湖南省張家界市中心城區(qū)應(yīng)急水源地供水潛力研究

潘卓　鄧波　李嘉寶

摘? 要? 應(yīng)急水源地是指在連續(xù)干旱年份及污染事故突發(fā)、現(xiàn)有供水水源地出現(xiàn)問題的情況下，為解決城鎮(zhèn)生產(chǎn)及生活用水的燃眉之急，而采取的一種非常規(guī)的、有一定開采周期的臨時(shí)供水水源地。本論文依托《張家界城市地質(zhì)環(huán)境綜合調(diào)查評(píng)價(jià)》項(xiàng)目成果，結(jié)合當(dāng)?shù)匾?guī)劃及自然資源主管部門意見，選取大溶溪—荷花、軍地坪—喻家嘴作為永定與武陵源區(qū)的應(yīng)急水源地，并對(duì)其進(jìn)行開發(fā)利用潛力分析及開發(fā)利用方案的初步制定。

關(guān)鍵詞? 應(yīng)急水源地;開發(fā)利用潛力;開發(fā)利用方案

中圖分類號(hào)：P641 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Study on the Urban Water Supply Potential of Emergency Sources in the Central Urban Area of Zhangjiajie Prefecture， Hunan Province

Pan Zhuo， Deng Bo， Li Jiabao

（Hunan Center of Natural Resources Affairs， Changsha Hunan 410004）

Abstract： Emergency water sources are unconventional water supply sources with periodic exploitation. It can supply the water for production and domestic use in the case of consecutive dry years， sudden pollution accidents， or problems in existing water supply sources. Relied on the project results of the Comprehensive survey and evaluation of the urban geological environment in Zhangjiajie， and combined with the advice of the local planning and the advices of natural resources authorities this paper selected 2 areas as the emergency water sources of Yongding District and Wulingyuan District， including Darongxi-Hehua and Jundiping-Yujiazui. Finally， this paper analyzed the exploitation potential and formulated the exploitation plan initially.

Keywords： emergency water sources; exploitation potential; exploitation plan

0? 引言

近年來，隨著城市人口的不斷增加和城市工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)水資源的需求量日益遞增，特別是對(duì)于在特枯年、連續(xù)干旱或者污染事件突發(fā)時(shí)的供水問題更為嚴(yán)峻。因此，開展城市應(yīng)急水源地調(diào)查及供水潛力研究，構(gòu)建水資源戰(zhàn)略儲(chǔ)備體系，對(duì)保障城市安全供水具有重要現(xiàn)實(shí)意義[1-4]。

張家界中心城區(qū)根據(jù)其地下水水文地質(zhì)條件、開采條件和開采前景，可初步圈定四個(gè)富水地段：胡家坪-熱水坑富水地段、邢家巷-火車南站-周家坊富水地段、聯(lián)成-竹園塔-何家山富水地段和軍地坪-喻家嘴富水地段 （武陵源）[5]。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合張家界2030年城市總體規(guī)劃、地下水環(huán)境評(píng)價(jià)、水廠建設(shè)規(guī)劃及當(dāng)?shù)刈匀毁Y源主管部門意見等，將大溶溪-荷花、軍地坪-喻家嘴富水塊段初步作為永定與武陵源區(qū)的應(yīng)急水源地，并對(duì)其展開供水潛力研究。

1.1 大溶溪—荷花應(yīng)急水源地范圍

水源地位于茅溪河與澧水交匯口南側(cè)，分東西兩塊，東塊為荷花水源地分布區(qū)，西塊為泗坪—大溶溪水源地分布區(qū)。總面積10.17km2。

荷花水源地，南以志留系頁巖與第四系地層界線作為隔水邊界，東、西、北以澧水為排泄邊界;泗坪—大溶溪水源地，西以志留系頁巖和第四系陳家咀組粉質(zhì)粘土與水源地地層界線作為隔水邊界，西北以奧陶系下統(tǒng)紅花園組灰?guī)r與第四系地層界線作為補(bǔ)給邊界，北、東、東南以茅溪河和澧水為排泄邊界。水源地地下水類型主要為松散巖類孔隙水，按其富水性可分為含水豐富與含水中等區(qū)，見圖1、圖2 。

