用水較小水源地取水合理性論證與分析

高 帥，李治軍，于 淼，李夢(mèng)宇

（1.黑龍江大學(xué)寒區(qū)地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江大學(xué)水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江大學(xué)中俄寒區(qū)水文和水利工程聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150080）

1 引言

如何解決水資源問題一直是我國(guó)面臨的嚴(yán)峻考驗(yàn)，水資源不足、水量分布不均、水質(zhì)惡化及水資源不合理開發(fā)利用造成的生態(tài)環(huán)境壓力越來越嚴(yán)重，面對(duì)這些問題，我國(guó)出臺(tái)了一系列舉措來應(yīng)對(duì)。其中水資源論證是解決水資源的合理開發(fā)利用、優(yōu)化配置及有效保護(hù)等問題的重要手段[1-4]。其中，人們對(duì)取水量較小水源地的水資源取用情況的關(guān)注程度往往低于取水量較大的水源地。但是，如果不對(duì)取水量較小水源地的數(shù)量加以管控，仍會(huì)對(duì)該區(qū)域的地下水資源量和其它的用戶造成影響[5-8]。

本文提出一種針對(duì)用水量較小水源地取水合理性論證簡(jiǎn)潔有效的思路與方法，并以黑龍江省慶安縣一座小型制藥廠為例，分別從論證目標(biāo)、約束條件和論證方法等方向出發(fā)，對(duì)其水源地取水合理性展開論證。

2 水資源論證思路與方法

2.1 論證目標(biāo)

論證用水較小水源地地下水水源地的合理性可以從兩個(gè)方向出發(fā)：（1）水源地可供水量。在不破壞論證區(qū)內(nèi)地下水資源和水環(huán)境的前提下，又不影響其他用戶水源地的權(quán)益，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理的取水構(gòu)筑物可開采出的水量；（2）水源地水質(zhì)。地下水的種類有很多，不是所有的都可以直接用來生產(chǎn)，只有少部分可滿足生產(chǎn)要求，大部分必須要經(jīng)過處理才能滿足生產(chǎn)水質(zhì)要求，這類水資源才是可利用的地下水量，才論證其可供水是否滿足供水需要[9]。

2.2 約束條件

根據(jù)水源補(bǔ)給量（Q補(bǔ)）與開采量（Q采）的關(guān)系，可將水源地分為三種類型，分別為穩(wěn)定型、調(diào)節(jié)型和消耗型[10]，見表1。

表1 水源地類型

由此可見，水量和水質(zhì)是進(jìn)行水資源論證的重要指標(biāo)，除此之外，在水源地長(zhǎng)期供水的情況下，地下水的水位降深、開采影響半徑是否在水源地允許范圍之內(nèi)，以及取水構(gòu)筑物的布置是否合理等問題都應(yīng)給予考慮。

2.3 論證方法

在對(duì)用水較小水源地進(jìn)行地下水水源地論證時(shí)，當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)資料和勘測(cè)資料都十分重要，并且必須要將這些資料同生產(chǎn)階段的要求相互結(jié)合，通過計(jì)算比較，選擇適當(dāng)?shù)恼撟C策略，才能達(dá)到較好的效果[11-12]?？刹捎萌缦路椒ㄟM(jìn)行論證：

（1）根據(jù)水文地質(zhì)條件，確定論證范圍；

（2）明確用水目的，選擇行業(yè)內(nèi)的地下水用水標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)；

（3）通過比較計(jì)算得出的地下水補(bǔ)給量和開采量，明確水源地類型，論證其供水能力；

（4）明確取水構(gòu)筑物的開采能力，并對(duì)其開采穩(wěn)定后的影響范圍進(jìn)行評(píng)價(jià)，以及對(duì)論證區(qū)內(nèi)的地下水資源和其他用戶用水權(quán)益的影響進(jìn)行論證。

