杭州市龙坞地下水应急水源地开发利用潜力评价

刘思秀,黎 伟, 朱晓曦

(浙江省地质环境监测院,浙江 杭州 310007)

应急水源地主要为突发性事件供水,如在恐怖袭击、自然灾害(如特枯年、连续干旱、地质灾害,等)、水污染等非常规事件发生时进行供水[1-4]。杭州市水系发达,地表水资源丰富,钱塘江为主要的供水水源,但随着城市化进程的加快,常出现地表水遭受突发性污染和遭遇特枯水期等极端情况,水源危机逐步凸现，如,2011年6月4日,杭州市建德境内杭新景高速公路上苯酚槽罐车泄漏,导致新安江受污染,下游沿线的桐庐自来水厂、桐庐七里陇水厂、江北水厂、江南水厂、东梓自来水厂等被迫停止取水,使55.22万居民用水受到影响。地表水污染的突发性和易污性是影响供水的主要因素。相对于地表水,地下水具有含水层分布范围广、直接受短期气象因素的影响较小、供水保证程度高、水质优良、不易遭受污染、取水设施不易受损等诸多优势[5-10],是最为理想和可靠的应急供水水源。

杭州市地下水可分为孔隙潜水和承压水、岩溶水、基岩裂隙水等[11]，其中，孔隙承压水以咸水为主,其余以淡水为主。开采孔隙承压水易导致地面沉降,开采岩溶水易引发地面塌陷,而杭州市基岩裂隙水资源较贫乏。杭州市分布于山麓沟谷区的孔隙潜水,水量丰富,水质符合饮用水的标准,且补给充足。笔者应用含水层疏干原则,选择具有代表性的龙坞地区进行地下水应急水源地开发潜力的评估研究,旨在为地方政府部门提供决策依据,为杭州市规划应急水源地提供参考。

图1 杭州市龙坞孔隙潜水水源地情况

1 应急水源地的确定

考虑杭州市城市规模和布局,以及日常城镇居民平均生活用水量,根据应急供水的特殊性,结合地下水水源地的规模等级划分标准,地下水应急水源地应当符合3个条件:①水量丰富,在应急状态下日开采量大于5 000 m3,按人均100 L/d估算,至少可以解决附近5万居民的应急供水;②开采条件良好,取水方便,离供水区域距离较近,输水便捷;③水质为淡水,符合或经简单处理后符合GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》。

依据上述条件,杭州市龙坞地区可确定为应急水源地。

2 龙坞水源地水文地质特征

龙坞水源地位于杭州市西湖区龙坞镇,属于山麓沟谷区冲洪积、冲积地貌(图1)。含水层主要由全新统冲积砂卵石(alQ4)组成,结构松散,沿现代河床呈条带状展布,埋藏较浅,厚度3～10 m,面积3.76 km2,静止水位埋深0.5～3.0 m。在古河道中心位置水量较丰富,单井涌水量(大口径井以3m降深计)大于1 000 m3/d，水质为淡水,符合GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》的要求,可以作为供水水源。地下水主要接受大气降水的入渗补给,其次接受上游基岩裂隙水的补给。地下水径流条件较好,主要以蒸发的方式排泄,其次供人工开采和补给平原区的潜水和承压水。

3 龙坞水源地地下水的开采与水位动态

3.1 地下水开采历史与现状

龙坞水源地的地下水主要以集中供水的方式开采,1998年以前有开采井3眼,即原周家埭农灌6号井(现为龙坞水厂井)、原船校7号井和甘溪头井。现有地下水开采井4眼,即龙坞水厂、葛衙庄、叶埠桥、外桐坞,至2007年12月仍在开采。地下水开采量1986—1997年为153.67万m3/a,1998—2007年为114.98万m3/a,地下水开采量基本保持平衡。

3.2 地下水水位动态

龙坞水源地地下水流向北西至南东,水力坡度约0.003～0.005,静止水位埋深接近地表,约0.5～3.0 m。据《杭州市之江国家旅游度假区供水水文地质评价报告》,周家埭农灌6号井年内水位变幅为1.0～1.5 m。据叶埠桥井水位监测资料,年内最高水位埋深为1.58 m(2007-03-16),最低水位埋深为2.96 m(2007-08-26),年内水位变幅为1.38 m,动态变化不大,说明区域内地下水补给来源充分(图2)。

图2 叶埠桥井水位动态变化曲线

4 龙坞水源地地下水水质评价

4.1 地下水水质评价标准与方法

表1 龙坞水源地2007年地下水主要水质指标情况

注：船校7号：ρ(Fe2+)+ρ(Fe3+)<0.04 mg/L,周家埭6号：ρ(Fe2+)+ρ(Fe3+)<0.02 mg/L,之江1号：ρ(Fe2+)+ρ(Fe3+)=2.2 mg/L。

龙坞水源地地下水水质量分析结果见表1。按GB/T 14848—93《地下水质量标准》,对龙坞水源地地下水水质进行综合质量评价,并按GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》进行超标组分情况分析。地下水综合质量评价方法如下:

a. 确定各单项组分的环境质量类别及分值Fi。单项组分分类标准见GB/T14848—93《地下水质量标准》,单项组分质量类别评分标准为:Fi=0,Ⅰ类水;Fi=1,Ⅱ类水;Fi=3,Ⅲ类水;Fi=6,Ⅳ类水;Fi=10,Ⅴ类水。Ⅰ类水主要反映地下水化学组分的天然低背景含量,适用于各种用途;Ⅱ类水主要反映地下水化学组分的天然背景含量,适用于各种用途;Ⅲ类水以人体健康基准值为依据,主要适用于集中式生活饮用水水源及工农业用水;Ⅳ类水以农业和工业用水要求为依据,除适用于农业和部分工业用水外,适当处理仍可作为生活饮用水;Ⅴ类水不宜饮用。

b. 计算综合评分值F。综合评分值F的计算公式为

(1)

