北京市怀柔应急备用水源地开采动态初步研究（李宇）

摘要：通过对怀柔应急备用水源地动态监测工作的总结, 细致深入地分析了备用水源应急开采年地下水水位下降情况与对取水区的影响程度在应急水源动态监测管理方式、监测成果以及续采方案论证等诸多方面进行了归纳和论述总结了怀柔应急备用地下水源地动态监刚、预测评价与管理保护等方面的若干经验, 为北京市科学化管理和保护应急水源提供可鉴建议。

关键词：备用水源地 续采方案 应急措施 研究

1 工作回顾

北京市怀柔应急备用水源地是为在特枯水年或连续干旱年份保障北京市区有序供水而提出的应急供水措施。该应急备用水源工程自2003年8月底快速建成并网应急供水至今已经2年, 日均供水33多万m3, 有效地缓解了城区供水的紧张局面, 在城市供水中发挥着重要作用。

在备用水源并网供水的同时, 首先开展了为期1个月的开采性抽水试验工作备用水源应急开采后, 取水区地下水流场发生了较大的变化, 根据水位下降与影响范围扩展情况, 补充了部分监测孔, 建立了涵盖农业开采层(40m左右)、工业生活开采层(0-120m)、备用水源2个取水层(40-120m与120-250m)的分层监测系统, 监测类型包括农业、工业、生活用井与备用水源专门观测井60余眼。监测范围扩及到密云、顺义等地区, 控制面积400余km2。同时对42眼水源井进行了水位、水质、水量的观测,适时有效地监控包括取水区在内的密怀顺平原区地下水动态变化规律以及流场的扩展趋势。为确保水源地的正常安全运行并客观评价对当地取水系统的影响, 在水源方面组织安排了如下几项工作首先, 成立了由京引备用水源管理所、怀柔区水资源局与地质专业单位共同组成的备用水源地下水动态监测小组, 在组织机构上保障了该项工作的有序进行。第二, 根据备用水源开采后地下水的下降与影响范围的扩展情况, 建立并完善了水源地地区分层监测系统, 区域上扩大到密怀顺平原全区, 内容上补充完善了动态监测网并将水源区主要污染源纳入监测范围。同时, 编制了动态监测规程, 并按此规程规范进行动态监测工作。第三, 完成并提交了2004年度应急备用水源地开采动态监测报告与2005年影响预测评价报告, 客观准确地评价了备用水源连续开采年对取水区造成的实际影响;同时, 对2005年汛前地下水水位进行了预测, 为区县政府做好2005年汛前工农业及生活用水准备, 为提供科学化管理的水平,研制开发了应急水源地办公自动化与信息管理系统软件。在备用水源开采期间, 以定期沟通的方式及时解决应急开采中出现的问题, 针对部分水源井超设计过载运行出现的诸如个别水源井降幅过大等影响正常供水与水井使用寿命因素进行了分析, 提出了依照设计标准通过加设变频装置控制单井出水量的建议, 以此改善目前水源井超负荷运转的不良状况。市京密引水管理处管理方将开采动态监测作为备用水源一项非常重要的基础工作, 形成了一套行之有效的动态监侧管理方式。通过对开采过程中地下水动态变化趋势的适时监测与深入研究, 修正和完善开采预测模型, 客观评价对取水区的影响, 探索本区孔隙水资源的应急开采能力, 为备用水源的科学化管理、保护与稳定持续开采提供技术支持。

2 开采动态

2.1 开采量

备用水源自2003年8月30日开始供水, 到2003年底实现总供水量4014.5551万m3。到2004年8月31日, 总供水量12123.4751万m3, 见图1。

2.2 地下水水位

根据本区地下水位长期动态变化曲线，可以看出，在1999年以前，地下水处于平衡状态。自1999年至2003年8月备用水源开采之前，由于连续干旱，本区地下水一直处于持续下降状态，年均下降2-3m，水位埋深达14—20m，为历史最低水位。随着备用水源应急开采，地下水降速加剧。一直到2004年6月以来，由于丰水期间连续降水，地下水位降幅变缓。

