楊國強(qiáng) 李云 姜月華 劉紅櫻 金陽

摘要：應(yīng)急水源地作為突發(fā)性事件導(dǎo)致供水困難情況下解決城市水源危機(jī)而采用的一種非常規(guī)的臨時供水水源，是城市用水安全與社會穩(wěn)定發(fā)展的重要保障。以寧波市具代表性的大嵩江流域?yàn)槔?，從合理利用與有效增加地下淡水資源角度出發(fā)，提出了“溝谷型”、“封存型”淡水水源地與地下淡水庫建設(shè)相結(jié)合的區(qū)域地下水應(yīng)急供水模式，并對大嵩江流域塘溪溝谷潛水、咸祥平原Ⅱ承壓封存淡水體應(yīng)急水源地與Ⅰ承壓含水層地下淡水庫建設(shè)條件進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：塘溪溝谷潛水與咸祥平原Ⅱ承壓封存淡水體應(yīng)急開采潛力較大，具有應(yīng)急水源地建設(shè)可行性;咸祥平原Ⅰ承壓含水層地下淡水庫建庫條件好，可通過區(qū)域水資源人工調(diào)蓄有效增加地下淡水資源量。多類型地下水水源地相結(jié)合的應(yīng)急供水模式可充分挖掘和合理利用區(qū)域地下淡水資源潛力，為寧波市應(yīng)急供水保障體系建設(shè)提供參考。

關(guān) 鍵 詞：地下水;應(yīng)急水源地;地下淡水庫;寧波市;大嵩江流域

中圖法分類號：P641.8

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-4179（2021）09-0046-06

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.09.008

0 引 言

隨著中國城市化進(jìn)程的加快，城市水源遭遇特枯水期、突發(fā)性污染等極端情況引發(fā)的水源危機(jī)逐步顯現(xiàn)[1-2]。應(yīng)急水源地作為突發(fā)性事件導(dǎo)致供水困難情況下解決居民基本生活用水而采用的一種非常規(guī)的臨時供水水源[3]，在應(yīng)對城市重大水污染、大規(guī)模嚴(yán)重缺水等情況時發(fā)揮著不可替代的作用，是城市用水安全與社會穩(wěn)定發(fā)展的重要保障。地下水由于具有分布范圍廣、水源不易遭破壞、儲存量穩(wěn)定以及水質(zhì)不易受污染等優(yōu)勢，在遭遇極端情況時仍能確保一定時期內(nèi)連續(xù)穩(wěn)定供水，是最為理想和可靠的應(yīng)急供水水源[4]。

寧波市供水水源單一，地表水占比達(dá)98%以上，用水安全問題突出[5];寧波市基巖山區(qū)裂隙普遍不發(fā)育，平原區(qū)地下水廣受海水入侵影響[6]，地下淡水資源量相對缺乏;同時，受區(qū)域地層、水文地質(zhì)等條件影響，不合理開采地下水易引發(fā)環(huán)境地質(zhì)問題[7]。因此，充分挖掘和科學(xué)開發(fā)地下淡水資源潛力，優(yōu)化應(yīng)急水源地建設(shè)，對于寧波城市穩(wěn)定與發(fā)展具有重要意義。本文在寧波都市圈（南部）1∶50 000環(huán)境地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上，以寧波市具代表性的大嵩江流域?yàn)槔?，通過系統(tǒng)分析流域水文地質(zhì)特征，探索性地從合理利用與有效增加地下淡水資源角度出發(fā)，提出“溝谷型”、“封存型”淡水水源地與地下淡水庫建設(shè)相結(jié)合的區(qū)域地下水應(yīng)急供水模式，并進(jìn)行應(yīng)急水源地與地下淡水庫建設(shè)條件分析，可為寧波城市應(yīng)急供水保障體系建設(shè)提供參考。

