水体置换在地下水库水生态修复中的应用

2014-07-19王远林闫庆峰

山东水利 2014年4期

王远林，闫庆峰，柳娜

（烟台市水利建筑勘察设计院，山东烟台 264000）

永福园地下水库库区总面积63.26 km2，总库容2.05亿m3，地下水库下游水体因建库前海水侵染较重，Cl-含量大都高于200～250 mg/L，靠近坝线附近局部高于500 mg/L，咸水体分布范围为大沙埠橡胶坝以下宫家岛水厂供水井影响区域，面积约5.7 km2。本次水生态修复工作是用30眼抽水井与258眼补源渗井对水库下游咸水体进行抽水置换与补源，通过140 d的人工强排强补，抽咸补淡，加快水体循环，降低Cl-含量，改善地下水水质，修复水生态环境。

1 置换区水文地质条件

1.1 含水层的分布及富水性

本区含水砂层厚度一般为15～28 m，渗透系数 80～100 m/d，单井涌水量多大于 2 000 m3/d，主要分布在东关——小沙埠和南上坊——宫家岛水厂地段及地下水库坝线上游夹河西岸，在其外围分布有10～15 m厚的含水砂层，富水性较好，单井涌水量在1 000～2 000 m3/d。

1.2 地下水的补给、径流、排泄条件

区内地下水补给来源主要为大气降水、河流入渗、周边侧向及上游地下径流补给；地下水总体流向为自南向北，在南上坊和宫家岛水源地附近由于人工开采，地下水主要向集中开采水源地汇流，北部地下水库截渗坝的建成，阻止了地下水的径流；地下水的排泄方式主要为人工开采。

2 置换区的基本情况

置换区的范围是地下水库下游库区，大沙埠橡胶坝以下宫家岛水厂供水井影响区域，面积约5.7 km2。根据《烟台市夹河地下水库水文工程地质勘察报告》，置换区地下水位-15 m以上储存量约为1 220万m3。

2.1 截渗坝建成前后地下水水质变化情况

据检测，地下水库截渗坝建成前，水库下游区地下水中Cl-含量较高。地下水库截渗坝建成运行后，经过多年的开采利用和水体自然交换，区内地下水Cl-含量总体呈下降趋势。说明一是截渗坝截渗效果明显；二是有集中开采的地段，由于人工开采及周边补给强度大，水体循环加快，地下水中Cl-含量下降较快，水质改善明显；三是在近坝址内侧等无人工开采的地段，靠水体自然循环，地下水中Cl-含量虽有所下降，但下降速率较慢。因此，对地下水库下游库区可通过人工强排强补，加快水体循环，以改善水质，进行水生态修复。

2.2 截渗坝上下游地下水水质对比情况

2009年地下水库截渗坝上下游地下水中Cl-含量西坝段上游为285.56～549.4 mg/L，下游为634.9～1 313.5 mg/L；东坝段上游为 410.6 mg/L，下游为2 278 mg/L。说明截渗坝截渗效果明显，起到了“蓄淡阻咸”的作用。

2.3 置换区地下水水质评价

地下水库下游库区地下水化学类型自南向北由 Cl·HCO3—Ca·Na·Mg 水变为 Cl—Na 水，按《地下水质量标准》评价多为Ⅳ～Ⅴ类水。

3 水体置换与补源工程方案

3.1 置换目标

置换区水体置换目标为地下水中Cl-含量小于150 mg/L，达到地下水Ⅲ类水标准。

3.2 置换抽水天数计算

根据《烟台市城市供水应急工程宫家岛水厂水文地质勘察报告》，置换区平水年地下水天然补给量为4.4万m3/d，现有开采量为2.7万m3/d，地下水位-15 m以上储存量约为1 220万m3。

方案规划抽水量6.0万m3/d，现有地下水开采量为2.7万m3/d，则每天抽水量合计为8.7万m3。按置换区地下水Cl-含量背景值为250 mg/L，天然补给量中Cl-含量100 mg/L，人工回灌补源水Cl-含量50 mg/L，采用Cl-通量均衡公式进行计算。

设置换抽水天数为X，则：置换区地下水储存量为 1.22×1010L；抽水总量=8.7×107L·X；外围入渗补给量=4.4×107L·X；回灌补给量=（8.7-4.4）×107L·X。按置换目标 Cl-含量 150 mg/L计算，所需抽水天数为113 d。考虑置换过程存在复杂性，水位降至-15 m，激发增加补给量，同时-15 m以下咸水及含水层中吸附Cl-将向上扩散，因此，设计置换历时确定为140 d。

3.3 置换补源工程方案

1）置换抽水井规模。按前述计算的抽水量和抽水时间，根据含水层的分布及抽水井的影响半径，按单井出水量2 000 m3/d，确定布置抽水井30眼（新打25眼，利用宫家岛水厂已有5眼），井深 25～35 m，抽水能力为6.0万 m3/d。

2）回灌补源渗井规模。置换区水体达到置换目标需抽水140 d，30眼井抽水加现状已有的开采量2.7 m3/d，置换期抽出水总量为1 218万m3，地下水的天然补给总量为616万m3，其余602万m3靠人工渗井补源。本次在置换区相应河段，布设渗井258眼，渗井的入渗能力按每眼360 m3/d考虑，258眼井入渗能力为9.29万m3/d，65 d左右可完成对地下水的回补。

3）抽水置换工序安排。进行置换抽水时，优先抽取高浓度的地下咸水，从而缩小咸水体污染范围，降低其污染能力，先从下游开始抽水，逐渐向上游推进，并尽可能疏干抽水，在抽水过程中，上游外围地下水向下游汇流。引渗补源在抽水后期进行，并跟踪进行水质监测，当抽水井中Cl-含量小于100～150 mg/L时该井停止抽水。

4 水体置换与补源工程实施

水体置换抽水自2010-04-20至2010-10-30基本完成，30眼置换井共运行9.7万台时，加现有开采量，累计抽水量为1 248万m3，取Cl-含量分析样1 546组，监测结果如下：

自置换抽水以来，区内地下水中Cl-含量下降明显，总体呈波动下降趋势如图1示。25眼新井Cl-含量初始平均值为252.3 mg/L，现状平均值为 156.1 mg/L，平均降低 96.2 mg/L，至 2010-10-30，仅剩小沙埠村以东区域的 J1、2、3、12 井 Cl-含量略超饮用水标准，分析原因为：一是本区域为外夹河古河道，含水层厚度大，上游有电厂南上坊水源地及西牟水厂，历年开采强度较大，截渗坝建成之前，为海水入侵较严重区域；二是本区域部分地段松散层下部基岩裂隙水为早期封存的苦咸水，置换井底部虽进行了封堵，但尚存在水力联系及互补关系；三是置换抽水历时较短，尚未完全完成对封存苦咸水的置换。