内蒙古巴彦浩特水源地取水的可靠性和取水影响分析,水资源论文.docx

内蒙古巴彦浩特水源地取水的可靠性和取水影响分析,水资源论文水资源是基础自然资源、战略性经济资源，是生态环境的控制性因素之一，同时又是一个国家综合国力的有机组成部分。中国水资源问题特别突出，尤其是水资源短缺已经成为我们国家社会经济发展重要的制约因素，遭到国家和社会的高度关注。为了尽可能改变缺水导致经济发展束缚的客观现象，我们国家学者在几十年前就已投入了大量研究，尤其是改革开放以来，由于经济的快速发展，综合实力的迅猛提高，水资源评价方面的研究投入力度更大，乔冈等通过利用地下水平衡法对地下水补给量和排泄量进行了计算，近而对大荔县地下水资源进行了评价，并提出了水资源可持续利用的对策; 梁藉等通过建立地下水系统数学模型及数值模型，对阿克苏地下水资源进行了评价与可持续利用研究。近些年十分在干旱缺水的地区，对水源地取水可行性理论与实践研究尤为突出，王现国等在河南襄城县进行了供水工程的取水水源论证，以定量计算分析为主，论证了项目运行经过中的取水影响范围和程度，同时提出了地下水资源保卫措施; 唐莲等对宁夏永宁县伊品公司的地下取水项目的可行性进行了研究，分析以为该项目的取水行为不会对区域地下水环境产生影响，取水可行; 贾冬梅等对黄河海勃湾水利枢纽的取水影响进行了具体分析阐述，同时提出了水资源保卫的可行性措施。 文中结合对内蒙古巴彦浩特水源地地下水资源评价研究，采用数值计算和数值模拟等定量方式方法对该水源地取水的可靠性和取水影响进行了分析，研究成果不但能够为开发巴彦浩特水源地奠定基础，而且能够为相关类似工程提供借鉴与参考。 1 研究背景 巴彦浩特是阿拉善盟的政治、经济、文化、交通中心，随着城市经济建设的快速发展和人口数目剧增，巴彦浩特地区的供水能力严重缺乏，城市供水的紧张问题现已成为阿拉善盟政治、经济生活中的亟待解决的大事。为了从根本上解决巴彦浩特城市的缺水问题，实现地区经济可持续发展，不断提高城市居民的生活水平，只要施行巴彦浩特新水源地供水工程，才能彻底解决巴彦浩特供水缺乏的问题，为城市发展奠定坚实基础，所以水源地供水工程的兴建与开发势在必行。而水源地取水的可靠性、取水影响的分析却是水源地工程开发的关键内容之一，评价结果断定了水源地供水工程的可行性。 水源地供水工程设计要求 2021 年的供水规模为 500 万 m3/ a，日供水能力为 1 37 万 m3/ d; 远期规划到 2025 年，供水规模为 1000 万 m3/ a。水源地的地理位置图( 图 1) 。【图1】 1 1 水文地质条件 研究区内水源地地下水主要为第四系松懈岩类孔隙水、第三系碎屑岩类裂隙孔隙水。水源地的第四系中下更新统冲湖积层厚度达 72 60 106 50m，其含水层岩性主要为粉细砂、细砂、粗砂等，分选磨圆均好，构造松懈。含水层厚度各处不一，矿化度多小于 1g/L。第三系碎屑岩类承压水，含水层岩性主要以粉砂岩、细砂岩、中砂岩等为主，产状平缓，倾角一般为2 3 ，该层顶板埋深在 82 30 126 60m，隔水层岩性主要为泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩等，含水层厚度为 63 40 137 60m，单井涌水量为 52 86 70 71m3/ d，水质较差，矿化度为一般大于 1g/L。 1 2 试验布置 本次研究共布设 14 眼探采结合井( TCK1 TCK13) 及 1 眼民井( TC4) ，华而不实TCK2 号探采结合井水质很差，不建议作为水源地供水抽水井。共布设 2 排，排距2 5km，每排布设抽水井 7 眼，井距 2km，采用梅花型布井方案，井深 250m( 除原TCK2 位置新布设的抽水井) ，井径 273mm。由于本水源地含水层厚度较大，滤水管长度按含水层厚度的30 50% 设置。平面布置图( 图 2) 。【图2】 2 结果与分析 2 1 取水可靠性结果与分析 2 1 1 供水量可靠性 为了保证水源地的地下水可开采量的计算结果符合实际情况，文中采用了多重方式方法计算，一种计算方式方法为可开采系数法，计算结果为 541 858 万 m3/ a; 第二种计算方式方法为开采抽水法，结果为 596 758万 m3/ a; 第三种计算方式方法是利用抽水试验水位恢复期水位上升速度计算，即水位恢复法，计算结果为 621 234 万 m3/ a。 为了增加水源地开采量的保证程度，选取以上计算结果中最小值作为水源地可开采量，故水源地的地下水可开采量为541 858 万 m3/ a。 巴彦浩特市 2021 年年供水能力估计为 500 万 m3/ a，日供水能力为 1 37 万 m3/ d。