襄城縣供水工程地下水取水水源論證與影響評價

王現國 ，龔曉凌 ，吳東民 ，張平輝 ，王關杰

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

河南省襄城縣第二水廠（2008年動工興建）取水水源為地下水，水源地位于襄城縣城北汝河北岸，設計凈取水量為 2萬 m3/d （730萬 m3/a），是以地下水為取水水源的城市供水工程建設項目水資源論證項目，供水水源屬傍河型地下水水源地。此前通過對取水水源的可靠性與可行性分析，以定量計算分析為主，詳細論證了項目運行過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，長約10 km，改變了北汝河的水文特征。據北汝河襄城水文站1953—1978年25年觀測資料統計，多年平均流量31.08 m3/s,日最大流量3 040 m3/s，最小時為斷流。

2.水資源開發利用現狀

襄城縣水廠建于1970年，原以汝河為供水水源，供水規模為1 000 m3/d，經過多年的供水設施建設，現有水源井4眼，供水能力為10 000 m3/d，實際供水不足6 000 m3/d，現有供水能力覆蓋面積占城區總面積的30%，用水人口僅占城區居民總人口的16%。城區現有生產、生活自備井用戶174家，自備井共計179眼，取水能力總計為1.956萬m3/d，全部取用淺層地下水，1997—2007年供水量呈逐年增加趨勢，多年平均年總供水能力為 141.2萬 m3，其中城市生活多年平均年供水量為113.2萬 m3，占總供水量的80.2%；城市工業多年平均年供水量為28萬m3，占總供水量的19.8%。水資源論證分析區地下水農村年用水量為1 285萬m3。水資源論證分析區灌溉面積3.88萬hm2，年灌溉用水量為11 634萬m3，其中地下水量約4 000萬m3。

二、取水規模、取水水源與取水地點

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

根據工程可行性研究報告內容和業主意見，結合當地水資源條件及其開發利用狀況、工程用水規模和用水特點，該項目取用襄城縣五里堡水源地淺層地下水。取水地點位于襄城縣縣城東部五里堡以東的北汝河北岸，開采松散巖類淺層地下水。取水口設置沿北汝河影響帶北側200m左右呈近東西向布設，采用井群抽水方式。

按照 《建設項目水資源論證導則》有關條款，綜合確定本次水資源論證工作等級為二級。論證選取2007年為現狀水平年，以2015年為規劃水平年。

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。考慮到建設項目取水、退水所影響的范圍，確定該項目水資源論證的分析范圍為襄城縣所轄范圍。考慮項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,論證區總面積約71 km2。

2.地下水資源評價

供水水源屬傍河型地下水水源地，按照現行國家標準，開展了水源地供水水文地質詳查工作，收集了22年來的地下水動態觀測資料，進行了野外水文地質測繪、水文地質鉆探、單孔和多孔抽水試驗、大型群孔抽水試驗，利用抽水試驗資料計算求取了含水層滲透系數等，利用動態觀測資料求取了降水入滲系數、含水層重力給水度等水文地質參數，采用均衡法計算水源地地下水資源量；采用解析法對地下水可開采量及開采后水位進行計算預測；根據水源地水文地質概念模型，建立該水源地地下水流數值模型，采用MODFLOW軟件對水源地地下水滲流場的演化進行模擬和預測。

（1）均衡法計算及評價

均衡法評價區地下水均衡計算成果、開采條件下地下水均衡計算成果（略）。從均衡法計算可知，在開采條件下，地下水總補給量為1127.3萬m3，消耗量為 1 115.99 萬 m3，補排差為+11.3萬m3，計算時段地下水處于均衡狀態，地下水水位保持基本穩定，不會產生明顯的環境問題。

（2）地下水資源數值計算與評價

為進一步分析論證淺層地下水系統特征，定量評價淺層地下水資源，在已有地質、水文地質資料和長期觀測資料的基礎上，依據水源地所處的水文地質條件，圈定模擬區，建立地下水流數值模擬模型，對水源地地下水滲流場的演化進行模擬和預測。

