南衙水厂项目开采地下水论证分析

2022-08-18孙丽杨莉刘亚坤程艳华

河南水利与南水北调 2022年7期

孙丽，杨莉，刘亚坤，程艳华

1.桐柏县应急管理局，河南桐柏 474750；2.桐柏县农业农村局，河南桐柏 474750；3.金龙水利工程（河南）有限公司，河南商丘 476000

1 基本情况

南衙水厂工程位于伊川县北部滨河新区拓展区，东北距南衙村约400 m，南距朱村约500 m，东距S238约600 m，建筑总面积2 364 m2，水源采用地下水，取水水源为6 眼大口井，其中1眼备用，井15～20 m，井直径5 m，单井取水量80 m3/h，总取水规模0.95×104（m3/d）。

2 地下水水源论证

2.1 地下水动态

2.1.1 水位动态

漫滩区由于基本没有取用地下水，地下水位较稳定，水位埋深小于4 m，一级阶地区水位埋深基本在5 m以上，在村庄附近，由于开采量较大，水位埋深在7～8 m，因村民用水量较稳定，故水位埋深变化不大。

2.1.2 水质动态

南衙水厂水源地附近地下水为无色、无味、无臭、透明的淡水，为重碳酸钙型，矿化度0.72～0.89（g/L），PH 值7.25～7.40。根据取水化验和以往水质分析资料，地下水中各中离子含量变化不大，水质稳定。

2.2 地下水资源量分析

2.2.1 参数的确定

为了提高水源地开采量保证率，计算参数采用干旱年的数据。①水源地面积1 000 hm2；②降水渗入系数a采用水位降3 m，取0.20（根据省内均衡试验场的资料）；③降雨量采用伊川县干旱年降雨量346.60 mm；④灌溉回渗系数β，采用豫东试验数据。一般为0.10，虽然在开采状态下可能变小，但考虑开采深度不大，仍采用0.10；⑤灌溉定额根据洛阳灌溉研究所数据，粮食产地400（m3/亩·a），考虑到调查区灌溉程度较低，采用300（m3/亩·a）；⑥地下水水力坡度Ⅰ：据调查区实测数据，结合伊河阶地资料为5×10-3；⑦蒸发强度ε：伊川县干旱年数据2.30；⑧蒸发系数E：据省观测资料水位埋深3 m 取1.30×10-2。仅伊河岸边水位埋深3 m。

2.2.2 资源量计算

2.2.2.1 补给量计算：

式中：F—补给区面积（m2）；a—降雨渗入系数；P—降雨量（M）。

计算得Q雨渗=0.19×104（m3/d）。

式中：β—灌溉回渗系数；X—浇灌定额（m3/亩·a）。

计算得Q灌渗=7×102（m3/d）。

式中：K—渗透系数（m/d）；I—水力坡度；B—径流宽度（m）5 000；M—含水层厚度（m）。

计算得Q径=1.72×104（m3/d）。

④伊河侧渗量：按设计水量开采，中心井降深较小，动水位与伊河水位基本持平，故伊河侧渗量为0，待以后加大开采量，伊河会侧渗补给附近地下水。

2.2.2.2 消耗量计算

式中：ε—蒸发强度；E—蒸发系数；F—蒸发面积。

计算得Q蒸=0.44×104（m3/d）。

2.2.2.3 地下水资源量

经计算地下水资源量为1.54×104（m3/d）。

2.3 地下水可开采量的计算

2.3.1 开采井布置

为了最大限度地取伊河侧渗补给量，同时为防止汛期涨水对开采井的影响，开采井布于伊河漫滩和一级阶地交叉附近，距伊河岸边400 ～2 000 m，可分为2排井间距500 ～1 200 m。

2.3.2 干扰井出水量的计算

式中：L—开采区周长8 200 m；η—系数1.06。

计算结果R=1 384 m。

通过计算有3 眼井受到干扰最大，井距分别是500 m 和600 m。计算结果总干扰系数∑a=0.19，小于0.25，在允许范围内。单井出水量99（m3/h），经干扰后计算单井出水量为80（m3/h）。

