朱 卉

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)勘查院，鄭州 450001）

1 水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

鄭州市是地表水和地下水聯(lián)合供水的城市，地表水主要以黃河及南水北調(diào)水作為供水水源。引黃水源地有邙山提灌站、花園口提灌站；鄭州市中心城區(qū)（除高新區(qū)）城市供水水源長期以黃河干流地表水為主（灘區(qū)地下水為傍河取水，占用黃河干流水指標(biāo)），2014年年底南水北調(diào)中線工程通水后，柿園水廠、白廟水廠等水廠逐步使用南水北調(diào)水替換原水源，目前南水北調(diào)水已成為柿園水廠、白廟水廠、東周水廠主要水源，劉灣水廠的水源全部取用的是南水北調(diào)水，鄭州全市承接南水北調(diào)水廠11座，現(xiàn)狀總供水能力108.7萬m3/d，規(guī)劃總供水能力190.5 萬m3/d；地下水水源地有市區(qū)井水廠、北郊水源地和“九五灘”水源地；人工水庫蓄水有尖崗水庫、常莊水庫和西流湖。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年鄭州市各種供水工程供水總量16.732 億m3，其中，地表水供水總量7.557 億m3，占總供水量的45%；地下水供水量為8.381億m3，占總供水量的50%；其它水源供水量為0.795億m3，占總供水量的5%[1]。

2 供水水文地質(zhì)條件與地下水資源現(xiàn)狀

2.1 供水水文地質(zhì)條件

在區(qū)內(nèi)北西及東西向兩組正斷層作用下，由西南往東北方向，第四系地層沉積厚度逐漸增大，特別是老鴉陳斷裂東側(cè)的黃河沖積平原區(qū)，長期處于快速沉降狀態(tài)，堆積了巨厚的松散堆積物，所以本區(qū)地下水類型均為松散巖類孔隙水。

評價(jià)區(qū)北部黃河沿岸接受黃河側(cè)滲補(bǔ)給和大氣降水入滲補(bǔ)給，水資源十分豐富，單井涌水量3000～5000 m3/d，為強(qiáng)富水區(qū)；其余大部分地區(qū)單井涌水量1000～3000 m3/d，滲透系數(shù)10～35 m/d，為富水區(qū)；在西南部石佛—瓦崗寺—十八里河一帶，由泥質(zhì)粉砂及粘性土組成孔隙裂隙水和粘土裂隙孔隙水，單井涌水量100～500 m3/d，為中等富水，此外，鄭州市柳林鄉(xiāng)、中牟縣大孟鄉(xiāng)等地亦有零星中等富水區(qū)分布。

全區(qū)淺層水的水化學(xué)類型主要有以下幾種，即HCO3-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca·Mg、HCO3·Cl-Ca·Mg、HCO3-Ca、HCO3-Ca·Na、HCO3-Ca·Na·Mg（Ca·Na·Mg、Mg·Na·Ca）型等?？傮w上，評價(jià)區(qū)淺層地下水水質(zhì)市區(qū)較差，郊區(qū)較好。鄭州城區(qū)和中牟縣城，超標(biāo)因子4～6項(xiàng)，包含有氯化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽等毒理性因子，不宜飲用。郊區(qū)多為HCO3型水，超標(biāo)因子1～3 項(xiàng)，為總硬度、溶解性總固體、鐵、錳等一般化學(xué)性指標(biāo)，適當(dāng)處理后適宜飲用[2]。

2.2 地下水資源現(xiàn)狀

鄭州評價(jià)區(qū)的天然補(bǔ)給資源量為72 232.63 萬m3/a，其中山區(qū)23 427.32 萬m3/a，平原48 805.31 萬m3/a；淺層可開采資源量為83 244.2.2 萬m3/a，其中山區(qū)20 203.81 萬m3/a，平原63 040.39 萬m3/a；深層承壓水可采儲存量為23 468.53萬m3/a。

