王現(xiàn)國(guó) ，龔曉凌 ，吳東民 ，張平輝 ，王關(guān)杰

（1.河南省地礦局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，450053，鄭州；2.河南省鄭州地質(zhì)工程勘察院，450053，鄭州）

河南省襄城縣第二水廠（2008年動(dòng)工興建）取水水源為地下水，水源地位于襄城縣城北汝河北岸，設(shè)計(jì)凈取水量為 2萬(wàn) m3/d （730萬(wàn) m3/a），是以地下水為取水水源的城市供水工程建設(shè)項(xiàng)目水資源論證項(xiàng)目，供水水源屬傍河型地下水水源地。此前通過(guò)對(duì)取水水源的可靠性與可行性分析，以定量計(jì)算分析為主，詳細(xì)論證了項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程中的取水水源及取水影響范圍和影響程度，并提出了地下水水源地水資源保護(hù)措施。

一、自然地理概況

1.氣象水文條件

襄城縣多年平均年降水量為761.5 mm，境內(nèi)較大河流主要是北汝河，屬淮河流域潁河水系。1975年7月大陳閘建成后，將上游水位抬高6 m以上，可回水至襄城縣城西，長(zhǎng)約10 km，改變了北汝河的水文特征。據(jù)北汝河襄城水文站1953—1978年25年觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，多年平均流量31.08 m3/s,日最大流量3 040 m3/s，最小時(shí)為斷流。

2.水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

襄城縣水廠建于1970年，原以汝河為供水水源，供水規(guī)模為1 000 m3/d，經(jīng)過(guò)多年的供水設(shè)施建設(shè)，現(xiàn)有水源井4眼，供水能力為10 000 m3/d，實(shí)際供水不足6 000 m3/d，現(xiàn)有供水能力覆蓋面積占城區(qū)總面積的30%，用水人口僅占城區(qū)居民總?cè)丝诘?6%。城區(qū)現(xiàn)有生產(chǎn)、生活自備井用戶174家，自備井共計(jì)179眼，取水能力總計(jì)為1.956萬(wàn)m3/d，全部取用淺層地下水，1997—2007年供水量呈逐年增加趨勢(shì)，多年平均年總供水能力為 141.2萬(wàn) m3，其中城市生活多年平均年供水量為113.2萬(wàn) m3，占總供水量的80.2%；城市工業(yè)多年平均年供水量為28萬(wàn)m3，占總供水量的19.8%。水資源論證分析區(qū)地下水農(nóng)村年用水量為1 285萬(wàn)m3。水資源論證分析區(qū)灌溉面積3.88萬(wàn)hm2，年灌溉用水量為11 634萬(wàn)m3，其中地下水量約4 000萬(wàn)m3。

二、取水規(guī)模、取水水源與取水地點(diǎn)

依據(jù)襄城縣第二水廠工程可行性研究報(bào)告，該水廠最大規(guī)模取水量為2萬(wàn)m3/d，年需水量約為730萬(wàn)m3。根據(jù)建設(shè)單位提供的取用水方案，需取用地下水2萬(wàn)m3/d（730萬(wàn)m3/a）。

根據(jù)工程可行性研究報(bào)告內(nèi)容和業(yè)主意見(jiàn)，結(jié)合當(dāng)?shù)厮Y源條件及其開(kāi)發(fā)利用狀況、工程用水規(guī)模和用水特點(diǎn)，該項(xiàng)目取用襄城縣五里堡水源地淺層地下水。取水地點(diǎn)位于襄城縣縣城東部五里堡以東的北汝河北岸，開(kāi)采松散巖類淺層地下水。取水口設(shè)置沿北汝河影響帶北側(cè)200m左右呈近東西向布設(shè)，采用井群抽水方式。

按照 《建設(shè)項(xiàng)目水資源論證導(dǎo)則》有關(guān)條款，綜合確定本次水資源論證工作等級(jí)為二級(jí)。論證選取2007年為現(xiàn)狀水平年，以2015年為規(guī)劃水平年。