①數值計算模擬結果

根據水文地質概念模型，建立非均質二維非穩定流數學模型來模擬淺層地下水系統滲流場，以2007年作為現狀年，模擬時間自2007年1月到12月。從模擬結果可以看出，模擬區地下水補給主要為降雨入滲和北汝河側向補給，占總補給量的92.01%；其他補給方式為井灌回滲和側向徑流補給，僅占總補給量的7.99%；地下水排泄主要為人工開采，占總排泄量的52.70%，其次是蒸發排泄，約占總排泄量的32.99%；側向排泄量最小，僅占總排泄量的14.31%；由于北汝河河床滲透性好，開采地下水的過程中大大激發了河流的補給，使得傍河型地下水觀測點地下水水位呈上升趨勢，地下水均衡表現為正均衡，模擬區現狀年地下水資源量增加了 3.45萬 m3。

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

②模型預測結果

利用所建立的模型對模擬區20年內的地下水水位動態及流場圖進行了預測。根據預測曲線圖可以看出，在開采中心區水位降幅最大，達15～22 m，邊界地方降幅較小，一般小于10 m；同時開采初期水位下降較快，隨著開采時間的增加，水位下降速度逐漸變慢，曲線逐漸平緩，開采5年以后水位將趨于穩定。

（3）解析法評價地下水允許開采量

①開采方案的確定

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

②水位下降值與影響范圍的確定

水源地在井群開采條件下，按2萬m3/d進行開采，單井涌水量按2 400 m3/d計，依據布井方案，根據公式計算20年內不同時期中心井的最大動水位埋深。計算表明：在現狀條件下，開采20年后中心井的最大水位降深為22.35 m，區內淺層地下水含水層頂板埋深25 m左右，20年后中心井動水位在設計動水位埋深30m范圍內，故水源地按2萬m3/d開采在規劃年限（20年）內是有保證的。在開采初期水位下降較快，隨著開采時間的延續，水位下降速度逐漸變慢，曲線逐漸平緩，當開采5年以后水位趨于穩定。

根據調查訪問，水源地附近農業生產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。

把水源地開采區作為一個大井，計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。經計算，抽水井和虛擬井的距離為600 m。水源地開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、數值法等方法計算的開采條件下的補給量、排泄量結果可看出，計算結果差異較小，數值法的計算差別是選用的年份不同造成的。在現狀條件下，淺層地下水總補給量為 572萬 m3/d，消耗量為555.1萬m3/a，補排差為+16.9萬m3，計算時段地下水為正均衡，計算所得地下水水位上升0.5m；在開采條件下，地下水總補給量為1127.3萬m3/d，消耗量為1 115.99萬m3/d，補排差為+11.3萬m3/d，計算時段地下水處于正均衡狀態。淺層水補給量重點計算了河流補給量、灌溉回滲補給量及大氣降水補給量等。在計算過程中根據野外試驗觀測資料計算了所需的水文地質參數，參數選擇合理，計算結果較可靠。從多種因素考慮，確定的新增開采量是有保證的。

論證區內淺層地下水的補給量主要來自河水補給。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年有水，全年未出現過斷流。由解析法計算可知，擬建工程的取水，造成水源地集中開采區中心井的地下水水位埋深下降22.35 m左右，在設計動水位之上，且多年保持穩定。由數值法計算可知，在水源地開采中心區水位降幅達15～22 m，水廠運行初期水位下降較快，隨著開采時間的延續，水位下降速率逐漸減小，當開采5年以后地下水位趨于穩定。因此，論證區地下水水能夠滿足水源地開采2萬m3/d的用水要求。由水質分析可知：地下水水質較好，地下水質量級別為良好級，適宜作為生活飲用水水源。

四、水資源保護措施建議

1.加大節水力度

縣城供水應注意解決跑、冒、滴、漏問題。定期對供水管網進行檢查、檢修，發現隱患及時處理，提高自來水管網利用率。在水源地及周邊地區擴大節水灌溉面積。可以調高水價，計量管理，運用經濟杠桿來促進節約用水。通過宣傳等形式，增強節水意識，進一步提高水資源利用效率。

襄城縣經濟社會發展較快，用水量增長也較快，且地下水的補充周期較長，因此應加大地下水的補充渠道。擬建水源地位于北汝河旁，除天然降雨補給和北汝河側漏補給外，應修建攔蓄水、提灌及渠系工程，以補充地下水。也可選擇有利地段開展人工回灌實驗，這也是增加地下水資源的有效途徑之一。