根据文中结论，水源地可开采量能够知足 2021 年巴彦浩特市最近的取水要求，不能知足远期供水量 1000 万 m3/ a 的取水要求。 水源地的补给量有限，若开采量超过补给量，则水位就会持续下降。为了合理开发地下水资源，开采量应控制在 1 485 万 m3/ d( 541 858 万 m3/ a) 以内。在短期内允许超过这个数值，但在另外时间应减少抽水量或人工补给方式方法补偿允许超过的数值。 2 1 2 供水水质的可靠性 对研究区 14 眼供水井的出水水样进行水质化验分析，化验分析报告以为水源地内第四系潜水水质优于第三系承压水。水源地开采后，14 眼开采井的水在水源地混合后输送至巴彦浩特，为确定混合水水质情况，将水源地超标指标按各井的涌水量进行加权平均分析，经计算，水源地内开采井超标指标经混合水加权平均计算后 总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氟化物 四项指标知足(地下水质量标准GB/T14848 93( III 类) 的要求，但 氯化物 含量仍然超标，建议在供水经过中对混合水中氯化物进行处理，以知足供水水质要求。 2 2 取水可行性结果与分析 2 2 1 取水井布设的合理性 地下水取水水源的可行性分析主要考虑取水井布设的合理性方面进行分析。本次研究区共计布设探采结合水源井 14 眼，设两排，开采井排距约 2 5km，井距 2km，井深 250m，井径 273mm。根据抽水试验计算成果，单井影响半径一般在135 80 396 59m 之间，影响半径未超过井距2km，井间抽水干扰微弱，水源地井位布设合理。水源地水源井布置( 图 2) 。【表1】 由于其它井为承压水开采井，所以影响半径更小。经计算，TCK2、TCK11 为承压非完好井，影响半径分别为 54 97m 和 62 03m，TCK7 为承压完好井，影响半径为 64 15m。承压抽水井也不会产生抽水干扰，水源地井位布设合理。 2 2 2 供水工程取水的可行性 水源地现共有 14 眼成井( 华而不实 12 眼井工作，2 眼备用井，TCK2 作为长期备用井) ，每眼井出水量为80T /h，呈两排布置，每眼井配套安装了 200QJ80 60 /40 深井潜水泵一台，水源地集水系统 14 眼井分为 4组，运行井一般不超过 4 眼，每组 3 4 眼，1 号至 3 号井为一组，4 号至 7号为一组，8 号至 10 号为一组，11 号至 14 为一组，每组 1 根构成四条联络管，其管径为 DN400，每二条联络管并列成一组分别进入一级泵站的二座调节池。经过三级泵站加压送入高位配水池，从高位配水池利用自重压力流流入城市管网的高位水池，到达各用户。输水线路沿线地质条件稳定，沿线占地主要为农牧业用地，没有生态保卫区和其它生态敏感区域，工程方案可行。 水源地 14 眼井可开采量在 541 858 万 m3/ a 以内，开采井对于紫泥湖盆地内地下水位影响幅度较小，能够知足水源地供水工程设计供水能力500 万 m3/ a 的要求，地下水取水方案可行。根据对 14 眼供水井的出水水质评价结论，本次供水工程采用群井开采后混合输送原水，知足集中式生活饮用水水源工程的类标准地下水水质要求。 3 讨论 3 1 取水水位的影响 以本次地下水抽水试验数据为基础，利用 Visual MODFLOW4 2 软件模拟计算研究区孔隙介质中地下水的流动。结合紫泥湖盆地水文地质单元边界和综合水文地质图进行圈定数值模拟区域界定范围。选定的数值模拟区域东西宽 21 4km，南北长 19 7km，面积为 196km2( 图 3) 。【图3】 数值模拟计算结果显示，2018 2030 年，紫泥湖第四纪盆地在开采强度 1 5 万 m31潜水平均降深 0 503 4 097m，全区域承压水平均降深 0 320 4 485m。可见，在最小开采强度 1 5 万m3/ d 条件下，全区域水位仍然要下降，但下降幅度较小。 水源地的最近供水工程要求设计供水量到达 500 万 m3/ a( 1 37 万 m3/ d) ，接近于 1 5 万 m3/ d。按 15 万 m3/ d 进行开采，开采 30 年后，潜水位平均下降 7 657m( 仅开采潜水) 。本区地下水潜水含水层厚度较大，一般在 72 60 106 50m 左右，对紫泥湖盆地内地下水位影响幅度不大。3 2 地下水环境的影响。 MODFLOW 数值模拟结果，地下水位在合理开采条件下，下降一定深度后，不会持续下降，而是保持相对稳定。