宁阳县城区地下水应急后备水源地研究

江 龙，范长杰，钱丽丽，刘兰秀，郭艳玲

(1.山东省烟台市水文局，山东 烟台264001;2.山东省临沂市水文局，山东临沂276000;3.山东省泰安市水文局，山东 泰安276000;4.山东省临沂市兰山区水务局，山东临沂271000)

地下水是水资源的重要组成部分，它具有不同于地表水的特点，例如多年水量丰枯调节能力、上覆松散地层天然渗滤保护作用，使地下水在水质和水量方面具有更好的稳定性和优越性。国外发达国家的普遍做法就是利用地下水的优势，建立地下水应急备用水源地。

建立应急备用水源地，对预防水污染或特干旱年缺水等突发事件引发的供水危机，保障供水安全，维护社会稳定，确保宁阳县经济建设可持续发展具有重大意义。

1 地下水开发利用现状

宁阳县城市供水现有两个地下水供水点，一是城市集中生活用水供水点，位于城北2.6 km，伏山镇胡中屯村南，属深层岩溶水，供水能力3万m3/d，实际日均开采量2万m3，日最高开采量为2.2万m3;二是城市工业用水供水点，位于城区北部宁阳镇吴家村，属浅层孔隙水，供水能力2万m3/d，实际日均开采量1万m3，日最高开采量为1.5万m3。根据“十二五”期间宁阳县经济社会发展的奋斗目标所述，由于城市化进程加快以及工业、旅游业的迅猛发展，城区面积不断扩大，宁阳县城区人口机械增长迅速。用水需求不断增大，一旦出现突发事故，城市的供水安全将受到严重威胁。

2 应急供水水源地确定

2.1 应急供水水源地确定原则

根据宁阳县具体情况，应急后备水源地确定原则如下:

(1)城市应急供水与持续供水相结合，应急供水以挖掘持续供水的剩余潜力来实现，不对城市持续供水产生大的影响。

(2)地表水、地下水综合利用、联合调度的原则。对无开采潜力或不能满足供水需要的地区，应规划引用地表水的水库或河流。

(3)城市应急供水水源地位置应选择距离城市近，供水条件便利地区的水源地，并同时考虑行政区划。

(4)目前仍具备开采潜力的城市供水水源地、城市周围或其附近地区尚未开发的富水地段均确定为城市应急供水水源地。

(5)城市周围或其附近地区开采条件较好，向城市供水相对便利并具有一定开采潜力的工业供水水源地确定为城市应急供水水源地。

东疏镇庞庄地理位置优越，距离县城仅8 km，地层为“鲁中南地区寒武系－奥陶系”，该地层主要为深灰色中厚层状白云质灰岩、浅灰色层状灰岩，有溶洞、裂隙发育，赋存的水量极为丰富，且此处周围没有污染企业，水质优良，根据应急后备水源地的确定原则，宁阳县应急后备水源地确定为:庞庄水源地。

2.2 研究区水文地质特征及范围确定

研究区地表为东高西低的平原农田，广为第四系覆盖，地表以下3～4 m为细砂层，从上而下有多层砂层，中间夹泥层，总厚82～104 m，基岩以上有0.5～0.8 m黄泥夹姜石。

该区为“鲁中南地区寒武系－奥陶系”。奥陶系地层主要为深灰色中厚层状白云质灰、浅灰色层状灰岩，质纯致密。共分六大段，2、4、6为黄色、青灰色豹皮状泥质灰岩，有溶洞、裂隙发育，为富含水层，储水层厚度400～600 m。

结合研究区的实际水文地质条件情况，经综合分析，确定本水源地北以F1断层为界，断层以北为老地层，为相对不透水边界;西、东分别以F2、F3断裂为界，均为相对不透水层;南以汶泗断裂为界，区内奥灰与区外前震旦系变质岩相接触，为阻水边界。范围面积为21.5 km2，该区为一个Ⅲ级类型区，属淡水区，矿化度M≤0.4 g/L，研究区详见图1。

图1 研究区范围示意图

根据现有深井的柱状图，结合物探曲线和实际供水井资料，查明了本区的含水层结构、深度等实际情况。本区上有第四系82 m的砂层补给源;82～210 m顶部为黄色泥质灰岩，有小溶洞，中部为黄白色豹皮状泥灰岩，蜂窝状，下部坚硬，为乳白色石灰岩;210～300 m为坚硬、破碎、裂隙发育，青灰色及浅灰色的石灰岩。说明本区奥陶系石灰岩溶洞发育，该区域为富水地段。

3 应急供水水源地可供水量分析

3.1 应急开采时限及水位控制深度

(1)应急开采时限

应急供水是一种暂时应急行为，不宜连续开采。根据宁阳县具体情况，确定应急供水时限为三个月。

(2)水位控制深度

宁阳县应急后备水源地为山前冲洪积倾斜平原区水源地，该类型水源地含水层具多层结构特征，地下水为承压水或微承压水，含水砂层厚度和埋深相对较大。持续开采水位一般可控制在不低于上覆弱透水层底板的位置，应急开采水位可降至含水层顶板，深层孔隙水水源地的开采，应保持开采含水层具有足够的水位降深。以开采含水层水头不低于上覆弱透水层的底板作为应急水源地开采的控制水位。