(2)

c. 确定地下水质量级别。根据综合评分值F的大小,确定地下水质量级别:F<0.8,Ⅰ(优良);0.8≤F<2.5,Ⅱ(良好);2.5≤F<4.25,Ⅲ(较好);4.25≤F<7.20,Ⅳ(较差);F≥7.20,Ⅴ(极差)。优良、良好、较好级均符合国家饮用水标准,能满足各类不同功能的用水要求;而较差级、极差级水的水质明显不佳,未经处理,不宜饮用,可按要求作为工业用水或养殖用水水源。

4.2 评价结果

龙坞水源地总体水质良好,通过对水源地的龙坞水厂、叶埠桥2眼代表性井的水质进行化验分析,发现其地下水质量级别为II级淡水,水质优良,各项指标符合GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》的要求。据《杭州市之江国家旅游度假区供水水文地质评价报告》,对船校7号、周家埭6号(即现龙坞水厂井)、之江1号井的水质进行化验分析[12],结果表明,除之江1号井铁锰含量略高,局部pH值略偏低,为Ⅳ级水外,其余均符合国家GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》的要求,并且水质动态稳定,可以作为应急供水水源,而对局部锰含量略高的水可采用除铁锰装置予以处理。

5 龙坞水源地地下水开采潜力评估

本研究主要根据现有开采井的开采现状,在地下水位允许的临界范围内评估地下水的可开采潜力。龙坞水源地水质优良,补给速度快,因此,在遭遇突发异常情况出现供水紧缺时,在应急供水期间内可采用加大地下水位降深的方式加大地下水开采强度。地下水应急开采资源按地下水区域平均水位下降5 m进行计算，计算公式为

Q急=Q储+Q补=μΔhF+BKIH

(3)

式中:Q急为地下水应急开采量,万m3;Q储为地下水储存量,万m3;Q补为地下水侧向径流补给量,万m3;μ为给水度,取μ=0.3;Δh为地下水水位变幅,取Δh=5 m;F为含水层分布面积,取F=3.76 km2;B为垂直水流方向的断面宽度,取B=500 m;K为含水层渗透系数,取K=130 m/d;I为天然状态下的地下水水力坡度,经计算得I=0.005;H为计算断面处含水层的饱水厚度,取H=6 m。

计算结果为:龙坞水源地地下水每年应急开采量为635.18万m3,其中地下水储存量Q储为564.00万m3,地下水侧向径流补给量Q补为71.18万m3。按人均100 L/d估算,可解决附近约17万居民的应急供水。

龙坞水源地现有地下水开采井4眼,即龙坞水厂、叶埠桥、葛衙庄、外桐坞。4眼井总开采量为114.98万m3,日均开采量为3 150 m3。若恢复利用已废弃的2眼井(原船校7号井、甘溪头),加上现有的4眼井,按其单井的额定泵量开采,则整个龙坞水源地6眼地下水井供水量可达4 553 m3/d。为了达到高效利用龙坞水源地的目的,根据已有生产井的分布及含水层水文地质特征,可在沿葛衙庄—甘溪头—周家埭一线布置水井3眼(设1，设2，设3),设计单井涌水量约1 000 m3/d,新增的3眼井可增加供水量为3 000 m3,预计本地区日供水量可达13 260 m3(表2)。

表2 生产井基本情况

龙坞水源地属河谷孔隙潜水水源地,基岩为志留系和泥盆系粉砂岩、砂岩。河谷孔隙潜水直接受降水补给,埋藏浅,补给丰沛,地下水可以“以丰补歉”,在雨季可迅速得到恢复,即使进行地下水疏干性开采，也不会产生环境地质问题,但应建立水源地保护区,防止人为活动对地下水产生污染。

6 结 语

a. 龙坞水源地含水层厚度大,埋藏浅,水质优良,地下水资源丰富,在维持现状开采的条件下,地下水水位基本保持平衡,但在突发应急状态下,为尽可能满足周边居民的生活用水,考虑在疏干状态下，即水位下降5m的条件下,可开采资源为每年635.18万m3,平均每天17 400 m3,但在现状4口井的开采条件下,日均开采量仅为3 150 m3,占可开采资源量的18.1%,需要考虑新增开采井。因此,为合理布设开采井,应先查明区域内的水文地质条件,根据不同水文地质单元的水文地质与环境地质约束因素确定开采井的井位、井距、井深等,制定应急开采方案,采用最优开采方案,达到最合理、最大量地应急供水的目的。

b. 龙坞水源地应急开采潜力较大,进行疏干性开采,不会产生环境地质问题;局部地区水中铁锰含量超标,对短期应急供水影响不大,如长期供水时可采用除铁锰装置处理。

c. 为保障优质的水源,在充分开采利用龙坞水源地的条件下,应制定相应的环境保护措施,建立水源地保护区和卫生防护带,防止污染源入侵。

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