大安市第二水源地地下水開采降落漏斗預(yù)測

曲克宏，張振權(quán)

吉林省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站， 吉林 長春 130021

大安市位于本省西部干旱地區(qū)，多年平均降水量不大于400mm，地表水資源較匱乏，當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)、生活供水以地下水為主，目前全市自來水公司日供水能力僅1×104m3、全年開采量365萬噸左右。保證用水僅占城市人口40%；自備井現(xiàn)有123眼（其中深井48、淺井75）為確保本市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活生產(chǎn)用水開發(fā)第二水源。2015年前供水量達(dá)4.8×104m3/d，2020年達(dá)6.7×104m3/d。由于工業(yè)、生活用水連續(xù)開采，農(nóng)業(yè)用水是季節(jié)性間歇開采、且隨著引嫩工程的實(shí)施、地下水開采量不會大量增加，能夠維持即定的供水目標(biāo)。按規(guī)劃開采量開采地下水能否維持采補(bǔ)平衡、資源永續(xù)利用、不出現(xiàn)不良水文地質(zhì)、環(huán)境問題。本文試圖通過“開采下降漏斗”預(yù)測，初步探討開采條件下地下水動力場變化趨勢，提出地下水資源及環(huán)境保護(hù)意見。

在第二水源集中開采水源地、持續(xù)5～10年、開采量（4.8～6.7×104）m3/d，連續(xù)抽水勢必形成地下水局部下降漏斗。“漏斗”擴(kuò)展范圍、不同時間不同距離的水位降、中心最大水位降、對水源地周圍開發(fā)地下水影響程度作出評價。

1 模型選擇.

供水含水層為典型承壓水，可視為均質(zhì)等厚側(cè)向無限延展（多層疊置含水系統(tǒng)的松嫩盆地中一個開采點(diǎn)），天然水力坡度較小，少量越流補(bǔ)給可忽略，抽水量近穩(wěn)定，園周補(bǔ)給邊界，無限遠(yuǎn)處抽水影響不存在，于此初始和邊界條件基礎(chǔ)，把供水水源地分成北部（1～4號井）南部（5～23號井）兩個集中開采水源地，間距（4號至5號井）2 333.3m，前者為直線井排，后者為“半月形”布局。分別概化為兩個與實(shí)際布井面積（井間距800m）2.01 km2及9.5 km2面積等同的“園形大井”、以日開采量最大6.7萬噸為依據(jù)（北水源1.17萬噸、南水源5.53萬噸）預(yù)測水位變化值、則日開采量4.8萬噸引起的“水位降值定小于此值、不再預(yù)測。概化后的大井半徑分別為800m及1 739m、總面積相當(dāng)于11.51 km2。適宜非穩(wěn)定流“泰斯”解析解模型。

式中：ΣS——不同時間和距離的水位降（m）。

ΣQ——水源地總開采量（m3/d）。

T—— 含水層導(dǎo)水系數(shù)（m3/d）。

a——導(dǎo)壓系數(shù)（m2/d）。

r——開采中心至不同降落點(diǎn)距離（m）。

t——開采時間（d）。

表1 北水源地（1～4號井）日開采量1.17萬噸水位降深值預(yù)測表Table 1 Drawdown value prediction of withdrawal 11700 tons per day, north source (Well 1 - Well 4)

表2 南水源地（5～23號井）日開采量5.53萬噸水位降深值預(yù)測表Table 2 Drawdown value prediction of withdrawal 55300 tons per day, south source (Well 5 – Well 23)

2 參數(shù)確定

結(jié)合水源地水文地質(zhì)條件、并參考新一輪中國地下水資源評價“吉林卷”資料、確定相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)值如下：

T=1 500m2/d，a=0.9×105m2/d，分別對北、南水源以日開采量1.17萬噸及5.53萬噸（單井涌水量平均2 913m3/d）。預(yù)測1、3、5、10年降深值。

3 預(yù)測結(jié)果

預(yù)測結(jié)果見表1、2。

4 預(yù)測結(jié)果評價.

