類型為HCO3型水，可能因為補給徑流較短，礦化 度較低為0.385克/升。地下水動態(tài)晉柏泉流量與降水量圖14號孔、晉柏泉、蘭村泉的水位或流量、降水量圖如下:14號孔：月份/內(nèi)容 1月份水位平均/月 4.00mm月份/內(nèi)容 1月份水位平均/月 4.00mm降水總量/月 4.8mm2月份4.12mm12.0mm3月份4.20mm20.4mm4月份4.23mm23.2m

12、m5月份4.21mm9.9mm6月份4.18mm58.2mm7月份 8月份 9月份10月份3.92mm 3.63mm 3.165mm 3.17mm130.0mm 167.0mm 114.0mm 13.9mm11月份3.29mm23.2mm根據(jù)上述兩個圖表可知14號孔水位在春季和夏季較高，在秋季和季較低;蘭村泉在夏秋季流量較大，在春冬季較小。由此可推斷影響地下水動態(tài)變化的主 要因素是大氣降水。地下水資源評價地下水水質評價生活用水：經(jīng)過分析初步晉柏泉，湖水，5號點的水硫酸鹽超標大于250m/l，取其中一 點水進行詳細分析，其各個化學含量均符合國家標準并且其大腸桿菌和細菌總量遠小于標準 屬于水質較好

13、的生活用水，推知其他個點都符合生活用水標準。工業(yè)鍋爐用水：該處水的PH均符合標準，大腸桿菌遠小于標準值，根據(jù)標準，本地區(qū) 的水很符合工業(yè)要求，并且是很好的工業(yè)用水。灌溉用水：根據(jù)國家標準該用水標準，該處水的適合做為灌溉用水，但是各種化學元素 含量不高，不是非常好的灌溉用水，不建議取此水用來灌溉。含水層主要有黃土、亞粘土、砂巖、砂礫巖等第四系堆積物，以及石炭系、奧陶系的頁 巖層。主要分布在永交市的北部地區(qū)。總的說來本地區(qū)污染較輕,對于生活的影響不大，水的質量也可以滿足人們?nèi)粘Ｉ畹?要求;對于工業(yè)而言，本地區(qū)的水源非常適合工業(yè)要求，能滿足工業(yè)的要求，但由于本地區(qū)潛 水以及地表徑流比較發(fā)育,容易污

14、染潛水，不易治理,不宜在此建廠，并加大監(jiān)管維護力度;對 于農(nóng)業(yè)，本區(qū)水源雖然滿足農(nóng)業(yè)要求，但是化學元素含量比較少，要在此進行農(nóng)業(yè)需改良土 壤。項目生活飲用水工業(yè)用水農(nóng)業(yè)用水Ph值6-96-96-9溶解值N5N3N2鋅1.02.62.0砷0.050.10.1大腸桿菌（個/ 升）100002000040000H2s0.20.10.1氨氮1.01.52.0表4-1水質標準地下水水量平價根據(jù)永交市的水文地質條件，將該區(qū)域劃分成兩部分：基巖山區(qū)地下水補給資源評價、平原 區(qū)地下水補給資源評價。1基巖山區(qū)地下水補給資源評價該區(qū)域兩面環(huán)山，從區(qū)外無徑流輸入，地下水補給以大氣降水補給為主，通過計算徑流模數(shù)計算地

15、下水資源補給量：（1）補給量計算汾陽河西支清水流M1=1000Q1/F1=1000*0.021/10.8=1.94L/（s/km2）西冶泉M2=1000Q2/F2=1000*0.0384.5=8.44 L/（s/km2）汾陽河上站（基流分割法）M3=1000Q3/F3=1000*0.055/26.5=2.07 L/（s/km2）其中：M-徑流模數(shù)L/（s/km2）F計算面積（km2）Q流量（m）s）（2）地下水補給量：汾陽河西支清水流 Q1=M1*F1/1000=1.94*33.691000=0.065 m%西冶泉Q2=M2*F2/1000=8.44*64.&1000=0.545 m%汾陽河上

16、站Q3=M3*F）1000=2.07*2651000=0.055 m%其中：M-徑流模數(shù)L/（s/km2）F計算面積（km2）Q流量（m）s）2平原區(qū)的補給量評價根據(jù)沖積平原的孔號資料（表三、表八、表九）計算Q4al、Q4l、Q3al、Q2al的降雨入滲系數(shù):（1）建立水均衡方程式 n* h=（Xf+Yf+Wu1+Qt）+（Zu+Wu2）收入項：降雨入滲補給量-Xf地表水入滲補給量- Yf上游斷面潛水承壓水補給量-Wu1越流補給量-Qt支出項：蒸發(fā)量-Zu下游斷面潛水流出量-Wu2(2)公式：a =(Ah*n *1000)/Xa(Q4l) =0.08*0.09*1000/40.5=0.18a(

17、Q3al) =0.07*0.16*1000/40.5=0.28a(Q4al) =0.06*0.15*1000/40.5=0.22a(Q2al) =0.04*0.11*1000/40.5=0.11洪積層的入滲系數(shù)計算時需減去汾陽河和蘭村泉的補給量:心 _kAt( h2n 1 h2,n _ h2廣 h2)n 1nnn+1n 1nnn+1Xa(Q3pl) =1000*0.26*0.25+20*14500*(25.32-24.82)/300-(25.82-25.32)/200/40.5=0.99其中：a-大氣降水滲入系數(shù)；X一次降水量(mm),降水量為40.5mm； h-水位變化(m)；H -給水度(

18、3)公式:Q=1000 a AXQ (Q4l) =1000*0.18*5.4*509.5=495234 m孑a=0.14 萬米 3/日Q (Q3al) =1000*0.28*9.5*509.5=1355270 m孕a=0.37 萬米孑日Q (Q4al) =1000*0.22*28.7*509.5=3216983 ma=0.88 萬米孑日Q (Q2al) =1000*0.11*22*509.5=1232990 ma=0.34 萬米 3/日Q (Q3pl) =1000*0.99*22.15*509.5=51912955 m孑a=3.06 萬米 3/日其中：Q大氣降水滲入補給量(m3/a)；a大氣降

19、水滲入系數(shù)；X多年平均降水量(mm/a), 509.5mm/a；A計算面積(km2)；5.地下水開采設計選擇永交市供水水源地根據(jù)區(qū)域水文地質條件及地下水資源評價的結果,2號孔水質優(yōu)良，各類指標均符合地 下水質量分類指標II類標準，是良好的供水水源地。同時水量豐富可以滿足永交市近期需 水量為3萬米日的需求。從經(jīng)濟成本角度考慮，2號孔離永交市距離較近，是最為理想的 水源地。農(nóng)田灌溉開采設計1.棗陽河沖積平原需進行農(nóng)田灌溉，耕地面積為2萬畝，進行開采設計。單井開采量：Q=50*60*30*3=72000m32.Q (Q2al) =3400m3/d 開采井數(shù)=3400*30*3/72000=4 口2.3.根據(jù)灌溉區(qū)面積計算開采井井距及確定布井方案: 灌溉區(qū)面積2萬畝，灌溉區(qū)面積近似圓形， 根據(jù) S =兀 R 2