三、取水水源論證

1.分析范圍和論證范圍

襄城縣第二水廠利用該縣五里堡水源地為供水水源。考慮到建設(shè)項(xiàng)目取水、退水所影響的范圍，確定該項(xiàng)目水資源論證的分析范圍為襄城縣所轄范圍。考慮項(xiàng)目所用的地下水水源地為五里堡水源地，故確定水源的論證范圍為五里堡水源地詳查區(qū),論證區(qū)總面積約71 km2。

2.地下水資源評(píng)價(jià)

供水水源屬傍河型地下水水源地，按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展了水源地供水水文地質(zhì)詳查工作，收集了22年來(lái)的地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料，進(jìn)行了野外水文地質(zhì)測(cè)繪、水文地質(zhì)鉆探、單孔和多孔抽水試驗(yàn)、大型群孔抽水試驗(yàn)，利用抽水試驗(yàn)資料計(jì)算求取了含水層滲透系數(shù)等，利用動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料求取了降水入滲系數(shù)、含水層重力給水度等水文地質(zhì)參數(shù)，采用均衡法計(jì)算水源地地下水資源量；采用解析法對(duì)地下水可開(kāi)采量及開(kāi)采后水位進(jìn)行計(jì)算預(yù)測(cè)；根據(jù)水源地水文地質(zhì)概念模型，建立該水源地地下水流數(shù)值模型，采用MODFLOW軟件對(duì)水源地地下水滲流場(chǎng)的演化進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)。

（1）均衡法計(jì)算及評(píng)價(jià)

均衡法評(píng)價(jià)區(qū)地下水均衡計(jì)算成果、開(kāi)采條件下地下水均衡計(jì)算成果（略）。從均衡法計(jì)算可知，在開(kāi)采條件下，地下水總補(bǔ)給量為1127.3萬(wàn)m3，消耗量為 1 115.99 萬(wàn) m3，補(bǔ)排差為+11.3萬(wàn)m3，計(jì)算時(shí)段地下水處于均衡狀態(tài)，地下水水位保持基本穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生明顯的環(huán)境問(wèn)題。

（2）地下水資源數(shù)值計(jì)算與評(píng)價(jià)

為進(jìn)一步分析論證淺層地下水系統(tǒng)特征，定量評(píng)價(jià)淺層地下水資源，在已有地質(zhì)、水文地質(zhì)資料和長(zhǎng)期觀測(cè)資料的基礎(chǔ)上，依據(jù)水源地所處的水文地質(zhì)條件，圈定模擬區(qū)，建立地下水流數(shù)值模擬模型，對(duì)水源地地下水滲流場(chǎng)的演化進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)。

①數(shù)值計(jì)算模擬結(jié)果

根據(jù)水文地質(zhì)概念模型，建立非均質(zhì)二維非穩(wěn)定流數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬淺層地下水系統(tǒng)滲流場(chǎng)，以2007年作為現(xiàn)狀年，模擬時(shí)間自2007年1月到12月。從模擬結(jié)果可以看出，模擬區(qū)地下水補(bǔ)給主要為降雨入滲和北汝河側(cè)向補(bǔ)給，占總補(bǔ)給量的92.01%；其他補(bǔ)給方式為井灌回滲和側(cè)向徑流補(bǔ)給，僅占總補(bǔ)給量的7.99%；地下水排泄主要為人工開(kāi)采，占總排泄量的52.70%，其次是蒸發(fā)排泄，約占總排泄量的32.99%；側(cè)向排泄量最小，僅占總排泄量的14.31%；由于北汝河河床滲透性好，開(kāi)采地下水的過(guò)程中大大激發(fā)了河流的補(bǔ)給，使得傍河型地下水觀測(cè)點(diǎn)地下水水位呈上升趨勢(shì)，地下水均衡表現(xiàn)為正均衡，模擬區(qū)現(xiàn)狀年地下水資源量增加了 3.45萬(wàn) m3。

