江 龍，范長杰，錢麗麗，劉蘭秀，郭艷玲

(1.山東省煙臺市水文局，山東 煙臺264001;2.山東省臨沂市水文局，山東臨沂276000;3.山東省泰安市水文局，山東 泰安276000;4.山東省臨沂市蘭山區(qū)水務(wù)局，山東臨沂271000)

地下水是水資源的重要組成部分，它具有不同于地表水的特點(diǎn)，例如多年水量豐枯調(diào)節(jié)能力、上覆松散地層天然滲濾保護(hù)作用，使地下水在水質(zhì)和水量方面具有更好的穩(wěn)定性和優(yōu)越性。國外發(fā)達(dá)國家的普遍做法就是利用地下水的優(yōu)勢，建立地下水應(yīng)急備用水源地。

建立應(yīng)急備用水源地，對預(yù)防水污染或特干旱年缺水等突發(fā)事件引發(fā)的供水危機(jī)，保障供水安全，維護(hù)社會穩(wěn)定，確保寧陽縣經(jīng)濟(jì)建設(shè)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

1 地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀

寧陽縣城市供水現(xiàn)有兩個地下水供水點(diǎn)，一是城市集中生活用水供水點(diǎn)，位于城北2.6 km，伏山鎮(zhèn)胡中屯村南，屬深層巖溶水，供水能力3萬m3/d，實際日均開采量2萬m3，日最高開采量為2.2萬m3;二是城市工業(yè)用水供水點(diǎn)，位于城區(qū)北部寧陽鎮(zhèn)吳家村，屬淺層孔隙水，供水能力2萬m3/d，實際日均開采量1萬m3，日最高開采量為1.5萬m3。根據(jù)“十二五”期間寧陽縣經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的奮斗目標(biāo)所述，由于城市化進(jìn)程加快以及工業(yè)、旅游業(yè)的迅猛發(fā)展，城區(qū)面積不斷擴(kuò)大，寧陽縣城區(qū)人口機(jī)械增長迅速。用水需求不斷增大，一旦出現(xiàn)突發(fā)事故，城市的供水安全將受到嚴(yán)重威脅。

2 應(yīng)急供水水源地確定

2.1 應(yīng)急供水水源地確定原則

根據(jù)寧陽縣具體情況，應(yīng)急后備水源地確定原則如下:

(1)城市應(yīng)急供水與持續(xù)供水相結(jié)合，應(yīng)急供水以挖掘持續(xù)供水的剩余潛力來實現(xiàn)，不對城市持續(xù)供水產(chǎn)生大的影響。

(2)地表水、地下水綜合利用、聯(lián)合調(diào)度的原則。對無開采潛力或不能滿足供水需要的地區(qū)，應(yīng)規(guī)劃引用地表水的水庫或河流。

(3)城市應(yīng)急供水水源地位置應(yīng)選擇距離城市近，供水條件便利地區(qū)的水源地，并同時考慮行政區(qū)劃。

(4)目前仍具備開采潛力的城市供水水源地、城市周圍或其附近地區(qū)尚未開發(fā)的富水地段均確定為城市應(yīng)急供水水源地。

(5)城市周圍或其附近地區(qū)開采條件較好，向城市供水相對便利并具有一定開采潛力的工業(yè)供水水源地確定為城市應(yīng)急供水水源地。

東疏鎮(zhèn)龐莊地理位置優(yōu)越，距離縣城僅8 km，地層為“魯中南地區(qū)寒武系－奧陶系”，該地層主要為深灰色中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、淺灰色層狀灰?guī)r，有溶洞、裂隙發(fā)育，賦存的水量極為豐富，且此處周圍沒有污染企業(yè)，水質(zhì)優(yōu)良，根據(jù)應(yīng)急后備水源地的確定原則，寧陽縣應(yīng)急后備水源地確定為:龐莊水源地。

2.2 研究區(qū)水文地質(zhì)特征及范圍確定

研究區(qū)地表為東高西低的平原農(nóng)田，廣為第四系覆蓋，地表以下3～4 m為細(xì)砂層，從上而下有多層砂層，中間夾泥層，總厚82～104 m，基巖以上有0.5～0.8 m黃泥夾姜石。

該區(qū)為“魯中南地區(qū)寒武系－奧陶系”。奧陶系地層主要為深灰色中厚層狀白云質(zhì)灰、淺灰色層狀灰?guī)r，質(zhì)純致密。共分六大段，2、4、6為黃色、青灰色豹皮狀泥質(zhì)灰?guī)r，有溶洞、裂隙發(fā)育，為富含水層，儲水層厚度400～600 m。