2.3.3 开采量的计算：

水厂供水设计开采量0.95×104（m3/d），按每眼出水量1 920（m3/d）计算，需布井6眼，其中备用井1眼，井直径2.50 m。

计算总开采量为0.96×104（m3/d），400（m3/h）。大于建水厂供水设计开采量0.95×104（m3/d），水量满足要求。

2.4 开采后地下水水位预测

式中：S（中心井）—中心井的水位降深（m）；ri—计算井的距离（m）；r’i—计算虚井的距离（m）；Q—单井出水量（m3/d）；K—渗透系数（m/d）。

计算结果：S（中心井）=0.90 m。

再加上中心井1号井本身抽水降深，采用实测水位降深平均值1.21 m，中心井总降深为2.11 m。鉴于井排位于两侧供水边界之间，成井结构，出水量基本相似，只计算一排中心井的水位降深。

2.5 开采量保证程度的评价

水源地开采量保证程度是通过开采条件下的补给量来评价和论证开采量的保证程度。水源地开采量为0.95×104（m3/d），开采条件下的总补给量为1.54×104（m3/d），从计算结果，补给量大于开采量，所以水源地0.95×104（m3/d）的开采量，是有保证的，预测井排中心井水位降深2.11 m，加上静止水位3.74 m左右，动水位5.85 m，供水井平均15 m 深，开采后水位降深没有超过1/2的含水层厚度。

2.6 地下水水质评价

2.6.1 饮用水评价

取2 组水样进行化验，根据化验结果，论证区地下水为无色、无味、无臭、透明的淡水，水温约16 ℃，化学类型按舒卡列夫分类法分为两大类：大部分为HCO3·SO4-Ca型，毒理指标、感官性状、一般化学指标等均符合国家生活饮用水卫生标准的规定，总硬度高于标准要求，硫酸根水源地东部高于标准要求。

2.6.2 工业用水水质评价

①成垢作用是指锅炉内水煮沸时，水中所含的一些离子、化合物可以相互作用而生成沉淀，依附于锅炉壁上形成锅垢。锅垢厚了不仅使锅炉壁不易传热，浪费燃料，而且易使金属炉壁过热化，引起锅炉爆炸。②锅炉壁的腐蚀作用主要是指由于锅炉内水中的氢置换铁使锅炉壁受到损坏而产生腐蚀。氢离子存在于水中，加之水汽增高时，其中弱基性盐类的水解也产生部分游离氢，同时，溶于水中的气体CO2和H2S均有微弱的腐蚀性。

南衙水厂水源地地下水属于锅垢很多、中等沉淀物、半起泡、腐蚀性水。此水不能作为锅炉用水，需做一系列处理，符合一般锅炉用水水质评价指标后才能使用。

2.7 取水可靠性分析

伊川县南衙水厂水源地位于伊河漫滩和一级阶地内，水源井有一排3眼位于在漫滩和一级阶地的交界处，其他为与一级阶地。根据伊川县南衙水厂水源地水文地质，水源井有3眼位于富水区，另外3 眼位于中等富水区。经计算，枯水年南衙水厂水源地开采量为9.50×103（m3/d）时，总补给量为1.54×104（m3/d）。计算时用的是枯水年的降水数据，故实际可开采量大于1.54×104（m3/d）。预测井排中心井水位降深2.11 m，加上静止水位3.74 m，动水位5.85 m，供水井平均15 m深，开采后水位降深没有超过1/2 的含水层厚度，所以水源地9.50×103（m3/d）的开采量是有保证的。另外，当开采时水位降深较多时，会激发伊河向附近地下水侧渗补给，增加地下水的总补给量。因此，水源地开采量是可靠的。附近地下水水位不会发生持续下降现象，地下水水质也不会发生明显变化，对附近居民生产、生活用水影响轻微。