淄博市大武水源地三維可視化信息系統建設探析

邊農方，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西南，地勢南高北低，西南部為裸露灰巖補給區，北部為山前沖洪積平原，面積148 km2，主要包括辛店、大武、南仇三個富水地段，富水區面積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良水質，上世紀六十年代中期，齊魯石化公司選址建設在大武水源地上，并逐漸發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基地。多年來，依托齊魯石化公司，私營化工企業迅猛發展。據統計，大武水源地范圍內化工企業約400余家。這些化工企業與水源地富水地段空間分布基本一致，并且這些化工企業位于水源地裸露灰巖區邊沿地帶，地勢高于水源地富水地段。

2 技術層面存在的問題

上世紀80年代末90年代初，由于齊魯石化公司30萬t乙烯裝置直接建設在水源地西南部裸露灰巖補給區上，致使堠皋富水地段地下水遭受了石油類、芳烴類等有機物污染。

2010年以來，水源地東部個別水井出現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。

水源地及其補給區由數個斷塊構成，這些斷塊形成于不同時期，由于斷距及地層傾伏的差異性，導致每個斷塊地層產狀和地層組合不一致，含水層的埋深、地下巖溶發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。覆蓋區上覆松散地層厚度差別較大，南部10～20 m，北部深達100～200m；埋藏區上覆煤系地層分布不連續，有天窗存在。

由于水源地各斷塊含水層結構差異，巖溶水的補給來源、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為由南向北，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，相距30m的機井，水位差竟達50m。目前巖溶水在各斷塊內部的徑流模式是不清楚的。同時，由于大武水源地高強度的開采，產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度。

雖然大武水源地個別地段地下水受到污染，但各斷塊污染程度相差甚遠，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卻很好，一方面說明，本身污染源的分布不均勻，同時也說明，污染物質在地下水系統中的運移方向、運移強度差別很大。目前，污染源在巖溶水系統中的分布不清楚，污染物質在含水系統中的運移模式也不清楚。

要解決以上大武水源地水質污染的問題，需要借助淄博市大武水源地三維可視化信息系統，系統的建設可以全面分析、掌握大武水源地水質污染的原因，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200多眼水井進行了井下電視測量，水井孔隙水含水層及巖溶發育情況數據準確、形象直觀。大武水源地開采利用時間長，水井密度大，水位、水量、水質資料時間序列長，數據詳實可靠，有利于水源地地下水三維可視化系統的研究與建立。

大武水管處自1985年批準設立、1986年正式開展工作以來，在開源審批、單井計量、計劃用水、節約用水、水位觀測、水質監測、優化配置、水源保護等方面，做了大量的、卓有成效的工作，積累了豐富的資料和經驗，面對嚴峻的地面水環境現實，維持了大武水源地持續開采運行，確保了區域經濟社會的發展。這只隊伍能夠配合好有關科研單位開展大武水源地地下水三維可視化系統建設工作，并能保證其正常使用。

4 參數選取

以現有的各種勘探、試驗、測量和測試資料為基礎，開展水文地質調查、鉆探、物探、抽水試驗、示蹤試驗、地下水流向、流速測試、水位統測及動態監測、水土樣品采集與測試等實物工作，建立空間數據庫，依托空間數據庫、三維可視化技術和網絡技術，建立地質結構模型、地下水水流模型和水質模型為一體三維可視化信息系統。

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、地質及水文地質勘查成果資料、機民井勘探鉆孔資料、地下水開采系列資料、地下水位動態觀測系列資料、地下水水質分析系列資料，各工礦企業生產及排污系列資料、環評資料、高程測量、物探資料等。對收集的資料進行整理分析，對歷史水位資料繪制歷時曲線，對歷史水質資料進行重新評價，對鉆孔資料進行標準化處理，對地質資料進行重新分層，確定三維可視化地質結構“基本層”及層序，對水文地質資料進行分析，研究水文地質單元的邊界及斷裂構造的導水性、地下巖溶發育規律等。

4.2 遙感解譯

開展多時相1∶10000遙感解譯，選用高分辨率的Quickbird數據，遙感數據應為最新數據。包括地表植被、地貌、地質景觀、道路交通網絡及地上管線網絡，土地利用類型及垃圾處置場地、污水處理設施的分布、露天礦山分布及殘留山體形態、水土污染等環境地質問題與地質災害分布、規模、形態特征、危害及發展趨勢。