結(jié)合研究區(qū)的實際水文地質(zhì)條件情況，經(jīng)綜合分析，確定本水源地北以F1斷層為界，斷層以北為老地層，為相對不透水邊界;西、東分別以F2、F3斷裂為界，均為相對不透水層;南以汶泗斷裂為界，區(qū)內(nèi)奧灰與區(qū)外前震旦系變質(zhì)巖相接觸，為阻水邊界。范圍面積為21.5 km2，該區(qū)為一個Ⅲ級類型區(qū)，屬淡水區(qū)，礦化度M≤0.4 g/L，研究區(qū)詳見圖1。

圖1 研究區(qū)范圍示意圖

根據(jù)現(xiàn)有深井的柱狀圖，結(jié)合物探曲線和實際供水井資料，查明了本區(qū)的含水層結(jié)構(gòu)、深度等實際情況。本區(qū)上有第四系82 m的砂層補(bǔ)給源;82～210 m頂部為黃色泥質(zhì)灰?guī)r，有小溶洞，中部為黃白色豹皮狀泥灰?guī)r，蜂窩狀，下部堅硬，為乳白色石灰?guī)r;210～300 m為堅硬、破碎、裂隙發(fā)育，青灰色及淺灰色的石灰?guī)r。說明本區(qū)奧陶系石灰?guī)r溶洞發(fā)育，該區(qū)域為富水地段。

3 應(yīng)急供水水源地可供水量分析

3.1 應(yīng)急開采時限及水位控制深度

(1)應(yīng)急開采時限

應(yīng)急供水是一種暫時應(yīng)急行為，不宜連續(xù)開采。根據(jù)寧陽縣具體情況，確定應(yīng)急供水時限為三個月。

(2)水位控制深度

寧陽縣應(yīng)急后備水源地為山前沖洪積傾斜平原區(qū)水源地，該類型水源地含水層具多層結(jié)構(gòu)特征，地下水為承壓水或微承壓水，含水砂層厚度和埋深相對較大。持續(xù)開采水位一般可控制在不低于上覆弱透水層底板的位置，應(yīng)急開采水位可降至含水層頂板，深層孔隙水水源地的開采，應(yīng)保持開采含水層具有足夠的水位降深。以開采含水層水頭不低于上覆弱透水層的底板作為應(yīng)急水源地開采的控制水位。

3.2 可開采量概算

3.2.1 水文地質(zhì)參數(shù)確定

平原區(qū)采用補(bǔ)給量法計算地下水資源量。地下水資源量分項計算中，主要水文地質(zhì)參數(shù)有降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)α、灌溉入滲補(bǔ)給系數(shù)β。

根據(jù)《山東省綜合調(diào)查與評價》的研究成果，根據(jù)不同巖性降雨入滲補(bǔ)給關(guān)系表2，確定調(diào)查區(qū)降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)α為0.25。

表2 不同巖性α～P～△年關(guān)系表

經(jīng)綜合分析，確定調(diào)查區(qū)引渠灌綜合入滲補(bǔ)給系數(shù)為0.23，井灌回歸補(bǔ)給系數(shù)為0.15。

3.2.2 多年平均地下水資源量計算

1)地下水總補(bǔ)給量

總補(bǔ)給量的計算公式為:

根據(jù)《山東省水資源綜合調(diào)查與評價》，經(jīng)綜合分析研究確定渠灌溉綜合入滲補(bǔ)給系數(shù)為0.20～0.25，井灌回歸補(bǔ)給系數(shù)取值范圍為:

灌水定額大于50 m3/畝次

式中:Q補(bǔ)為地下水總補(bǔ)給量(m3/d);Qs為降水入滲補(bǔ)給量(m3/d);Q地表為地表水入滲補(bǔ)給量(m3/d);Q井灌為地下水井灌回歸補(bǔ)給量(m3/d)。

(1)降水入滲補(bǔ)給量(Qs)

降水入滲補(bǔ)給量是指當(dāng)?shù)亟邓霛B補(bǔ)給地下水的水量，計算公式為:

式中:Pr為降水入滲補(bǔ)給量(萬m3);P為年平均降水量(mm);α為年降水入滲補(bǔ)給系數(shù)(無因次);F為補(bǔ)給區(qū)面積(km2)。

根據(jù)調(diào)查區(qū)附近寧陽雨量站多年平均降雨量，求得計算區(qū)內(nèi)年平均降水量為660.7 mm。計算面積為21.5 km2，年降水入滲補(bǔ)給系數(shù)取0.25，經(jīng)計算，計算區(qū)年降水入滲補(bǔ)給量為355.1萬m3。

(2)地表水入滲補(bǔ)給量(Q地表)

