內蒙古巴彥浩特水源地取水的可靠性和取水影響分析

1、內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自然資源、戰(zhàn)略性經濟資源，是生態(tài)環(huán)境的控制性因素之一，同時又是一個國家綜合國力的有機組成部分。中國水資源問題十分突出，尤其是水資源短缺已經成為我國社會經濟發(fā)展重要的制約因素，受到國家和社會的高度關注。為了盡可能改變缺水導致經濟發(fā)展束縛的客觀現象，我國學者在幾十年前就已投入了大量研究，尤其是改革開放以來，由于經濟的快速發(fā)展，綜合實力的迅猛提高，水資源評價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地下水補給量和排泄量進行了計算，近而對大荔縣地下水資源進行了評價，并提出了水資源可持續(xù)利用的對策; 梁藉等通過建立地下水系統(tǒng)數學模型及數

2、值模型，對阿克蘇地下水資源進行了評價與可持續(xù)利用研究。近些年特別在干旱缺水的地區(qū)，對水源地取水可行性理論與實踐研究尤為突出，王現國等在河南襄城縣進行了供水工程的取水水源論證，以定量計算分析為主，論證了項目運行過程中的取水影響范圍和程度，同時提出了地下水資源保護措施; 唐蓮等對寧夏永寧縣伊品公司的地下取水項目的可行性進行了研究，分析認為該項目的取水行為不會對區(qū)域地下水環(huán)境產生影響，取水可行; 賈冬梅等對黃河海勃灣水利樞紐的取水影響進行了詳細分析論述，同時提出了水資源保護的可行性措施。文中結合對內蒙古巴彥浩特水源地地下水資源評價研究，采用數值計算和數值模擬等定量方法對該水源地取水的可靠性和取水影響

3、進行了分析，研究成果不但可以為開發(fā)巴彥浩特水源地奠定基礎，而且可以為相關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、經濟、文化、交通中心，隨著城市經濟建設的快速發(fā)展和人口數目劇增，巴彥浩特地區(qū)的供水能力嚴重不足，城市供水的緊張問題現已成為阿拉善盟政治、經濟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，實現地區(qū)經濟可持續(xù)發(fā)展，不斷提高城市居民的生活水平，只有實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)展奠定堅實基礎，所以水源地供水工程的興建與開發(fā)勢在必行。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)的關鍵內容之一，評價結

4、果決定了水源地供水工程的可行性。水源地供水工程設計要求 2015 年的供水規(guī)模為 500 萬 m3/ a，日供水能力為 1 37 萬 m3/ d; 遠期規(guī)劃到 2025 年，供水規(guī)模為 1000 萬 m3/ a。水源地的地理位置圖( 圖 1) 。1 1 水文地質條件研究區(qū)內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 72 60 106 50m，其含水層巖性主要為粉細砂、細砂、粗砂等，分選磨圓均好，結構松散。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、細砂巖、中砂巖等為主，產狀平緩，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、砂質泥巖、泥質砂巖等，含水層厚度為 63 40 137 60m，單井涌水量為 52 86 70 71m3/ d，水質較差，礦化度為一般大于 1g/L。1 2 試驗布置本次研究共布設 14 眼探采結合井( TCK1 TCK13) 及 1 眼民井( TC4) ，其中TCK2 號探采結合井水質很差，不建議作為水源地供水抽水井。共布設 2 排，排距2 5km，每排布設抽水井 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、，濾水管長度按含水層厚度的30 50% 設置。平面布置圖( 圖 2) 。2 結果與分析2 1 取水可靠性結果與分析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算結果符合實際情況，文中采用了多重方法計算，一種計算方法為可開采系數法，計算結果為 541 858 萬 m3/ a; 第二種計算方法為開采抽水法，結果為 596 758萬 m3/ a; 第三種計算方法是利用抽水試驗水位恢復期水位上升速度計算，即水位恢復法，計算結果為 621 234 萬 m3/ a。為了增加水源地開采量的保證程度，選取以上計算結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 m3/

7、 a。巴彥浩特市 2015 年年供水能力預計為 500 萬 m3/ a，日供水能力為 1 37 萬 m3/ d。根據文中結論，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，不能滿足遠期供水量 1000 萬 m3/ a 的取水要求。水源地的補給量有限，若開采量超過補給量，則水位就會持續(xù)下降。為了合理開發(fā)地下水資源，開采量應控制在 1 485 萬 m3/ d( 541 858 萬 m3/ a) 以內。在短期內允許超過這個數值，但在另外時間應減少抽水量或人工補給方法補償允許超過的數值。2 1 2 供水水質的可靠性對研究區(qū) 14 眼供水井的出水水樣進行水質化驗分析，化驗分析報告認為水源

8、地內第四系潛水水質優(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，為確定混合水水質情況，將水源地超標指標按各井的涌水量進行加權平均分析，經計算，水源地內開采井超標指標經混合水加權平均計算后總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氟化物;四項指標滿足地下水質量標準GB/T14848 93( III 類) 的要求，但 氯化物; 含量仍然超標，建議在供水過程中對混合水中氯化物進行處理，以滿足供水水質要求。2 2 取水可行性結果與分析2 2 1 取水井布設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的合理性方面進行分析。本次研究區(qū)共計布設探采結合水源井 14 眼，設兩排，

9、開采井排距約 2 5km，井距 2km，井深 250m，井徑 273mm。根據抽水試驗計算成果，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。經計算，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。承壓抽水井也不會產生抽水干擾，水源地井位布設合理。2 2 2 供水工程取水的可行性水源地現共有 14 眼成井( 其中 12 眼井工作，2 眼備用井，TCK2 作為長期

