山西運(yùn)城某細(xì)砂層地下水調(diào)蓄利用方案

山西運(yùn)城某細(xì)砂層地下水調(diào)蓄利用方案

1龍頭溪海積穩(wěn)定地形平潭縣龍王頭供水區(qū)位于平潭縣城關(guān)東南約2km處，水源集水區(qū)約4km。地形上周圍群是低矮的山脈和平臺。中心是風(fēng)景積大的平原。地勢由南西向北東傾斜,龍王頭溪呈樹枝狀由南西向北東貫穿水源地北東側(cè)為其出海口,直通海壇灣,整個水源地構(gòu)成獨(dú)立的水文地質(zhì)單元。水源地所在地區(qū)屬于南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候,夏長冬短,溫?zé)釢駶?年平均氣溫19.6℃,多年平均降水量1180.2mm。2試驗計劃和方法為了查明該水源地的水文地質(zhì)條件、水資源狀況等,采用以下幾種方法、手段來對水源地進(jìn)行調(diào)查與勘查。(1)區(qū)域水調(diào)查目的是圈定水源地匯水面積、砂層范圍、污染水位置等。采用1:10000地形圖作工作用圖,進(jìn)行野外實地調(diào)查測繪。(2)水文地質(zhì)參數(shù)目的是查明水源地含水巖組情況、含水層厚度,獲得水文地質(zhì)參數(shù)。主要通過在擬開采區(qū)鉆探探、采合一孔和觀測孔,在擬開采區(qū)外圍布設(shè)一般抽水試驗孔和簡易水文地質(zhì)鉆孔。(3)井外排水試驗其目的是通過各含水巖組的水文地質(zhì)參數(shù),在擬開采井施工的三口大口徑井采用單孔、雙孔干擾和三孔干擾穩(wěn)定流抽水試驗,在擬開采區(qū)外圍則在6孔采用簡易抽水試驗。(4)確定井前各含巖土層的顆粒其目的是通過各含水巖組的顆粒分析,確定各含水巖組的巖性、顆粒級配,為開采井的成井工藝作準(zhǔn)備,在擬開采區(qū)施工的大口徑孔中采取不同巖土層作顆粒分析。(5)地下水水位測量其目的是獲取地下水位動態(tài)變化,特別是在降雨前后,結(jié)合降雨量等,計算入滲系數(shù)等。(6)水質(zhì)分析其目的是通過地下水的飲用水項目分析,評價地下水水質(zhì),主要集中分布于制度開采區(qū)范圍的鉆孔中及地表水中。(7)最低保證量測點分布其目的是通過溪溝測流,測算水源地的最低保證量,測點分布于龍王頭溪下游,擬開采區(qū)邊界。2.8收集資料:主要為前人有關(guān)報告、文獻(xiàn)及水文氣象資料。3地下水分布特征通過以上勘查方案,基本查明了龍王頭水源地的水文地質(zhì)條件,概述如下:3.1區(qū)域水文地質(zhì)條件根據(jù)地下水賦存條件、水理性質(zhì)及水力特征,本區(qū)地下水分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。松散巖類孔隙含水巖組為第四系全新統(tǒng)長樂組、更新統(tǒng)東山組、龍海組。地下水為賦存于中、細(xì)砂、泥質(zhì)砂礫卵石中的孔隙潛水和孔隙承壓水,富水性中等-好,基巖裂隙水為風(fēng)化帶基巖網(wǎng)狀裂隙潛水和基巖構(gòu)造裂隙承壓水,富水性貧乏。3.2水源地水文地質(zhì)條件(1)水源地砂層孔隙含水巖組由上而下分布有:①粉細(xì)砂:黃、灰黃色,干燥-飽和,松散狀,為第四系全新統(tǒng)風(fēng)積物,該層透水性很好,顆粒均勻,層厚1.0-2.60m。②細(xì)砂:灰綠色、灰色、灰黃色,飽和,松散-稍密狀,富水性中等-好,滲透性較好,其不均勻系數(shù)Cu=d60/d10=1.0,顆粒離散程度低,顆粒均勻,孔隙率大,為本水源地主要含水巖組,層厚9.2-21.5m。③泥質(zhì)細(xì)砂:淺黃、灰黃色,飽和,松散-稍密狀,<0.75mm,粒徑的顆粒占20-30%,不均勻系數(shù)Cu=d60/d10=1.33,顆粒離散程度大,為相對弱透水層,層厚1.3-2.3m。④泥炭質(zhì)細(xì)砂:黑色、灰黑色,飽和,稍密狀,泥炭含量約25-30%,富水性貧乏,滲透性差,為相對弱透水層,層厚0.2-0.6m,局部分布。⑤中粗砂:淺黃色,飽和,松散狀,富水性好,透水性好,呈透境體狀,厚0.60-0.90m。⑥、礫卵石:淺黃色,飽和,松散-稍密,粒徑0.5-1.0cm,富水性好,透水性好,僅厚0.3-0.8m,局部分布。