淄博市大武水源地三维可视化信息系统建设探析

边农方，彭俊峰

（山东省淄博市大武水源管理处，山东 淄博 255400）

1 概况

大武水源地是我国北方罕见的特大型裂隙岩溶地下水水源地，是淄博市最重要的城市供水地下水水源地。水源地位于临淄城区西南，地势南高北低，西南部为裸露灰岩补给区，北部为山前冲洪积平原，面积148 km2，主要包括辛店、大武、南仇三个富水地段，富水区面积43 km2。水源地允许开采量40万m3/d，历史最高开采量57万m3/d左右。

缘于大武水源地充沛水量和优良水质，上世纪六十年代中期，齐鲁石化公司选址建设在大武水源地上，并逐渐发展壮大成为以石油炼制为龙头的国家特大型石油化工生产基地。多年来，依托齐鲁石化公司，私营化工企业迅猛发展。据统计，大武水源地范围内化工企业约400余家。这些化工企业与水源地富水地段空间分布基本一致，并且这些化工企业位于水源地裸露灰岩区边沿地带，地势高于水源地富水地段。

2 技术层面存在的问题

上世纪80年代末90年代初，由于齐鲁石化公司30万t乙烯装置直接建设在水源地西南部裸露灰岩补给区上，致使堠皋富水地段地下水遭受了石油类、芳烃类等有机物污染。

2010年以来，水源地东部个别水井出现了不同程度的氨氮污染，污染范围南起齐鲁石化公司胜利炼油厂炼4#水井，北至淄博天润供水有限公司齐园7#水井，呈条带状展布。

水源地及其补给区由数个断块构成，这些断块形成于不同时期，由于断距及地层倾伏的差异性，导致每个断块地层产状和地层组合不一致，含水层的埋深、地下岩溶发育特征也存在较大差异。含水层既有裸露型，也有覆盖型和埋藏型。覆盖区上覆松散地层厚度差别较大，南部10～20 m，北部深达100～200m；埋藏区上覆煤系地层分布不连续，有天窗存在。

由于水源地各断块含水层结构差异，岩溶水的补给来源、径流方向及速度、排泄方式均存在差异，岩溶水总体径流方向为由南向北，但局部径流方向千差万别，如位于水源地西南部的王寨盆地内，相距30m的机井，水位差竟达50m。目前岩溶水在各断块内部的径流模式是不清楚的。同时，由于大武水源地高强度的开采，产生地下水位降落漏斗，部分改变了地下水的径流方向和径流强度。

虽然大武水源地个别地段地下水受到污染，但各断块污染程度相差甚远，甚至截然不同，如堠皋富水地段污染已有25年，相距约3 km的西夏富水地段水质却很好，一方面说明，本身污染源的分布不均匀，同时也说明，污染物质在地下水系统中的运移方向、运移强度差别很大。目前，污染源在岩溶水系统中的分布不清楚，污染物质在含水系统中的运移模式也不清楚。

要解决以上大武水源地水质污染的问题，需要借助淄博市大武水源地三维可视化信息系统，系统的建设可以全面分析、掌握大武水源地水质污染的原因，从而提出解决方法。

3 可行性分析

大武水源地分布着300多眼深井，成井资料齐全。2014年，对200多眼水井进行了井下电视测量，水井孔隙水含水层及岩溶发育情况数据准确、形象直观。大武水源地开采利用时间长，水井密度大，水位、水量、水质资料时间序列长，数据详实可靠，有利于水源地地下水三维可视化系统的研究与建立。

大武水管处自1985年批准设立、1986年正式开展工作以来，在开源审批、单井计量、计划用水、节约用水、水位观测、水质监测、优化配置、水源保护等方面，做了大量的、卓有成效的工作，积累了丰富的资料和经验，面对严峻的地面水环境现实，维持了大武水源地持续开采运行，确保了区域经济社会的发展。这只队伍能够配合好有关科研单位开展大武水源地地下水三维可视化系统建设工作，并能保证其正常使用。

4 参数选取

以现有的各种勘探、试验、测量和测试资料为基础，开展水文地质调查、钻探、物探、抽水试验、示踪试验、地下水流向、流速测试、水位统测及动态监测、水土样品采集与测试等实物工作，建立空间数据库，依托空间数据库、三维可视化技术和网络技术，建立地质结构模型、地下水水流模型和水质模型为一体三维可视化信息系统。

4.1 资料收集

收集大武水源地及其周边水文和气象系列资料、地质及水文地质勘查成果资料、机民井勘探钻孔资料、地下水开采系列资料、地下水位动态观测系列资料、地下水水质分析系列资料，各工矿企业生产及排污系列资料、环评资料、高程测量、物探资料等。对收集的资料进行整理分析，对历史水位资料绘制历时曲线，对历史水质资料进行重新评价，对钻孔资料进行标准化处理，对地质资料进行重新分层，确定三维可视化地质结构“基本层”及层序，对水文地质资料进行分析，研究水文地质单元的边界及断裂构造的导水性、地下岩溶发育规律等。

