杭州市龍塢地下水應(yīng)急水源地開發(fā)利用潛力評價

劉思秀,黎 偉, 朱曉曦

(浙江省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院,浙江 杭州 310007)

應(yīng)急水源地主要為突發(fā)性事件供水,如在恐怖襲擊、自然災(zāi)害(如特枯年、連續(xù)干旱、地質(zhì)災(zāi)害,等)、水污染等非常規(guī)事件發(fā)生時進行供水[1-4]。杭州市水系發(fā)達,地表水資源豐富,錢塘江為主要的供水水源,但隨著城市化進程的加快,常出現(xiàn)地表水遭受突發(fā)性污染和遭遇特枯水期等極端情況,水源危機逐步凸現(xiàn)，如,2011年6月4日,杭州市建德境內(nèi)杭新景高速公路上苯酚槽罐車泄漏,導(dǎo)致新安江受污染,下游沿線的桐廬自來水廠、桐廬七里隴水廠、江北水廠、江南水廠、東梓自來水廠等被迫停止取水,使55.22萬居民用水受到影響。地表水污染的突發(fā)性和易污性是影響供水的主要因素。相對于地表水,地下水具有含水層分布范圍廣、直接受短期氣象因素的影響較小、供水保證程度高、水質(zhì)優(yōu)良、不易遭受污染、取水設(shè)施不易受損等諸多優(yōu)勢[5-10],是最為理想和可靠的應(yīng)急供水水源。

杭州市地下水可分為孔隙潛水和承壓水、巖溶水、基巖裂隙水等[11]，其中，孔隙承壓水以咸水為主,其余以淡水為主。開采孔隙承壓水易導(dǎo)致地面沉降,開采巖溶水易引發(fā)地面塌陷,而杭州市基巖裂隙水資源較貧乏。杭州市分布于山麓溝谷區(qū)的孔隙潛水,水量豐富,水質(zhì)符合飲用水的標(biāo)準(zhǔn),且補給充足。筆者應(yīng)用含水層疏干原則,選擇具有代表性的龍塢地區(qū)進行地下水應(yīng)急水源地開發(fā)潛力的評估研究,旨在為地方政府部門提供決策依據(jù),為杭州市規(guī)劃應(yīng)急水源地提供參考。

圖1 杭州市龍塢孔隙潛水水源地情況

1 應(yīng)急水源地的確定

考慮杭州市城市規(guī)模和布局,以及日常城鎮(zhèn)居民平均生活用水量,根據(jù)應(yīng)急供水的特殊性,結(jié)合地下水水源地的規(guī)模等級劃分標(biāo)準(zhǔn),地下水應(yīng)急水源地應(yīng)當(dāng)符合3個條件:①水量豐富,在應(yīng)急狀態(tài)下日開采量大于5 000 m3,按人均100 L/d估算,至少可以解決附近5萬居民的應(yīng)急供水;②開采條件良好,取水方便,離供水區(qū)域距離較近,輸水便捷;③水質(zhì)為淡水,符合或經(jīng)簡單處理后符合GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。

依據(jù)上述條件,杭州市龍塢地區(qū)可確定為應(yīng)急水源地。

2 龍塢水源地水文地質(zhì)特征

龍塢水源地位于杭州市西湖區(qū)龍塢鎮(zhèn),屬于山麓溝谷區(qū)沖洪積、沖積地貌(圖1)。含水層主要由全新統(tǒng)沖積砂卵石(alQ4)組成,結(jié)構(gòu)松散,沿現(xiàn)代河床呈條帶狀展布,埋藏較淺,厚度3～10 m,面積3.76 km2,靜止水位埋深0.5～3.0 m。在古河道中心位置水量較豐富,單井涌水量(大口徑井以3m降深計)大于1 000 m3/d，水質(zhì)為淡水,符合GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求,可以作為供水水源。地下水主要接受大氣降水的入滲補給,其次接受上游基巖裂隙水的補給。地下水徑流條件較好,主要以蒸發(fā)的方式排泄,其次供人工開采和補給平原區(qū)的潛水和承壓水。

3 龍塢水源地地下水的開采與水位動態(tài)

3.1 地下水開采歷史與現(xiàn)狀

龍塢水源地的地下水主要以集中供水的方式開采,1998年以前有開采井3眼,即原周家埭農(nóng)灌6號井(現(xiàn)為龍塢水廠井)、原船校7號井和甘溪頭井。現(xiàn)有地下水開采井4眼,即龍塢水廠、葛衙莊、葉埠橋、外桐塢,至2007年12月仍在開采。地下水開采量1986—1997年為153.67萬m3/a,1998—2007年為114.98萬m3/a,地下水開采量基本保持平衡。

