淄博市大武水源地三維可視化信息系統(tǒng)建設(shè)探析

邊農(nóng)方，彭俊峰

（山東省淄博市大武水源管理處，山東 淄博 255400）

1 概況

大武水源地是我國北方罕見的特大型裂隙巖溶地下水水源地，是淄博市最重要的城市供水地下水水源地。水源地位于臨淄城區(qū)西南，地勢南高北低，西南部為裸露灰?guī)r補(bǔ)給區(qū)，北部為山前沖洪積平原，面積148 km2，主要包括辛店、大武、南仇三個(gè)富水地段，富水區(qū)面積43 km2。水源地允許開采量40萬m3/d，歷史最高開采量57萬m3/d左右。

緣于大武水源地充沛水量和優(yōu)良水質(zhì)，上世紀(jì)六十年代中期，齊魯石化公司選址建設(shè)在大武水源地上，并逐漸發(fā)展壯大成為以石油煉制為龍頭的國家特大型石油化工生產(chǎn)基地。多年來，依托齊魯石化公司，私營化工企業(yè)迅猛發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大武水源地范圍內(nèi)化工企業(yè)約400余家。這些化工企業(yè)與水源地富水地段空間分布基本一致，并且這些化工企業(yè)位于水源地裸露灰?guī)r區(qū)邊沿地帶，地勢高于水源地富水地段。

2 技術(shù)層面存在的問題

上世紀(jì)80年代末90年代初，由于齊魯石化公司30萬t乙烯裝置直接建設(shè)在水源地西南部裸露灰?guī)r補(bǔ)給區(qū)上，致使堠皋富水地段地下水遭受了石油類、芳烴類等有機(jī)物污染。

2010年以來，水源地東部個(gè)別水井出現(xiàn)了不同程度的氨氮污染，污染范圍南起齊魯石化公司勝利煉油廠煉4#水井，北至淄博天潤供水有限公司齊園7#水井，呈條帶狀展布。

水源地及其補(bǔ)給區(qū)由數(shù)個(gè)斷塊構(gòu)成，這些斷塊形成于不同時(shí)期，由于斷距及地層傾伏的差異性，導(dǎo)致每個(gè)斷塊地層產(chǎn)狀和地層組合不一致，含水層的埋深、地下巖溶發(fā)育特征也存在較大差異。含水層既有裸露型，也有覆蓋型和埋藏型。覆蓋區(qū)上覆松散地層厚度差別較大，南部10～20 m，北部深達(dá)100～200m；埋藏區(qū)上覆煤系地層分布不連續(xù)，有天窗存在。

由于水源地各斷塊含水層結(jié)構(gòu)差異，巖溶水的補(bǔ)給來源、徑流方向及速度、排泄方式均存在差異，巖溶水總體徑流方向?yàn)橛赡舷虮?，但局部徑流方向千差萬別，如位于水源地西南部的王寨盆地內(nèi)，相距30m的機(jī)井，水位差竟達(dá)50m。目前巖溶水在各斷塊內(nèi)部的徑流模式是不清楚的。同時(shí)，由于大武水源地高強(qiáng)度的開采，產(chǎn)生地下水位降落漏斗，部分改變了地下水的徑流方向和徑流強(qiáng)度。

雖然大武水源地個(gè)別地段地下水受到污染，但各斷塊污染程度相差甚遠(yuǎn)，甚至截然不同，如堠皋富水地段污染已有25年，相距約3 km的西夏富水地段水質(zhì)卻很好，一方面說明，本身污染源的分布不均勻，同時(shí)也說明，污染物質(zhì)在地下水系統(tǒng)中的運(yùn)移方向、運(yùn)移強(qiáng)度差別很大。目前，污染源在巖溶水系統(tǒng)中的分布不清楚，污染物質(zhì)在含水系統(tǒng)中的運(yùn)移模式也不清楚。

要解決以上大武水源地水質(zhì)污染的問題，需要借助淄博市大武水源地三維可視化信息系統(tǒng)，系統(tǒng)的建設(shè)可以全面分析、掌握大武水源地水質(zhì)污染的原因，從而提出解決方法。

3 可行性分析

大武水源地分布著300多眼深井，成井資料齊全。2014年，對(duì)200多眼水井進(jìn)行了井下電視測量，水井孔隙水含水層及巖溶發(fā)育情況數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、形象直觀。大武水源地開采利用時(shí)間長，水井密度大，水位、水量、水質(zhì)資料時(shí)間序列長，數(shù)據(jù)詳實(shí)可靠，有利于水源地地下水三維可視化系統(tǒng)的研究與建立。