4.2 遥感解译

开展多时相1∶10000遥感解译，选用高分辨率的Quickbird数据，遥感数据应为最新数据。包括地表植被、地貌、地质景观、道路交通网络及地上管线网络，土地利用类型及垃圾处置场地、污水处理设施的分布、露天矿山分布及残留山体形态、水土污染等环境地质问题与地质灾害分布、规模、形态特征、危害及发展趋势。

4.3 水文地质调查

水文地质调查主要包括机民井调查、泉水及地表水体调查、地层核实及断裂构造位置调查。

4.4 物探

开展视电阻率联合剖面及视电阻率垂向电测深测量两种物探方法，以探明隐伏断裂构造、第四系厚度、地下岩溶发育规律、地下排污管网的分布。主要布置在王寨盆地、金岭断裂带、金东断裂带、矮槐树断裂带、淄河断裂带、边河断裂带、坡子地堑等处地面建筑物较少，施工条件许可的地段。部署视电阻率联合剖面测量点1000个，视电阻率垂向电测深测量点1000个，AB极距2000m，点距20～100m，探测深度为500m。

4.5 水文地质钻探

在充分收集现有钻孔资料的基础上，于钻孔资料少，水文地质条件不清的部位，布置部分水文地质钻孔。定井原则有：①井孔稀少、水文地质条件不清之处；②水文地质单元边界两侧或一侧与已有井形成对孔；隐伏断裂两侧或一侧与已有井形成对孔；④重要污染源下游或重要地下排污管道下部；⑤煤系地层下部灰岩（控制深度500m）。

水文地质钻孔设计理念为一孔多用，终孔进行抽水试验，采集水样，井内测量地下水流向和流速，并用于地下水动态观测。

4.6 抽水试验及地下水位观测

对水力联系不清的相邻井孔或断裂带两侧井孔进行抽水试验，掌握地下岩溶发育特征、断裂带导水性质、地下水富水性及水文地质参数。对全区可测的机民井共约200眼进行水位统测，每年枯水期、平水期和丰水期各测量一次，每年3次，共1200点次。全区布置地下水位动态观测点50眼，每月观测6次，连续观测两年，累计观测7200点次。

4.7 地下水流向、流速测试

地下水的流向测试是分析地下水流场的重要指标，弥补根据地下水水位观测研究地下水流场精度不够问题。购买美国最先进的地下水流向流速测试仪（GeoFlo/Model150），对施工的钻孔及具备测试条件的钻水井进行逐井测试，精确分析地下水流场，为地下水数值模拟打下坚实基础。预计测试井数在50眼左右。

4.8 示踪试验

岩溶水地下水流十分复杂，为了进一步掌握地下水流场及不同块段之间的水力联系，部署几组示踪试验，以便进一步研究确定。

4.9 水土样品采集与测试

对全区机民井（150眼）进行水质及污染普查，采集全分析、重金属及有机污染分析，研究地下水形成特征及变化规律。样品以岩溶水为主，兼顾孔隙水，以水源地岩溶水为主，兼顾补给区及周边岩溶水。取样分析包括土壤样品采集点、饮用水水质全分析和地下水的环境同位素分析。

4.10 高程测量

对所有水位统测点、动态监测点及施工的钻孔均要求进行高程测量，采用GPS的E级网络测量，测量点200点。

5 数据库及三维可视化信息系统建设

建立集成地形地貌、地质构造、含水层、地下水位、水质等单一的数据信息为一体的空间数据库。在此技术上建立地下水水流模型、水质模型、三维可视化结构模型，最后进行集成成为开放式的可视化信息系统，不仅可对地质结构进行可视、还可以直接“观看”地下水流和水质运移。

大武水源地三维可视化信息系统最终将运行于淄博市水资源管理办公室内部局域网和淄博市信息管理平台，系统通过防火墙与互联网相连。在淄博市水资源管理办公室局域网内各级终端客户机上部署大武水源地三维可视化信息系统C/S模块，该模块通过内网路由器，访问水文地质数据库，并利用系统功能实现数据的浏览、查询、出图、三维模型的构建与分析等功能；同时通过在局域网内部部署该系统模块，安排专门的数据库管理员来进行数据的维护与更新，确保水文地质项目数据的现实性。信息共享与社会化服务子系统（B/S）部署于Web服务器上，也可借助淄博的云计算中心，在内网访问地质资料数据库来实现远程客户端的请求，并通过外网（淄博市信息管理平台）向社会发布各类水文地质公共信息，完成面向政府决策部门及社会公众的信息服务。

6 结论

基于目前大武水源地在技术层面上存在的水质污染、水文地质和管理平台建设，建设大武水源地三维可视化信息系统是必要的、可行的，是提升水源地地下水保护管理的创新。该系统的建设将为水源地地下水污染防治、地面水环境生态修复、工业企业水污染突发事件防控、水井开采布局和水资源优化配置等工作提供技术支撑，也将为创新国内同类型水源地地下水保护管理提供示范。