寧波市蛇蟠島應急水源地建設與環境效應

吳炳華,周慶勝,潘小青,林德懷

(1.浙江省水文地質工程地質大隊,浙江寧波 315012;2.寧波市國土資源局,浙江寧波 315042)

寧波市蛇蟠島應急水源地建設與環境效應

吳炳華1,周慶勝1,潘小青1,林德懷2

(1.浙江省水文地質工程地質大隊,浙江寧波 315012;2.寧波市國土資源局,浙江寧波 315042)

在評價寧波市蛇蟠島淡水資源量的基礎上,估算其應急供水規模。通過構建地下水數值模型,預測在應急開采條件下地下水位恢復能力,并對應急開采產生的地下水降落漏斗、地面沉降和咸水入侵等環境效應進行了評價。結果表明,蛇蟠島地下淡水具有應急水源地建設可行性,為該地區進一步勘查應急水源地提供了依據。

應急水源地;地下水;開采潛力;環境效應;數值模型;寧波市

如何提高城市用水安全,是當前城市建設面臨的一項緊迫任務。應急水源地是指在連續干旱或發生水安全事件導致供水困難的情況下,為解決居民基本生活用水而采用的一種非常規的臨時供水水源地[1]。應急水源地建設是確保城市用水安全的物質基礎,也是保持城市社會穩定與發展的內在要求。

寧波市供水水源以地表水為主(占總供水量的98.4%),城市用水安全問題突出。一方面,供水水量受自然因素制約非常大,長時間不降雨可能造成供水困難,如2013年7月寧波遭受嚴重高溫干旱天氣,導致全市大中型水庫蓄水量減少2.37億m3,317座山塘干涸,全市6.44萬人出現飲水困難,近133 km2農田受旱;另一方面,供水水質易遭受污染,這是地表水源供水的通病,近年來水污染事件屢見報端,如四川沱江、廣東北江、松花江、青衣江、太湖等水源地都發生過水污染事件[2-3]。這些情況一旦出現,則會造成不同程度的用水危機,威脅城市公共安全,嚴重時甚至破壞社會和諧穩定。

相比于地表水的豐枯易變、易受污染、易遭受破壞的脆弱性,地下水具有儲存量穩定、水質不易受污染、水源不易遭破壞等優點,即使在遭遇極端自然災害、環境污染、戰爭等特殊情況下,也能保證在一定時期內連續穩定供水。因此,地下水是最為理想的應急供水水源[]。

根據寧波市海岸帶地質環境調查成果,海岸帶地區蘊藏著豐富的地下水資源,其中蛇蟠島地區存在一處地下淡水體,資源量豐富,具有應急水源地建設研究意義。

1 蛇蟠島地下淡水體概況

蛇蟠島南臨旗門港蛇蟠水道,北界寧海雙盤涂、青山港,西靠寧海縣一市鎮,東為三門縣(圖1)。蛇蟠島淡水體位于寧波市寧海縣南部的蛇蟠涂圍墾區,跨越寧海、三門兩縣海域,分布面積約41 km2。

蛇蟠島地下淡水體含水巖組為上更新統下組(Q31)沖積、沖(洪)積圓礫、礫砂,分布于古河道,頂板標高-60.96~-27.05 m,層厚1.7~38.5 m,平均層厚25 m;水位埋深0.76~2.30 m,單井涌水量達2100~5 300 m3/d,富水性極豐富,水質為淡水,地下水質符合GB5749—2006《生活飲用水衛生標準》I~III類水質標準。

蛇蟠島地下淡水體水質類型以Cl·HCO3-Mg ·Na·Ca、Cl·HCO3-Na·Mg為主,根據蘇林分類,淡水r Na+/Cl-以大于1為主,部分小于1,說明一部分淡水曾受到過海水入侵的影響[5-6],淡水是后期接受河谷平原區孔隙潛水補給沖淡,屬于“沖淡型”淡水體,南、北側為微咸水-咸水。

2 蛇蟠島地下淡水資源量評價

地下水資源評價的計算方法很多,諸如解析法、統計學方法、開采抽水試驗法、水均衡法及數值法等,其中解析法最為常用,筆者采用解析法作為本次地下水資源量計算方法。

2.1 水文地質參數計算

根據地區經驗,蛇蟠島淡水體給水度取0.31[7]。根據蛇蟠島地區水文地質鉆孔S1(帶觀測孔)和S2抽水試驗數據(圖1),采用非穩定流完整井泰斯公式[8],運用Aquifer Test軟件計算得到S1孔滲透系數為8.7 m/d,彈性釋水系數為3.98×10-4;S2孔滲透系數為27.9 m/d,彈性釋水系數為5.58× 10-4,推算到蛇蟠島地下淡水含水層平均滲透系數為18.0 m/d,彈性釋水系數為4.5×10-4。

2.2 地下水資源量計算

a.靜儲存量計算。對于深層承壓含水層,孔隙含水介質中的靜儲存量計算公式為式中:Q靜儲為孔隙水靜儲存量,萬m3;μS為給水度,取0.31;M為含水層平均厚度,取25 m;F為淡水體的分布面積,取41 km2。可得蛇蟠島淡水體靜儲存量為31 775萬m3。

b.彈性儲存量計算。對于深層承壓含水層,孔隙含水介質中的彈性儲存量計算公式為

圖1 蛇蟠島地下淡水位置分布

式中:Q彈儲為孔隙水彈性儲存量,萬m3;μ'S為彈性釋水系數,取4.5×10-4;MH為含水層水位至含水層頂板的厚度,取44 m。可得蛇蟠島淡水體彈性儲存量為81.18萬m3。

c.可開采資源量計算。應急水源地是在應急狀態下啟動,優先滿足居民基本生活用水需求,迫不得已時可超采地下水,但應設定相應的環境約束條件,以一定環境損失量來換取儲存資源量[9]。