3.2 地下水水位動態(tài)

龍塢水源地地下水流向北西至南東,水力坡度約0.003～0.005,靜止水位埋深接近地表,約0.5～3.0 m。據(jù)《杭州市之江國家旅游度假區(qū)供水水文地質(zhì)評價報告》,周家埭農(nóng)灌6號井年內(nèi)水位變幅為1.0～1.5 m。據(jù)葉埠橋井水位監(jiān)測資料,年內(nèi)最高水位埋深為1.58 m(2007-03-16),最低水位埋深為2.96 m(2007-08-26),年內(nèi)水位變幅為1.38 m,動態(tài)變化不大,說明區(qū)域內(nèi)地下水補給來源充分(圖2)。

圖2 葉埠橋井水位動態(tài)變化曲線

4 龍塢水源地地下水水質(zhì)評價

4.1 地下水水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)與方法

表1 龍塢水源地2007年地下水主要水質(zhì)指標(biāo)情況

注：船校7號：ρ(Fe2+)+ρ(Fe3+)<0.04 mg/L,周家埭6號：ρ(Fe2+)+ρ(Fe3+)<0.02 mg/L,之江1號：ρ(Fe2+)+ρ(Fe3+)=2.2 mg/L。

龍塢水源地地下水水質(zhì)量分析結(jié)果見表1。按GB/T 14848—93《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,對龍塢水源地地下水水質(zhì)進行綜合質(zhì)量評價,并按GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》進行超標(biāo)組分情況分析。地下水綜合質(zhì)量評價方法如下:

a. 確定各單項組分的環(huán)境質(zhì)量類別及分值Fi。單項組分分類標(biāo)準(zhǔn)見GB/T14848—93《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,單項組分質(zhì)量類別評分標(biāo)準(zhǔn)為:Fi=0,Ⅰ類水;Fi=1,Ⅱ類水;Fi=3,Ⅲ類水;Fi=6,Ⅳ類水;Fi=10,Ⅴ類水。Ⅰ類水主要反映地下水化學(xué)組分的天然低背景含量,適用于各種用途;Ⅱ類水主要反映地下水化學(xué)組分的天然背景含量,適用于各種用途;Ⅲ類水以人體健康基準(zhǔn)值為依據(jù),主要適用于集中式生活飲用水水源及工農(nóng)業(yè)用水;Ⅳ類水以農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水要求為依據(jù),除適用于農(nóng)業(yè)和部分工業(yè)用水外,適當(dāng)處理仍可作為生活飲用水;Ⅴ類水不宜飲用。

b. 計算綜合評分值F。綜合評分值F的計算公式為

(1)

(2)

c. 確定地下水質(zhì)量級別。根據(jù)綜合評分值F的大小,確定地下水質(zhì)量級別:F<0.8,Ⅰ(優(yōu)良);0.8≤F<2.5,Ⅱ(良好);2.5≤F<4.25,Ⅲ(較好);4.25≤F<7.20,Ⅳ(較差);F≥7.20,Ⅴ(極差)。優(yōu)良、良好、較好級均符合國家飲用水標(biāo)準(zhǔn),能滿足各類不同功能的用水要求;而較差級、極差級水的水質(zhì)明顯不佳,未經(jīng)處理,不宜飲用,可按要求作為工業(yè)用水或養(yǎng)殖用水水源。

4.2 評價結(jié)果

龍塢水源地總體水質(zhì)良好,通過對水源地的龍塢水廠、葉埠橋2眼代表性井的水質(zhì)進行化驗分析,發(fā)現(xiàn)其地下水質(zhì)量級別為II級淡水,水質(zhì)優(yōu)良,各項指標(biāo)符合GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求。據(jù)《杭州市之江國家旅游度假區(qū)供水水文地質(zhì)評價報告》,對船校7號、周家埭6號(即現(xiàn)龍塢水廠井)、之江1號井的水質(zhì)進行化驗分析[12],結(jié)果表明,除之江1號井鐵錳含量略高,局部pH值略偏低,為Ⅳ級水外,其余均符合國家GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求,并且水質(zhì)動態(tài)穩(wěn)定,可以作為應(yīng)急供水水源,而對局部錳含量略高的水可采用除鐵錳裝置予以處理。

