南樂縣睢莊水源地地下水資源評價

陳 蕾，谷 瑜

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450045)

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南樂縣睢莊水源地地下水資源評價

陳 蕾，谷 瑜

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450045)

睢莊水源地屬黃河沖洪積平原，地勢平坦，海拔在44.3～49.2 m之間，自西南略向東北傾斜，比降為0.25‰。在分析睢莊地區(qū)水文地質(zhì)條件及地下水開采現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合開采方案，采用解析法及水均衡法，對水源地中層和深層地下水允許開采量進行評價。計算結(jié)果顯示，中層地下水允許開采量10 360.16 m3/d；深層地下水允許開采量10 186.25 m3/d；中、深層地下水各新增開 1×104m3/d是有保證的。水源地建成后，中、深層地下水降落漏斗的半徑為5 300 m、7 100 m。

地下水；水源地；解析法

1 水源地概況

水源地位于河南省南樂縣南環(huán)路南側(cè)，馬頰河?xùn)|岸，睢莊地界。睢莊水源地屬黃河沖洪積平原，地勢平坦，海拔在44.3～49.2 m之間，自西南略向東北傾斜，比降為0.25‰。根據(jù)地貌成因和形態(tài)的差異特征，細(xì)分為泛流平地和黃河故道區(qū)兩個區(qū)。睢莊水源地地形平坦，普遍分布第四紀(jì)沉積物。根據(jù)鉆孔資料，目前區(qū)內(nèi)主要揭露的地層有新近系、第四系。睢莊位于中朝準(zhǔn)地臺華北坳陷南部的內(nèi)黃凸起的東北地帶，所處地質(zhì)單元西鄰湯陰凹陷，北臨清凹陷，南鄰開封凹陷；主要受北北東和北東向構(gòu)造體系所控制。

2 區(qū)域地下水開采現(xiàn)狀

勘察區(qū)內(nèi)主要開采淺、中、深層地下水。

(1)區(qū)內(nèi)淺層地下水主要為縣自來水廠供水、居民生活用水零星開采與農(nóng)田灌溉。目前縣自來水廠淺層開采井共有16眼，開采層位在70 m以淺，總的開采量為7 000 m3/d。居民生活用井多為塑料管井，取水設(shè)備為壓水井或自吸泵，井深100 m以淺，單井出水量15 m3/h左右。農(nóng)田灌溉機民井多為水泥管，部分井較淺，多在50 m左右，單井出水量為15 m3/h左右。

(2)區(qū)內(nèi)中層主要用水戶為縣自來水水廠供水、南樂縣產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)工業(yè)用水和農(nóng)村安全飲用水井工程供水。目前縣自來水廠有1眼190 m的井，單井出水量為80 m3/h，總開采量為1 920 m3/d?？辈靺^(qū)內(nèi)工業(yè)用水和農(nóng)村安全飲用水開采井共計36眼， 開采深度在130～280 m之間，單井出水量約30 m3/h，總開采量為7 560 m3/d。

(3)區(qū)內(nèi)深層主要用水戶為南樂縣產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)工業(yè)用水和農(nóng)村安全飲用水井工程供水。目前深層地下水開采較少，深層開采井約6眼， 開采深度在280～500 m之間，單井出水量約30 m3/h，總的開采量為1 260 m3/d。

3 計算參數(shù)的確定

據(jù)《河南省南樂縣睢莊水源地中、深層地下水水文地質(zhì)詳查報告》，采用穩(wěn)定流抽水試驗及非穩(wěn)定流抽水試驗計算，綜合考慮滲透系數(shù)K中層為5.44 m/d，深層為6.00 m/d；導(dǎo)水系數(shù)中層T=326.4 m2/d(含水層厚度M=60 m)，深層T=419.65 m2/d(含水層厚度M=70 m)；導(dǎo)壓系數(shù)中層a為682 895.0 m2/d；深層a為235 3846.0 m2/d；釋水系數(shù)中層μ*為5.9×10-4；深層μ*為2.53×10-4。

4 應(yīng)用解析法對地下水開采量計算分析

4.1 水文地質(zhì)模型的建立

本區(qū)中、深層地下水含水層為均質(zhì)各向同性、無限延伸、無越流補給的承壓含水層，地下水流符合達西定律；抽水前天然狀態(tài)下水力坡度為零；完整井定流量抽水，井徑無限?。凰^下降引起的地下水從貯存量中的釋放是瞬時完成的。

4.2 數(shù)學(xué)模型的建立及計算公式的選取

單井定流量的承壓完整井流的數(shù)學(xué)模型如下：

式中：S為降深；r為井徑；Q為涌水量；T為導(dǎo)水系數(shù)；t為時間；u*為釋水系數(shù)。

根據(jù)概化處理，區(qū)內(nèi)中、深層地下水采用承壓完整井無越流泰斯公式計算：

(1)