模擬計(jì)算結(jié)果表明：襄城縣第二水廠在現(xiàn)狀2萬(wàn)m3/d的開(kāi)采條件下，模擬區(qū)地下水均衡由于降水入滲和北汝河側(cè)滲補(bǔ)給仍然處于正均衡，水資源量增加3.45萬(wàn)m3/a。因此，第二水廠五里堡水源地完全可以滿足2萬(wàn)m3/d的供水要求。

②模型預(yù)測(cè)結(jié)果

利用所建立的模型對(duì)模擬區(qū)20年內(nèi)的地下水水位動(dòng)態(tài)及流場(chǎng)圖進(jìn)行了預(yù)測(cè)。根據(jù)預(yù)測(cè)曲線圖可以看出，在開(kāi)采中心區(qū)水位降幅最大，達(dá)15～22 m，邊界地方降幅較小，一般小于10 m；同時(shí)開(kāi)采初期水位下降較快，隨著開(kāi)采時(shí)間的增加，水位下降速度逐漸變慢，曲線逐漸平緩，開(kāi)采5年以后水位將趨于穩(wěn)定。

（3）解析法評(píng)價(jià)地下水允許開(kāi)采量

①開(kāi)采方案的確定

根據(jù)論證區(qū)水文地質(zhì)條件，擬建水源地井位布設(shè)在縣城東部五里堡以東的北汝河北岸，共布設(shè)2排10眼井，其中一眼為備用。井排距為250 m，井間距為400 m。根據(jù)實(shí)際抽水資料，井徑為φ300 mm時(shí)，單位涌水量為 12 m3/（h·m）， 換算成 15 m 降深時(shí)，單井出水量達(dá)150 m3/h，能夠滿足單井出水量100 m3/h的設(shè)計(jì)要求。水源地設(shè)計(jì)動(dòng)水位埋深按30m考慮。

②水位下降值與影響范圍的確定

水源地在井群開(kāi)采條件下，按2萬(wàn)m3/d進(jìn)行開(kāi)采，單井涌水量按2 400 m3/d計(jì)，依據(jù)布井方案，根據(jù)公式計(jì)算20年內(nèi)不同時(shí)期中心井的最大動(dòng)水位埋深。計(jì)算表明：在現(xiàn)狀條件下，開(kāi)采20年后中心井的最大水位降深為22.35 m，區(qū)內(nèi)淺層地下水含水層頂板埋深25 m左右，20年后中心井動(dòng)水位在設(shè)計(jì)動(dòng)水位埋深30m范圍內(nèi)，故水源地按2萬(wàn)m3/d開(kāi)采在規(guī)劃年限（20年）內(nèi)是有保證的。在開(kāi)采初期水位下降較快，隨著開(kāi)采時(shí)間的延續(xù)，水位下降速度逐漸變慢，曲線逐漸平緩，當(dāng)開(kāi)采5年以后水位趨于穩(wěn)定。

根據(jù)調(diào)查訪問(wèn)，水源地附近農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用水均為淺層地下水，抽水工具為潛水泵或壓水井，水位埋深大于6m后將會(huì)影響抽水效果。因此，以地下水水位埋深下降至6m為界劃定影響范圍，目前水源地附近地下水水位埋深為3 m左右，以水位下降3 m為界劃定影響范圍。

把水源地開(kāi)采區(qū)作為一個(gè)大井，計(jì)算影響邊界至抽水井和虛擬井的距離的比值，圈定影響范圍。經(jīng)計(jì)算，抽水井和虛擬井的距離為600 m。水源地開(kāi)采影響范圍為南部在北汝河北岸約100 m，北至水源地北部約1 km，東西各500 m的近橢圓范圍，面積約 4 km2。

