由抽水試驗成果談濟南長孝水源地回灌補源

鄭麗爽，于大潞，趙宇輝

(山東省地礦工程勘察院，山東 濟南　250014)

?

由抽水試驗成果談濟南長孝水源地回灌補源

鄭麗爽，于大潞，趙宇輝

(山東省地礦工程勘察院，山東 濟南250014)

通過4.5萬m3/d開采性抽水試驗的觀測表明長孝水源地具有較好的富水性及調(diào)蓄能力，開采潛力巨大。為保證長孝水源地的長期開采，應盡早采用外引內(nèi)攔等工程措施，在孝里鋪洼地地區(qū)實現(xiàn)地表水的回灌補源。這對提高城市供水保證率，恢復當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境均具有十分深遠的意義。

回灌補源；外引內(nèi)攔；濕地生態(tài)環(huán)境；長孝水源地；孝里鋪洼地；濟南市

引文格式：鄭麗爽，于大潞，趙宇輝.由抽水試驗成果談濟南長孝水源地回灌補源[J].山東國土資源，2015,31(6)：34-37. ZHENG Lishuang，YU Dalu，ZHAO Yuhui. Study on Artificial Groundwater Recharge of Changxiao Water Source By Pumping Test in Jinan City[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(6):34-37.

濟南市長孝水源地位于濟南市長清區(qū)曹樓村附近，該水源地設(shè)計探采結(jié)合井12眼，供水能力10萬m3/d。目前已完成1號水源地4眼探采結(jié)合井的施工工作，并于2011年6月對1號水源地進行了為期30d的開采性抽水試驗，抽水流量4.5萬m3/d。雖影響范圍較小，但盡早提出長孝水源地地表水的回灌補源工作對于保證長孝水源地的長期開采具有極為深遠的意義①山東省地礦工程勘察院，濟南市長孝水源地抽水試驗工程曹樓井組階段性開采抽水試驗成果報告，2011年。

1　概況

1.1區(qū)域水文地質(zhì)概況

根據(jù)《山東省地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用研究》中的水文地質(zhì)分區(qū)，長孝水源地屬于魯中南中低山丘陵碳酸鹽巖為主水文地質(zhì)區(qū)平陰-臨朐水文地質(zhì)亞區(qū)平陰單斜巖溶水系統(tǒng)，其西南部與舊縣單斜巖溶水系統(tǒng)相鄰(下馬頭水源地)，東北部與濟南單斜巖溶水系統(tǒng)相鄰(濟南泉域)[1-2]。這些巖溶水系統(tǒng)具有明確的水文地質(zhì)邊界，皆具有以溶隙、溶孔為主及少量溶穴、管道組成的網(wǎng)絡(luò)型導水通道和蓄水體系，含水介質(zhì)導水和富水程度，具有各向異性和不均一性。它們相對獨立，具有各自的水文地質(zhì)條件，又通過透水斷裂存在一定水力聯(lián)系。

1.2抽水試驗概況

1號水源地內(nèi)共有4眼探采結(jié)合井，其中一眼井深500.24m，其余均在358m左右。抽水主井采用400JCK440*1F深井泵，新鋪設(shè)DN800螺旋鋼管管道一條，向曹樓水廠西部的南水北調(diào)干渠排水，管線長度940m。

抽水試驗時間為30d，抽水試驗時間自5月29日開始，至6月28日結(jié)束。抽水歷時17d。水位恢復觀測8～10d，抽水流量為4.5萬m3/d，并布設(shè)不同類型水位觀測孔94個(包括市區(qū)泉域周邊觀測孔5處)，控制面積約1000km2，其中巖溶水水位觀測點59個，第四系松散巖類孔隙水水位觀測孔27個，地表水水位觀測點4個。大體以抽水試驗井為中心呈放射狀分布，由密到疏。

2　抽水試驗成果

2.1長孝水源地的富水性

該次抽水試驗抽水主井自6月3日10時開泵抽水，抽水15min后，主井水位基本穩(wěn)定，水位降深2.27～3.08m；6月20日10時停泵，停泵3min后，主井水位基本穩(wěn)定，停泵30min后，主井水位穩(wěn)定，水位升幅1.99～2.81m，抽水歷時17d。

