水體置換在地下水庫(kù)水生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用

王遠(yuǎn)林，閆慶峰，柳 娜

（煙臺(tái)市水利建筑勘察設(shè)計(jì)院，山東 煙臺(tái) 264000）

永福園地下水庫(kù)庫(kù)區(qū)總面積63.26 km2，總庫(kù)容2.05億m3，地下水庫(kù)下游水體因建庫(kù)前海水侵染較重，Cl-含量大都高于200～250 mg/L，靠近壩線附近局部高于500 mg/L，咸水體分布范圍為大沙埠橡膠壩以下宮家島水廠供水井影響區(qū)域，面積約5.7 km2。本次水生態(tài)修復(fù)工作是用30眼抽水井與258眼補(bǔ)源滲井對(duì)水庫(kù)下游咸水體進(jìn)行抽水置換與補(bǔ)源，通過(guò)140 d的人工強(qiáng)排強(qiáng)補(bǔ)，抽咸補(bǔ)淡，加快水體循環(huán)，降低Cl-含量，改善地下水水質(zhì)，修復(fù)水生態(tài)環(huán)境。

1 置換區(qū)水文地質(zhì)條件

1.1 含水層的分布及富水性

本區(qū)含水砂層厚度一般為15～28 m，滲透系數(shù) 80～100 m/d，單井涌水量多大于 2 000 m3/d，主要分布在東關(guān)——小沙埠和南上坊——宮家島水廠地段及地下水庫(kù)壩線上游夾河西岸，在其外圍分布有10～15 m厚的含水砂層，富水性較好，單井涌水量在1 000～2 000 m3/d。

1.2 地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件

區(qū)內(nèi)地下水補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水、河流入滲、周邊側(cè)向及上游地下徑流補(bǔ)給；地下水總體流向?yàn)樽阅舷虮?，在南上坊和宮家島水源地附近由于人工開(kāi)采，地下水主要向集中開(kāi)采水源地匯流，北部地下水庫(kù)截滲壩的建成，阻止了地下水的徑流；地下水的排泄方式主要為人工開(kāi)采。

2 置換區(qū)的基本情況

置換區(qū)的范圍是地下水庫(kù)下游庫(kù)區(qū)，大沙埠橡膠壩以下宮家島水廠供水井影響區(qū)域，面積約5.7 km2。根據(jù)《煙臺(tái)市夾河地下水庫(kù)水文工程地質(zhì)勘察報(bào)告》，置換區(qū)地下水位-15 m以上儲(chǔ)存量約為1 220萬(wàn)m3。

2.1 截滲壩建成前后地下水水質(zhì)變化情況

據(jù)檢測(cè)，地下水庫(kù)截滲壩建成前，水庫(kù)下游區(qū)地下水中Cl-含量較高。地下水庫(kù)截滲壩建成運(yùn)行后，經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)采利用和水體自然交換，區(qū)內(nèi)地下水Cl-含量總體呈下降趨勢(shì)。說(shuō)明一是截滲壩截滲效果明顯；二是有集中開(kāi)采的地段，由于人工開(kāi)采及周邊補(bǔ)給強(qiáng)度大，水體循環(huán)加快，地下水中Cl-含量下降較快，水質(zhì)改善明顯；三是在近壩址內(nèi)側(cè)等無(wú)人工開(kāi)采的地段，靠水體自然循環(huán)，地下水中Cl-含量雖有所下降，但下降速率較慢。因此，對(duì)地下水庫(kù)下游庫(kù)區(qū)可通過(guò)人工強(qiáng)排強(qiáng)補(bǔ)，加快水體循環(huán)，以改善水質(zhì)，進(jìn)行水生態(tài)修復(fù)。

2.2 截滲壩上下游地下水水質(zhì)對(duì)比情況

2009年地下水庫(kù)截滲壩上下游地下水中Cl-含量西壩段上游為285.56～549.4 mg/L，下游為634.9～1 313.5 mg/L；東壩段上游為 410.6 mg/L，下游為2 278 mg/L。說(shuō)明截滲壩截滲效果明顯，起到了“蓄淡阻咸”的作用。

2.3 置換區(qū)地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)

地下水庫(kù)下游庫(kù)區(qū)地下水化學(xué)類(lèi)型自南向北由 Cl·HCO3—Ca·Na·Mg 水變?yōu)?Cl—Na 水，按《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)價(jià)多為Ⅳ～Ⅴ類(lèi)水。

3 水體置換與補(bǔ)源工程方案

3.1 置換目標(biāo)

置換區(qū)水體置換目標(biāo)為地下水中Cl-含量小于150 mg/L，達(dá)到地下水Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 置換抽水天數(shù)計(jì)算

根據(jù)《煙臺(tái)市城市供水應(yīng)急工程宮家島水廠水文地質(zhì)勘察報(bào)告》，置換區(qū)平水年地下水天然補(bǔ)給量為4.4萬(wàn)m3/d，現(xiàn)有開(kāi)采量為2.7萬(wàn)m3/d，地下水位-15 m以上儲(chǔ)存量約為1 220萬(wàn)m3。