3.取水可靠性與可行性分析

利用均衡法、解析法、數(shù)值法等方法計(jì)算的開(kāi)采條件下的補(bǔ)給量、排泄量結(jié)果可看出，計(jì)算結(jié)果差異較小，數(shù)值法的計(jì)算差別是選用的年份不同造成的。在現(xiàn)狀條件下，淺層地下水總補(bǔ)給量為 572萬(wàn) m3/d，消耗量為555.1萬(wàn)m3/a，補(bǔ)排差為+16.9萬(wàn)m3，計(jì)算時(shí)段地下水為正均衡，計(jì)算所得地下水水位上升0.5m；在開(kāi)采條件下，地下水總補(bǔ)給量為1127.3萬(wàn)m3/d，消耗量為1 115.99萬(wàn)m3/d，補(bǔ)排差為+11.3萬(wàn)m3/d，計(jì)算時(shí)段地下水處于正均衡狀態(tài)。淺層水補(bǔ)給量重點(diǎn)計(jì)算了河流補(bǔ)給量、灌溉回滲補(bǔ)給量及大氣降水補(bǔ)給量等。在計(jì)算過(guò)程中根據(jù)野外試驗(yàn)觀測(cè)資料計(jì)算了所需的水文地質(zhì)參數(shù)，參數(shù)選擇合理，計(jì)算結(jié)果較可靠。從多種因素考慮，確定的新增開(kāi)采量是有保證的。

論證區(qū)內(nèi)淺層地下水的補(bǔ)給量主要來(lái)自河水補(bǔ)給。從多年資料看，北汝河襄城水文站多年平均流量為31.8 m3/s，日最大流量為3 040 m3/s，1979年后建設(shè)了大陳閘，改變了北汝河的水文特征，保證了北汝河襄城河段長(zhǎng)年有水，全年未出現(xiàn)過(guò)斷流。由解析法計(jì)算可知，擬建工程的取水，造成水源地集中開(kāi)采區(qū)中心井的地下水水位埋深下降22.35 m左右，在設(shè)計(jì)動(dòng)水位之上，且多年保持穩(wěn)定。由數(shù)值法計(jì)算可知，在水源地開(kāi)采中心區(qū)水位降幅達(dá)15～22 m，水廠運(yùn)行初期水位下降較快，隨著開(kāi)采時(shí)間的延續(xù)，水位下降速率逐漸減小，當(dāng)開(kāi)采5年以后地下水位趨于穩(wěn)定。因此，論證區(qū)地下水水能夠滿足水源地開(kāi)采2萬(wàn)m3/d的用水要求。由水質(zhì)分析可知：地下水水質(zhì)較好，地下水質(zhì)量級(jí)別為良好級(jí)，適宜作為生活飲用水水源。

四、水資源保護(hù)措施建議

1.加大節(jié)水力度

縣城供水應(yīng)注意解決跑、冒、滴、漏問(wèn)題。定期對(duì)供水管網(wǎng)進(jìn)行檢查、檢修，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)處理，提高自來(lái)水管網(wǎng)利用率。在水源地及周邊地區(qū)擴(kuò)大節(jié)水灌溉面積。可以調(diào)高水價(jià)，計(jì)量管理，運(yùn)用經(jīng)濟(jì)杠桿來(lái)促進(jìn)節(jié)約用水。通過(guò)宣傳等形式，增強(qiáng)節(jié)水意識(shí)，進(jìn)一步提高水資源利用效率。

襄城縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展較快，用水量增長(zhǎng)也較快，且地下水的補(bǔ)充周期較長(zhǎng)，因此應(yīng)加大地下水的補(bǔ)充渠道。擬建水源地位于北汝河旁，除天然降雨補(bǔ)給和北汝河側(cè)漏補(bǔ)給外，應(yīng)修建攔蓄水、提灌及渠系工程，以補(bǔ)充地下水。也可選擇有利地段開(kāi)展人工回灌實(shí)驗(yàn)，這也是增加地下水資源的有效途徑之一。