5 龍塢水源地地下水開采潛力評估

本研究主要根據(jù)現(xiàn)有開采井的開采現(xiàn)狀,在地下水位允許的臨界范圍內(nèi)評估地下水的可開采潛力。龍塢水源地水質(zhì)優(yōu)良,補給速度快,因此,在遭遇突發(fā)異常情況出現(xiàn)供水緊缺時,在應(yīng)急供水期間內(nèi)可采用加大地下水位降深的方式加大地下水開采強度。地下水應(yīng)急開采資源按地下水區(qū)域平均水位下降5 m進行計算，計算公式為

Q急=Q儲+Q補=μΔhF+BKIH

(3)

式中:Q急為地下水應(yīng)急開采量,萬m3;Q儲為地下水儲存量,萬m3;Q補為地下水側(cè)向徑流補給量,萬m3;μ為給水度,取μ=0.3;Δh為地下水水位變幅,取Δh=5 m;F為含水層分布面積,取F=3.76 km2;B為垂直水流方向的斷面寬度,取B=500 m;K為含水層滲透系數(shù),取K=130 m/d;I為天然狀態(tài)下的地下水水力坡度,經(jīng)計算得I=0.005;H為計算斷面處含水層的飽水厚度,取H=6 m。

計算結(jié)果為:龍塢水源地地下水每年應(yīng)急開采量為635.18萬m3,其中地下水儲存量Q儲為564.00萬m3,地下水側(cè)向徑流補給量Q補為71.18萬m3。按人均100 L/d估算,可解決附近約17萬居民的應(yīng)急供水。

龍塢水源地現(xiàn)有地下水開采井4眼,即龍塢水廠、葉埠橋、葛衙莊、外桐塢。4眼井總開采量為114.98萬m3,日均開采量為3 150 m3。若恢復(fù)利用已廢棄的2眼井(原船校7號井、甘溪頭),加上現(xiàn)有的4眼井,按其單井的額定泵量開采,則整個龍塢水源地6眼地下水井供水量可達4 553 m3/d。為了達到高效利用龍塢水源地的目的,根據(jù)已有生產(chǎn)井的分布及含水層水文地質(zhì)特征,可在沿葛衙莊—甘溪頭—周家埭一線布置水井3眼(設(shè)1，設(shè)2，設(shè)3),設(shè)計單井涌水量約1 000 m3/d,新增的3眼井可增加供水量為3 000 m3,預(yù)計本地區(qū)日供水量可達13 260 m3(表2)。

表2 生產(chǎn)井基本情況

龍塢水源地屬河谷孔隙潛水水源地,基巖為志留系和泥盆系粉砂巖、砂巖。河谷孔隙潛水直接受降水補給,埋藏淺,補給豐沛,地下水可以“以豐補歉”,在雨季可迅速得到恢復(fù),即使進行地下水疏干性開采，也不會產(chǎn)生環(huán)境地質(zhì)問題,但應(yīng)建立水源地保護區(qū),防止人為活動對地下水產(chǎn)生污染。

6 結(jié) 語

a. 龍塢水源地含水層厚度大,埋藏淺,水質(zhì)優(yōu)良,地下水資源豐富,在維持現(xiàn)狀開采的條件下,地下水水位基本保持平衡,但在突發(fā)應(yīng)急狀態(tài)下,為盡可能滿足周邊居民的生活用水,考慮在疏干狀態(tài)下，即水位下降5m的條件下,可開采資源為每年635.18萬m3,平均每天17 400 m3,但在現(xiàn)狀4口井的開采條件下,日均開采量僅為3 150 m3,占可開采資源量的18.1%,需要考慮新增開采井。因此,為合理布設(shè)開采井,應(yīng)先查明區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)條件,根據(jù)不同水文地質(zhì)單元的水文地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)約束因素確定開采井的井位、井距、井深等,制定應(yīng)急開采方案,采用最優(yōu)開采方案,達到最合理、最大量地應(yīng)急供水的目的。

b. 龍塢水源地應(yīng)急開采潛力較大,進行疏干性開采,不會產(chǎn)生環(huán)境地質(zhì)問題;局部地區(qū)水中鐵錳含量超標(biāo),對短期應(yīng)急供水影響不大,如長期供水時可采用除鐵錳裝置處理。

c. 為保障優(yōu)質(zhì)的水源,在充分開采利用龍塢水源地的條件下,應(yīng)制定相應(yīng)的環(huán)境保護措施,建立水源地保護區(qū)和衛(wèi)生防護帶,防止污染源入侵。

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