1.2 軍地坪—喻家嘴應(yīng)急水源地

水源地呈東西向分布于武陵源城區(qū)及周邊區(qū)域，總面積4.6km2。

水源地北以二疊系和三疊系灰?guī)r與第四系地層界線為補(bǔ)給邊界，南以張家界城市地質(zhì)項(xiàng)目工作區(qū)范圍作為評(píng)價(jià)邊界（圖3中黑色虛線即為工作區(qū)范圍），地下水類型主要為松散巖類孔隙水。水源地為一個(gè)較完整的地下水儲(chǔ)水構(gòu)造盆地，構(gòu)成一個(gè)較大的地下水庫，具有較好的供水意義，見圖3圖4。

2? 地下水資源現(xiàn)狀評(píng)價(jià)及潛力預(yù)測

2.1 現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

2.1.1? 大溶溪—荷花應(yīng)急水源地

該水源地平水年和枯水年天然補(bǔ)給資源量分別為7588.69 m3/d和6940.03m3/d。各計(jì)算段天然補(bǔ)給資源量詳見表1。

根據(jù)前人資料及本次成果，分別代入鉆孔平均可開采量Q單和影響半徑，計(jì)算得到大溶溪—荷花水源地地下水允許開采資源量為2655.8m3/d。

水源地分布區(qū)古河道第四系含水層厚度可達(dá)151.58～231.03m，單井涌水量一般1000 m3/d以上，最大可達(dá)涌水量1410 m3/d。

根據(jù)前人資料及本次成果，含水層給水度μ取0.012，含水層平均厚度約190米，古河道在水源地分布面積0.84km2。將數(shù)據(jù)代入公式可得大溶溪—荷花水源地地下水儲(chǔ)存資源量為191.52×104 m3。

2.1.2? 軍地坪—喻家嘴應(yīng)急水源地

水源地平水年和枯水年天然補(bǔ)給資源量分別為3787.54 m3/d和3419.51m3/d。各計(jì)算段天然補(bǔ)給資源量詳見表2。

根據(jù)前人資料及本次成果，分別代入鉆孔平均可開采量Q單和影響半徑，計(jì)算得到軍地坪—喻家嘴水源地地下水允許開采資源量為1608 m3/d。

在地下水存儲(chǔ)量方面，可結(jié)合成果數(shù)據(jù)將水源地儲(chǔ)存資源量劃分為3個(gè)不同含水層厚度區(qū)分別計(jì)算儲(chǔ)存資源量（見表3）。計(jì)算可得水源地儲(chǔ)存資源總量為63.45×104m3。

2.2 潛力預(yù)測

2.2.1? 允許開采量保證程度分析

允許開采量保證程度的定量評(píng)價(jià)以補(bǔ)開比（即補(bǔ)給量與允許開采量之比）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，定性評(píng)價(jià)按五級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分（見表4）。

大溶溪—荷花應(yīng)急水源地根據(jù)地下水資源評(píng)價(jià)結(jié)果，計(jì)算水源地枯水年和平水年補(bǔ)開比分別為2.61和2.86，屬“較高”級(jí)補(bǔ)開比，其允許開采量可有一定正向變化。

軍地坪—喻家嘴應(yīng)急水源地根據(jù)地下水資源評(píng)價(jià)結(jié)果，計(jì)算水源地枯水年和平水年補(bǔ)開比分別為2.13和2.36，屬“較高”級(jí)補(bǔ)開比，其允許開采量可有一定正向變化。

2.2.2? 地下水開采潛力評(píng)價(jià)

地下水開采潛力分級(jí)依據(jù)地下水開采潛力指數(shù)（P）和開采潛力模數(shù)（M）進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，見表5。

大溶溪—荷花應(yīng)急水源地居民主要僅以自家鉆（挖）井取水，取水量一般3～5噸/天·井，開發(fā)利用率很低，無地下水集中開采或大量開采，據(jù)此判斷大溶溪—荷花水源地允許開采量遠(yuǎn)大于地下水開采量。綜上所述，水源地目前開采潛力指數(shù)P>1.2，開采潛力模數(shù)>20×104m3/km2·a，大溶溪—荷花水水源地為有開采潛力|潛力較大級(jí)。

軍地坪—喻家嘴應(yīng)急水源地居民主要以索溪峪水庫作為生產(chǎn)生活用水，僅周邊村莊極小部分居民自行打井取水，開發(fā)利用率很低，無地下水集中開采或大量開采，據(jù)此判斷軍地坪-喻家嘴水源地允許開采量遠(yuǎn)大于地下水開采量。綜上所述，水源地目前開采潛力指數(shù)P>1.2，開采潛力模數(shù)>20×104m3/km2·a，軍地坪—喻家嘴水源地為有開采潛力|潛力較大級(jí)。

