拉薩河大型傍河水源地勘察設(shè)計及問題探討

安海堂 閻 波 李三明

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北武漢 430010）

0 引言

隨著西藏經(jīng)濟發(fā)展，為充分拓展城市發(fā)展空間，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展和城市建設(shè)的需要，拉薩某新區(qū)擬建設(shè)100000 m3/d給水廠工程。由于受地表水體易受污染影響，拉薩河上游水質(zhì)存在一定間安全隱患，因此，解決水廠建設(shè)急需的水源便成為了當(dāng)務(wù)之急。在既保證大規(guī)模取水水量保證度，又盡量減小地表水污染的影響的情況下，傍河地下水源地具有供水的水量和水質(zhì)都可得到保證的優(yōu)點[1]，因此，傍河地下水取水水源方案逐漸獲得認可。

1 區(qū)域水文地質(zhì)條件分析

1.1 地下水類型

按照含水層介質(zhì)和水力性質(zhì)，將區(qū)域地下水劃分為松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水和基巖裂隙水等三個大類：①松散巖類孔隙水廣泛分布于拉薩河、堆龍曲的河谷平原，雄曲、塞曲、德陽浦等大中型支溝谷地以及部分小支谷與山前洪積扇，其中拉薩河的河床、漫灘地帶含水量極豐富，單井涌水量＞3000 m3/d[2]；②碳酸鹽巖類裂隙水，主要分布于堆龍德慶縣城以北、也普、納木多囊以及德慶鄉(xiāng)曲桑村附近的基巖山地，泉流量10～100 L/s；③基巖裂隙水，零星分布于境內(nèi)廣大基巖山區(qū)，泉流量0.1～1 L/s。

1.2 地下水補、徑、排關(guān)系

拉薩河流域地下水的補、徑、排系統(tǒng)可劃分為基巖山地地下水局部補、徑、排系統(tǒng)、支流谷地地下水中間性補、徑、排系統(tǒng)和拉薩河河谷平原地下水區(qū)域性補、徑、排系統(tǒng)（見圖1）。基巖山地溝谷縱橫，地形高差大，地下水在接受大氣降水或冰雪融水補給后，沿裂隙向就近溝谷徑流，在山麓侵蝕基準(zhǔn)面附近出露地表，轉(zhuǎn)化為溝谷地表水，使得地下水的補給、徑流和排泄過程均在同一水文地質(zhì)單元內(nèi)完成，大氣降水與冰雪融水是基巖山地地下水的主要補給來源。拉薩河河谷平原作為最終的侵蝕基準(zhǔn)面，是地表水與地下水的主要排泄通道，因此，拉薩河平原地下水的補給來源豐富，補給形式多樣，并隨季節(jié)發(fā)生變化。

圖1 拉薩河流域地下水補徑排系統(tǒng)分級示意圖

2 水文地質(zhì)勘察

2.1 地下水賦存條件分析

研究區(qū)附近拉薩河河床寬度1.2～1.8 km，河流坡降1.56‰，受大氣降雨、上游冰雪融水補給，地表水水量豐富；新區(qū)附近拉薩河一級階地分布開闊，第四系松散巖類孔隙水廣泛賦存于河谷平原，含水介質(zhì)主要為卵石、漂卵石、礫石、含泥質(zhì)卵石等沖積物與沖洪積物，含水層厚達數(shù)十米至百余米不等，地勢相對低洼平坦，沉積物結(jié)構(gòu)松散、孔隙發(fā)育，具備極好的地下水賦存條件。

2.2 水源地補徑排關(guān)系及動態(tài)特征

拉薩河屬于長年性河流，其河水滲漏補給是境內(nèi)地下水的長年性補給源。受補后的地下水部分儲存于含水層中，絕大部分以潛流的方式順地形向河谷下游徑流（擬建水源地一帶水力坡度0.04），進入拉薩河河谷平原。中途除了少量的潛水蒸發(fā)及人工取水外，地下水基本沒有其他排泄方式。

研究區(qū)低水位期一般出現(xiàn)在3—4月，個別點出現(xiàn)在5月份，高水位期一般出現(xiàn)在8—9月，個別點出現(xiàn)在10月（見圖2）。年水位變幅0.55～2.0 m，多年平均變幅1.36 m?？傮w上受到季節(jié)的影響水位變幅不大，補給量充足。