下部為石英閃長巖殘積砂質(zhì)粘性土,強(qiáng)風(fēng)化石英閃長巖(見圖1)。(2)龍王頭水源地匯水面積約4km2,砂層面積約1.95km2,平均厚度17.8m,地下水主要接受大氣降水垂直入滲補(bǔ)給,由四周低丘、臺地向中間盆地,由南西向北東逕流排泄。(3)枯水期地下水位埋深在地表以下1.2-2.0m,龍王頭溪枯水期流量約795m3/d。4地下水儲藏量q根據(jù)計算方法,龍王頭水源地砂層的綜合滲透系數(shù)為K=7.5~8.0m/d,導(dǎo)水系數(shù)T=946m2/d,給水度u=0.01,導(dǎo)壓系數(shù)α=9.46×104m2/d,引用半徑R0=185m,入滲系數(shù)α=0.4,地下水儲量Q儲=1.38×107m2,天然補(bǔ)給量Q補(bǔ)=5238m3/d,允許開采量Q允≈3000m3/d,調(diào)蓄庫容量Q調(diào)=3.0×105m3。5地下水資源評價5.1地下水資源評價5.1.1允許采樣率根據(jù)斷面法、開采抽水法、允許降深法、大井法進(jìn)行允許開采量評價,其評價結(jié)果如表1。5.1.2干擾采血試驗根據(jù)本次勘查單井(多孔)抽水試驗和二孔、三孔干擾抽水試驗,為了保證開采井不會由于淤砂和水位下降對周邊環(huán)境的影響,在不動用貯存量的條件下,已有三口井的單井允許開采量和最大水位降深見表2。5.2反推開采時間①水源地天然補(bǔ)給量Q補(bǔ)=5238m3/d,大于允許開采量Q允=3000m3/d,表明日開采量為3000m3/d是有保證的。②大井法定流量評價利用大井法、允許降深法反算開采時間,大井開采量為3000m3/d,假設(shè)距大井80m點的降深:SA=0.183×Q允×lg(2.25×α×t/r2)/T(1)式中:Q—允許開采量T—導(dǎo)水系數(shù)α—入滲系數(shù)t—開采時間γ—假設(shè)點大井的距離計算結(jié)果如表3。③大井法定降深評價為避免開采期間水位下降過大而引起100m外居民住地的反應(yīng),假設(shè)100m外B點水位降值為2.5m,反推開采時間和大井出水量之間的關(guān)系,采用式(1)進(jìn)行計算:計算結(jié)果如表4。綜上所述,龍王頭水源地能以3000m3/d開采量連續(xù)較長時間開采,具有較高的開采保證程度。5.3地下水開采超標(biāo)項目及影響因素為了全面評價龍王頭水源地地下水的水質(zhì),分別在補(bǔ)給逕流區(qū)、擬開采區(qū)及龍王頭溪,采水樣進(jìn)行分析,按國標(biāo)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-85)進(jìn)行分析評價。龍王頭水源地地下水與按GB5749-85國家標(biāo)準(zhǔn)比較,主要超標(biāo)項目有細(xì)菌總數(shù)、大腸菌數(shù)、鐵離子、錳離子、渾濁度、肉眼可見物,其余檢測項目未超出國家標(biāo)準(zhǔn),符合生活飲用水國家標(biāo)準(zhǔn)。分析水源地水文地質(zhì)條件和周轉(zhuǎn)環(huán)境情況細(xì)菌總數(shù)、大腸菌數(shù)超檣的主要原因為水源地范圍分布有居民區(qū),由生活廢水、糞便、放牧等人為因素影響造成,開采地下水時需作除菌處理;渾濁度、肉眼可見物主要由于受大氣降水影響造成需要作一定的處理;鐵、錳離子超標(biāo)主要由于含水巖組鐵、錳離子含量較高的自然因素造成,需作除鐵、除錳措施,同時,隨著地下水的開采,其含量也會逐漸降低。總之,龍王頭水源地地下水中僅個別項目超標(biāo),僅需作相應(yīng)的處理即可作生活飲用水。6地下水開采技術(shù)的經(jīng)濟(jì)條件根據(jù)上術(shù)水文地質(zhì)條件,地下水資源量及保證程度,提出龍王頭水源地地下水開采形式。6.1多井分散開采6.1.1生態(tài)控水方案水源地地表種植有防沙、固沙作用的草皮,四周種植有國家沿海防護(hù)林,從生態(tài)環(huán)境避免地下水開采引起環(huán)境水文地質(zhì)問題的角度出發(fā),宜采用多井小流量輪流開采方案,井距以200m左右為宜。