湖南省張家界市中心城區(qū)應急水源地供水潛力研究

潘卓　鄧波　李嘉寶

摘? 要? 應急水源地是指在連續(xù)干旱年份及污染事故突發(fā)、現有供水水源地出現問題的情況下，為解決城鎮(zhèn)生產及生活用水的燃眉之急，而采取的一種非常規(guī)的、有一定開采周期的臨時供水水源地。本論文依托《張家界城市地質環(huán)境綜合調查評價》項目成果，結合當地規(guī)劃及自然資源主管部門意見，選取大溶溪—荷花、軍地坪—喻家嘴作為永定與武陵源區(qū)的應急水源地，并對其進行開發(fā)利用潛力分析及開發(fā)利用方案的初步制定。

關鍵詞? 應急水源地;開發(fā)利用潛力;開發(fā)利用方案

中圖分類號：P641 文獻標識碼：A

Study on the Urban Water Supply Potential of Emergency Sources in the Central Urban Area of Zhangjiajie Prefecture， Hunan Province

Pan Zhuo， Deng Bo， Li Jiabao

（Hunan Center of Natural Resources Affairs， Changsha Hunan 410004）

Abstract： Emergency water sources are unconventional water supply sources with periodic exploitation. It can supply the water for production and domestic use in the case of consecutive dry years， sudden pollution accidents， or problems in existing water supply sources. Relied on the project results of the Comprehensive survey and evaluation of the urban geological environment in Zhangjiajie， and combined with the advice of the local planning and the advices of natural resources authorities this paper selected 2 areas as the emergency water sources of Yongding District and Wulingyuan District， including Darongxi-Hehua and Jundiping-Yujiazui. Finally， this paper analyzed the exploitation potential and formulated the exploitation plan initially.

Keywords： emergency water sources; exploitation potential; exploitation plan

0? 引言

近年來，隨著城市人口的不斷增加和城市工業(yè)經濟的快速發(fā)展，對水資源的需求量日益遞增，特別是對于在特枯年、連續(xù)干旱或者污染事件突發(fā)時的供水問題更為嚴峻。因此，開展城市應急水源地調查及供水潛力研究，構建水資源戰(zhàn)略儲備體系，對保障城市安全供水具有重要現實意義[1-4]。

張家界中心城區(qū)根據其地下水水文地質條件、開采條件和開采前景，可初步圈定四個富水地段：胡家坪-熱水坑富水地段、邢家巷-火車南站-周家坊富水地段、聯(lián)成-竹園塔-何家山富水地段和軍地坪-喻家嘴富水地段 （武陵源）[5]。在此基礎上，結合張家界2030年城市總體規(guī)劃、地下水環(huán)境評價、水廠建設規(guī)劃及當地自然資源主管部門意見等，將大溶溪-荷花、軍地坪-喻家嘴富水塊段初步作為永定與武陵源區(qū)的應急水源地，并對其展開供水潛力研究。

1.1 大溶溪—荷花應急水源地范圍

水源地位于茅溪河與澧水交匯口南側，分東西兩塊，東塊為荷花水源地分布區(qū)，西塊為泗坪—大溶溪水源地分布區(qū)。總面積10.17km2。

荷花水源地，南以志留系頁巖與第四系地層界線作為隔水邊界，東、西、北以澧水為排泄邊界;泗坪—大溶溪水源地，西以志留系頁巖和第四系陳家咀組粉質粘土與水源地地層界線作為隔水邊界，西北以奧陶系下統(tǒng)紅花園組灰?guī)r與第四系地層界線作為補給邊界，北、東、東南以茅溪河和澧水為排泄邊界。水源地地下水類型主要為松散巖類孔隙水，按其富水性可分為含水豐富與含水中等區(qū)，見圖1、圖2 。

1.2 軍地坪—喻家嘴應急水源地

水源地呈東西向分布于武陵源城區(qū)及周邊區(qū)域，總面積4.6km2。

水源地北以二疊系和三疊系灰?guī)r與第四系地層界線為補給邊界，南以張家界城市地質項目工作區(qū)范圍作為評價邊界（圖3中黑色虛線即為工作區(qū)范圍），地下水類型主要為松散巖類孔隙水。水源地為一個較完整的地下水儲水構造盆地，構成一個較大的地下水庫，具有較好的供水意義，見圖3圖4。