3.2 可开采量概算

3.2.1 水文地质参数确定

平原区采用补给量法计算地下水资源量。地下水资源量分项计算中，主要水文地质参数有降雨入渗补给系数α、灌溉入渗补给系数β。

根据《山东省综合调查与评价》的研究成果，根据不同岩性降雨入渗补给关系表2，确定调查区降雨入渗补给系数α为0.25。

表2 不同岩性α～P～△年关系表

经综合分析，确定调查区引渠灌综合入渗补给系数为0.23，井灌回归补给系数为0.15。

3.2.2 多年平均地下水资源量计算

1)地下水总补给量

总补给量的计算公式为:

根据《山东省水资源综合调查与评价》，经综合分析研究确定渠灌溉综合入渗补给系数为0.20～0.25，井灌回归补给系数取值范围为:

灌水定额大于50 m3/亩次

式中:Q补为地下水总补给量(m3/d);Qs为降水入渗补给量(m3/d);Q地表为地表水入渗补给量(m3/d);Q井灌为地下水井灌回归补给量(m3/d)。

(1)降水入渗补给量(Qs)

降水入渗补给量是指当地降水入渗补给地下水的水量，计算公式为:

式中:Pr为降水入渗补给量(万m3);P为年平均降水量(mm);α为年降水入渗补给系数(无因次);F为补给区面积(km2)。

根据调查区附近宁阳雨量站多年平均降雨量，求得计算区内年平均降水量为660.7 mm。计算面积为21.5 km2，年降水入渗补给系数取0.25，经计算，计算区年降水入渗补给量为355.1万m3。

(2)地表水入渗补给量(Q地表)

据调查，调查评价区内有汶河的部分流域(南泉河)穿越，河流对岩溶裂隙地下水造成直接渗漏补给，其资源量计算公式如下:

式中:Q为单位时间渗流量(万m3/a);F为过水断面;I=h/L为水力坡度;K为渗流系数。

根据调查多年实测平均过水断面面积为7 m2/m。参照《大汶河及大清河行洪能力探讨》，I=0.000 932，渗透系数为16.7 m/d，补给时间为122 d。

经计算调查评价区地表水入渗补给量为Q年=13.2万m3/a。

(3)渠灌补给量

引河、库、湖灌溉入渗补给量即渠灌入渗补给量。计算公式为:

式中:Q灌为渠灌入渗补给量(万m3);Β综为综合入渗补给系数(无因次);Q引为渠灌灌水量(万m3)。

调查评价区渠灌引水量Q引=587万m3/a，β综=0.23;代入上式得:

(4)多年平均总补给量计算

多年平均总补给量为以上各项之和，经计算调查评价区多年平均总补给水资源量为503.31万m3/a。

2)岩溶裂隙地下水排泄量

(1)地下水可开采量

地下水可开采量是指在可预见的时期内，通过经济合理、技术可行的措施，在不致引起生态环境恶化条件下允许从含水层中获取的最大水量。地下水可开采量用可开采系数法分析确定，可开采系数法适用与含水层水文地质条件研究程度较高的地区。在这些地区，含水层的岩性组成、厚度、渗透性能及单井涌水量、单井影响半径等开采条件掌握的比较清楚。

所谓可开采系数(ρ，无因次)就是指某地区的地下水可开采量(Q可开)与同一地区的地下水总补给量(Q总补)的比值，即:ρ=Q可开/Q总补

可开采系数应不大于1。确定了可开采系数，就可以根据地下水总补给量Q总补，确定出相应的可可开采量Q可开，即

可开采系数ρ是一含水层的开采条件为定量依据:ρ值越接近1，说明含水层的开采条件越好;ρ值越小，说明含水层的开采条件越差。

确定可开采系数ρ时，应遵循以下原则:

①可开采系数ρ应小于1;

②对于开采条件良好，特别是地下水埋藏较浅，已经造成水位持续下降的超采区，应选用较大的可开采系数，参考取值范围为0.8～1.0;

③对于开采条件一般的地区，宜选用中等的可开采系数，参考取值范围为0.6 ～0.8;

④对于开采条件较差的地区，宜选用较小的可开采系数，参考取值范围为不大于0.6。

根据《山东省水资源综合评价》、《宁阳县水资源综合评价研究》、《宁阳县地下水资源开发利用规划》，经综合考虑计算区的实际情况，

取开采系数ρ=0.8。则地下水可开采量为:

Q可开=ρ·Q总补=0.8 ×503.31=402.6(万m3/a)多年平均地下水可开采量402.6万m3/a。

4 结语

通过对宁阳县城区用水量及水文地质情况的研究，分析确定了应急水源地的位置及应急状态时对城市的应急供水量。为宁阳县有效应对突发性水污染事件，提高突发性环境污染事件应急处置能力及城市在特枯年或连续干旱年的供水能力，保障饮用水安全具有十分重要的意义。

［1］鲁楠.宁阳县城区岩土工程地质.中国海洋大学.2003.

［2］江阴市水利局.江阴市应急备用水源地可行性调查.2010.

［3］张永双、吕朋菊、王克友.宁阳煤田地质构造的基本特征.山东矿业学院学报.1996年3月.第15卷第1期.