2.自備井實(shí)行統(tǒng)一管理

目前襄城縣自來(lái)水供水能力不足，城區(qū)常住人口約11萬(wàn)，而現(xiàn)有供水僅能覆蓋城區(qū)總面積的30%，用水人口僅占城區(qū)居民的16%。地下水無(wú)計(jì)劃、無(wú)組織的過(guò)度開(kāi)采，自備水源太多，造成地下水的浪費(fèi)嚴(yán)重，城區(qū)地下水水位急劇下降。根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)定，凡自來(lái)水管網(wǎng)到達(dá)區(qū)域內(nèi)，原則上應(yīng)停止審批單位自建自備井。對(duì)自來(lái)水管網(wǎng)未到達(dá)區(qū)域，有關(guān)部門(mén)應(yīng)核定自備井允許開(kāi)采量。供水管網(wǎng)到達(dá)后，用水單位原則上停止取用地下水。因此，有關(guān)部門(mén)應(yīng)加大執(zhí)法力度，按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定對(duì)一些自備井進(jìn)行統(tǒng)一管理，提高地下水資源的利用效率。

3.建立水源地的衛(wèi)生防護(hù)區(qū)

擬建水源地的地下水水質(zhì)良好，目前尚未受到污染，但埋深較淺，若防護(hù)不好，易受到污染。故應(yīng)根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—85)和1989年國(guó)家環(huán)保局、衛(wèi)生部、建設(shè)部、水利部聯(lián)合頒布的《飲用水源保護(hù)區(qū)污染防治管理規(guī)定》等，綜合考慮水文地質(zhì)條件、地下水開(kāi)采等情況，建立水源地的衛(wèi)生防護(hù)區(qū)。

Ⅰ級(jí)保護(hù)區(qū)：包括水廠生產(chǎn)區(qū)和供水井周?chē)?0 m范圍。應(yīng)明確劃定并設(shè)立明顯標(biāo)志，在水廠生產(chǎn)區(qū)外圍不小于10 m范圍內(nèi)不得設(shè)置生活居住區(qū)和修建禽畜飼養(yǎng)場(chǎng)、滲水廁所、滲水坑，不得堆放垃圾、糞便、廢渣或鋪設(shè)污水渠道，應(yīng)保持良好的衛(wèi)生狀況和綠化。在水源井周?chē)?0 m范圍內(nèi)，不得設(shè)置滲水廁所、滲水坑、糞坑、垃圾堆和廢渣堆等污染源，并建立衛(wèi)生檢查制度。

Ⅱ級(jí)保護(hù)區(qū)：為水源地開(kāi)采區(qū)，該范圍內(nèi)不得使用工業(yè)廢水、生活污水灌溉和使用持久性或劇毒農(nóng)藥，不得修建廢污水滲坑。該保護(hù)區(qū)內(nèi)嚴(yán)禁開(kāi)挖與水源井同深的工業(yè)生產(chǎn)用水或開(kāi)采量較大的其他開(kāi)采井。廢污水不準(zhǔn)排入流經(jīng)水源地的地表水體。

4.建立地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)

水源地建成后，應(yīng)對(duì)水源地及城區(qū)地下水的水量、水質(zhì)、水位進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和研究，提供水源地水質(zhì)、水位變化趨勢(shì)，提出最大限度減輕集中開(kāi)采后出現(xiàn)的水環(huán)境負(fù)效應(yīng)問(wèn)題和科學(xué)管理水源地的對(duì)策，以達(dá)到水源地長(zhǎng)期、科學(xué)開(kāi)采的目標(biāo)。

在水源地以東10 km的北汝河大陳閘應(yīng)布設(shè)水量控制點(diǎn)，水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面，適時(shí)監(jiān)測(cè)水量、水位和水質(zhì)的變化。嚴(yán)禁北汝河成為納污水體，盡快完善縣城污水處理系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)污水處理的監(jiān)督與管理。