3 慶安縣制藥廠供水水源地概況

論證區(qū)綏化市慶安縣坐落在黑龍江省的中部。流域?qū)儆诤籼m河中游地區(qū)，地處松嫩平原和小興安嶺余脈的交界處，年平均氣溫3.3℃，年平均降雨量620 mm，7 月～8 月為集中降雨期，無霜期在135 d～140 d，年平均日照在2500 h，最大凍土層深度2 m～2.14 m，年結(jié)凍期148 d。

制藥廠供水水源地位于縣域中部的平原上，縣內(nèi)地形東高西低，南高北低，平均海拔450 m 左右。取水水源主要為松散巖類孔隙水，該含水層以砂礫石、砂為主，厚度15 m～26 m，透水性較好，地下水含量豐富。

4 慶安縣制藥廠供水水源地論證

4.1 水文地質(zhì)條件

論證區(qū)上部40 m 左右的地層大致分為三層，由上到下分別是第四系下更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)及上更新統(tǒng)地層，下部主要為沉積的白堊系泥巖和砂巖；第四系河谷平原松散巖類孔隙水含水層是論證區(qū)內(nèi)的主要采水層。該含水層厚度約為25 m～32 m，根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆孔資料，該區(qū)含水層較其他河谷平原區(qū)顆粒粗大，滲透性強(qiáng)，水位埋深2.1 m～5.9 m，含水層滲透系數(shù)35 m/d～60 m/d，礦化度0.24 g/L～0.41 g/L，地下水化學(xué)類型主要為HCO3-Ca。

補(bǔ)給地下水的方式可大致分上游地下水側(cè)向徑流和大氣降水滲入兩種，此外，在地表河流發(fā)育地帶，豐水季節(jié)還會(huì)受到地表河水的側(cè)向補(bǔ)給。

4.2 論證范圍的確定

《建設(shè)項(xiàng)目水資源論證導(dǎo)則》（GB/T 35580-2017）是水利部出臺(tái)的水利行業(yè)的重要指導(dǎo)性文件，其中對(duì)地下水水資源論證范圍明確要求“水資源論證范圍必須涵蓋建設(shè)項(xiàng)目的所有區(qū)區(qū)劃，且應(yīng)為較為完整和相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，或者包括地下水水位降落漏斗并其影響的范圍稱之為取水水源地的論證范圍”考慮地下水源地取水對(duì)周圍的影響范圍、水文地質(zhì)勘察范圍、退水影響范圍等因素，本次論證范圍為以制藥廠為中心的矩形區(qū)域，總面積10 km2。

4.3 論證目標(biāo)

（1）對(duì)水源地地下水水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)；

（2）通過比較計(jì)算得出的地下水補(bǔ)給量和開采量，明確水源地類型；

（3）分析論證水源地長(zhǎng)期取水對(duì)論證區(qū)區(qū)域內(nèi)的地下水資源及其它用戶產(chǎn)生的影響。

4.4 論證方法

4.4.1 水質(zhì)

分別取論證區(qū)地下水監(jiān)測(cè)資料、《慶安縣水資源開發(fā)利報(bào)告》（1992 年）數(shù)據(jù)和慶安縣城市水源歷年地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料，按相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4.4.2 水量

論證區(qū)補(bǔ)給地下水的方式可大致分上游地下水側(cè)向徑流和大氣降水滲入兩種，此外，在地表河流發(fā)育地帶，豐水季節(jié)還會(huì)受到地表河水的側(cè)向補(bǔ)給。地下水的水資源量可采用補(bǔ)給法進(jìn)行計(jì)算。

降水入滲補(bǔ)給量（pr）計(jì)算公式如下：

式中：pr為年降水入滲補(bǔ)給量，萬m3；p 為年有效降水量，mm；α為年降水入滲補(bǔ)給系數(shù)；F 為計(jì)算面積，km2。

地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給計(jì)算公式如下：

式中：Q 為地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給量，m3/d；K 為補(bǔ)給邊界含水層滲透系數(shù)，m/d；I 為地下水水力坡度；B 為計(jì)算斷面寬度，m；M為含水層有效厚度，m。