方案規(guī)劃抽水量6.0萬(wàn)m3/d，現(xiàn)有地下水開(kāi)采量為2.7萬(wàn)m3/d，則每天抽水量合計(jì)為8.7萬(wàn)m3。按置換區(qū)地下水Cl-含量背景值為250 mg/L，天然補(bǔ)給量中Cl-含量100 mg/L，人工回灌補(bǔ)源水Cl-含量50 mg/L，采用Cl-通量均衡公式進(jìn)行計(jì)算。

設(shè)置換抽水天數(shù)為X，則：置換區(qū)地下水儲(chǔ)存量為 1.22×1010L；抽水總量=8.7×107L·X；外圍入滲補(bǔ)給量=4.4×107L·X；回灌補(bǔ)給量=（8.7-4.4）×107L·X。按置換目標(biāo) Cl-含量 150 mg/L計(jì)算，所需抽水天數(shù)為113 d。考慮置換過(guò)程存在復(fù)雜性，水位降至-15 m，激發(fā)增加補(bǔ)給量，同時(shí)-15 m以下咸水及含水層中吸附Cl-將向上擴(kuò)散，因此，設(shè)計(jì)置換歷時(shí)確定為140 d。

3.3 置換補(bǔ)源工程方案

1）置換抽水井規(guī)模。按前述計(jì)算的抽水量和抽水時(shí)間，根據(jù)含水層的分布及抽水井的影響半徑，按單井出水量2 000 m3/d，確定布置抽水井30眼 （新打25眼，利用宮家島水廠已有5眼），井深 25～35 m，抽水能力為6.0萬(wàn) m3/d。

2）回灌補(bǔ)源滲井規(guī)模。置換區(qū)水體達(dá)到置換目標(biāo)需抽水140 d，30眼井抽水加現(xiàn)狀已有的開(kāi)采量2.7 m3/d，置換期抽出水總量為1 218萬(wàn)m3，地下水的天然補(bǔ)給總量為616萬(wàn)m3，其余602萬(wàn)m3靠人工滲井補(bǔ)源。本次在置換區(qū)相應(yīng)河段，布設(shè)滲井258眼，滲井的入滲能力按每眼360 m3/d考慮，258眼井入滲能力為9.29萬(wàn)m3/d，65 d左右可完成對(duì)地下水的回補(bǔ)。

3）抽水置換工序安排。進(jìn)行置換抽水時(shí)，優(yōu)先抽取高濃度的地下咸水，從而縮小咸水體污染范圍，降低其污染能力，先從下游開(kāi)始抽水，逐漸向上游推進(jìn)，并盡可能疏干抽水，在抽水過(guò)程中，上游外圍地下水向下游匯流。引滲補(bǔ)源在抽水后期進(jìn)行，并跟蹤進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，當(dāng)抽水井中Cl-含量小于100～150 mg/L時(shí)該井停止抽水。

4 水體置換與補(bǔ)源工程實(shí)施

水體置換抽水自2010-04-20至2010-10-30基本完成，30眼置換井共運(yùn)行9.7萬(wàn)臺(tái)時(shí)，加現(xiàn)有開(kāi)采量，累計(jì)抽水量為1 248萬(wàn)m3，取Cl-含量分析樣1 546組，監(jiān)測(cè)結(jié)果如下：

自置換抽水以來(lái)，區(qū)內(nèi)地下水中Cl-含量下降明顯，總體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)如圖1示。25眼新井Cl-含量初始平均值為252.3 mg/L，現(xiàn)狀平均值為 156.1 mg/L，平均降低 96.2 mg/L，至 2010-10-30，僅剩小沙埠村以東區(qū)域的 J1、2、3、12 井 Cl-含量略超飲用水標(biāo)準(zhǔn)，分析原因?yàn)椋阂皇潜緟^(qū)域?yàn)橥鈯A河古河道，含水層厚度大，上游有電廠南上坊水源地及西牟水廠，歷年開(kāi)采強(qiáng)度較大，截滲壩建成之前，為海水入侵較嚴(yán)重區(qū)域；二是本區(qū)域部分地段松散層下部基巖裂隙水為早期封存的苦咸水，置換井底部雖進(jìn)行了封堵，但尚存在水力聯(lián)系及互補(bǔ)關(guān)系；三是置換抽水歷時(shí)較短，尚未完全完成對(duì)封存苦咸水的置換。

圖1 置換抽水后置換區(qū)J5號(hào)井Cl-變化曲線

5 結(jié)論與建議

1）對(duì)永福園地下水庫(kù)建庫(kù)前封存的苦咸水，利用已有資料進(jìn)行水資源量計(jì)算和置換方案設(shè)計(jì)，與抽水置換歷程相吻合，達(dá)到了預(yù)期目的，通過(guò)人工進(jìn)行強(qiáng)排強(qiáng)補(bǔ)，加快水體循環(huán)，修復(fù)了水生態(tài)環(huán)境。

2）應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)庫(kù)區(qū)地下水開(kāi)采管理，并強(qiáng)化水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作，發(fā)現(xiàn)異常立即進(jìn)行原因分析，相應(yīng)采取治理措施。