1 研究區(qū)概況

寧波市地處東海之濱，是中國東南沿海的重要港口城市，是長江三角洲南翼經(jīng)濟(jì)中心和國家歷史文化名城。區(qū)域地貌類型主要為低山丘陵和濱海平原。全市水系發(fā)育，分布受地質(zhì)構(gòu)造控制，與山脈走向大致相同，其中大嵩江流域位于寧波市東南沿海，象山港北側(cè)，面積約193 km2，地形總體兩面環(huán)山、中間平原、一面臨海，為區(qū)域具獨(dú)立性、完整性的水文地質(zhì)單元（見圖1）。流域內(nèi)大嵩江全長約33 km，流經(jīng)塘溪溝谷、咸祥平原，后注入象山港海灣，為獨(dú)流入海河流。

2 大嵩江流域水文地質(zhì)條件

大嵩江流域地下水類型主要為基巖裂隙水、松散巖類孔隙潛水和孔隙承壓水。根據(jù)區(qū)域1∶50 000環(huán)境地質(zhì)調(diào)查與供水水文地質(zhì)勘探[8-9]，流域各類型地下水分布與礦化度（TDS）、富水性等特征如表1和圖2所示。

其中，基巖裂隙水主要賦存于風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙中，水質(zhì)良好，但區(qū)域基巖裂隙不發(fā)育，水量貧乏;主要接受大氣降水補(bǔ)給，大部分就地排泄，常以下降泉的形式補(bǔ)給地表水，泉流量一般小于0.1 L/s。

孔隙潛水主要分布于山間溝谷區(qū)和濱海咸祥平原。其中溝谷區(qū)孔隙潛水主要賦存于第四系沖積、沖洪積的砂礫（卵）、含黏性土砂礫（卵）石層，結(jié)構(gòu)松散，沿現(xiàn)代河床呈條帶狀展布，埋藏淺，水質(zhì)良好;主要接受大氣降水垂直入滲補(bǔ)給，與溝谷河流呈互補(bǔ)互排，徑流條件較好，排泄以蒸發(fā)為主。區(qū)內(nèi)溝谷分布較多，其中塘溪溝谷含水層面積較大，達(dá)7.6 km2，厚度2～10 m，靜水位埋深0.5～3.0 m，單井涌水量普遍>1 000 m3/d，水量豐富;其余溝谷面積普遍小于0.5 km2，為富水地段但儲水總量較小。平原區(qū)孔隙潛水主要賦存于濱海相黏性土層，含水量小且水質(zhì)較差。

孔隙承壓水主要分布于濱海咸祥平原，按地層時代、水力特征及水質(zhì)差異等可劃分為Ⅰ、Ⅱ兩層，巖性主要為砂礫（卵）石、含黏性土砂礫（卵）石及中細(xì)砂;水質(zhì)與富水性分別受海水入侵與古河道展布影響。在山前平原地區(qū)淺層孔隙承壓水與河谷孔隙潛水連結(jié)，可接受河谷孔隙潛水補(bǔ)給;平原中部孔隙承壓水徑流基本處于停滯狀態(tài)，缺乏現(xiàn)代水補(bǔ)給。其中，Ⅰ承壓含水層均為（微）咸水，水質(zhì)差，含水層分布面積約49.2 km2，厚度2.6～29.4 m，富水性好，單井涌水量普遍大于500 m3/d，沿古河道單井涌水量可達(dá)1 000 m3/d以上;Ⅱ承壓含水層分布面積約36.4 km2，厚度1.2～24.3 m，受含水層黏性土含量及膠結(jié)程度影響，富水性差異大，沿古河道呈相對封閉的含水構(gòu)造，封存型淡水體分布，與外界水力聯(lián)系弱，面積約9.4 km2，單井涌水量普遍大于500 m3/d。

