用水較小水源地取水合理性論證與分析

高 帥，李治軍，于 淼，李夢宇

（1.黑龍江大學寒區地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江大學水利電力學院，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江大學中俄寒區水文和水利工程聯合實驗室，黑龍江 哈爾濱 150080）

1 引言

如何解決水資源問題一直是我國面臨的嚴峻考驗，水資源不足、水量分布不均、水質惡化及水資源不合理開發利用造成的生態環境壓力越來越嚴重，面對這些問題，我國出臺了一系列舉措來應對。其中水資源論證是解決水資源的合理開發利用、優化配置及有效保護等問題的重要手段[1-4]。其中，人們對取水量較小水源地的水資源取用情況的關注程度往往低于取水量較大的水源地。但是，如果不對取水量較小水源地的數量加以管控，仍會對該區域的地下水資源量和其它的用戶造成影響[5-8]。

本文提出一種針對用水量較小水源地取水合理性論證簡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、約束條件和論證方法等方向出發，對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

論證用水較小水源地地下水水源地的合理性可以從兩個方向出發：（1）水源地可供水量。在不破壞論證區內地下水資源和水環境的前提下，又不影響其他用戶水源地的權益，通過經濟技術合理的取水構筑物可開采出的水量；（2）水源地水質。地下水的種類有很多，不是所有的都可以直接用來生產，只有少部分可滿足生產要求，大部分必須要經過處理才能滿足生產水質要求，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

根據水源補給量（Q補）與開采量（Q采）的關系，可將水源地分為三種類型，分別為穩定型、調節型和消耗型[10]，見表1。

表1 水源地類型

由此可見，水量和水質是進行水資源論證的重要指標，除此之外，在水源地長期供水的情況下，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，以及取水構筑物的布置是否合理等問題都應給予考慮。

2.3 論證方法

在對用水較小水源地進行地下水水源地論證時，當地的水文地質資料和勘測資料都十分重要，并且必須要將這些資料同生產階段的要求相互結合，通過計算比較，選擇適當的論證策略，才能達到較好的效果[11-12]?？刹捎萌缦路椒ㄟM行論證：

（1）根據水文地質條件，確定論證范圍；

（2）明確用水目的，選擇行業內的地下水用水標準，對水質進行評價；

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

（4）明確取水構筑物的開采能力，并對其開采穩定后的影響范圍進行評價，以及對論證區內的地下水資源和其他用戶用水權益的影響進行論證。

3 慶安縣制藥廠供水水源地概況

論證區綏化市慶安縣坐落在黑龍江省的中部。流域屬于呼蘭河中游地區，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，年結凍期148 d。

制藥廠供水水源地位于縣域中部的平原上，縣內地形東高西低，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 水文地質條件

論證區上部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、中更新統及上更新統地層，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內的主要采水層。該含水層厚度約為25 m～32 m，根據區內鉆孔資料，該區含水層較其他河谷平原區顆粒粗大，滲透性強，水位埋深2.1 m～5.9 m，含水層滲透系數35 m/d～60 m/d，礦化度0.24 g/L～0.41 g/L，地下水化學類型主要為HCO3-Ca。

補給地下水的方式可大致分上游地下水側向徑流和大氣降水滲入兩種，此外，在地表河流發育地帶，豐水季節還會受到地表河水的側向補給。

4.2 論證范圍的確定

《建設項目水資源論證導則》（GB/T 35580-2017）是水利部出臺的水利行業的重要指導性文件，其中對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項目的所有區區劃，且應為較為完整和相對獨立的水文地質單元，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周圍的影響范圍、水文地質勘察范圍、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域，總面積10 km2。

4.3 論證目標

（1）對水源地地下水水質進行評價；

（2）通過比較計算得出的地下水補給量和開采量，明確水源地類型；

（3）分析論證水源地長期取水對論證區區域內的地下水資源及其它用戶產生的影響。

4.4 論證方法

4.4.1 水質

分別取論證區地下水監測資料、《慶安縣水資源開發利報告》（1992 年）數據和慶安縣城市水源歷年地下水水質監測資料，按相關行業標準進行評價。

4.4.2 水量

論證區補給地下水的方式可大致分上游地下水側向徑流和大氣降水滲入兩種，此外，在地表河流發育地帶，豐水季節還會受到地表河水的側向補給。地下水的水資源量可采用補給法進行計算。

降水入滲補給量（pr）計算公式如下：

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

地下水側向徑流補給計算公式如下：

式中：Q 為地下水側向徑流補給量，m3/d；K 為補給邊界含水層滲透系數，m/d；I 為地下水水力坡度；B 為計算斷面寬度，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可開采地下水總量，并對含水層在長期取水的情況下的補給能力進行分析，明確其對水源地地下水資源的影響程度[13-14]。并且，當地的工程實踐經驗具有很好的可借鑒性，通過結合相關的技術規范和理論分析。

水源地開采影響半徑的計算公式如下：

式中：R 為開采穩定后的影響半徑，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，m/d。

4.5 論證結果

4.5.1 水質

論證區地下水以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。論證區地下水通過比對《生活飲用水衛生標準》（GB 5749-2006），水質完全符合標準，滿足生產需要。

4.5.2 水量

結合論證區具體情況，確定滲透系數36.11 m/d，開采系數為0.85，含水層平均厚度為22.8 m，過水斷面寬度3000 m，水力坡度為0.5‰，則大氣降水補給量、側向徑流補給量分別為61.67 萬m3/a、45.08 萬m3/a。論證區地下水總補給量為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模為0.5×104m3/a，僅占多年平均地下水資源量的0.47%，屬于穩定型水源地。

4.5.3 影響

本水源地實施后，水源地每年取用地下水0.5×104m3，遠遠小于論證區可開采地下水總量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顆粒粗大，滲透性強，補給量充足，且地下水水位降深小，不會對論證區內的地下水環境造成影響。

計算結果表明，當制藥廠以水量0.5×104m3/a 的流量取水時，當取水構筑物連續運行30 a 時，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，取水結束后水位易恢復，對地下水生態影響程度低。

5 結論

論證區內，上游地下水側向徑流補給和大氣降水滲入補給是地下水的主要補給來源，論證區平均地下水資源量106.75×104m3/a，可開采量90.74×104m3/a，而制藥廠生產需水量較小，取水規模僅為0.5×104m3/a，僅占多年平均地下水資源量的0.47%，屬于穩定型水源地。當制藥廠連續運行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，取水結束后水位易恢復，對地下水生態影響程度低。

黑龍江省慶安縣制藥廠水源地水質和水量均可符合正常生產要求，論證區地下水資源和其它用戶的權益均不會產生影響。