陜西邦友硅業(yè)有限公司取水方案及可靠性探析

任 平，沙盼盼

(1.商洛市商州區(qū)水利工作隊(duì)，陜西 商洛 726000；2.商洛市水電勘測設(shè)計(jì)院，陜西 商洛 726000)

陜西邦友硅業(yè)有限公司是集開采、研發(fā)、制造、營銷石英砂及其延伸產(chǎn)品為一體的高新技術(shù)企業(yè)，為洛南縣招商引資的重點(diǎn)企業(yè)。根據(jù)企業(yè)總體規(guī)劃，年生產(chǎn)高純硅砂55萬 t，生產(chǎn)礦石利用率為80%，需要原礦石為68.5萬 t/a。企業(yè)用水定額為每噸礦石用水量0.212 m3。經(jīng)計(jì)算企業(yè)生產(chǎn)的用水量為14.56萬 t/a。受自然環(huán)境因素影響，企業(yè)每年正常生產(chǎn)天數(shù)約為300 d，平均到日用水量為485.4 t/d。為了確保公司洗礦用水需求，需對企業(yè)用水方案及其可行性進(jìn)行分析。

1 水源方案比選

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)實(shí)際，當(dāng)?shù)赜械乇?、地下水源和城?zhèn)自來水供水三種水源，現(xiàn)分別進(jìn)行比選。

1.1 地表水源

項(xiàng)目所在地為洛南縣工業(yè)園區(qū)，附近地表水源為洛河徑流，要取洛河地表水需修建攔河壩等取水構(gòu)筑物。河道徑流含有泥沙、微生物、化學(xué)物質(zhì)等，作為洗礦用水水質(zhì)難以滿足，需要新修水處理設(shè)施，用水成本太高，不宜作為項(xiàng)目取水水源。

1.2 城鎮(zhèn)自來水

友邦公司所在地屬洛南縣城東部，項(xiàng)目所在工業(yè)園區(qū)附近城鎮(zhèn)自來水管網(wǎng)基本覆蓋，由縣城水廠供水?？h城水廠日最大供水規(guī)模為8 000 t，梁塬水廠2 000余噸。梁塬水廠的水做為城西的增壓和補(bǔ)充水源。縣城水廠和梁源水廠未完全并網(wǎng)，而且目前水廠擴(kuò)建產(chǎn)能沒有達(dá)到，因此可能造成用水高峰期水量緊張，工廠生產(chǎn)用水高峰和城市居民用水高峰會在夏季重疊，不能保證正常供水。由于友邦硅業(yè)公司日均用水規(guī)模達(dá)到485.4 m3/d，屬于用水量較大的企業(yè)，且夏季用水量也會增加。在旱季缺水時，洛南縣自來水廠只能優(yōu)先保證居民生活用水，無法滿足友邦硅業(yè)公司的工業(yè)用水。為了保證企業(yè)正常生產(chǎn)，需要可靠穩(wěn)定的水源，因此不宜作為友邦有限公司的水源。

1.3 地下水源

項(xiàng)目處附近有上世紀(jì)80年代原704廠修建的機(jī)井，距離洛河北岸約80 m，水面至地面距離約6 m，配套7.5 kw抽水機(jī)46 m3/h定期抽水。該井水量充足，地下水的補(bǔ)給條件較好,機(jī)電設(shè)備基本完好，宜作為友邦公司生產(chǎn)用水，且成本低，地下水水位埋深較淺，水量相對較豐富，水質(zhì)較好，水量、水質(zhì)均可滿足供水需求。利用水源井可以充分利用現(xiàn)有水利設(shè)施，又不會對城鎮(zhèn)居民正常供水和采區(qū)地下水位造成大的影響，為最優(yōu)方案。

2 地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件分析

2.1 地質(zhì)條件

工程區(qū)位于大地構(gòu)造單元東秦嶺褶皺系、華力西褶皺帶，地震基本烈度VI度。地勢起伏，溝壑發(fā)育。受區(qū)域構(gòu)造和河流沖刷作用，地貌單元分為河流沖積地貌，沖洪積地貌特征。工程區(qū)地形相對平緩開闊，為低山、川塬和河谷地帶，地形穩(wěn)定。

2.2 項(xiàng)目區(qū)水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水賦存條件，區(qū)域地下水可分為松散層孔隙潛水和基巖裂隙水兩種類型。

(1)松散層孔隙潛水含水層為第四系砂礫(卵)石層、碎礫石砂質(zhì)粘土等，主要分布于沖溝、河床、河漫灘、高河漫灘、階地和沖溝等地段，尤其砂礫(卵)石含水層厚度穩(wěn)定，厚約2～15 m，透水性相對較好，補(bǔ)給條件充分。階地和沖溝淺層地下水位埋深15～100 m。一般由地貌單元前部至后部埋深漸增。