6.1.2最大最大廢水和降低深度擬開采區(qū)總出水量應(yīng)控制在不超過3000m3/d,水位降深不宜超過6.5-7.0m,應(yīng)盡量單井開采不超時,也應(yīng)適時降低開采量。6.1.3圓孔隙的孔隙率供水井直徑>Φ800mm,井管直徑Φ400mm為宜,采用完整井開采形式。濾水管直圓孔隙直徑ф12mm,孔隙率以20%為宜,呈正三角形布置。為根據(jù)顆粒分析試驗,為保證不產(chǎn)生淤泥堵塞現(xiàn)象,濾水管包網(wǎng)規(guī)格采用50-60目尼龍網(wǎng)一層,填礫規(guī)格宜采用2-5mm的砂礫石,宜選用潛水電泵作抽水設(shè)備,揚(yáng)程>25m,入水深度以10m為宜。6.2修建地下水庫方案水源地四周低丘、臺地環(huán)抱,僅北東側(cè)有出海口,水源地范圍又無斷裂構(gòu)造通過。從地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造,充分利用水資源的考慮,不會由于開采后導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境問題等,可以采用修建地下水庫的方案,水庫壩址宜選擇在龍王頭溪兩小支流匯合處下游約250m的兩座殘丘之間,壩長約200m,此處為區(qū)域低點,將形成較為完善的地下水庫。7修建地下水庫的環(huán)境水源地地下水開采后,勢必會產(chǎn)生區(qū)域水位下降,由此可能會產(chǎn)生一系列影響生態(tài)環(huán)境的問題,主要是顆粒會影響地表植被、產(chǎn)生地面沉降、海咸水入侵、污染水入滲等,采用修建地下水庫基本不會產(chǎn)生以上生態(tài)環(huán)境問題。7.1木麻黃和天然雜草長期開采地下水必然導(dǎo)致局部水位下降,形成降落漏斗,水源地及其周邊主要地表植被有:短枝木麻黃、天然草皮,短枝木麻黃為根菌共生植物,根系地較發(fā)達(dá)。深達(dá)4-5m,最深可達(dá)10余m,且能經(jīng)受短時期的水淹,天然草皮在有水條件下就能生存,故從多井開采方案中的出水量、時間、降深中可以預(yù)見,其對周邊木麻黃和天然草皮不會造成太大的生態(tài)環(huán)境影響,僅開采井周邊的天然草皮會產(chǎn)生局部枯死現(xiàn)象。對修建地下水庫則不會有生態(tài)環(huán)境影響,相反會促使天然草皮的生長。7.2長期開采時,土地下水開采后,引起地下水位下降,由此使土體產(chǎn)生附加應(yīng)力,誘使土體產(chǎn)生壓縮變形,必然造成地面沉降。按照國內(nèi)外采用的經(jīng)驗公式:S∞=Δρ×H/E(2)式中:S∞—土層的最終沉降量(mm)ΔP—垂直變化施加于土層上的平均荷載(kpa)H—計算的土層厚度(m)E—砂層的彈性模量(kpa)(取經(jīng)驗值10000kpa)通過計算,在水位下降7m處產(chǎn)生的地面沉降量為25.5mm,故地下水經(jīng)長期開采后,不會產(chǎn)生地面沉降過大問題。7.3地下水開采量計算水源地北東側(cè)的海壇灣海水高潮線在開采區(qū)以處約1000m處,而臺風(fēng)期最高潮位線約在800m處,標(biāo)高3.0m左右,通常情況,咸水分布底部,呈楔形狀向南傾斜,水源地淡水較為豐富,有一定的壓力,促使咸水沒有向水源地方向擴(kuò)展。根據(jù)允許降深法反推擬開采區(qū)以北不同距離的降深,假設(shè)水源地日開采地下水量3000m3,計算距擬開采區(qū)300m,標(biāo)高10m;500m,標(biāo)高5m;800m,標(biāo)高2.0m處降深、高程計算公式:S=0.183×Q允×lg(2.25×α×t/r2)/T式中T—導(dǎo)水系數(shù)(m2/d)α—導(dǎo)壓系數(shù)(m2/d)t—開采時間(d)r—距離(m)計算結(jié)果如表5。開采區(qū)地下水位高程度約14.5m,開采區(qū)水位降深以7.0m計算,則其地下水位為7.5m,與上表相比較,其水位高程仍高于海水高程,海水將不會產(chǎn)生向水源地方向倒灌的問題。7.4污染水排放區(qū)中間水樣分析平潭城關(guān)生活廢水部分排于水源地擬開采區(qū)北側(cè)約1.2