南乐县睢庄水源地地下水资源评价

陈 蕾，谷 瑜

(河南省地质矿产勘查开发局第一地质环境调查院，河南 郑州 450045)



南乐县睢庄水源地地下水资源评价

陈 蕾，谷 瑜

(河南省地质矿产勘查开发局第一地质环境调查院，河南 郑州 450045)

睢庄水源地属黄河冲洪积平原，地势平坦，海拔在44.3～49.2 m之间，自西南略向东北倾斜，比降为0.25‰。在分析睢庄地区水文地质条件及地下水开采现状的基础上，结合开采方案，采用解析法及水均衡法，对水源地中层和深层地下水允许开采量进行评价。计算结果显示，中层地下水允许开采量10 360.16 m3/d；深层地下水允许开采量10 186.25 m3/d；中、深层地下水各新增开 1×104m3/d是有保证的。水源地建成后，中、深层地下水降落漏斗的半径为5 300 m、7 100 m。

地下水；水源地；解析法

1 水源地概况

水源地位于河南省南乐县南环路南侧，马颊河东岸，睢庄地界。睢庄水源地属黄河冲洪积平原，地势平坦，海拔在44.3～49.2 m之间，自西南略向东北倾斜，比降为0.25‰。根据地貌成因和形态的差异特征，细分为泛流平地和黄河故道区两个区。睢庄水源地地形平坦，普遍分布第四纪沉积物。根据钻孔资料，目前区内主要揭露的地层有新近系、第四系。睢庄位于中朝准地台华北坳陷南部的内黄凸起的东北地带，所处地质单元西邻汤阴凹陷，北临清凹陷，南邻开封凹陷；主要受北北东和北东向构造体系所控制。

2 区域地下水开采现状

勘察区内主要开采浅、中、深层地下水。

(1)区内浅层地下水主要为县自来水厂供水、居民生活用水零星开采与农田灌溉。目前县自来水厂浅层开采井共有16眼，开采层位在70 m以浅，总的开采量为7 000 m3/d。居民生活用井多为塑料管井，取水设备为压水井或自吸泵，井深100 m以浅，单井出水量15 m3/h左右。农田灌溉机民井多为水泥管，部分井较浅，多在50 m左右，单井出水量为15 m3/h左右。

(2)区内中层主要用水户为县自来水水厂供水、南乐县产业集聚区工业用水和农村安全饮用水井工程供水。目前县自来水厂有1眼190 m的井，单井出水量为80 m3/h，总开采量为1 920 m3/d。勘察区内工业用水和农村安全饮用水开采井共计36眼， 开采深度在130～280 m之间，单井出水量约30 m3/h，总开采量为7 560 m3/d。

(3)区内深层主要用水户为南乐县产业集聚区工业用水和农村安全饮用水井工程供水。目前深层地下水开采较少，深层开采井约6眼， 开采深度在280～500 m之间，单井出水量约30 m3/h，总的开采量为1 260 m3/d。

3 计算参数的确定

据《河南省南乐县睢庄水源地中、深层地下水水文地质详查报告》，采用稳定流抽水试验及非稳定流抽水试验计算，综合考虑渗透系数K中层为5.44 m/d，深层为6.00 m/d；导水系数中层T=326.4 m2/d(含水层厚度M=60 m)，深层T=419.65 m2/d(含水层厚度M=70 m)；导压系数中层a为682 895.0 m2/d；深层a为235 3846.0 m2/d；释水系数中层μ*为5.9×10-4；深层μ*为2.53×10-4。

4 应用解析法对地下水开采量计算分析

4.1 水文地质模型的建立

本区中、深层地下水含水层为均质各向同性、无限延伸、无越流补给的承压含水层，地下水流符合达西定律；抽水前天然状态下水力坡度为零；完整井定流量抽水，井径无限小；水头下降引起的地下水从贮存量中的释放是瞬时完成的。

4.2 数学模型的建立及计算公式的选取

单井定流量的承压完整井流的数学模型如下：

式中：S为降深；r为井径；Q为涌水量；T为导水系数；t为时间；u*为释水系数。

根据概化处理，区内中、深层地下水采用承压完整井无越流泰斯公式计算：

(1)

4.3 布井方案的确定

本次水源地拟开采地下水2.0×104m3/d(中、深层地下水各开采1×104m3/d)。水源地抽水井垂直地下水流向布置，采用井群集中供水方式，中层、深层井各设9眼，其中备用井各1眼；采用双排梅花形布法，井距500 m(中、深层井间距约50 m)，排距500 m。抽水量平均每眼井为1 250 m3/d(见图1)。