(2)基巖裂隙水含水層主要為震旦系、高山河組(Z1g)，石英砂巖夾粉砂巖或頁巖等巖石中。裂隙水主要賦存于強(qiáng)弱風(fēng)化巖石裂隙中，季節(jié)性明顯，水量充沛。項(xiàng)目區(qū)第四系松散層，砂礫(卵)石層潛水滲透系數(shù)：洛河河段40～60 m/d。

(3)地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄

工程區(qū)內(nèi)降雨量少而相對集中，季節(jié)性和地區(qū)性差異比較明顯，地下水補(bǔ)給源除大氣降水外，其次地表徑流洛河以及部分支溝水流，通過入滲補(bǔ)給地下水。區(qū)內(nèi)地下水流方向與地形基本一致。既自西流向東、南北兩側(cè)向中間相對低洼地塊洛河匯集?；鶐r裂隙水流向隨地形變化而變化，具有多向性或多樣性，多以滲流的形式向河、溝谷排泄。第四系孔隙潛水徑流方向由高向低運(yùn)移，又由后緣向前緣運(yùn)移，最終以地下潛流的形式排入洛河河床。

(4)水質(zhì)

根據(jù)1/50萬《陜西省水文地質(zhì)圖及說明書》，區(qū)內(nèi)地下水由于徑流、排泄條件較為良好，水循環(huán)交替作用積極，水化學(xué)的形成主要為溶濾作用，因此礦化度低，水化學(xué)類型簡單，區(qū)內(nèi)水化學(xué)類型主要為重碳酸鈣、鎂型水，pH值7.60。經(jīng)水質(zhì)化驗(yàn)，符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求。原水水質(zhì)良好，經(jīng)項(xiàng)目廠區(qū)給水系統(tǒng)適當(dāng)?shù)奈锢?、化學(xué)處理后，可以滿足工業(yè)用水的水質(zhì)要求。

2.3 水源地水文地質(zhì)條件

水源地區(qū)為河谷地地貌，陜西邦友硅業(yè)有限公司座落于洛南縣洛河與縣河交匯口以西約1 100 m。水源地區(qū)地下水為淺層地下水，天然條件下地下水流向?yàn)闁|向，地下水補(bǔ)給來源主要為周邊含水層和降雨，地下水位變化與降雨，洛河徑流關(guān)系較密切。

3 地下水資源量分析

3.1 地下水資源量計(jì)算

本次采用“地下水徑流模數(shù)法”與“大氣降水滲入法”進(jìn)行地下水資源量的分析計(jì)算。

(1)地下徑流模數(shù)法

地下徑流模數(shù)是計(jì)算地下徑流總量，推算地下水補(bǔ)給總量的重要參數(shù)?？衫孟率角蟪觯?/p>

計(jì)算公式：Q=M·F

(1)

式中：Q為年地下徑流量(萬m3)；M為地下徑流模數(shù)，11.3萬 m3/a·km2；F為地下匯水流域面積，16 km2。

經(jīng)計(jì)算，得區(qū)域年地下流量為180.8萬 m3。

(2)降水入滲系數(shù)法

入滲系數(shù)法是通過計(jì)算地下水的補(bǔ)給量來間接估算地下水資源量的一種方法。

Pr= F·α·P·1 000

(2)

式中：Pr為降水入滲補(bǔ)給量(m3/a)；F為降水入滲面積(km2)；α為年平均降水入滲系數(shù)；P為多年平均降水量(mm)。

表1 地下水資源量成果表

經(jīng)計(jì)算，全年地下流量為171.66萬 m3。

(3)合理性分析

降水入滲法適用于地下水埋藏深度較淺的地區(qū)。根據(jù)區(qū)域的年均降水量、集水面積并考慮地形地貌、植被、地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，選取合適的降水入滲系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值，可宏觀、概略預(yù)測區(qū)域正常來水量。該法的關(guān)鍵技術(shù)是入滲系數(shù)的確定。由于各項(xiàng)參數(shù)難以取得精確數(shù)據(jù)，故預(yù)測的來水量，只能是宏觀的、近似的數(shù)量。

3.2 地下水可供水量計(jì)算

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況分析，地下水的補(bǔ)給量主要為降水入滲補(bǔ)給量、側(cè)向徑流補(bǔ)給量、洛河水補(bǔ)給量。

(1)大氣降水入滲補(bǔ)給量采用的計(jì)算公式如下：

Q降=a降·P·F

(3)

式中：Q降為大氣降水入滲補(bǔ)給量，m3/a； a降為降水入滲系數(shù)，根據(jù)地形及巖性特征，本次論證取0.186； P為洛南75%頻率年有效降水量，取P=576.0 mm；F為補(bǔ)給區(qū)面積，0.6 km2。