流场分析，2003年8月30日开采前，区域地下水总流向为由西北向东南。到2004年8月30日，地下水流向由北、西北、西南指向水源地中心区两河至南年丰一带。区内地下水水力坡度由2003年8月的0.5‰—0.8‰增加到2004年8月30日，庙城至两河的水力坡度达2.9‰，而其它地区水力坡度0.6‰—1.0‰。

2.3 水质变化

本区地下水水化学类型为HCO3-—Ca2+·Mg2+型，深、浅水源井水质完全符合国家生活饮用水标准，并具有低钠、低硬度、低矿化度的水质特点，是优质的生活饮用水源。通过水质对比，浅井水质好于农业开采井，深井水质好于浅井。经过长达1年开采，水源深井的水质未出现明显变化，水源浅井的矿化度和硬度变化逐步趋向一致。值得注意的是，水源地地区沿怀河、雁栖河、沙河沿岸分布有多处生活、工业污水排放口和养殖小区、养殖场，除庙城污水处理厂外，其他污水未经处理直接排放到河道，对水源地形成严重的威胁。目前已经纳入监测。

3 实际影响评价（2003年8月—2004年8月）

在2001年完成的可研报告中的预测，在初始状态、开采现状、运行方案等诸多方面与备用水源应急起用时的实际情况存在差异。可研中的预测条件是假定在经历3个连续枯水年后启用，初始水平年选择2001年年底水位（水位埋深8-10m），并以当年取水区的工农业开采为基准，开采方案按照设计启用20对40眼水源井（1对2眼备用）考虑，开采规模按33万m3/d计，2004年按枯水年（降水量476mm）最不利的气候条件假设。但实际情况则不然。

3.1 取水区补给开采条件变化分析

（1）降水量的变化：本区自1999年开始，连续干旱，1999年至2003年多年平均降水量为511.4mm。2004年度取水区降水量增多，1至8月份降水量为568.7mm，比2003年同期增加223.9mm，见图4。

（2）地下水开采量的变化：怀柔平原区地下水开采量年均8000万m3左右，2003年以后，平原区地下水开采量开始减小。2004年1-8月份总开采量为4248万m3，比2003年同期减少1230万m3，见图5。

3.2 地下水位下降情况评述

备用水源连续开采1年集中取水区地下水位平均累计下降6.85m, 最大累计下降8.58m;平均埋深21m左右。水源地外围区地下水位平均累计下降5m左右。

备用水源开采1年, 实际水位可研中的预测减少了2一3m。主要原因是2004年取水区内大气降水量的增加和地下水开采量的减少, 使得区内地下水位下降变缓。

3.3 对取水区农业用井影响评述

在进行连续开采1年影响程度评价时, 在综合分析区内地下水位动态变化特征的基础上, 首先确定出备用水源开采造成的区内地下水位的降深值。根据累计水位降深情况, 将影响降深幅度划分大于6m、5一6m、小于5m3个级别。影响范围则是根据2003年8月30日和2004年8月30日的地下水位累计降深值, 按照影响降深大于6m、5一6m、小于5m3个级别圈定。影响程度包括影响井的个数和井深。本次工作是按乡镇进行统计, 将所调查的工农业及生活用水井, 按照井的使用类型与井深情况分类, 然后根据实际影响, 统计平原各乡镇影响井数。经统计评价, 备用水源开采1年, 怀柔平原区20一30m深的农业浅井余眼需要更新,而30一40m深的农业机井380余眼无法正常使用。

4 预测与续采方案

通过连续1年动态监测与开采量调查, 适时掌握区域地下水水位变化规律, 总结分析开采过程备用水源区地下水流场的变化特征。根据开采中充分暴露出的水文地质条件, 修正了水文地质概念模型, 完善了地下水流数值模型,并经连续开采1年的动态资料进行了验证校核, 为水务管理部门制定2005年汛前取水区人畜安全用水方案, 利用模型对2005汛前水位下降与影响情况进行了预测评价。

