滦县新建地下水源地开采方案论证

张 林，吴立彬，李春秀

(中冀建勘集团有限公司，河北 石家庄 050200)

地下水资源作为干旱半干旱地区的主要水源，在保障饮用水安全、支持社会经济发展、维系生态环境平衡等方面具有重要作用[1]。傍河地下水源地通过激发河水入渗提高了水资源的开发利用率，同时含水介质充分发挥了过滤组分净化水质的作用。傍河地下水源地具有水位埋深浅，含水层稳定，适宜集中建立井群开采。因此，科学评价水源地的开采量、井群布置、可开采量及对周边的环境地质影响具有重要的意义。文章结合滦县新建地下水源地，深入分析论证了其开采方案的科学性和可靠性，对保障滦县取水安全和城市的可持续发展具有重要的支撑作用。

1 自然地理概况

1.1 勘察区范围

根据水资源时空分布特征和开发利用现状，确定调查区范围：地理坐标为北起山港村～何庄，南至店坨村～庄窠，西起马各庄～南庄，东至卢龙县南关～指挥村，控制面积610 km2。重点勘察区选定在响嘡街道后迁义庄村东、滦河西岸，面积约2.0 km2。勘察区范围见图1。

图1 勘察区范围示意图

1.2 水文地质条件

拟建水源地位于滦河西侧的一级阶地上，水文地质单元为滦河冲洪积扇上部。根据探采结合井勘探结果，拟建水源地在水平方向与垂直方向上与区域水文地质条件基本一致，地层为第四系全新统冲洪积地层，沿东西向基岩埋深西部浅东部深，南北方向基岩埋深北部浅南部深。

据钻孔及抽水试验资料，主要开采层位为第四系第Ⅰ含水组(Q4)，底板埋深38～45 m，水位埋深约5.5～6.0 m，含水层厚度26～34 m，岩性以中粗砂、中粗砂含砾石为主，砂砾混杂，结构松散。砾石成分主要为片麻岩、石英岩、砂岩及火成岩等，分选中等，磨圆度较好，直径一般2～15 mm，个别20～50 mm。水动力特征为潜水，单位涌水量30～50 m3/h·m，渗透系数25～80 m/d，水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Mg型水，矿化度468.3～494.1 mg/l，pH值7.48～7.59，总硬度(以CaCO3计)为276.1～288.0 mg/L，氟化物含量0.32～0.36 mg/L。

2 开采方案论证

2.1 水源井的布置

根据水源地水文地质条件、水厂规模、已施工的2眼探采结合井抽水试验资料及傍河水源地特点，布置方案是平行于滦河。靠近滦河西侧尽量多布设，目的是尽最大可能袭夺河流补给及吸取河东岸漫滩地下水补给。按2排布置，靠近滦河的水源井单井出水量按照200 m3/h计算，布置7眼，另一排按照150 m3/h计算，布置5眼，共计布置水源井12眼，其中4眼井作为备用水源井，排间距150～200 m，井间距150～200 m，详见图2。

井孔结构：井孔深度至完整基岩，主要开采段为12 m以下含水层，终孔孔径Φ1 000 mm。井管种类及规格：井管包括井壁管、滤水管和沉淀管，其中井壁管、沉淀管采用Ф529 mm螺旋钢管，滤水管采用Ф529 mm桥式滤水管。滤料规格Ф3～5 mm，止水采用粘土球，封孔用优质粘土。

2.2 水源地中心点水位降深预测

项目实施后地下水位变化，主要由以下几个方面因素确定：(1)由于取水引起的地下水位下降；(2)由于降水入渗、河道渗漏补给和其他补给使地下水位上升；(3)整个区域内其他用水户的开采所引起的地下水位的下降。

依本区水文地质条件和布井方案，将拟建水源地开采段目的层概化为非均质、各向同性、等厚、水平埋深、供水边界的矩形开采区，开采井为干扰潜水井，设拟建水源地开采4×104m3/d，单井出水量为200 m3/h的水源井6眼和120 m3/h的水源井4眼，则开采后中心水位下降值计算方法见式(1)：

s=s1+s2

(1)

式中：s为水源地中心点水位下降值(m)；s1为水源井开采对中心点水位下降影响值之和(简称干扰降深)(m)；s2为开采期区域水位下降值(m)。

图2 水源井布置图

2.2.1 干扰降深(s1)

根据水位叠加原理，干扰条件下，某点水位降深等于本井开采和其他井开采对其影响值的叠加值，公式如下：

(2)