大武水管處自1985年批準(zhǔn)設(shè)立、1986年正式開展工作以來，在開源審批、單井計(jì)量、計(jì)劃用水、節(jié)約用水、水位觀測、水質(zhì)監(jiān)測、優(yōu)化配置、水源保護(hù)等方面，做了大量的、卓有成效的工作，積累了豐富的資料和經(jīng)驗(yàn)，面對(duì)嚴(yán)峻的地面水環(huán)境現(xiàn)實(shí)，維持了大武水源地持續(xù)開采運(yùn)行，確保了區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。這只隊(duì)伍能夠配合好有關(guān)科研單位開展大武水源地地下水三維可視化系統(tǒng)建設(shè)工作，并能保證其正常使用。

4 參數(shù)選取

以現(xiàn)有的各種勘探、試驗(yàn)、測量和測試資料為基礎(chǔ)，開展水文地質(zhì)調(diào)查、鉆探、物探、抽水試驗(yàn)、示蹤試驗(yàn)、地下水流向、流速測試、水位統(tǒng)測及動(dòng)態(tài)監(jiān)測、水土樣品采集與測試等實(shí)物工作，建立空間數(shù)據(jù)庫，依托空間數(shù)據(jù)庫、三維可視化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型、地下水水流模型和水質(zhì)模型為一體三維可視化信息系統(tǒng)。

4.1 資料收集

收集大武水源地及其周邊水文和氣象系列資料、地質(zhì)及水文地質(zhì)勘查成果資料、機(jī)民井勘探鉆孔資料、地下水開采系列資料、地下水位動(dòng)態(tài)觀測系列資料、地下水水質(zhì)分析系列資料，各工礦企業(yè)生產(chǎn)及排污系列資料、環(huán)評(píng)資料、高程測量、物探資料等。對(duì)收集的資料進(jìn)行整理分析，對(duì)歷史水位資料繪制歷時(shí)曲線，對(duì)歷史水質(zhì)資料進(jìn)行重新評(píng)價(jià)，對(duì)鉆孔資料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，對(duì)地質(zhì)資料進(jìn)行重新分層，確定三維可視化地質(zhì)結(jié)構(gòu)“基本層”及層序，對(duì)水文地質(zhì)資料進(jìn)行分析，研究水文地質(zhì)單元的邊界及斷裂構(gòu)造的導(dǎo)水性、地下巖溶發(fā)育規(guī)律等。

4.2 遙感解譯

開展多時(shí)相1∶10000遙感解譯，選用高分辨率的Quickbird數(shù)據(jù)，遙感數(shù)據(jù)應(yīng)為最新數(shù)據(jù)。包括地表植被、地貌、地質(zhì)景觀、道路交通網(wǎng)絡(luò)及地上管線網(wǎng)絡(luò)，土地利用類型及垃圾處置場地、污水處理設(shè)施的分布、露天礦山分布及殘留山體形態(tài)、水土污染等環(huán)境地質(zhì)問題與地質(zhì)災(zāi)害分布、規(guī)模、形態(tài)特征、危害及發(fā)展趨勢。

4.3 水文地質(zhì)調(diào)查

水文地質(zhì)調(diào)查主要包括機(jī)民井調(diào)查、泉水及地表水體調(diào)查、地層核實(shí)及斷裂構(gòu)造位置調(diào)查。

4.4 物探

開展視電阻率聯(lián)合剖面及視電阻率垂向電測深測量兩種物探方法，以探明隱伏斷裂構(gòu)造、第四系厚度、地下巖溶發(fā)育規(guī)律、地下排污管網(wǎng)的分布。主要布置在王寨盆地、金嶺斷裂帶、金東斷裂帶、矮槐樹斷裂帶、淄河斷裂帶、邊河斷裂帶、坡子地塹等處地面建筑物較少，施工條件許可的地段。部署視電阻率聯(lián)合剖面測量點(diǎn)1000個(gè)，視電阻率垂向電測深測量點(diǎn)1000個(gè)，AB極距2000m，點(diǎn)距20～100m，探測深度為500m。

4.5 水文地質(zhì)鉆探

在充分收集現(xiàn)有鉆孔資料的基礎(chǔ)上，于鉆孔資料少，水文地質(zhì)條件不清的部位，布置部分水文地質(zhì)鉆孔。定井原則有：①井孔稀少、水文地質(zhì)條件不清之處；②水文地質(zhì)單元邊界兩側(cè)或一側(cè)與已有井形成對(duì)孔；隱伏斷裂兩側(cè)或一側(cè)與已有井形成對(duì)孔；④重要污染源下游或重要地下排污管道下部；⑤煤系地層下部灰?guī)r（控制深度500m）。

水文地質(zhì)鉆孔設(shè)計(jì)理念為一孔多用，終孔進(jìn)行抽水試驗(yàn)，采集水樣，井內(nèi)測量地下水流向和流速，并用于地下水動(dòng)態(tài)觀測。