4.1 2005年汛前取水区地下水水位预刚

预报前, 首先根据1915一1999年实际降水资料, 通过建立长时间序列降水量概率统计方法得出预报时期内的各种保证率下的降水量。针对应急水源地建成后, 可能的开采运行情况, 对水源地开采进行预报评价。备用水源按现有规模开采, 再继续开采1年(按枯水年降水476mm考虑), 预测最大下降中心将出现在唐自口、小杜两河一线,影响降深12一18m(包括区域水位下降), 其中影响降深大于10m的范围约8km2。

4.2 续采方案设计

目前正着手进行备用水源开采方案研究论证工作, 根据需要, 设计将从持续稳定开采、调整控制开采、停采备用3方面进行方案比选。为客观而准确地预测评价续采后地下水位下降与影响程度, 在综合研究分析开采动态监测资料的同时, 补充开采量调查, 采用同位素分析方法, 研究论证以地下水动态、同位素技术和地下水数值模拟为工具, 深入分析浅层承压水和深层承压水的补排关系, 进一步完善地下水流模拟模型。按原有规模1.2亿m3/a、调减至0.8亿m3/a、调减至1.4亿m3/a, 继续采1年, 模拟在不同降水条件下丰、平、枯水位下降与影响程度, 从对取水区用水系统的影响程度、第四系孔隙水调蓄与承载能力、地下水涵养回补效益等诸多方面, 本着本地区第四系孔隙水资源的可持续利用出发, 在继续加强地下水分层监测工作的同时, 补充同位素水化学方面的综合分析研究工作, 进一步完善地下水流数值模型, 深入探讨应急开采规模与年限, 通过比选确定优选方案。目前, 该项工作正在积极进行之中。

5 结语

鉴于备用水源是一种在非常情况下起用的特殊类型的水源地, 特别是在连续干旱年份启用, 是对取水区第四系孔隙地下水资源承载能力的考验。继续加强动态监测工作并在开采中不断深化对地下水储存资源、第四系含水层承载能力的认识。在日后备用水源续采、维护、管理与保护上, 提出如下建议。

(1)按照设计标准, 备用水源应急开采到2005年8月底,将完成连续开采2年的供水设计目标。停采后则将长期备用,所以, 应着手做好如下几项工作①认真做好2005年动态监测工作, 综合评价备用水源实际开采年对当地地下水的影响。同时继续开展2006年监测工作, 重点对停采后水源地地区地下水位的回补情况进行评估, 为水源地长期备用和再次应急起用提供基础依据。②制定水源地长期备用维护方案与水源保护措施重点对各水源井进行检测和必要的维护工作, 并提出年度维护建议。③制定水源地应急启用预案, 将其纳人到城市公共应急体系中—供水方面予以考虑。重点在起用时机、安全运行、开采规模与时限上进行方案编制。

(2)城区供水的严峻形势, 若要继续开采, 则应着手进行如下工作①深入细致地做好备用水源持续开采方案的研究论证工作。预设若干开采方案(维持原规模开采、调减开采), 预测评价在不同的降水情形下(丰、枯、极枯水年)、不同的开采布局下, 水位降幅与影响程度。②方案比选优化后, 制定运行方案, 提出完善措施, 确保正常供水。③在另辟水源方面, 建议对取水区南部地区实施基岩地下水勘查, 评价其开采潜力。

(3)在备用水源合理运行和科学化管理上, 应做好如下工作①调整水源井开采运行方式, 采用变频措施, 调整下泵深度, 控制单井水量, 改善水源井的运行状况②建立备用水源卫生防护区, 制定水源保护条例, 加强水源地地区污水处理、排放控制③着手开展人工回补措施的制定与实施, 涵养水源, 确保本地区地下水资源的可持续利用。

作者简介：李宇（1971-）, 男, 高级工程师。

来源：《北京水利》2005.5