4.3 水文地質調查

水文地質調查主要包括機民井調查、泉水及地表水體調查、地層核實及斷裂構造位置調查。

4.4 物探

開展視電阻率聯合剖面及視電阻率垂向電測深測量兩種物探方法，以探明隱伏斷裂構造、第四系厚度、地下巖溶發育規律、地下排污管網的分布。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。部署視電阻率聯合剖面測量點1000個，視電阻率垂向電測深測量點1000個，AB極距2000m，點距20～100m，探測深度為500m。

4.5 水文地質鉆探

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

水文地質鉆孔設計理念為一孔多用，終孔進行抽水試驗，采集水樣，井內測量地下水流向和流速，并用于地下水動態觀測。

4.6 抽水試驗及地下水位觀測

對水力聯系不清的相鄰井孔或斷裂帶兩側井孔進行抽水試驗，掌握地下巖溶發育特征、斷裂帶導水性質、地下水富水性及水文地質參數。對全區可測的機民井共約200眼進行水位統測，每年枯水期、平水期和豐水期各測量一次，每年3次，共1200點次。全區布置地下水位動態觀測點50眼，每月觀測6次，連續觀測兩年，累計觀測7200點次。

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，彌補根據地下水水位觀測研究地下水流場精度不夠問題。購買美國最先進的地下水流向流速測試儀（GeoFlo/Model150），對施工的鉆孔及具備測試條件的鉆水井進行逐井測試，精確分析地下水流場，為地下水數值模擬打下堅實基礎。預計測試井數在50眼左右。

4.8 示蹤試驗

巖溶水地下水流十分復雜，為了進一步掌握地下水流場及不同塊段之間的水力聯系，部署幾組示蹤試驗，以便進一步研究確定。

4.9 水土樣品采集與測試

對全區機民井（150眼）進行水質及污染普查，采集全分析、重金屬及有機污染分析，研究地下水形成特征及變化規律。樣品以巖溶水為主，兼顧孔隙水，以水源地巖溶水為主，兼顧補給區及周邊巖溶水。取樣分析包括土壤樣品采集點、飲用水水質全分析和地下水的環境同位素分析。

4.10 高程測量

對所有水位統測點、動態監測點及施工的鉆孔均要求進行高程測量，采用GPS的E級網絡測量，測量點200點。

5 數據庫及三維可視化信息系統建設

建立集成地形地貌、地質構造、含水層、地下水位、水質等單一的數據信息為一體的空間數據庫。在此技術上建立地下水水流模型、水質模型、三維可視化結構模型，最后進行集成成為開放式的可視化信息系統，不僅可對地質結構進行可視、還可以直接“觀看”地下水流和水質運移。

大武水源地三維可視化信息系統最終將運行于淄博市水資源管理辦公室內部局域網和淄博市信息管理平臺，系統通過防火墻與互聯網相連。在淄博市水資源管理辦公室局域網內各級終端客戶機上部署大武水源地三維可視化信息系統C/S模塊，該模塊通過內網路由器，訪問水文地質數據庫，并利用系統功能實現數據的瀏覽、查詢、出圖、三維模型的構建與分析等功能；同時通過在局域網內部部署該系統模塊，安排專門的數據庫管理員來進行數據的維護與更新，確保水文地質項目數據的現實性。信息共享與社會化服務子系統（B/S）部署于Web服務器上，也可借助淄博的云計算中心，在內網訪問地質資料數據庫來實現遠程客戶端的請求，并通過外網（淄博市信息管理平臺）向社會發布各類水文地質公共信息，完成面向政府決策部門及社會公眾的信息服務。

6 結論

基于目前大武水源地在技術層面上存在的水質污染、水文地質和管理平臺建設，建設大武水源地三維可視化信息系統是必要的、可行的，是提升水源地地下水保護管理的創新。該系統的建設將為水源地地下水污染防治、地面水環境生態修復、工業企業水污染突發事件防控、水井開采布局和水資源優化配置等工作提供技術支撐，也將為創新國內同類型水源地地下水保護管理提供示范。