2.自備井實行統一管理

目前襄城縣自來水供水能力不足，城區常住人口約11萬，而現有供水僅能覆蓋城區總面積的30%，用水人口僅占城區居民的16%。地下水無計劃、無組織的過度開采，自備水源太多，造成地下水的浪費嚴重，城區地下水水位急劇下降。根據國家有關規定，凡自來水管網到達區域內，原則上應停止審批單位自建自備井。對自來水管網未到達區域，有關部門應核定自備井允許開采量。供水管網到達后，用水單位原則上停止取用地下水。因此，有關部門應加大執法力度，按照國家有關規定對一些自備井進行統一管理，提高地下水資源的利用效率。

3.建立水源地的衛生防護區

擬建水源地的地下水水質良好，目前尚未受到污染，但埋深較淺，若防護不好，易受到污染。故應根據《生活飲用水衛生標準》(GB 5749—85)和1989年國家環保局、衛生部、建設部、水利部聯合頒布的《飲用水源保護區污染防治管理規定》等，綜合考慮水文地質條件、地下水開采等情況，建立水源地的衛生防護區。

Ⅰ級保護區：包括水廠生產區和供水井周圍30 m范圍。應明確劃定并設立明顯標志，在水廠生產區外圍不小于10 m范圍內不得設置生活居住區和修建禽畜飼養場、滲水廁所、滲水坑，不得堆放垃圾、糞便、廢渣或鋪設污水渠道，應保持良好的衛生狀況和綠化。在水源井周圍30 m范圍內，不得設置滲水廁所、滲水坑、糞坑、垃圾堆和廢渣堆等污染源，并建立衛生檢查制度。

Ⅱ級保護區：為水源地開采區，該范圍內不得使用工業廢水、生活污水灌溉和使用持久性或劇毒農藥，不得修建廢污水滲坑。該保護區內嚴禁開挖與水源井同深的工業生產用水或開采量較大的其他開采井。廢污水不準排入流經水源地的地表水體。

4.建立地下水動態監測和管理系統

水源地建成后，應對水源地及城區地下水的水量、水質、水位進行長期監測和研究，提供水源地水質、水位變化趨勢，提出最大限度減輕集中開采后出現的水環境負效應問題和科學管理水源地的對策，以達到水源地長期、科學開采的目標。

在水源地以東10 km的北汝河大陳閘應布設水量控制點，水質監測斷面，適時監測水量、水位和水質的變化。嚴禁北汝河成為納污水體，盡快完善縣城污水處理系統，加強對污水處理的監督與管理。

五、論證中的關鍵問題

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，在確定分析范圍、論證范圍時應對區域內的水文地質條件進行分析研究，以地下水系統理論為依據，盡可能以完整的水文地質單元、完整的含水層系統進行地下水資源開發利用現狀分析和地下水資源的水平衡分析。由于一個完整的水文地質單元及完整的含水層系統一般范圍較大，需要開展大量詳細的地下水資源調查評價工作才能得到較可靠的成果，而且時間周期較長。如果所在行政區曾開展過專項的地下水資源調查評價工作，建議以行政區范圍為分析范圍。

論證范圍確定時不但要考慮水文地質單元、含水層系統，還要考慮地下水開采現狀及地下水補徑排條件，尤其是要考慮現有的集中供水地下水水源地，如縣城、鄉鎮的地下水供水水源地及自備井的分布，大型企業的供水水源地等等。在開展水資源論證前，針對該建設項目進行供水水源地水文地質詳查工作，已經對詳查區內的地層結構、含水層系統的分布及其特征、地下水開采現狀、地下水補徑排條件進行了詳細調查，并對詳查區的地下水可開采資源量進行評價。論證范圍確定為詳查區，便于水資源論證時進行對比。

2.取水水源論證

地下水資源論證前提要有可靠的原始調查數據、準確的水文地質參數、科學合理的地下水資源評價計算方法，而且要有不同的計算方法相互對比印證。論證工作在均衡法計算評價的基礎上，利用解析法對論證區可開采資源量進行計算評價和預測，采用美國地質調查局（USGS）開發的地下水三維滲流模擬軟件——MODFLOW進行計算和預測。

3.取水影響論證

地下水取水影響論證的難點是如何預測影響程度和影響范圍，地下水水源地運行后會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測后，地下水取水影響就可

以從定性分析上升為定量的分析。該論證在進行取水水源論證時建立了地區水流數值模型，只要把取水方案及取水量輸入計算模型，就可以進行不同取水方案及取水量條件下的地下水水位等值線圖。再根據當地現有的開采技術條件，設定影響降深后就可以定量地繪出影響范圍及影響程度。

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