北水源地持續(xù)日開采1.17萬噸水量條件下、開采10年后水源地地下水將形成影響半徑大于2 500m的降落漏斗，最大中心水位降10.04m，距中心 2 500m下降值3.03m；在南水源持續(xù)日開采量5.53萬噸條件下、地下水降落漏斗最大中心水位降達(dá)47.55m，距中心2 500m處14.35m?？?、豐水期上表中計算值相應(yīng)的加減1.5～2.0m。由于開采井是泰康組和白土山組承壓水混合開采、因此必需用其最高承壓水位、最大頂板埋深及含水層累積厚度評價“降深值”的水文地質(zhì)條件可行性。就以南水源日開采量5.53萬噸持續(xù)開采為例、開采10年后、降落漏斗中心最大水位降47.55m、而含水層頂板埋深值45～65m，說明漏斗中心壓力水位下降未超頂板埋深最大值、只少泰康組含水層不存在被疏干的可能性，況切“漏斗”中、離中心50m的水位降只有36.7m、小于頂板埋深最小值，白土山組承壓含水層也未有被大面積疏干的可能、根據(jù)“白土山組—泰康組混合承壓水水位埋深值、壓力水位豐水期埋深5～10m的條件、該層只存在離“漏斗中心”50m以內(nèi)范圍局部極少量“疏干”。

但這是一個天然補(bǔ)給不足靠開采激發(fā)補(bǔ)給的內(nèi)陸盆地型水源地。隨著持續(xù)開采時間延長、地下水下降漏斗范圍不斷擴(kuò)大、一年后距開采中心2 500m處的逕流補(bǔ)給邊界水位降深值將分別接近1.65～7.85m。因此、如果相當(dāng)于“漏斗”面積20 km2以外的地下水再開采、降深值必將再增加。持續(xù)開采10年后，北、南部水源分別形成的開采降落漏斗波及、疊加值約12m。應(yīng)嚴(yán)防外圍亂打井、避免水位持續(xù)下降、出現(xiàn)承壓含水層大面積疏干現(xiàn)象。

水源地在規(guī)劃布井時已盡可能遠(yuǎn)離開采油井、地面距離保持1 000m以上。但是水源地在長期持續(xù)開采時，地下水開采下降漏斗波及范圍較廣，從中心起2 500m以外。采油井深度較大、穿透供水含水層（與盆地中層狀疊置含水層水平分布相關(guān)），存在石油類污染質(zhì)對供水含水層污染的可能性。其中三項(xiàng)（井下作業(yè)廢水、即完井后和修井時的返排水；落地油；輸油管線泄漏）對潛水產(chǎn)生污染，不是供水層、可忽略不計；主要是鉆井廢水（鉆井過程沖洗鉆井設(shè)備、地面設(shè)備用水及起下鉆時泥漿流失物、泥漿循環(huán)系統(tǒng)的滲透物等組成）、套外返水對地下水環(huán)境的影響。處于水源地下降漏斗區(qū)內(nèi)或者離漏斗邊界較近的采油井一但發(fā)生上述廢水串入或是套外返水，采油井.注水井的污水將會沿管壁直接進(jìn)入含水層、串通供水層、在有限的距離內(nèi)、自然降解污染質(zhì)濃度若不能達(dá)到飲用水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，會造成地下水水源污染。

但據(jù)大安油田地下水環(huán)境影響評價資料表明、主要污染物石油類在第四系—第三系泰康組承壓水含水層中可持續(xù)降解150天、質(zhì)量濃度便可衰減到0.04mg/L，滿足地下水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。污染的距離只有45m。因此、遠(yuǎn)于1 000m以外的采油井對水源地水質(zhì)影響甚微。

5 結(jié)語

（1）該水源地地下水資源天然補(bǔ)給量不足，預(yù)測結(jié)果表明、長期開采以“開采激發(fā)補(bǔ)給量”維持采補(bǔ)平衡。因此、水源地外1 000m內(nèi)不允許再開采地下水，否則將會產(chǎn)生井間干擾，進(jìn)一步加大降深，增大白土山組承壓含水層的疏干可能性，而且易產(chǎn)生“漏斗”繼續(xù)擴(kuò)展不可恢復(fù)、水量減少、地面沉降等不良環(huán)境水文地質(zhì)問題。

（2）為使水源地持續(xù)發(fā)展利用，要體現(xiàn)地下水開發(fā)與保護(hù)相互關(guān)聯(lián)、保護(hù)中開發(fā)、開發(fā)中保護(hù)。不斷的引進(jìn)新技術(shù)、新方法開采利用以利于資源的再生。.

（3）將日趨復(fù)雜化的水資源評價應(yīng)用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)、優(yōu)化開發(fā)方案，控制、調(diào)整降深，進(jìn)而建立本區(qū)區(qū)域及城市水資源管理模型。

（4）合理部局、杜絕井間干擾，科學(xué)開采。

[1] 張振權(quán).中國地下水資源（吉林卷）[M].北京:中國地圖出版社，2005.

[2] 王鳳生.吉林地下水[M].長春:吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1998.

[3] 楊天行,林學(xué)玉.地下水流向井的非穩(wěn)定運(yùn)動原理及計算方法[M].北京:地質(zhì)出版社,1980.