湖南省张家界市中心城区应急水源地供水潜力研究
2020-01-05潘卓邓波李嘉宝
潘卓 邓波 李嘉宝
摘 要 应急水源地是指在连续干旱年份及污染事故突发、现有供水水源地出现问题的情况下，为解决城镇生产及生活用水的燃眉之急，而采取的一种非常规的、有一定开采周期的临时供水水源地。本论文依托《张家界城市地质环境综合调查评价》项目成果，结合當地规划及自然资源主管部门意见，选取大溶溪—荷花、军地坪—喻家嘴作为永定与武陵源区的应急水源地，并对其进行开发利用潜力分析及开发利用方案的初步制定。
关键词 应急水源地;开发利用潜力;开发利用方案
中图分类号：P641 文献标识码：A
Study on the Urban Water Supply Potential of Emergency Sources in the Central Urban Area of Zhangjiajie Prefecture， Hunan Province
Pan Zhuo， Deng Bo， Li Jiabao
（Hunan Center of Natural Resources Affairs， Changsha Hunan 410004）
Abstract： Emergency water sources are unconventional water supply sources with periodic exploitation. It can supply the water for production and domestic use in the case of consecutive dry years， sudden pollution accidents， or problems in existing water supply sources. Relied on the project results of the Comprehensive survey and evaluation of the urban geological environment in Zhangjiajie， and combined with the advice of the local planning and the advices of natural resources authorities this paper selected 2 areas as the emergency water sources of Yongding District and Wulingyuan District， including Darongxi-Hehua and Jundiping-Yujiazui. Finally， this paper analyzed the exploitation potential and formulated the exploitation plan initially.
Keywords： emergency water sources; exploitation potential; exploitation plan
0 引言
近年来，随着城市人口的不断增加和城市工业经济的快速发展，对水资源的需求量日益递增，特别是对于在特枯年、连续干旱或者污染事件突发时的供水问题更为严峻。因此，开展城市应急水源地调查及供水潜力研究，构建水资源战略储备体系，对保障城市安全供水具有重要现实意义[1-4]。
张家界中心城区根据其地下水水文地质条件、开采条件和开采前景，可初步圈定四个富水地段：胡家坪-热水坑富水地段、邢家巷-火车南站-周家坊富水地段、联成-竹园塔-何家山富水地段和军地坪-喻家嘴富水地段 （武陵源）[5]。在此基础上，结合张家界2030年城市总体规划、地下水环境评价、水厂建设规划及当地自然资源主管部门意见等，将大溶溪-荷花、军地坪-喻家嘴富水块段初步作为永定与武陵源区的应急水源地，并对其展开供水潜力研究。
1.1 大溶溪—荷花应急水源地范围
水源地位于茅溪河与澧水交汇口南侧，分东西两块，东块为荷花水源地分布区，西块为泗坪—大溶溪水源地分布区。总面积10.17km2。
荷花水源地，南以志留系页岩与第四系地层界线作为隔水边界，东、西、北以澧水为排泄边界;泗坪—大溶溪水源地，西以志留系页岩和第四系陈家咀组粉质粘土与水源地地层界线作为隔水边界，西北以奥陶系下统红花园组灰岩与第四系地层界线作为补给边界，北、东、东南以茅溪河和澧水为排泄边界。水源地地下水类型主要为松散岩类孔隙水，按其富水性可分为含水丰富与含水中等区，见图1、图2 。
1.2 军地坪—喻家嘴应急水源地
水源地呈东西向分布于武陵源城区及周边区域，总面积4.6km2。