地下水開采潛力，主要分析平原區(qū)地下水開采潛力，從地下水資源潛力方面可分析得出，鄭州平原區(qū)地下水剩余量為-1.13×108m3/a，潛力指數(shù)為0.884，存在超采情況，見表1。

表1 鄭州地下水剩余量及開采潛力指數(shù)一覽表

3 應(yīng)急水源地

3.1 選擇原則

地下水應(yīng)急水源地的選取需要考慮水量的大小、水質(zhì)的好壞、有效含水層的底板埋深、補(bǔ)給能力的大小、可開采資源儲量的大小、距中心供水城市距離的遠(yuǎn)近、水源地的安全性、供水時(shí)間及定額、地質(zhì)環(huán)境等因素，每個(gè)因素都影響著城市應(yīng)急地下水源地的選取。結(jié)合實(shí)際情況，鄭州地下水應(yīng)急水源地選取原則有:富水性強(qiáng)，深度適中；水資源儲存量大且補(bǔ)給條件好；水質(zhì)較好且易于保護(hù)；距離適中等條件。

3.2 應(yīng)急開采量的確定

應(yīng)急地下水水源地應(yīng)急開采量設(shè)計(jì)的宗旨是首先解決居民生活用水的水量。本次應(yīng)急水源地選址、應(yīng)急需水量要考慮城市遠(yuǎn)期規(guī)劃，應(yīng)急需水量的確定不僅要確定應(yīng)急生活供水定額，還要考慮到遠(yuǎn)期規(guī)劃的人口數(shù)，本次遠(yuǎn)期規(guī)劃人口到2030年，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，基本生活用水按130 L/（人·d），人口以800萬計(jì)，應(yīng)急需水量則需要104.0萬m3/d。

在應(yīng)急狀態(tài)下，供水水源只有南水北調(diào)水和地下水，南水北調(diào)水和地下水可利用量為89.14萬m3/d，應(yīng)急供水狀態(tài)下，需水量為104.0萬m3/d，供水量缺口14.86 萬m3/d，這就需要新建應(yīng)急水源地來滿足應(yīng)急需求缺水量。

3.3 選址結(jié)果

根據(jù)鄭州的水文地質(zhì)條件、城市用水情況、城市規(guī)劃布局、供水網(wǎng)管規(guī)劃結(jié)合應(yīng)急地下水源地選址原則，應(yīng)急地下水源地的最終選址為萬灘應(yīng)急水源地，位于鄭州東劉集—萬灘一帶，面積為153 km2，地下水類型為松散巖類潛水。

4 應(yīng)急資源量評價(jià)

4.1 評價(jià)方法選擇

結(jié)合本次工作目的任務(wù)及收集資料的程度，擬采用水位預(yù)報(bào)法對本次地下水應(yīng)急可開采資源量進(jìn)行計(jì)算及評價(jià)。

4.2 邊界條件概化

水源地北邊界黃河流量大，水面寬，與地下水水力聯(lián)系密切，可作為定水頭補(bǔ)給邊界處理。

水源地地處黃河沖積平原，淺層含水層分布廣泛，含水層巖性為中粗砂、細(xì)砂、中砂，含水層3～4層，局部1～2 層，砂層累計(jì)厚度60～70 m。含水層底板隔水層主要為中更新統(tǒng)上部粘土層，分布穩(wěn)定，平均厚度20～40 m，淺層與中深層地下水水力聯(lián)系微弱，基本不存在越流補(bǔ)排關(guān)系。

綜上所述，將本區(qū)概化為具有定水頭補(bǔ)給邊界的均質(zhì)、各向同性的半無限含水層。

4.3 應(yīng)急開采量計(jì)算及評價(jià)

考慮干旱極端天氣，應(yīng)急供水時(shí)間一般3～6 個(gè)月，水質(zhì)污染應(yīng)急時(shí)間一般處理時(shí)間10～30 d，故應(yīng)急供水時(shí)間定為200 d。