4.4.3 影響

通過比較水源地取水量和論證區(qū)可開采地下水總量，并對(duì)含水層在長(zhǎng)期取水的情況下的補(bǔ)給能力進(jìn)行分析，明確其對(duì)水源地地下水資源的影響程度[13-14]。并且，當(dāng)?shù)氐墓こ虒?shí)踐經(jīng)驗(yàn)具有很好的可借鑒性，通過結(jié)合相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和理論分析。

水源地開采影響半徑的計(jì)算公式如下：

式中：R 為開采穩(wěn)定后的影響半徑，m；H 為潛水層厚度，m；S 為水位降深，m；K 為含水層滲透系數(shù)，m/d。

4.5 論證結(jié)果

4.5.1 水質(zhì)

論證區(qū)地下水以HCO3-Ca 為主，pH 值為6.49～7.68，呈弱堿- 弱酸性，礦化度不超過1 g/L，屬于低礦化度淡水，總硬度不超過300 mg/L，屬于硬水或微硬水。論證區(qū)地下水通過比對(duì)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006），水質(zhì)完全符合標(biāo)準(zhǔn)，滿足生產(chǎn)需要。

4.5.2 水量

結(jié)合論證區(qū)具體情況，確定滲透系數(shù)36.11 m/d，開采系數(shù)為0.85，含水層平均厚度為22.8 m，過水?dāng)嗝鎸挾?000 m，水力坡度為0.5‰，則大氣降水補(bǔ)給量、側(cè)向徑流補(bǔ)給量分別為61.67 萬m3/a、45.08 萬m3/a。論證區(qū)地下水總補(bǔ)給量為106.75×104m3/a。

可開采地下水總量為90.74 萬m3/a，選定的制藥廠取水規(guī)模為0.5×104m3/a，僅占多年平均地下水資源量的0.47%，屬于穩(wěn)定型水源地。

4.5.3 影響

本水源地實(shí)施后，水源地每年取用地下水0.5×104m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于論證區(qū)可開采地下水總量90.74 萬m3/a，占地下水可開采量的0.55%。水源地采水層厚度約為25 m～32 m，地下水含量豐富，含水層較其他河谷平原區(qū)顆粒粗大，滲透性強(qiáng)，補(bǔ)給量充足，且地下水水位降深小，不會(huì)對(duì)論證區(qū)內(nèi)的地下水環(huán)境造成影響。

計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)制藥廠以水量0.5×104m3/a 的流量取水時(shí)，當(dāng)取水構(gòu)筑物連續(xù)運(yùn)行30 a 時(shí)，地下水位最大降深0.2 m，抽水影響半徑為12 m。水位降深小，取水結(jié)束后水位易恢復(fù)，對(duì)地下水生態(tài)影響程度低。

5 結(jié)論

論證區(qū)內(nèi)，上游地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給和大氣降水滲入補(bǔ)給是地下水的主要補(bǔ)給來源，論證區(qū)平均地下水資源量106.75×104m3/a，可開采量90.74×104m3/a，而制藥廠生產(chǎn)需水量較小，取水規(guī)模僅為0.5×104m3/a，僅占多年平均地下水資源量的0.47%，屬于穩(wěn)定型水源地。當(dāng)制藥廠連續(xù)運(yùn)行30 a，地下水水位最大降深僅為0.2 m，抽水影響半徑為12 m。水位降深小，取水結(jié)束后水位易恢復(fù)，對(duì)地下水生態(tài)影響程度低。

黑龍江省慶安縣制藥廠水源地水質(zhì)和水量均可符合正常生產(chǎn)要求，論證區(qū)地下水資源和其它用戶的權(quán)益均不會(huì)產(chǎn)生影響。