5月29日—6月3日，該區(qū)巖溶水日降幅在0.012～0.027m/d之間，6月3日，曹樓水廠井組抽水開始，在6月3日—10日，抽水主井的日降幅由0.01增加到0.017m/d，距離抽水主井最近的CK1號孔日降幅有增加趨勢，由0.016增加至0.031m/d，表明該孔受到曹樓井組抽水的影響，而其他觀測孔變化規(guī)律不一。抽水主井因揭穿奧陶紀北庵段灰?guī)r和三山子組白云巖2個含水層，地下水的補給和調(diào)蓄能力較強，因此主井的巖溶水日降幅相對較小，其值為0.136m/d。據(jù)統(tǒng)計，主井抽水期間，區(qū)內(nèi)巖溶水累計降幅平均為1.74m，農(nóng)灌期區(qū)內(nèi)巖溶水日均降幅為0.139m/d，其對區(qū)內(nèi)巖溶水的降幅影響值為1.39m。反映出長孝水源地富水性非常好，并且具有非常好的調(diào)蓄能力。

2.2長孝水源地的漏斗擴展范圍

該次抽水試驗正趕上大面積農(nóng)灌期，農(nóng)灌開采對巖溶水位下降影響巨大，該次抽水停泵時間又在農(nóng)灌期內(nèi)，因此，巖溶水的最大降深實為農(nóng)灌開采和該次抽水試驗的疊加降深。曹樓井組周圍巖溶地下水漏斗形態(tài)為似半圓形，南北長約9km，東西寬約8.3km，漏斗面積約51.83km2。1.7m降深等值線向東交于馬山斷裂，1.8m降深等值線圈閉，長軸為NE向，沿孝里鋪斷裂向北東延伸，南自歸德鎮(zhèn)東辛村，北至歸德鎮(zhèn)國莊村一帶；西起歸德鎮(zhèn)曹樓村，東至歸德鎮(zhèn)莊樓村一帶，面積約18.74km2，大于2.0m降深區(qū)域面積較小，約1.04km2。漏斗中心最大降深為3.91m。曹樓井組西南方向沿孝里鋪斷裂為巖溶地下水主要的補給方向，具有較強的補給能力(圖1)。

3　回灌補源條件

3.1自然地理條件

孝里鋪洼地位于孝里鋪西南、廣里村北，西距黃河2～3km，南水北調(diào)濟平干渠穿洼地而過，為回灌補源提供了豐富的水源。據(jù)資料顯示洼地呈NE向延伸，在1985年3—4月份枯水期，積水面積約0.25km2，10—11月份豐水期積水面積為8.25km2，平均水深0.5～0.7m。由于近年來地下水位持續(xù)下降，目前洼地已經(jīng)消失。

圖1　開采性抽水試驗最大降深圖

3.2水文地質(zhì)條件

根據(jù)以往的地球物理勘探資料成果，孝里鋪斷裂由3條主干斷裂組成，其中西側(cè)的主干斷裂穿孝里鋪洼地而過，通常在斷裂構(gòu)造帶附近，裂隙巖溶較為發(fā)育，為地下水賦存、運移提供了良好的空間條件，是區(qū)內(nèi)巖溶水運移的主要通道之一。因此在水文地質(zhì)條件上分析，在孝里鋪洼地進行回灌補源對巖溶地下水的補給作用較為明顯。

孝里鋪洼地因地勢低洼，第四系厚度薄，巖性又多為松散的坡積和堆積物，隔水性差，根據(jù)資料顯示在豐水期巖溶水補給充分，水位相應抬高，在洼地邊緣除一部分沿溝谷直接瀉出補給洼地外，另外一部分以頂托補給第四系的方式排泄。根據(jù)實測1985年豐水期，該區(qū)域巖溶水水位高于洼地0.128m，高于第四系孔隙水0.037m，這說明在豐水期，孝里鋪洼地是巖溶水及第四系水的排泄點。而在枯水期，由于巖溶水補給量的減少，水位降低，此時巖溶水及第四系水位低于洼地水位，而洼地面積也由豐水期的8.25km2減少為0.25km2。說明洼地在枯水期反補第四系水及巖溶水。

3.3巖溶地下水水資源量概算

該次概算主要采用水量均衡法對長孝水文地質(zhì)單元地下水資源進行概算。計算公式為：

式中：μF△h/△t—單位時間內(nèi)含水層中水體積的變化量；Q補—各項補給量；Q排—各項排泄量。

該次計算降水量采用長清區(qū)1953—2011年多年平均降水量634.2mm，即P取0.6342m。根據(jù)長清-孝里鋪地區(qū)供水水文地質(zhì)勘探報告，該區(qū)降水入滲系數(shù)α取0.28。長孝水源地的直接補給區(qū)面積約144.66km2?？紤]到該區(qū)農(nóng)灌區(qū)多位于山間河谷或山間盆地地帶，地勢低洼平緩，便于入滲，故農(nóng)灌回滲系數(shù)β值取0.30。通過對大氣降水入滲量、黃河水的側(cè)滲補給量、下碼頭水源地的補給量、南大沙河流域的補給量及工農(nóng)業(yè)開采量、對濟南泉域的徑流排泄量、礦坑排水量等補給、排泄項的計算，計算結(jié)果見表1。通過計算可以看出，長孝水源地為正均衡，但對長孝水源地的開采只能通過截取地下水徑流排泄量及襲奪孝里鋪洼地排泄量。通過計算長孝水源地可采資源量約為10萬m3/d，潛力有限，因此為減少長孝水源地的開采對相鄰水文地質(zhì)單元的影響，增加長孝水源地長期開采的保證率，選擇在孝里鋪洼地實施回灌補源工作是有必要性的[3-4]。