本方案共布設(shè)開采井36 眼（見圖1），單井日取水量4200 m3，總開采量約為15.12萬m3/d，應(yīng)急開采200 d。應(yīng)用潛水完整井井群干擾非穩(wěn)定流公式，利用計(jì)算機(jī)分別計(jì)算有關(guān)觀察點(diǎn)由于擬建水源地開采而引起的降深，結(jié)果見表2、圖2和圖3。

圖1 萬灘后備水源地單排布井開采井位置示意圖

表2 觀測井水位預(yù)報(bào)一覽表

圖2 水源地水位預(yù)報(bào)降深等值線圖（開采200 d）

圖3 觀測井水位預(yù)報(bào)降深歷時(shí)曲線圖

由水位預(yù)測結(jié)果可知，水源地以15.12 萬m3/d的開采量開采淺層地下水，在黃河透水邊界的作用下，200 d 時(shí)水位下降速率0.0 088 m/d，zz17 號中心井最大水位降深Smax=9.6 m，該值不及含水層厚度（靜水位到含水層底板）的1/5。

由圖2 可以看出，水源地開采所引起的水位降落漏斗范圍較小，中心水位降深較小。降落漏斗中心位于萬灘鎮(zhèn)萬灘村，最大水位降深9.6 m。水位降深大于6 m 的范圍僅有7.25 km2。漏斗呈面北弧形展布，東西方向擴(kuò)張很小，向西至黃岡廟—徐莊一線即不受開采影響，故新水源地的開采不會影響市區(qū)其它水源地的正常使用；向南擴(kuò)展較多至后梁—董崗，據(jù)2015 年水位統(tǒng)計(jì)可知，自然情況下水源地范圍內(nèi)淺層地下水水位埋深在2～5 m，開采后水位埋深一般6～12 m，局部13～14 m。這樣的水位埋深僅對漏斗中心區(qū)的部分壓水井和對口抽水井（井深一般10～20 m）產(chǎn)生影響，對其他地方影響甚微。

綜上所述，在擬建水源地以15.12 萬m3/d 的開采量進(jìn)行應(yīng)急開采，水位的下降狀況是可以接受的，不會引起明顯的環(huán)境地質(zhì)問題。日開采15.12萬m3/d可行[1]。

4.4 評價(jià)結(jié)果

黃河天然條件下即存在著河水對兩岸潛水的側(cè)向徑流補(bǔ)給。在傍河開采地下水時(shí)，由于地下水力坡度的加大，河水和地下水的水量交換大大增強(qiáng)，河水將成為傍河水源地的最主要補(bǔ)給來源。鄭州地下水應(yīng)急水源地應(yīng)急開采量評價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表見表3。

表3 鄭州市應(yīng)急水源地應(yīng)急開采量評價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語

中原城市群建設(shè)已經(jīng)納入國家發(fā)展戰(zhàn)略，是實(shí)現(xiàn)中部崛起、帶動中部發(fā)展的重大舉措。鄭州作為中原城市群的中心，其重要地位不言而喻，水資源匱乏、水環(huán)境嚴(yán)重破壞問題已成為制約中原城市群乃至整個(gè)河南省國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。國內(nèi)外多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，保障飲水安全是許多突發(fā)性和極端性氣候事件發(fā)生后最為迫切的問題之一，尤其在人口高度集中的城市地區(qū)。

近年來，我國一些地方政府陸續(xù)組織開展了一系列的地下水應(yīng)急備用水源地論證[3]、建設(shè)和運(yùn)行管理等工作，我國城市地下水應(yīng)急水源地的規(guī)劃、建設(shè)與管理工作已取得了開拓性成果。但是，由于對地下水應(yīng)急水源地在保障供水安全中的戰(zhàn)略作用認(rèn)識不夠深刻，加上經(jīng)濟(jì)條件、水資源開采難度等客觀因素限制，我國地下水應(yīng)急水源地建設(shè)與管理工作總體上還處于起步階段，亟須加快開展相關(guān)工作[1]。