图1 布井方案示意图

5 水源地水位预测

采用式1叠加计算，分别计算水源地中、深层地下水增开1 250 m3/d后，开采1 a、5 a、10 a、15 a、20 a、30 a中心井水位见图2和图3。

5.1 水源地中层水位预测

水源地开采30 a中心开采井中层地下水动水位埋深为92.47 m，小于含水层的顶板埋深130 m；由中心井水位和边缘井水位降深随时间变化曲线(图1)可以看出，水源地开采初期水位下降比较快，曲线较陡，随着开采时间的增加，水位下降速度逐渐变慢，20 a以后地下水水位趋于稳定，补、排达到新的平衡。因此，中层地下水开采1万 m3/d的开采量是有保证的，此开采方案是合理的。

5.2 水源地深层水位预测

水源地开采30 a中心开采井深层地下水动水位埋深为92.82 m，小于含水层的顶板埋深280 m；由中心井水位和边缘井水位降深随时间变化曲线(图2)可以看出，水源地开采初期水位下降比较快，曲线较陡，随着开采时间的增加，水位下降速度逐渐变慢，20 a以后地下水水位趋于稳定，补、排达到新的平衡。因此，深层地下水开采1万 m3/d的开采量是有保证的，此开采方案是合理的。

图2 水源地中层地下水中心井ZK5水位降深随时间变化曲线图

图3 水源地深层地下水中心井ZK6水位降深随时间变化曲线图

6 水均衡法评价地下水允许开采量

6.1 评价范围

本次中、深层地下水资源评价的平面范围以接近水源地设计开采量(2.0万 m3/d)为依据，用解析法计算出的中深层地下水水位降落漏斗范围为评价的平面范围。

6.2 均衡方程的建立

式中：Q允开为地下水的允许开采量(m3/d)；Smax为最大允许降深(m)；T为开采年限。

6.2.1 补给量

(1)水源地开采后补给带宽度的确定

由于中、深层地下水开采井布局相对较为集中，平面上可以近似地概化为一个圆形大井，以概化圆周作为中、深层地下水的补给边界，即

C=2πR

式中：C为补给边界周长，m；R为概化水源地均衡区评价范围半径，m。

据解析法预测，拟建水源地中、深层地下水按设计开采规模各1.0建成投产，30 a后中、深层地下水降落漏斗半径分别为5 300 m、7 100 m。

经计算，中、深层地下水的补给边界周长分别为33 284 m、44 588 m。

(2)中、深层地下水降落漏斗周边径流补给量计算

中、深层地下水降落漏斗周边径流补给量计算可用达西公式，即

Q补=T·C·i

式中：C为中、深层地下水周边径流补给带的周长，m；T为导水系数，m2/d；中、深层导水系数分别为326.40 m2/d、419.65 m2/d；i为开采条件下水力坡度的平均值，无量纲；中、深层水力坡度分别为1.8‰、0.60‰。

经计算，中层地下水补给量为19 555.02 m3/d；深层地下水补给量为11 226.81 m3/d。

6.2.2 排泄量

根据本次调查，本区中、深层地下水已存在的开采量分别为9 480 m3/d、1 260 m3/d。

6.2.3 弹性释水量

式中：Q弹为含水层的弹性释水量(m3/d)，其它符合同前；弹性释水系数取值同前；根据水文地质条件，最大允许降深Smax本次取值为60 m；T取30 a。

经计算，中层含水层弹性释水量为285.15 m3/d，深层含水层弹性释水量为219.43 m3/d。

6.3 允许开采量评价

经计算，中层地下水允许开采量10 360.16 m3/d；深层地下水允许开采量10 186.25 m3/d；可见，中、深层地下水各新增开 1×104m3/d是有保证的。

7 结语

根据计算，中、深层地下水各新增开 1×104m3/d是有保证的。水源地建成后，中、深层地下水降落漏斗的半径为5 300 m、7 100 m；可见，建设项目投产使用后，必然对周边其他用户产生一定的影响。因此水源地投产使用后，建议对受影响的用户可使用水源地的自来水进行补偿。

2017-03-22

陈蕾(1984-)，女，山东烟台人，工程师，主要从事水文地质方面的工作。

P641.8

B

1004-1184(2017)03-0049-02