3? 地下水開發(fā)利用與保護(hù)建議

本論文在允許開采量保證程度、地下水開采潛力及地下水開采條件的評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際情況制定初步了開發(fā)利用方案，提出布井建議。

3.1開采條件分區(qū)

根據(jù)含水層（組）的單井開采量、泉的枯季流量、水質(zhì)及含水層埋深條件、地理交通位置等將工作區(qū)地下水開采條件分為優(yōu)良區(qū)、良好區(qū)及不好區(qū)。劃分標(biāo)準(zhǔn)見表6。

大溶溪—荷花應(yīng)急水源地大部分區(qū)域單井涌水量100～500m3/d，含水底板埋深一般小于30m;古河道分布區(qū)單井涌水量可達(dá)1000 m3/d，含水底板埋深一般200m左右。區(qū)內(nèi)地理交通位置良好。據(jù)此判定大溶溪—荷花水源地地下水開采條件良好，局部地區(qū)可達(dá)優(yōu)良區(qū)要求。

軍地坪—喻家嘴應(yīng)急水源地單井涌水量200～500m3/d，含水底板埋深65.9m，地理交通位置良好，據(jù)此判定軍地坪-喻家嘴水源地地下水開采條件良好。

3.2 開發(fā)利用方案

3.2.1? 大溶溪-荷花應(yīng)急水源地

該水源地根據(jù)地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)和地下水污染評(píng)價(jià)結(jié)果表明，水源地地下水質(zhì)量為III類，污染等級(jí)為1級(jí)。即目前水源地地下水質(zhì)量良好，區(qū)內(nèi)生產(chǎn)生活未對(duì)地下水造成污染，但硝酸鹽含量已出現(xiàn)上升趨勢(shì)。

根據(jù)2030年的張家界市的“城市總體規(guī)劃”，永定區(qū)城區(qū)常住人口33.5萬人，游客10.5萬人。參考《上海城市地質(zhì)》[6]，應(yīng)急時(shí)期供水方案取20L/人·天和50L/人·天的標(biāo)準(zhǔn)分別進(jìn)行討論。

從表7中可看出，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都無法滿足其需水量，建議配合開發(fā)水源地北東方向的羊羔洞地下河，該地下河豐水期流量一般150～200L/S以上，枯水期流量50～60L/S，全年不斷流。按枯水期最小流量（52L/S）的80%作為可采資源量，地下河允許開采資源量3459.43m3/d，可滿足17.97萬人（20L/人·天標(biāo)準(zhǔn)）和6.82萬人（50L/人·天標(biāo)準(zhǔn)）基本生活用水。

3.2.2? 軍地坪—喻家嘴應(yīng)急水源地

該水源地根據(jù)地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)和地下水污染評(píng)價(jià)結(jié)果表明，水源地地下水質(zhì)量為III類，污染等級(jí)為1級(jí)。即目前水源地地下水質(zhì)量良好，區(qū)內(nèi)生產(chǎn)生活未對(duì)地下水造成污染。

根據(jù)2030年的張家界市的“城市總體規(guī)劃”，武陵源中心城區(qū)常住人口2.5萬人，游客1萬人。參考《上海城市地質(zhì)》[6]，應(yīng)急時(shí)期供水方案取20L/人·天和50L/人·天的標(biāo)準(zhǔn)分別進(jìn)行討論。

3.3? 布井建議

布井原則主要包括以下6點(diǎn)：

1、易集中開采，具備充足資源量，可形成一定的供水規(guī)模;

2、地下水開采條件好，開發(fā)利用便利;

3、地下水防污性能相對(duì)較好，地下水質(zhì)量有可靠保障;

4、地下水風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低，便于控制開采所引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題;

5、距離水廠較近，便于連通城市管網(wǎng);

6、在未來城市規(guī)劃中，周邊無大型或較為集中潛在污染源以及集中住房規(guī)劃。

3.3.1? 大溶溪—荷花應(yīng)急水源地

根據(jù)以上布井原則，結(jié)合水源地水文地質(zhì)條件、防污性能評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及2030年城市規(guī)劃等，建議在以下3處布井：