2? 地下水資源現狀評價及潛力預測

2.1 現狀評價

2.1.1? 大溶溪—荷花應急水源地

該水源地平水年和枯水年天然補給資源量分別為7588.69 m3/d和6940.03m3/d。各計算段天然補給資源量詳見表1。

根據前人資料及本次成果，分別代入鉆孔平均可開采量Q單和影響半徑，計算得到大溶溪—荷花水源地地下水允許開采資源量為2655.8m3/d。

水源地分布區(qū)古河道第四系含水層厚度可達151.58～231.03m，單井涌水量一般1000 m3/d以上，最大可達涌水量1410 m3/d。

根據前人資料及本次成果，含水層給水度μ取0.012，含水層平均厚度約190米，古河道在水源地分布面積0.84km2。將數據代入公式可得大溶溪—荷花水源地地下水儲存資源量為191.52×104 m3。

2.1.2? 軍地坪—喻家嘴應急水源地

水源地平水年和枯水年天然補給資源量分別為3787.54 m3/d和3419.51m3/d。各計算段天然補給資源量詳見表2。

根據前人資料及本次成果，分別代入鉆孔平均可開采量Q單和影響半徑，計算得到軍地坪—喻家嘴水源地地下水允許開采資源量為1608 m3/d。

在地下水存儲量方面，可結合成果數據將水源地儲存資源量劃分為3個不同含水層厚度區(qū)分別計算儲存資源量（見表3）。計算可得水源地儲存資源總量為63.45×104m3。

2.2 潛力預測

2.2.1? 允許開采量保證程度分析

允許開采量保證程度的定量評價以補開比（即補給量與允許開采量之比）作為評價指標，定性評價按五級標準劃分（見表4）。

大溶溪—荷花應急水源地根據地下水資源評價結果，計算水源地枯水年和平水年補開比分別為2.61和2.86，屬“較高”級補開比，其允許開采量可有一定正向變化。

軍地坪—喻家嘴應急水源地根據地下水資源評價結果，計算水源地枯水年和平水年補開比分別為2.13和2.36，屬“較高”級補開比，其允許開采量可有一定正向變化。

2.2.2? 地下水開采潛力評價

地下水開采潛力分級依據地下水開采潛力指數（P）和開采潛力模數（M）進行綜合評價，見表5。

大溶溪—荷花應急水源地居民主要僅以自家鉆（挖）井取水，取水量一般3～5噸/天·井，開發(fā)利用率很低，無地下水集中開采或大量開采，據此判斷大溶溪—荷花水源地允許開采量遠大于地下水開采量。綜上所述，水源地目前開采潛力指數P>1.2，開采潛力模數>20×104m3/km2·a，大溶溪—荷花水水源地為有開采潛力|潛力較大級。

軍地坪—喻家嘴應急水源地居民主要以索溪峪水庫作為生產生活用水，僅周邊村莊極小部分居民自行打井取水，開發(fā)利用率很低，無地下水集中開采或大量開采，據此判斷軍地坪-喻家嘴水源地允許開采量遠大于地下水開采量。綜上所述，水源地目前開采潛力指數P>1.2，開采潛力模數>20×104m3/km2·a，軍地坪—喻家嘴水源地為有開采潛力|潛力較大級。

3? 地下水開發(fā)利用與保護建議

本論文在允許開采量保證程度、地下水開采潛力及地下水開采條件的評價基礎上，結合實際情況制定初步了開發(fā)利用方案，提出布井建議。

3.1開采條件分區(qū)

根據含水層（組）的單井開采量、泉的枯季流量、水質及含水層埋深條件、地理交通位置等將工作區(qū)地下水開采條件分為優(yōu)良區(qū)、良好區(qū)及不好區(qū)。劃分標準見表6。

大溶溪—荷花應急水源地大部分區(qū)域單井涌水量100～500m3/d，含水底板埋深一般小于30m;古河道分布區(qū)單井涌水量可達1000 m3/d，含水底板埋深一般200m左右。區(qū)內地理交通位置良好。據此判定大溶溪—荷花水源地地下水開采條件良好，局部地區(qū)可達優(yōu)良區(qū)要求。

軍地坪—喻家嘴應急水源地單井涌水量200～500m3/d，含水底板埋深65.9m，地理交通位置良好，據此判定軍地坪-喻家嘴水源地地下水開采條件良好。

3.2 開發(fā)利用方案

3.2.1? 大溶溪-荷花應急水源地

該水源地根據地下水質量評價和地下水污染評價結果表明，水源地地下水質量為III類，污染等級為1級。即目前水源地地下水質量良好，區(qū)內生產生活未對地下水造成污染，但硝酸鹽含量已出現上升趨勢。

根據2030年的張家界市的“城市總體規(guī)劃”，永定區(qū)城區(qū)常住人口33.5萬人，游客10.5萬人。參考《上海城市地質》[6]，應急時期供水方案取20L/人·天和50L/人·天的標準分別進行討論。

從表7中可看出，兩個標準都無法滿足其需水量，建議配合開發(fā)水源地北東方向的羊羔洞地下河，該地下河豐水期流量一般150～200L/S以上，枯水期流量50～60L/S，全年不斷流。按枯水期最小流量（52L/S）的80%作為可采資源量，地下河允許開采資源量3459.43m3/d，可滿足17.97萬人（20L/人·天標準）和6.82萬人（50L/人·天標準）基本生活用水。