4.6 抽水試驗(yàn)及地下水位觀測

對(duì)水力聯(lián)系不清的相鄰井孔或斷裂帶兩側(cè)井孔進(jìn)行抽水試驗(yàn)，掌握地下巖溶發(fā)育特征、斷裂帶導(dǎo)水性質(zhì)、地下水富水性及水文地質(zhì)參數(shù)。對(duì)全區(qū)可測的機(jī)民井共約200眼進(jìn)行水位統(tǒng)測，每年枯水期、平水期和豐水期各測量一次，每年3次，共1200點(diǎn)次。全區(qū)布置地下水位動(dòng)態(tài)觀測點(diǎn)50眼，每月觀測6次，連續(xù)觀測兩年，累計(jì)觀測7200點(diǎn)次。

4.7 地下水流向、流速測試

地下水的流向測試是分析地下水流場的重要指標(biāo)，彌補(bǔ)根據(jù)地下水水位觀測研究地下水流場精度不夠問題。購買美國最先進(jìn)的地下水流向流速測試儀（GeoFlo/Model150），對(duì)施工的鉆孔及具備測試條件的鉆水井進(jìn)行逐井測試，精確分析地下水流場，為地下水?dāng)?shù)值模擬打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。預(yù)計(jì)測試井?dāng)?shù)在50眼左右。

4.8 示蹤試驗(yàn)

巖溶水地下水流十分復(fù)雜，為了進(jìn)一步掌握地下水流場及不同塊段之間的水力聯(lián)系，部署幾組示蹤試驗(yàn)，以便進(jìn)一步研究確定。

4.9 水土樣品采集與測試

對(duì)全區(qū)機(jī)民井（150眼）進(jìn)行水質(zhì)及污染普查，采集全分析、重金屬及有機(jī)污染分析，研究地下水形成特征及變化規(guī)律。樣品以巖溶水為主，兼顧孔隙水，以水源地巖溶水為主，兼顧補(bǔ)給區(qū)及周邊巖溶水。取樣分析包括土壤樣品采集點(diǎn)、飲用水水質(zhì)全分析和地下水的環(huán)境同位素分析。

4.10 高程測量

對(duì)所有水位統(tǒng)測點(diǎn)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測點(diǎn)及施工的鉆孔均要求進(jìn)行高程測量，采用GPS的E級(jí)網(wǎng)絡(luò)測量，測量點(diǎn)200點(diǎn)。

5 數(shù)據(jù)庫及三維可視化信息系統(tǒng)建設(shè)

建立集成地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、含水層、地下水位、水質(zhì)等單一的數(shù)據(jù)信息為一體的空間數(shù)據(jù)庫。在此技術(shù)上建立地下水水流模型、水質(zhì)模型、三維可視化結(jié)構(gòu)模型，最后進(jìn)行集成成為開放式的可視化信息系統(tǒng)，不僅可對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行可視、還可以直接“觀看”地下水流和水質(zhì)運(yùn)移。

大武水源地三維可視化信息系統(tǒng)最終將運(yùn)行于淄博市水資源管理辦公室內(nèi)部局域網(wǎng)和淄博市信息管理平臺(tái)，系統(tǒng)通過防火墻與互聯(lián)網(wǎng)相連。在淄博市水資源管理辦公室局域網(wǎng)內(nèi)各級(jí)終端客戶機(jī)上部署大武水源地三維可視化信息系統(tǒng)C/S模塊，該模塊通過內(nèi)網(wǎng)路由器，訪問水文地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，并利用系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的瀏覽、查詢、出圖、三維模型的構(gòu)建與分析等功能；同時(shí)通過在局域網(wǎng)內(nèi)部部署該系統(tǒng)模塊，安排專門的數(shù)據(jù)庫管理員來進(jìn)行數(shù)據(jù)的維護(hù)與更新，確保水文地質(zhì)項(xiàng)目數(shù)據(jù)的現(xiàn)實(shí)性。信息共享與社會(huì)化服務(wù)子系統(tǒng)（B/S）部署于Web服務(wù)器上，也可借助淄博的云計(jì)算中心，在內(nèi)網(wǎng)訪問地質(zhì)資料數(shù)據(jù)庫來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程客戶端的請(qǐng)求，并通過外網(wǎng)（淄博市信息管理平臺(tái)）向社會(huì)發(fā)布各類水文地質(zhì)公共信息，完成面向政府決策部門及社會(huì)公眾的信息服務(wù)。

6 結(jié)論

基于目前大武水源地在技術(shù)層面上存在的水質(zhì)污染、水文地質(zhì)和管理平臺(tái)建設(shè)，建設(shè)大武水源地三維可視化信息系統(tǒng)是必要的、可行的，是提升水源地地下水保護(hù)管理的創(chuàng)新。該系統(tǒng)的建設(shè)將為水源地地下水污染防治、地面水環(huán)境生態(tài)修復(fù)、工業(yè)企業(yè)水污染突發(fā)事件防控、水井開采布局和水資源優(yōu)化配置等工作提供技術(shù)支撐，也將為創(chuàng)新國內(nèi)同類型水源地地下水保護(hù)管理提供示范。