圖2 拉薩河河谷平原地下水水位典型動態(tài)曲線圖

2.3 供水目的層的選擇

根據(jù)選取的水源地目標(biāo)位置，布置抽水試驗孔3眼，觀測孔4眼，其中抽水試驗孔深75～80 m，觀測孔深30 m。單孔抽水時其余兩眼抽水孔兼做觀測孔。經(jīng)測試，三個抽水孔（ZK1、ZK2、ZK3）單孔涌水量為3898.11～5866.40 m3/d，水位降深0.84～0.92 m；群孔涌水量4198.52～6213.89 m/d，水位降深0.90～1.24 m（見表1）；統(tǒng)降涌水量為9200.51～9911.43 m/d（按統(tǒng)降2 m計算），滲透系數(shù)為73.69～99.89，影響半徑為120 m。

表1 群孔抽水試驗測試結(jié)果統(tǒng)計表

2.4 地下水資源量評價

研究區(qū)地下水的補給來源主要是拉薩河河谷上游斷面的潛流、少量大氣降水入滲補給。受本次工作特點的限制，根據(jù)地下水理論，計算選取地下水天然資源量≈最低水位以下河谷斷面流入量+調(diào)節(jié)儲存量。結(jié)合水源地具體的水文地質(zhì)條件，確定出地下水資源的計算方法，見表2。

根據(jù)上述方法，計算出水源地地下水天然資源量為24551×104 m3/a。根據(jù)水源地水文地質(zhì)條件分析，地下水可開采量主要斷面潛流量、開采時的側(cè)向地下水潛流補給增量、河水激化補給量組成，經(jīng)計算，水源地地下水可開采量為244369 m3/d。

表2 地下水資源計算方法表

3 取水方案分析

根據(jù)本次試驗測試結(jié)果表明，研究區(qū)周邊的拉薩河漫灘富水極強、含水層均一等特點，并結(jié)合水廠規(guī)劃開采量共計100000 m3/d，建議擬建水源地應(yīng)靠近拉薩河漫灘，應(yīng)距離擬建河堤保護范圍50 m以外，在研究區(qū)周邊呈長方形布置，采用大口徑井和管井相結(jié)合進行開采，將大口徑井布置在距離拉薩河最近岸邊漫灘，共布置兩排共6口；管井布置在大口徑井之后一排以及正方形對角線1/4處位置，共布置7口。為了減少井與井之間的干擾，井（群）與井（群）之間的距離一般應(yīng)≥130 m。有利于開采井和取水構(gòu)筑物的施工。

水源地含水層為卵礫石層，為強含水層，地下水位埋深為1.96～2.17 m，揭露含水層厚約80 m，根據(jù)勘探孔資料，開采孔控制：管井深度40～60 m、大口徑井深10～15 m。根據(jù)需水量的要求，大口徑井直徑6 m；管井外徑為650 mm，管井內(nèi)徑325 mm為宜。

4 水源地與取水問題分析探討

4.1 取水井平面布置問題分析

根據(jù)勘察成果分析，地下水補給斷面平行于拉薩河河床，因此，本次布設(shè)開采井沿平行于拉薩河河床，距河堤保護范圍50 m布設(shè)。理想布井方案為：平行拉薩河河床沿河堤延伸方向雙排布孔，靠近河堤一側(cè)為大口徑井，遠離大口徑井20 m左右布設(shè)管井，大口徑井采取上層地下水，管井采取深層地下水，以充分利用補給斷面及補給通道，減少干擾。

由于本次項目水源地范圍限制為近似正方形，經(jīng)優(yōu)化，本次設(shè)計將大口徑井布置在距離拉薩河最近岸邊漫灘，共布置兩排共6口；管井布置在大口徑井之后一排以及正方形對角線1/4處位置，共布置7口。為了減少井與井之間的干擾，井排距離及井間距離設(shè)計≥130 m，同時有利于開采井和取水構(gòu)筑物的施工（見表3）[4]。由于該水源地地表水豐富，補給通道通暢，經(jīng)施工后抽水驗證，井群之間干擾較小。