此时潜水层区域平均降深计算获得紫泥湖盆地全区域合理开采强度为 2 26 万m3/ d，承压层区域平均降深计算获得合理开采强度为 2 08 万 m3/ d。以含水层平均厚度进行加权平均，进而获得紫泥湖盆地全区域的合理开采强度为 2 16万 m3/ d( 788 40 万 m3/ a) 。 在开采强度较小的情况下，2030 年地下水位平均降深小于 2020 年的平均降深，主要由于 2030 年的累计补给量大于 2020 年，水位略有恢复。不同开采强度下潜水、承压水区域平均降深与时间的关系曲线( 图 4 和图 5) 。 由于最近水源地供水工程设计供水量为 500 万 m3/ a( 1 37 万 m3/ d) ，小于紫泥湖盆地全区域合理开采量 2 16 万m3/ d( 788 40 万 m3/ a) ，因而，不会对区域地下水环境产生影响。【图4-5】 3 3 其他用水户的影响 研究区主要牵涉两个自然村，共有牧民 22 户，人口 75 人，家畜 1926 头( 只) ，华而不实大畜 455 只，小畜 1471 只。 区内有人畜饮用水井 35 眼，灌溉井 56眼。据调查，当地地下水位埋深较小，一般为 2 5m，村民水井井深一般在 20 50m 左右。 水源井在合理开采强度( 788 40 万 m3/ a) 的条件下，通过数值模型模拟计算，水源地在开采条件下对应水平年的主井水位降深( 表 2) 。【表2】 通过数值模拟计算结果可知，水源井在合理开采强度( 788 40 万 m3/ a) 的条件下，运行到 2030 年，地下水位加权降深在 13 384 18 615m 之间，之后水位将保持相对稳定。由于紫泥湖盆地内地下水位全面下降，所以对所有的民用井都将会产生影响。紫泥湖盆地含水层厚度较大，所以开采井影响半径内对其它用水户影响较大，开采井影响半径以外，影响程度较小。 4 结论 文中以内蒙古阿拉善盟巴彦浩特水源地地下水资源评价项目为依托，通过开采系数法、抽水试验法、水位恢复法和 MODFLOW 数值模拟等对水源地地下水资源取水的可行性和影响进行了评价分析，详细结论有下面几点: ( 1) 综合开采系数法、抽水试验法、水位恢复法计算结果，确定水源地的地下水可开采量为 541 858万 m3/ a，能够知足 2021 年巴彦浩特市最近的年供水能力 500 万 m3/ a，日供水能力 1 37 万 m3/ d 取水要求，供水量可靠。 ( 2) 研究区共布设探采结合水源井 14 眼，设两排，开采井排距约 2 5km，井距 2km，井深 250m，井径273mm。根据抽水试验计算成果，单井影响半径一般在 135 80 396 59m 之间，影响半径未超过井距2km，井间抽水干扰微弱，水源地井位布设合理。井开采后混合输送原水，知足集中式生活饮用水水源工程的类标准地下水水质要求。 ( 3) 利用 Visual MODFLOW4 2 进行数值模拟，计算结果显示，2018 2030 年紫泥湖第四纪盆地在开采强度 1 5 万 m3/ d 情况下，全区域潜水平均降深 0 503 4 097m，全区域承压水平均降深 0 320 4485m，下降幅度较小。 ( 4) 通过数值模型模拟，还能够得知最近水源地供水工程设计的 500 万 m3/ a( 1 37 万 m3/ d) 供水量小于紫泥湖盆地全区域合理开采量 788 40 万 m3/ a ( 2 16 万 m3/ d) ，因而不会对区域地下水环境产生影响。 以下为参考文献 1张利平，夏军，胡志芳 中国水资源状况与水资源安全问题分析J 长江流域资源与环境，2018，18( 2) : 116 120 2朱学愚，钱孝星，刘新仁 地下水资源评价M南京: 南京大学出版社，1987: 1 2 3朱学愚，孙克让 佳木斯市地下水水量水质模型J 水科学进展，1994，5( 1) : 4 0 4 9 4吴剑锋，朱学愚，费光灿 口泉沟南水源地环境同位素研究和地下水资源评价J煤田地质与勘探，1997，25 ( 3) : 35 39 5乔冈，杜玲玲，朱桦，等 大荔县地下水资源评价与可持续利用对策J 干旱区资源与环境，2018，24( 9) : 72 76 6梁藉，谢新民，蒋云钟，等 阿克苏地下水资源评价与可持续利用研究J人民黄河，2018，31( 2) : 49 50 7王现国，龚晓凌，吴东民，等 襄城县供水工程地下水取水水源论证与影响评价J中国水利，2018( 17) : 57 60 8唐莲，李金燕 伊品公司新建项目地下水取水可行性研究J人民黄河，2018，33( 10) : 57 58 9内蒙古阿拉善盟巴彦浩特新井水源地供水工程水资源论证报告R 呼和浩特: 内蒙古水利水电勘测设计院，2018