據(jù)調(diào)查，調(diào)查評價區(qū)內(nèi)有汶河的部分流域(南泉河)穿越，河流對巖溶裂隙地下水造成直接滲漏補(bǔ)給，其資源量計算公式如下:

式中:Q為單位時間滲流量(萬m3/a);F為過水?dāng)嗝?I=h/L為水力坡度;K為滲流系數(shù)。

根據(jù)調(diào)查多年實測平均過水?dāng)嗝婷娣e為7 m2/m。參照《大汶河及大清河行洪能力探討》，I=0.000 932，滲透系數(shù)為16.7 m/d，補(bǔ)給時間為122 d。

經(jīng)計算調(diào)查評價區(qū)地表水入滲補(bǔ)給量為Q年=13.2萬m3/a。

(3)渠灌補(bǔ)給量

引河、庫、湖灌溉入滲補(bǔ)給量即渠灌入滲補(bǔ)給量。計算公式為:

式中:Q灌為渠灌入滲補(bǔ)給量(萬m3);Β綜為綜合入滲補(bǔ)給系數(shù)(無因次);Q引為渠灌灌水量(萬m3)。

調(diào)查評價區(qū)渠灌引水量Q引=587萬m3/a，β綜=0.23;代入上式得:

(4)多年平均總補(bǔ)給量計算

多年平均總補(bǔ)給量為以上各項之和，經(jīng)計算調(diào)查評價區(qū)多年平均總補(bǔ)給水資源量為503.31萬m3/a。

2)巖溶裂隙地下水排泄量

(1)地下水可開采量

地下水可開采量是指在可預(yù)見的時期內(nèi)，通過經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的措施，在不致引起生態(tài)環(huán)境惡化條件下允許從含水層中獲取的最大水量。地下水可開采量用可開采系數(shù)法分析確定，可開采系數(shù)法適用與含水層水文地質(zhì)條件研究程度較高的地區(qū)。在這些地區(qū)，含水層的巖性組成、厚度、滲透性能及單井涌水量、單井影響半徑等開采條件掌握的比較清楚。

所謂可開采系數(shù)(ρ，無因次)就是指某地區(qū)的地下水可開采量(Q可開)與同一地區(qū)的地下水總補(bǔ)給量(Q總補(bǔ))的比值，即:ρ=Q可開/Q總補(bǔ)

可開采系數(shù)應(yīng)不大于1。確定了可開采系數(shù)，就可以根據(jù)地下水總補(bǔ)給量Q總補(bǔ)，確定出相應(yīng)的可可開采量Q可開，即

可開采系數(shù)ρ是一含水層的開采條件為定量依據(jù):ρ值越接近1，說明含水層的開采條件越好;ρ值越小，說明含水層的開采條件越差。

確定可開采系數(shù)ρ時，應(yīng)遵循以下原則:

①可開采系數(shù)ρ應(yīng)小于1;

②對于開采條件良好，特別是地下水埋藏較淺，已經(jīng)造成水位持續(xù)下降的超采區(qū)，應(yīng)選用較大的可開采系數(shù)，參考取值范圍為0.8～1.0;

③對于開采條件一般的地區(qū)，宜選用中等的可開采系數(shù)，參考取值范圍為0.6 ～0.8;

④對于開采條件較差的地區(qū)，宜選用較小的可開采系數(shù)，參考取值范圍為不大于0.6。

根據(jù)《山東省水資源綜合評價》、《寧陽縣水資源綜合評價研究》、《寧陽縣地下水資源開發(fā)利用規(guī)劃》，經(jīng)綜合考慮計算區(qū)的實際情況，

取開采系數(shù)ρ=0.8。則地下水可開采量為:

Q可開=ρ·Q總補(bǔ)=0.8 ×503.31=402.6(萬m3/a)多年平均地下水可開采量402.6萬m3/a。

4 結(jié)語

通過對寧陽縣城區(qū)用水量及水文地質(zhì)情況的研究，分析確定了應(yīng)急水源地的位置及應(yīng)急狀態(tài)時對城市的應(yīng)急供水量。為寧陽縣有效應(yīng)對突發(fā)性水污染事件，提高突發(fā)性環(huán)境污染事件應(yīng)急處置能力及城市在特枯年或連續(xù)干旱年的供水能力，保障飲用水安全具有十分重要的意義。

［1］魯楠.寧陽縣城區(qū)巖土工程地質(zhì).中國海洋大學(xué).2003.

［2］江陰市水利局.江陰市應(yīng)急備用水源地可行性調(diào)查.2010.

［3］張永雙、呂朋菊、王克友.寧陽煤田地質(zhì)構(gòu)造的基本特征.山東礦業(yè)學(xué)院學(xué)報.1996年3月.第15卷第1期.