由于蛇蟠島地下淡水體南、北側為微咸-咸水,開采地下水會導致咸水入侵、淡水體范圍縮小,因此,該淡水體不能進行疏干型開采。根據研究區的水文地質條件,結合寧波平原地區地面沉降和地下水位觀測資料分析,確定該淡水體最大開采降深為40 m[10]。地下水可采資源量計算公式為

式中:Q開為地下水可采資源量;S1為開采區內設定的平均水位降深,取40 m。可得蛇蟠島淡水體可開采資源量為73.8萬m3。

3 蛇蟠島地下淡水應急開采潛力評價

3.1 應急供水規模估算

根據GB/T 50331—2002《城市居民生活用水量標準》(表1),應急狀態下居民基本生活日用水量取551.8 m3/(萬人·d)。

表1 居民家庭生活人均日用水量調查統計m3/(萬人·d)

基于利用與保護兼顧的原則,確定開采水位降深40 m進行應急供水規模估算。結果表明,連續開采30 d,可供給44.7萬人的基本生活用水;連續開采60d,可供給22.4萬人的基本生活用水,具有較大的應急開采潛力。

3.2 地下水位恢復能力評價

以蛇蟠島淡水體為中心,選擇一個完整的水文地質單元構建地下水數值模型(圖2),進行地下水位恢復能力模擬。根據蛇蟠島地區水文地質條件及居民用水規模,圈定蛇蟠島為中型地下水應急水源地[11],假設以開采量2萬m3/d(平均分配于6口抽水井)、連續開采30 d為開采方案,預測應急開采1年后地下水位動態特征見圖3。研究表明,應急開采1年后地下水位基本得到恢復(圖4),地下水補給條件和恢復能力較優越。

圖2 蛇蟠島地下水數值模型

圖3 應急開采條件下地下水位等值線

圖4 應急開采1年后地下水位等值線

4 蛇蟠島地下淡水應急開采環境效應評價

開采地下水往往會形成區域水位降落漏斗,從而會引起地面沉降、咸水入侵等環境地質問題。基于地下水數值模型,預測分析在應急開采情況下可能產生的區域水位降落漏斗、地面沉降及咸水入侵等環境效應(圖5~7)。研究表明,在應急開采條件下,降落漏斗中心地下水位降深為18~21 m,地下水位降深大于10 m的漏斗區面積約12.7 km2;地面沉降中心區沉降量為11~12 mm,沉降量大于5 mm的地面沉降區面積約7.8 km2;固形物為1 g/L的質量濃度前鋒向淡水區推移了65 m。由此可見,地下水應急開采會造成一定程度的地質環境效應,但其危害性較小,環境損失量在可承受范圍之內。

圖5 應急開采條件下地下水位降深分區

圖6 應急開采條件下地面沉降分區

圖7 應急開采條件下咸水入侵示意圖

5 結 論

a.蛇蟠島地下淡水水質良好,淡水體分布范圍廣,含水層厚度大,地下水資源豐富,其靜儲存量達31775萬m3,彈性儲存量達81.18萬m3,可開采資源量為73.8萬m3,可圈定為中型地下水應急水源地。

b.蛇蟠島淡水體以開采水位降深40 m控制,連續開采30 d,可供給44.7萬人的基本生活用水;連續開采60 d,可供給22.4萬人的基本生活用水,具有較大的應急開采潛力。

c.根據地下水數值模擬結果,地下水在應急開采1年后地下水位基本得到恢復,其補給條件和恢復能力較優越;應急開采情況下產生區域水位降落漏斗、地面沉降及咸水入侵等環境效應較小。

蛇蟠島淡水體具備應急水源地建設可行性,建議進行進一步的供水水文地質勘查,為水源地初步設計提供依據。

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Research of emergency water source area construction and environmental effect evaluation for Shepan Island of Ningbo City

WU Binghua1,ZHOU Qingsheng1,PAN Xiaoqing1,LIN Dehuai2
(1.Zhejiang Institute of Hydrogeology and Engineering Geology,Ningbo 315012,China; 2.Ningbo Municipal Bureau of National Land and Resources,Ningbo 315042,China)

In this study,the emergency water supply capacity of the Shepan Island in Ningbo City was estimated based on comprehensive evaluation of the freshwater resources on this island.A groundwater numerical model was established to predict the groundwater level recovery capabilities in emergency exploitation conditions.In addition,the environmental effects such as groundwater depression cones,land subsidence,and saltwater intrusion were evaluated. The results show that it is feasible to construct the emergency water source area on the Shepan Island.This study provides a basis for further exploration of emergency water sources in the area.

emergency water source area;groundwater;exploitation potential;environmental effects;numerical model;Ningbo City

P641.8

A

1004-6933(2017)03 0038 04

2016- 0712 編輯:王 芳)

10.3880/ji.ssn.1004-6933.2017.03.008

吳炳華(1982—),男,高級工程師,主要從事水文地質、工程地質和環境地質調查與研究。E-mail:43019996@qq.com