4.3 布井方案的確定

本次水源地擬開采地下水2.0×104m3/d(中、深層地下水各開采1×104m3/d)。水源地抽水井垂直地下水流向布置，采用井群集中供水方式，中層、深層井各設(shè)9眼，其中備用井各1眼；采用雙排梅花形布法，井距500 m(中、深層井間距約50 m)，排距500 m。抽水量平均每眼井為1 250 m3/d(見圖1)。

圖1 布井方案示意圖

5 水源地水位預(yù)測

采用式1疊加計算，分別計算水源地中、深層地下水增開1 250 m3/d后，開采1 a、5 a、10 a、15 a、20 a、30 a中心井水位見圖2和圖3。

5.1 水源地中層水位預(yù)測

水源地開采30 a中心開采井中層地下水動水位埋深為92.47 m，小于含水層的頂板埋深130 m；由中心井水位和邊緣井水位降深隨時間變化曲線(圖1)可以看出，水源地開采初期水位下降比較快，曲線較陡，隨著開采時間的增加，水位下降速度逐漸變慢，20 a以后地下水水位趨于穩(wěn)定，補、排達到新的平衡。因此，中層地下水開采1萬 m3/d的開采量是有保證的，此開采方案是合理的。

5.2 水源地深層水位預(yù)測

水源地開采30 a中心開采井深層地下水動水位埋深為92.82 m，小于含水層的頂板埋深280 m；由中心井水位和邊緣井水位降深隨時間變化曲線(圖2)可以看出，水源地開采初期水位下降比較快，曲線較陡，隨著開采時間的增加，水位下降速度逐漸變慢，20 a以后地下水水位趨于穩(wěn)定，補、排達到新的平衡。因此，深層地下水開采1萬 m3/d的開采量是有保證的，此開采方案是合理的。

圖2 水源地中層地下水中心井ZK5水位降深隨時間變化曲線圖

圖3 水源地深層地下水中心井ZK6水位降深隨時間變化曲線圖

6 水均衡法評價地下水允許開采量

6.1 評價范圍

本次中、深層地下水資源評價的平面范圍以接近水源地設(shè)計開采量(2.0萬 m3/d)為依據(jù)，用解析法計算出的中深層地下水水位降落漏斗范圍為評價的平面范圍。

6.2 均衡方程的建立

式中：Q允開為地下水的允許開采量(m3/d)；Smax為最大允許降深(m)；T為開采年限。

6.2.1 補給量

(1)水源地開采后補給帶寬度的確定

由于中、深層地下水開采井布局相對較為集中，平面上可以近似地概化為一個圓形大井，以概化圓周作為中、深層地下水的補給邊界，即

C=2πR

式中：C為補給邊界周長，m；R為概化水源地均衡區(qū)評價范圍半徑，m。

據(jù)解析法預(yù)測，擬建水源地中、深層地下水按設(shè)計開采規(guī)模各1.0建成投產(chǎn)，30 a后中、深層地下水降落漏斗半徑分別為5 300 m、7 100 m。

經(jīng)計算，中、深層地下水的補給邊界周長分別為33 284 m、44 588 m。

(2)中、深層地下水降落漏斗周邊徑流補給量計算

中、深層地下水降落漏斗周邊徑流補給量計算可用達西公式，即

Q補=T·C·i

式中：C為中、深層地下水周邊徑流補給帶的周長，m；T為導(dǎo)水系數(shù)，m2/d；中、深層導(dǎo)水系數(shù)分別為326.40 m2/d、419.65 m2/d；i為開采條件下水力坡度的平均值，無量綱；中、深層水力坡度分別為1.8‰、0.60‰。

經(jīng)計算，中層地下水補給量為19 555.02 m3/d；深層地下水補給量為11 226.81 m3/d。

6.2.2 排泄量

根據(jù)本次調(diào)查，本區(qū)中、深層地下水已存在的開采量分別為9 480 m3/d、1 260 m3/d。

6.2.3 彈性釋水量

式中：Q彈為含水層的彈性釋水量(m3/d)，其它符合同前；彈性釋水系數(shù)取值同前；根據(jù)水文地質(zhì)條件，最大允許降深Smax本次取值為60 m；T取30 a。

經(jīng)計算，中層含水層彈性釋水量為285.15 m3/d，深層含水層彈性釋水量為219.43 m3/d。

6.3 允許開采量評價

經(jīng)計算，中層地下水允許開采量10 360.16 m3/d；深層地下水允許開采量10 186.25 m3/d；可見，中、深層地下水各新增開 1×104m3/d是有保證的。

7 結(jié)語

根據(jù)計算，中、深層地下水各新增開 1×104m3/d是有保證的。水源地建成后，中、深層地下水降落漏斗的半徑為5 300 m、7 100 m；可見，建設(shè)項目投產(chǎn)使用后，必然對周邊其他用戶產(chǎn)生一定的影響。因此水源地投產(chǎn)使用后，建議對受影響的用戶可使用水源地的自來水進行補償。

2017-03-22

陳蕾(1984-)，女，山東煙臺人，工程師，主要從事水文地質(zhì)方面的工作。

P641.8

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1004-1184(2017)03-0049-02