經(jīng)計(jì)算，補(bǔ)給區(qū)域內(nèi)降水入滲補(bǔ)給量為Q降=6.43萬m3/a。

(2) 側(cè)向徑流補(bǔ)給量

計(jì)算左岸高階地的側(cè)向地下水徑流補(bǔ)給量。采用的計(jì)算公式如下：

Q側(cè)=365×K×H×B×I

(4)

式中：Q側(cè)為地下水徑流補(bǔ)給量，m3/a；K為滲透系數(shù)，取k=50.0 m/d；H為含水層厚度，取H=90 m；

B為斷面長度，取B=200.0 m；I為水力坡度，本論證根據(jù)現(xiàn)場地形確定I= 0.006。

經(jīng)計(jì)算，計(jì)算區(qū)域側(cè)向徑流補(bǔ)給量為：Q側(cè)=365×50×0.006×200×15=32.8(萬m3/a)

(3) 河流補(bǔ)給量

洛河水的側(cè)向補(bǔ)給量采用的計(jì)算公式如下：

Q河=365×M×B

(5)

式中：Q河為河流補(bǔ)給量，m3/a；M為河流側(cè)向補(bǔ)給系數(shù)，取 M=800.0 m3/(d·km)；B為河流側(cè)向補(bǔ)給長度，取B=3 000 m。

經(jīng)計(jì)算，洛河水補(bǔ)給量為98.4萬m3/a。

根據(jù)上述計(jì)算可知，計(jì)算區(qū)域內(nèi)地下水可開采量為137.63萬 m3/a，即3 771 m3/d，大于項(xiàng)目規(guī)劃水平年合理最大取水量485.4 m3/d。

4 開采后的地下水水位預(yù)測

地下水可開采量是指在經(jīng)濟(jì)合理的開采條件下，不發(fā)生因開采而造成地下水位持續(xù)下降、水質(zhì)惡化、地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問題，不對生態(tài)環(huán)境造成不利影響的、有保證的、可開采的地下水量。

4.1 抽水試驗(yàn)成果

根據(jù)原704廠水井工程水文地質(zhì)勘測報告，704廠取水井建設(shè)場地土層分為4層，最上一層為雜填土層，褐色，以粉砂、粉質(zhì)粘土為主，含中、細(xì)砂、偶見礫石。第二層為原土層，紅褐色，以粉質(zhì)粘土，粉砂為主，稍濕，稍軟。第三層為礫石層，雜色，自上而下由稍濕到飽和、由稍密到密實(shí)，礫石巖性以花崗巖，變質(zhì)砂巖，灰?guī)r為主，其次為麻巖，云母石、石英片巖等。粒徑大于20 mm以上約占60%～70%，厚度3.00～22.10 m，層底深度20.80～22.10 m，含有20%～30%的漂石。第四層為砂礫巖，紅棕色，飽和，揭露層底深度20.8～22.10 m。

該場地地下水類型為潛水，主要依靠河流、大氣降水補(bǔ)給。地下水位埋深6.5～8.0 m。水位埋深6.0 m，經(jīng)試驗(yàn)計(jì)算出水量約為50 m3/h，每天約為1 000 m3，滿足單井出水量485.4 m3/d的工程要求。本工程設(shè)計(jì)井口直徑約0.25 m，水面至地面距離約6 m，配套7.5 kw抽水機(jī)46 m3/h定期抽水。

4.2 抽水影響范圍

根據(jù)抽水試驗(yàn)成果，按潛水完整井計(jì)算地層滲透系數(shù)，采用公式見下：

Q =1.366 K(2 H1-Sw)×Sw/ (lgR-lgrw)

(6)

式中：K為滲透系數(shù),工程區(qū)第四系松散層，砂礫(卵)石層潛水滲透系數(shù)k為5.78×10-4m/s ；Q為抽水流量,0.012 2 m3/s；R為影響半徑,109 m；rw為管井半徑,0.125 m；H1為含水層厚度,15 m；Sw為水位降深。

按上式計(jì)算得Sw=1.6 m。

所以，開采后地下水水位降深為1.6 m。

5 結(jié)語

通過計(jì)算探討和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，陜西邦友硅業(yè)有限公司供水沿用原704廠供水井和供排水管網(wǎng)。項(xiàng)目年計(jì)劃用水量約14.56萬 m3，日均取水量485.4 m3/d，小于水源地地下水天然補(bǔ)水量3 771 m3/d。從抽水試驗(yàn)資料來看，水源地地下水資源較豐富，該公司取用地下水形成的降落漏斗范圍內(nèi)基本上不會因地下水位下降而產(chǎn)生影響。所以，項(xiàng)目取水方案和取水量是可靠的、有保障的。