表1　長清-孝里鋪水文地質(zhì)單元巖溶水補排項均衡分析

4　回灌補源措施

4.1外引內(nèi)攔相結(jié)合實現(xiàn)面補

利用黃河水及南水北調(diào)濟平干渠水，通過人工修筑的水渠、管道等水利工程設(shè)施向孝里鋪洼地引水。在山前地帶，尤其是在長孝泄洪溝各支流上修建攔水壩及分水閘攔蓄地表徑流，通過層層攔蓄減少地表水的徑流量，最終實現(xiàn)將其有序引入孝里鋪洼地的目的[5-6]。

4.2施工滲溝滲井實現(xiàn)點補

孝里鋪洼地與巖溶水水力聯(lián)系密切，為增加孝里鋪洼地水的入滲量，應進一步采取工程措施加強兩者的水利聯(lián)系，增加入滲系數(shù)。因此根據(jù)地層條件，在第四系較厚入滲系數(shù)較小的區(qū)域施工鉆孔，鉆至完整基巖全段下橋式濾水管，使地表水直接回灌巖溶水。在第四系較薄的區(qū)域施工填石滲井，以最大程度的增加地下水的入滲，增加地表水的入滲速度。保證地表水與巖溶水的聯(lián)系通道順暢。

5　結(jié)論

通過對長孝1號水源抽水試驗表明，4.5萬m3/d抽水漏斗擴展范圍很小，停泵后水位恢復快，這說明長孝水源地富水性好，有較好的調(diào)蓄能力，具有進一步擴大開采的潛力。為保證長孝水源地的長期開采，提高城市供水保證率，減少對相鄰水文地質(zhì)單元的影響，應對長孝水源地盡早實施回灌補源。

孝里鋪洼地與巖溶水聯(lián)系密切，距黃河2～3km，南水北調(diào)貫穿南北，具有豐富的水源。是理想的地表水回灌補源的場所，因南水北調(diào)濟平干渠水來自于東平湖，其水質(zhì)優(yōu)于黃河水，且干渠距洼地更近引水成本較低。因此考慮采用南水北調(diào)濟平干渠水作為回灌水源，黃河水作為備用水源。

[1]徐軍祥,康鳳新.山東省地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用[M].北京:海洋出版社,2001.

[2]杜貞棟.山東省水資源可持續(xù)利用研究[M].鄭州：黃河水利出版社，2011.

[3]李常鎖,秦品瑞.濟南市水資源概況及開發(fā)利用初探[J].山東國土資源,2010,26(10):22-26.

[4]康鳳新,徐軍祥.山東省地下水資源極其潛力評價[J].山東國土資源,2010,26(8):4-12.

[5]李秀東,葛慧萍,周進福,等.萊西市大沽河沿岸地下水回灌補源措施[J].山東水利,2007,(3):21-22.

[6]劉青勇,馬承新,張保祥,等.地下水回灌補源模式研究與示范[J].水利水電技術(shù),2004,35(2):57-59.

Study on Artificial Groundwater Recharge of Changxiao Water Source By Pumping Test in Jinan City

ZHENG Lishuang，YU Dalu，ZHAO Yuhui

(Shandong Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Jinan 250014, China)

Through exploitation pumping test observation with the water amount of 45000 m3/d of No.1 Changxiao water source, it is showed that Changxiao water source has a good water enrichment and storage capacity and exploitation potentiality. In order to ensure long term extraction of Changxiao water source, some countermeasures should be adopted, such as outward water diversion and internal water stop. Thus, artificial groundwater recharge of surface water in Xiaolipu depression area can be realized. It will have a very significance in improving rate of water supply in city, and recoverying local ecological environment .

Artificial groundwater recharge；diversion；wetland ecological environment; Changxiao water source; Xiaolipu depressions; Jinan city

2014-09-29；

2014-12-16；編輯：曹麗麗

鄭麗爽(1984—)，女，吉林白城人，工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)工作；E-mail：36053986@qq.com

P641.2

B