表3 井排、井間距離的確定表

4.2 深部取水與淺部取水問題分析

水源地含水層為卵礫石層，為強含水層，地下水位埋深為1.96～2.17 m，揭露含水層厚約80 m，地下水儲存豐富，加之又有地表水拉薩河的補給，取用河床淺層地下水較為方便[5]，可以采用淺層取水的大口井井取水。由于該水源地遠期日需水量較大，而取水用地范圍有限，需要在有限的范圍內(nèi)布設(shè)更多的取水構(gòu)筑物，因此，單純布置大口徑井占地范圍較大，且井間距較為密集，同時取水會造成井群之間的干擾。經(jīng)分析，該含水層厚度大，滲透較為均勻，為彌補平面位置的不足，本次布置在淺層取水的大口徑井間，補充管井進行深層取水，以充分利用含水層儲水空間及過水補給斷面。

4.3 大口徑取水井設(shè)計與施工中的問題解決

根據(jù)勘察結(jié)果，含水層地層以卵石層為主，滲透系數(shù)好，本次設(shè)計大口徑取水井平面位置設(shè)計距拉薩河河堤50 m，采取底部進水方式，內(nèi)徑8 m，深度15 m，井底設(shè)置反濾層。設(shè)計施工方式采用沉井施工。

受當(dāng)?shù)厥┕l件限制，施工開始前設(shè)計變更為鉆孔咬合樁式井筒，樁采取葷素樁咬合式結(jié)構(gòu)形式。井筒及上部圈梁施工完成后開始成井挖掘。施工完成后發(fā)現(xiàn)井內(nèi)水量不足，尤其大泵量開啟抽水試驗后，井內(nèi)水量很快疏干。針對上述問題，進行原因排查，最終確定，咬合樁施工時采用的工藝導(dǎo)致了井筒周邊滲透系數(shù)降低。針對上述問題，設(shè)計提出井壁設(shè)置進水孔，同時在井底布設(shè)穿透孔，配合洗凈模式進行處理。經(jīng)處理，大口徑涌水量達到設(shè)計要求。

分析存在問題，大口徑井施工應(yīng)優(yōu)先采用沉井法施工，對于地下水滲透系數(shù)大、水位埋深淺的地區(qū)，可以采用帶水作業(yè)模式施工。另外，為保證取水質(zhì)量的保證度，應(yīng)采取側(cè)壁及底部同時進水模式。

4.4 水源地保護建議分析

水源地緊鄰拉薩河，主要受拉薩河補給水源，采用井群集中開采方案，開采后將形成以井群為中心的地下水位降落漏斗，拉薩河水向水源滲透匯集，本次設(shè)計建議地下水飲用水水源保護設(shè)置三個防護帶。一級保護區(qū)：保護區(qū)水域長度為水源地上游不小于1000 m，下游不得小于100 m范圍內(nèi)的河道水域。二級保護區(qū)：保護長度從一級保護區(qū)的上游邊界向上游（包括匯入的上游支流）延伸不得小于2000 m，下游側(cè)邊界距一級保護區(qū)不得小于200 m。準(zhǔn)保護區(qū)：將區(qū)域補給區(qū)劃為準(zhǔn)保護區(qū)。上述保護帶（區(qū)）的設(shè)計，應(yīng)嚴格按照保護帶的要求進行防護設(shè)置，以保證水源地的用水安全。

5 結(jié)論

通過本次研究工作，拉薩河傍河水源優(yōu)點得到充分發(fā)揮，大厚度優(yōu)質(zhì)含水層為新區(qū)水源提供了很好的保證[6]，同時，拉薩河地表水的補給充分激發(fā)，使得儲水空間內(nèi)的水源源源不斷得到保障；經(jīng)抽水試驗及相關(guān)測試驗證，新區(qū)傍河水源地的水量和水質(zhì)均得到了充分保證，水源地仍然具有擴充的空間；取水方案三排布孔的形式可行，且得到了充分地驗證，但為充分發(fā)揮地下水的補給作用，在場地條件滿足的情況下，仍優(yōu)先選擇沿河床展布方向布孔的方案建議。在河流一級階地大厚度優(yōu)質(zhì)含水層范圍內(nèi)，深淺配合的取水方案能有效利用含水層及補給斷面，因此，傍河水源地取水方案在空間上對取水構(gòu)筑物優(yōu)化，可以彌補水源地平面范圍不足的弱點。傍河水源地主要受河流地表水及河床地下水的側(cè)向補給，徑流路徑較短，凈化作用有限，因此對于地表水的水源地保護應(yīng)嚴格落實，以保證水源地的地下水質(zhì)不受影響。