水源地北以二叠系和三叠系灰岩与第四系地层界线为补给边界，南以张家界城市地质项目工作区范围作为评价边界（图3中黑色虚线即为工作区范围），地下水类型主要为松散岩类孔隙水。水源地为一个较完整的地下水储水构造盆地，构成一个较大的地下水库，具有较好的供水意义，见图3图4。
2 地下水资源现状评价及潜力预测
2.1 现状评价
2.1.1 大溶溪—荷花应急水源地
该水源地平水年和枯水年天然补给资源量分别为7588.69 m3/d和6940.03m3/d。各计算段天然补给资源量详见表1。
根据前人资料及本次成果，分别代入钻孔平均可开采量Q单和影响半径，计算得到大溶溪—荷花水源地地下水允许开采资源量为2655.8m3/d。
水源地分布区古河道第四系含水层厚度可达151.58～231.03m，单井涌水量一般1000 m3/d以上，最大可达涌水量1410 m3/d。
根据前人资料及本次成果，含水层给水度μ取0.012，含水层平均厚度约190米，古河道在水源地分布面积0.84km2。将数据代入公式可得大溶溪—荷花水源地地下水储存资源量为191.52×104 m3。
2.1.2 军地坪—喻家嘴应急水源地
水源地平水年和枯水年天然补给资源量分别为3787.54 m3/d和3419.51m3/d。各计算段天然补给资源量详见表2。
根据前人资料及本次成果，分别代入钻孔平均可开采量Q单和影响半径，计算得到军地坪—喻家嘴水源地地下水允许开采资源量为1608 m3/d。
在地下水存储量方面，可结合成果数据将水源地储存资源量划分为3个不同含水层厚度区分别计算储存资源量（见表3）。计算可得水源地储存资源总量为63.45×104m3。
2.2 潜力预测
2.2.1 允许开采量保证程度分析
允许开采量保证程度的定量评价以补开比（即补给量与允许开采量之比）作为评价指标，定性评价按五级标准划分（见表4）。
大溶溪—荷花应急水源地根据地下水资源评价结果，计算水源地枯水年和平水年补开比分别为2.61和2.86，属“较高”级补开比，其允许开采量可有一定正向变化。
军地坪—喻家嘴应急水源地根据地下水资源评价结果，计算水源地枯水年和平水年补开比分别为2.13和2.36，属“较高”级补开比，其允许开采量可有一定正向变化。
2.2.2 地下水开采潜力评价
地下水开采潜力分级依据地下水开采潜力指数（P）和开采潜力模数（M）进行综合评价，见表5。
大溶溪—荷花应急水源地居民主要仅以自家钻（挖）井取水，取水量一般3～5吨/天·井，开发利用率很低，无地下水集中开采或大量开采，据此判断大溶溪—荷花水源地允许开采量远大于地下水开采量。综上所述，水源地目前开采潜力指数P>1.2，开采潜力模数>20×104m3/km2·a，大溶溪—荷花水水源地为有开采潜力|潜力较大级。
军地坪—喻家嘴应急水源地居民主要以索溪峪水库作为生产生活用水，仅周边村庄极小部分居民自行打井取水，开发利用率很低，无地下水集中开采或大量开采，据此判断军地坪-喻家嘴水源地允许开采量远大于地下水开采量。综上所述，水源地目前开采潜力指数P>1.2，开采潜力模数>20×104m3/km2·a，军地坪—喻家嘴水源地为有开采潜力|潜力较大级。
3 地下水开发利用与保护建议
本论文在允许开采量保证程度、地下水开采潜力及地下水开采条件的评价基础上，结合实际情况制定初步了开发利用方案，提出布井建议。
3.1开采条件分区
根据含水层（组）的单井开采量、泉的枯季流量、水质及含水层埋深条件、地理交通位置等将工作区地下水开采条件分为优良区、良好区及不好区。划分标准见表6。
大溶溪—荷花应急水源地大部分区域单井涌水量100～500m3/d，含水底板埋深一般小于30m;古河道分布区单井涌水量可达1000 m3/d，含水底板埋深一般200m左右。区内地理交通位置良好。据此判定大溶溪—荷花水源地地下水开采条件良好，局部地区可达优良区要求。
军地坪—喻家嘴应急水源地单井涌水量200～500m3/d，含水底板埋深65.9m，地理交通位置良好，据此判定军地坪-喻家嘴水源地地下水开采条件良好。
3.2 开发利用方案
3.2.1 大溶溪-荷花应急水源地
该水源地根据地下水质量评价和地下水污染评价结果表明，水源地地下水质量为III类，污染等级为1级。即目前水源地地下水质量良好，区内生产生活未对地下水造成污染，但硝酸盐含量已出现上升趋势。
根据2030年的张家界市的“城市总体规划”，永定区城区常住人口33.5万人，游客10.5万人。参考《上海城市地质》[6]，应急时期供水方案取20L/人·天和50L/人·天的标准分别进行讨论。