式中：s1为干扰井群对计算点处产生的总水位降深(m)；Qi为第ⅰ眼井干扰井的单井出水量(m3/d)；K为渗透系数(m/d)；H为潜水含水层原始水位(m)；a为压力传导系数(m2/d)，a=KH/μ；t为开采期限(d)；ri为第ⅰ眼井到计算点的距离(m)。s1为t时刻计算点水位降深(m)；H为潜水含水层原始厚度(m)；Qi为第ⅰ眼井单井开采量(m3/d)；K为渗透系数(m/d)；μ为给水度；ri为第ⅰ眼井到计算点的距离(m)；t为预报时间(d)。

2.2.2 区域背景下降值s2

拟建水源地地处滦河一级阶地内，地下水位与滦河水位联系密切，升降同步。根据河北省环境地质勘查院地下水位资料，地下水位多年变化不大，处于多年均衡状态。

2.2.3 拟建水源地中心的降深预报

依据式(1)计算，水源地开采10 a，中心点水位降为7.35 m，水源地开采30 a，中心点水位降为7.35 m，各开采时段末水源井中心点的干扰降深、总降深、动水位埋深等结果详见表1。

表1 水源地中心点水位降深预报表 m

水源地主要含水层为中粗砂含砾石，厚度约26～34 m，富水性较强，水质良好，适宜建设集中供水水源地。由拟建水源地各井降深预报可知，在目前埋深(约6 m)的基础上开采10 a后，地下水位降深7.35 m，届时水位埋深13.35 m，使用普通水泵即可汲取，是目前开采技术条件完全可以达到的。

2.3 允许开采量

水源地地处滦河一级阶地，地下水主要补给来源除滦河渗漏补给、大气降水入渗补给外，本水文地质单元内滦河二级阶地地下水均向本区径流，水力坡度3‰左右，径流条件良好。本区含水层岩性主要由砂卵砾石组成，含水层的渗透性强，富水性好。水源地傍河取水，开采时可以获得大量的地表水入渗补给量，成为可开采量的主要组成部分。滦河月均河道来水量在3亿 m3/a以上，在扣除水库放水量的情况下，来水量亦超过1.1亿 m3。滦河丰沛的水量为水源地提供了充足的补给来源，且滦河每年引水时间都在2个月以上，如果考虑着这部分水量，水源地补给量会更有保证。据区域地下水资源计算，多年平均大气降水入渗补给量为2 576.13×104m3/a，漫滩及一级阶地的地下水溢出量为41.86×104m3/a。拟建水源地位于滦河一级阶地上，可以得到较充足的大气降水入渗补给、地下水溢出补给。

开采条件下，滦河对地下水增补量按单宽流量公式计算，见式(3)：

(3)

式中：Q增为开采条件下滦河对地下水的增补量(104m3/a)；△h为河水位与沿岸地下水位差(m)，经计算，届时河水位高于地下水2.8 m；μ为潜水含水层平均给水度(据均衡计算，取μ=0.24)；α为导压系数(据抽水试验计算，α=3.97×104m2/d)；t为补给时间(d)；L为补给带宽度(m)(按开采井间距和影响半径考虑，取L=1 260 m)。

计算结果，水源地开采后，滦河可增加地下水补给量363.57×104m3/a。

2.4 对周边水资源部况、环境地质的影响

2.4.1 对周边水资源的影响

水源地开采前，主要补给来源为滦河渗漏及大气降水入渗补给，水源地投产运行后，将会增大河水对地下水的补给量，使地表水资源受到损失，但相对滦河来说其量甚微，且主要发生时间多在汛期。因此，对地表水资源不会产生明显的影响。水源地开采后的主要补给来源为汛期滦河渗漏补给，投产后动用地下水静储量很少，对地下水资源也不会造成显著的影响。

新建水源地运行后，原有水源地开采井和部分企业自备井将全部关闭，可以缓解对区域水环境的影响，随着地下水位的下降，滦河的地表水将更进一步补给地下水，因此对区域水资源不会造成显著的影响。

2.4.2 对环境地质的影响

本区地处滦河冲洪积扇顶部，含水层为砂卵砾石层，颗粒较粗，且不存在粘性土及软弱地层，水源地开采后不会引发地面沉降、地面塌陷以及水质恶化等环境地质问题。

3 结语

综上可知，水源地运行后，计算水位降深合理；在开采条件下，激发补给量会有所增加，而且部分排泄量(地下水溢出量及潜水蒸发量等)将转化为补给量，届时实际开采时的水位降深将小于计算降深。随着水源地运行，现有水源井陆续关闭，这些开采量的减少对地下水位的下降起到一定的缓解作用。因此，在不增加新的开采条件下，水源地开采4×104m3/d地下水是有充分保证的，对区域地质环境的影响也是可控的。