（1） 荷花村：已規(guī)劃荷花水廠位于荷花村東側(cè)澧水岸。該片區(qū)域有古河道分布，含水層厚度可達(dá)150m以上，單井涌水量一般1000L/S以上，地下水資源十分豐富，屬開采條件優(yōu)良、良好區(qū)域，以地下水防污性能一般區(qū)和III級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)為主，緊貼荷花水廠。建議將地下水應(yīng)急水源地部署和建設(shè)納入荷花團(tuán)組未來規(guī)劃。

（2）大溶溪村東北片區(qū)：該片區(qū)域位于澧水與茅溪河交匯處，第四系含水層厚度一般在20米以上，單井涌水量一般200L/S以上，地下水資源較豐富，屬開采條件良好區(qū)域，地下水防污性能一般區(qū)為主，地下水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)III級(jí)，距荷花水廠約900m。

（3）泗坪村東南片區(qū)：該片區(qū)域第四系含水層厚度一般15～20m，單井涌水量一般200L/S以上，地下水資源較豐富，屬開采條件良好區(qū)域，為地下水防污性能一般區(qū)，距荷花水廠約3km。

3.3.2? 軍地坪-喻家嘴應(yīng)急水源地

根據(jù)上述布井原則，結(jié)合水源地水文地質(zhì)條件、防污性能評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及2030年城市規(guī)劃等，建議軍地坪—喻家嘴沙坪地區(qū)為首選布井位置。該片區(qū)域?qū)偎吹厣介g盆地凹陷區(qū)（含水層厚度較大）、地下水防污性能一般、地下水風(fēng)險(xiǎn)III級(jí)、距離索溪水廠直線距離約1.5km、為生態(tài)環(huán)境安全控制區(qū)，可作為軍地坪—喻家嘴應(yīng)急地下水水源地重點(diǎn)布井區(qū)。

3.4? 保護(hù)建議

1、建立城市應(yīng)急水源建設(shè)和管理制度，逐步建設(shè)好張家界中心城區(qū)地下水應(yīng)急水源地系統(tǒng)。

2、建議組織專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍和相關(guān)部門對(duì)推薦的應(yīng)急水源地進(jìn)行系統(tǒng)論證，深入論證其可開采資源量，因地制宜，確定采水方案。

3、在水源地外圍設(shè)立保護(hù)區(qū)，加強(qiáng)城鎮(zhèn)生活及工業(yè)生產(chǎn)污水的排放監(jiān)管。

4? 結(jié)論

1、在系統(tǒng)研究水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，選定了2個(gè)富水地段作為永定、武陵源的應(yīng)急地下水水源地，并估算出溶溪—荷花水源地地下水允許開采資源量為2655.8m3/d，軍地坪—喻家嘴水源地地下水允許開采資源量為1608 m3/d。

2、根據(jù)2030年的張家界市的《城市總體規(guī)劃》，參照國內(nèi)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分別按照20L/人·天和50L/人·天的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了應(yīng)急供水供需平衡分析，永定中心城區(qū)建議大溶溪—荷花應(yīng)急水源地與羊羔洞地下河配合開采，武陵源中心城區(qū)建議軍地坪—喻家嘴應(yīng)急水源地開采30%左右。

3、針對(duì)水源地開采、管理等問題，對(duì)應(yīng)急水源地提出保護(hù)建議。

參考文獻(xiàn)/References

[1]戴長雷，遲寶明，劉中培.北方城市應(yīng)急供水水源地研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2008，35（4）：42-43.

[2]葉勇，謝新民，柴福鑫，趙全升.城市地下水應(yīng)急供水水源地研究[J].水電能源科學(xué)，2010，28（1）：47-49.

[3]王凌芬，李洪文，胡伏生，殷昊.鎮(zhèn)江市應(yīng)急水源地規(guī)劃評(píng)價(jià)[J].水資源保護(hù)，2011，27（1）：89-94.

[4]劉細(xì)元，馬振興，楊永革，王道英.南昌市地下水特征及其應(yīng)急水源地分析[J].資源調(diào)查與環(huán)境，2006，27（1）：33-38.

[5] 湖南省張家界市區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)綜合勘查報(bào)告[R].地礦部湖南地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，1996.10.

[6] 魏子新等，上海城市地質(zhì)[R].地質(zhì)出版社，2010.

*第一作者簡介：潘卓，男，1986年生，工學(xué)碩士，水工環(huán)工程師，長期從事城市地質(zhì)調(diào)查及相關(guān)工作。E-mail：285755769@qq.com。

收稿日期：2020-09-10; 改回日期：2020-10-27。