3.2.2? 軍地坪—喻家嘴應急水源地

該水源地根據地下水質量評價和地下水污染評價結果表明，水源地地下水質量為III類，污染等級為1級。即目前水源地地下水質量良好，區(qū)內生產生活未對地下水造成污染。

根據2030年的張家界市的“城市總體規(guī)劃”，武陵源中心城區(qū)常住人口2.5萬人，游客1萬人。參考《上海城市地質》[6]，應急時期供水方案取20L/人·天和50L/人·天的標準分別進行討論。

3.3? 布井建議

布井原則主要包括以下6點：

1、易集中開采，具備充足資源量，可形成一定的供水規(guī)模;

2、地下水開采條件好，開發(fā)利用便利;

3、地下水防污性能相對較好，地下水質量有可靠保障;

4、地下水風險相對較低，便于控制開采所引發(fā)的地質環(huán)境問題;

5、距離水廠較近，便于連通城市管網;

6、在未來城市規(guī)劃中，周邊無大型或較為集中潛在污染源以及集中住房規(guī)劃。

3.3.1? 大溶溪—荷花應急水源地

根據以上布井原則，結合水源地水文地質條件、防污性能評價、風險評價及2030年城市規(guī)劃等，建議在以下3處布井：

（1） 荷花村：已規(guī)劃荷花水廠位于荷花村東側澧水岸。該片區(qū)域有古河道分布，含水層厚度可達150m以上，單井涌水量一般1000L/S以上，地下水資源十分豐富，屬開采條件優(yōu)良、良好區(qū)域，以地下水防污性能一般區(qū)和III級風險區(qū)為主，緊貼荷花水廠。建議將地下水應急水源地部署和建設納入荷花團組未來規(guī)劃。

（2）大溶溪村東北片區(qū)：該片區(qū)域位于澧水與茅溪河交匯處，第四系含水層厚度一般在20米以上，單井涌水量一般200L/S以上，地下水資源較豐富，屬開采條件良好區(qū)域，地下水防污性能一般區(qū)為主，地下水風險等級III級，距荷花水廠約900m。

（3）泗坪村東南片區(qū)：該片區(qū)域第四系含水層厚度一般15～20m，單井涌水量一般200L/S以上，地下水資源較豐富，屬開采條件良好區(qū)域，為地下水防污性能一般區(qū)，距荷花水廠約3km。

3.3.2? 軍地坪-喻家嘴應急水源地

根據上述布井原則，結合水源地水文地質條件、防污性能評價、風險評價及2030年城市規(guī)劃等，建議軍地坪—喻家嘴沙坪地區(qū)為首選布井位置。該片區(qū)域屬水源地山間盆地凹陷區(qū)（含水層厚度較大）、地下水防污性能一般、地下水風險III級、距離索溪水廠直線距離約1.5km、為生態(tài)環(huán)境安全控制區(qū)，可作為軍地坪—喻家嘴應急地下水水源地重點布井區(qū)。

3.4? 保護建議

1、建立城市應急水源建設和管理制度，逐步建設好張家界中心城區(qū)地下水應急水源地系統(tǒng)。

2、建議組織專業(yè)技術隊伍和相關部門對推薦的應急水源地進行系統(tǒng)論證，深入論證其可開采資源量，因地制宜，確定采水方案。

3、在水源地外圍設立保護區(qū)，加強城鎮(zhèn)生活及工業(yè)生產污水的排放監(jiān)管。

4? 結論

1、在系統(tǒng)研究水文地質條件的基礎上，選定了2個富水地段作為永定、武陵源的應急地下水水源地，并估算出溶溪—荷花水源地地下水允許開采資源量為2655.8m3/d，軍地坪—喻家嘴水源地地下水允許開采資源量為1608 m3/d。

2、根據2030年的張家界市的《城市總體規(guī)劃》，參照國內有關標準，分別按照20L/人·天和50L/人·天的標準進行了應急供水供需平衡分析，永定中心城區(qū)建議大溶溪—荷花應急水源地與羊羔洞地下河配合開采，武陵源中心城區(qū)建議軍地坪—喻家嘴應急水源地開采30%左右。

3、針對水源地開采、管理等問題，對應急水源地提出保護建議。

參考文獻/References

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[6] 魏子新等，上海城市地質[R].地質出版社，2010.

*第一作者簡介：潘卓，男，1986年生，工學碩士，水工環(huán)工程師，長期從事城市地質調查及相關工作。E-mail：285755769@qq.com。

收稿日期：2020-09-10; 改回日期：2020-10-27。