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，水源地集水系統(tǒng) 14 眼井分為 4組，運行井一般不超過 4 眼，每組 3 4 眼，1 號至 3 號井為一組，4 號至 7號為一組，8 號至 10 號為一組，11 號至 14 為一組，每組 1 根形成四條聯絡管，其管徑為 DN400，每二條聯絡管并列成一組分別進入一級泵站的二座調節(jié)池。經過三級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的高位水池，到達各用戶。輸水線路沿線地質條件穩(wěn)定，沿線占地主要為農牧業(yè)用地，沒有生態(tài)保護區(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 m3/ a 以內，開采井對于紫泥湖盆地內地下水位影響幅度較小，可以滿足水源地供水工程設計供水能力500 萬 m3/ a 的要求，地下水取水方案可行。根據對 14 眼供水井的出水水質評價結論，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準地下水水質要求。3 討論3 1 取水水位的影響以本次地下水抽水試驗數據為基礎，利用 Visual MODFLOW4 2 軟件模擬計算研究區(qū)孔隙介質中地下水的流動。結合紫泥湖盆地水文地質單元邊界和綜合水文地質圖進行圈定數值模擬區(qū)域界定范圍。選定的數值模擬區(qū)域東西寬 21 4km，南北長 19

12、 7km，面積為 196km2( 圖 3) 。數值模擬計算結果顯示，2010 2030 年，紫泥湖第四紀盆地在開采強度 1 5 萬 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。可見，在最小開采強度 1 5 萬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計供水量達到 500 萬 m3/ a( 1 37 萬 m3/ d) ，接近于 1 5 萬 m3/ d。按 15 萬 m3/ d 進行開采，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，對紫泥湖盆地內地下水位影響幅度不大。3 2 地下水環(huán)境的影響。MODFLOW 數值模擬結果，地下水位在合理開采條件下，下降一定深度后，不會持續(xù)下降，而是保持相對穩(wěn)定。此時潛水層區(qū)域平均降深計算獲得紫泥湖盆地全區(qū)域合理開采強度為 2 26 萬m3/ d，承壓層區(qū)域平均降深計算獲得合理開采強度為 2 08 萬 m3/ d。以含水層平均厚度進行加權平均，從而獲得紫泥湖盆地全區(qū)域的合理開采強度為 2 16萬 m3/ d( 788 40 萬 m3/ a) 。在開采強度較小的情況下，2030 年地下水位平均降深小于 2020 年的平均降深，主要因為 2030 年的累計補給量大于 2020

14、 年，水位略有恢復。不同開采強度下潛水、承壓水區(qū)域平均降深與時間的關系曲線( 圖 4 和圖 5) 。由于近期水源地供水工程設計供水量為 500 萬 m3/ a( 1 37 萬 m3/ d) ，小于紫泥湖盆地全區(qū)域合理開采量 2 16 萬m3/ d( 788 40 萬 m3/ a) ，因此，不會對區(qū)域地下水環(huán)境產生影響。3 3 其他用水戶的影響研究區(qū)主要涉及兩個自然村，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)內有人畜飲用水井 35 眼，灌溉井 56眼。據調查，當地地下水位埋深較小，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度( 788 40 萬 m3/ a) 的條件下，通過數值模型模擬計算，水源地在開采條件下對應水平年的主井水位降深( 表 2) 。通過數值模擬計算結果可知，水源井在合理開采強度( 788 40 萬 m3/ a) 的條件下，運行到 2030 年，地下水位加權降深在 13 384 18 615m 之間，之后水位將保持相對穩(wěn)定。由于紫泥湖盆地內地下水位全面下降，所以對所有的民用井都將會產生影響。紫泥湖盆地含水層厚度較大，所以開采井影響半徑內對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 結論文中以內蒙古阿拉善盟巴彥浩特水源地地下水資源評價項目為依托，通過開采系

16、數法、抽水試驗法、水位恢復法和 MODFLOW 數值模擬等對水源地地下水資源取水的可行性和影響進行了評價分析，具體結論有以下幾點:( 1) 綜合開采系數法、抽水試驗法、水位恢復法計算結果，確定水源地的地下水可開采量為 541 858萬 m3/ a，能夠滿足 2015 年巴彥浩特市近期的年供水能力 500 萬 m3/ a，日供水能力 1 37 萬 m3/ d 取水要求，供水量可靠。( 2) 研究區(qū)共布設探采結合水源井 14 眼，設兩排，開采井排距約 2 5km，井距 2km，井深 250m，井徑273mm。根據抽水試驗計算成果，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準地下水水質要求。( 3) 利用 Visual MODFLOW4 2 進行數值模擬，計算結果顯示，2010 2030 年紫泥湖第四紀盆地在開采強度 1 5 萬 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) 通過數值模型模擬，還可以得知近期水源地供水工程設計的 500 萬 m3/ a( 1 37 萬 m3/ d) 供水量小于紫泥湖盆地全區(qū)域合理開采量 788 40 萬 m3/ a ( 2 16 萬 m3/ d) ，因此不會對區(qū)域地下水環(huán)境產生影響。參考文獻1張利平，夏軍，胡志芳 中國水資源狀況與水資源安全問題分析J 長江流域資源與環(huán)境，2009，18( 2) : 116 1202朱學愚，錢孝星，劉新仁 地下水資源評價M南京: 南京大學出版社，1987: 1 23朱學愚，孫克讓 佳木斯市地下水水量水質模型J 水科學進展，1994，5( 1) : 4 0 4 94吳劍鋒，朱學愚，費光燦 口泉溝南水源地環(huán)境同位素研究和地下水資源評價J煤田地質與勘探，1997，25 ( 3) : 35 395