从表7中可看出，两个标准都无法满足其需水量，建议配合开发水源地北东方向的羊羔洞地下河，该地下河丰水期流量一般150～200L/S以上，枯水期流量50～60L/S，全年不断流。按枯水期最小流量（52L/S）的80%作为可采资源量，地下河允许开采资源量3459.43m3/d，可满足17.97万人（20L/人·天标准）和6.82万人（50L/人·天标准）基本生活用水。
3.2.2 军地坪—喻家嘴应急水源地
该水源地根据地下水质量评价和地下水污染评价结果表明，水源地地下水质量为III类，污染等级为1级。即目前水源地地下水质量良好，区内生产生活未对地下水造成污染。
根据2030年的张家界市的“城市总体规划”，武陵源中心城区常住人口2.5万人，游客1万人。参考《上海城市地质》[6]，应急时期供水方案取20L/人·天和50L/人·天的標准分别进行讨论。
3.3 布井建议
布井原则主要包括以下6点：
1、易集中开采，具备充足资源量，可形成一定的供水规模;
2、地下水开采条件好，开发利用便利;
3、地下水防污性能相对较好，地下水质量有可靠保障;
4、地下水风险相对较低，便于控制开采所引发的地质环境问题;
5、距离水厂较近，便于连通城市管网;
6、在未来城市规划中，周边无大型或较为集中潜在污染源以及集中住房规划。
3.3.1 大溶溪—荷花应急水源地
根据以上布井原则，结合水源地水文地质条件、防污性能评价、风险评价及2030年城市规划等，建议在以下3处布井：
（1） 荷花村：已规划荷花水厂位于荷花村东侧澧水岸。该片区域有古河道分布，含水层厚度可达150m以上，单井涌水量一般1000L/S以上，地下水资源十分丰富，属开采条件优良、良好区域，以地下水防污性能一般区和III级风险区为主，紧贴荷花水厂。建议将地下水应急水源地部署和建设纳入荷花团组未来规划。
（2）大溶溪村东北片区：该片区域位于澧水与茅溪河交汇处，第四系含水层厚度一般在20米以上，单井涌水量一般200L/S以上，地下水资源较丰富，属开采条件良好区域，地下水防污性能一般区为主，地下水风险等级III级，距荷花水厂约900m。
（3）泗坪村东南片区：该片区域第四系含水层厚度一般15～20m，单井涌水量一般200L/S以上，地下水資源较丰富，属开采条件良好区域，为地下水防污性能一般区，距荷花水厂约3km。
3.3.2 军地坪-喻家嘴应急水源地
根据上述布井原则，结合水源地水文地质条件、防污性能评价、风险评价及2030年城市规划等，建议军地坪—喻家嘴沙坪地区为首选布井位置。该片区域属水源地山间盆地凹陷区（含水层厚度较大）、地下水防污性能一般、地下水风险III级、距离索溪水厂直线距离约1.5km、为生态环境安全控制区，可作为军地坪—喻家嘴应急地下水水源地重点布井区。
3.4 保护建议
1、建立城市应急水源建设和管理制度，逐步建设好张家界中心城区地下水应急水源地系统。
2、建议组织专业技术队伍和相关部门对推荐的应急水源地进行系统论证，深入论证其可开采资源量，因地制宜，确定采水方案。
3、在水源地外围设立保护区，加强城镇生活及工业生产污水的排放监管。
4 结论
1、在系统研究水文地质条件的基础上，选定了2个富水地段作为永定、武陵源的应急地下水水源地，并估算出溶溪—荷花水源地地下水允许开采资源量为2655.8m3/d，军地坪—喻家嘴水源地地下水允许开采资源量为1608 m3/d。
2、根据2030年的张家界市的《城市总体规划》，参照国内有关标准，分别按照20L/人·天和50L/人·天的标准进行了应急供水供需平衡分析，永定中心城区建议大溶溪—荷花应急水源地与羊羔洞地下河配合开采，武陵源中心城区建议军地坪—喻家嘴应急水源地开采30%左右。
3、针对水源地开采、管理等问题，对应急水源地提出保护建议。
参考文献/References
[1]戴长雷，迟宝明，刘中培.北方城市应急供水水源地研究[J].水文地质工程地质，2008，35（4）：42-43.
[2]叶勇，谢新民，柴福鑫，赵全升.城市地下水应急供水水源地研究[J].水电能源科学，2010，28（1）：47-49.
[3]王凌芬，李洪文，胡伏生，殷昊.镇江市应急水源地规划评价[J].水资源保护，2011，27（1）：89-94.
[4]刘细元，马振兴，杨永革，王道英.南昌市地下水特征及其应急水源地分析[J].资源调查与环境，2006，27（1）：33-38.
[5] 湖南省张家界市区水文地质工程地质环境地质综合勘查报告[R].地矿部湖南地质矿产勘查开发局，1996.10.
[6] 魏子新等，上海城市地质[R].地质出版社，2010.
*第一作者简介：潘卓，男，1986年生，工学硕士，水工环工程师，长期从事城市地质调查及相关工作。E-mail：285755769@qq.com。
收稿日期：2020-09-10; 改回日期：2020-10-27。