五、論證中的關(guān)鍵問(wèn)題

1.分析范圍、論證范圍的確定

地下水資源的分布與地層巖性、地貌位置、含水層特征及分布密切相關(guān)，在確定分析范圍、論證范圍時(shí)應(yīng)對(duì)區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析研究，以地下水系統(tǒng)理論為依據(jù)，盡可能以完整的水文地質(zhì)單元、完整的含水層系統(tǒng)進(jìn)行地下水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀分析和地下水資源的水平衡分析。由于一個(gè)完整的水文地質(zhì)單元及完整的含水層系統(tǒng)一般范圍較大，需要開(kāi)展大量詳細(xì)的地下水資源調(diào)查評(píng)價(jià)工作才能得到較可靠的成果，而且時(shí)間周期較長(zhǎng)。如果所在行政區(qū)曾開(kāi)展過(guò)專項(xiàng)的地下水資源調(diào)查評(píng)價(jià)工作，建議以行政區(qū)范圍為分析范圍。

論證范圍確定時(shí)不但要考慮水文地質(zhì)單元、含水層系統(tǒng)，還要考慮地下水開(kāi)采現(xiàn)狀及地下水補(bǔ)徑排條件，尤其是要考慮現(xiàn)有的集中供水地下水水源地，如縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)的地下水供水水源地及自備井的分布，大型企業(yè)的供水水源地等等。在開(kāi)展水資源論證前，針對(duì)該建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行供水水源地水文地質(zhì)詳查工作，已經(jīng)對(duì)詳查區(qū)內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)、含水層系統(tǒng)的分布及其特征、地下水開(kāi)采現(xiàn)狀、地下水補(bǔ)徑排條件進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查，并對(duì)詳查區(qū)的地下水可開(kāi)采資源量進(jìn)行評(píng)價(jià)。論證范圍確定為詳查區(qū)，便于水資源論證時(shí)進(jìn)行對(duì)比。

2.取水水源論證

地下水資源論證前提要有可靠的原始調(diào)查數(shù)據(jù)、準(zhǔn)確的水文地質(zhì)參數(shù)、科學(xué)合理的地下水資源評(píng)價(jià)計(jì)算方法，而且要有不同的計(jì)算方法相互對(duì)比印證。論證工作在均衡法計(jì)算評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，利用解析法對(duì)論證區(qū)可開(kāi)采資源量進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)，采用美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）開(kāi)發(fā)的地下水三維滲流模擬軟件——MODFLOW進(jìn)行計(jì)算和預(yù)測(cè)。

3.取水影響論證

地下水取水影響論證的難點(diǎn)是如何預(yù)測(cè)影響程度和影響范圍，地下水水源地運(yùn)行后會(huì)形成一定范圍地下水降落漏斗，漏斗的范圍及中心水位降深預(yù)測(cè)后，地下水取水影響就可

以從定性分析上升為定量的分析。該論證在進(jìn)行取水水源論證時(shí)建立了地區(qū)水流數(shù)值模型，只要把取水方案及取水量輸入計(jì)算模型，就可以進(jìn)行不同取水方案及取水量條件下的地下水水位等值線圖。再根據(jù)當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有的開(kāi)采技術(shù)條件，設(shè)定影響降深后就可以定量地繪出影響范圍及影響程度。

[1]中華人民共和國(guó)水利部.建設(shè)項(xiàng)目水資源論證導(dǎo)則 （試行）（SL/Z 322—2005）[S].2005．

[2]水利部綜合事業(yè)局，水利部水資源管理中心.建設(shè)項(xiàng)目水資源論證報(bào)告書(shū)案例匯編[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2008．

[3] 董少剛,唐仲華,劉白薇，等.大同盆地地下水?dāng)?shù)值模擬及水資源優(yōu)化配置評(píng)價(jià)[J].工程勘察，2008（3）.

[4]王現(xiàn)國(guó),吳東民,葛雁，等.洛陽(yáng)市地下水位下降及防降對(duì)策研究[J].河南地質(zhì)，2000（3）.