3 地下水應(yīng)急供水模式

3.1 水源地選取

由于應(yīng)急供水的特殊性，宜選擇地下水應(yīng)急開采潛力大、水質(zhì)及開采條件良好的區(qū)域作為應(yīng)急水源地。根據(jù)大嵩江流域水文地質(zhì)條件，區(qū)內(nèi)基巖裂隙水水量貧乏;溝谷分布較多，但僅塘溪溝谷含水層面積較大，水量豐富，且水質(zhì)良好;平原區(qū)孔隙潛水水量小，水質(zhì)差;孔隙承壓水受海水入侵影響，地下水水質(zhì)普遍為（微）咸水，僅Ⅱ承壓含水層沿古河道封存型淡水體分布，單井涌水量普遍大于500 m3/d。因此，本次研究根據(jù)流域水文地質(zhì)特征，選取的地下水水源地主要為塘溪溝谷潛水與咸祥平原Ⅱ承壓封存淡水體。其中塘溪溝谷潛水埋藏淺，補(bǔ)給速度快，應(yīng)急供水期內(nèi)可進(jìn)行疏干性開采而不產(chǎn)生環(huán)境地質(zhì)問題，但應(yīng)綜合考慮含水層恢復(fù)能力，避免生態(tài)環(huán)境問題;Ⅱ承壓封存型淡水體由于南、北兩側(cè)為（微）咸水，同時上部濱海相軟土分布，因此應(yīng)急開采受淡水體范圍縮小及地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問題制約。

此外，地下水庫作為利用天然地下儲水空間興建的具有攔蓄、調(diào)節(jié)和利用地下水流作用的一種特殊的水庫[10-11]，能有效解決城市供水緊張及未來應(yīng)急安全供水需求，其建設(shè)條件主要包括補(bǔ)給能力、補(bǔ)給水源、取水條件、儲水空間等[12-13]。流域內(nèi)咸祥平原Ⅰ承壓含水層儲水空間大，沿古河道富水性、導(dǎo)水性好，人工開采條件下可迅速接受上游溝谷孔隙潛水補(bǔ)給，具備良好的地下淡水庫建庫條件。

3.2 地下水應(yīng)急供水模式

根據(jù)流域地下水類型多樣但淡水資源量相對缺乏的現(xiàn)狀，從合理利用與有效增加地下淡水資源角度出發(fā)，選取塘溪溝谷潛水、咸祥平原Ⅱ承壓封存淡水體及Ⅰ承壓含水層為水源地，提出了以開采約束條件較少的“溝谷型”潛水及受環(huán)境地質(zhì)問題制約的“封存型”承壓淡水為應(yīng)急水源地，同時與地下淡水庫建設(shè)相結(jié)合的區(qū)域地下水應(yīng)急供水模式（見表2）。

4 地下淡水水源地水質(zhì)及應(yīng)急開采潛力評價

4.1 水質(zhì)評價

按GB/T 14848-2017《地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，采用內(nèi)梅羅指數(shù)法進(jìn)行地下水質(zhì)量綜合評價，具體評價方法如下：① 根據(jù)單組分分類標(biāo)準(zhǔn)，確定各單項(xiàng)組分的環(huán)境質(zhì)量類別及分值Fi，其中Fi按Ⅰ～Ⅴ類水分別取值0，1，3，6，10。② 按公式（1）～（2）計算綜合評分值F。③ 根據(jù)綜合評分值F的大小，確定地下水質(zhì)量級別：F<0.80，Ⅰ（優(yōu)良）;0.80≤F<2.50，Ⅱ（良好）;2.50≤F<4.25，Ⅲ（較好）;4.25≤F<7.20，Ⅳ（較差）;F≥7.20，Ⅴ（極差），其中Ⅰ～Ⅲ類符合國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，Ⅳ～Ⅴ類水水質(zhì)差，未經(jīng)處理，不宜飲用。

通過選取反映區(qū)域水質(zhì)狀況的22項(xiàng)指標(biāo)（見表3），根據(jù)上述評價方法，對塘溪溝谷潛水、咸祥平原Ⅱ承壓封存淡水體水質(zhì)量進(jìn)行了評價。

從評價結(jié)果可以看出：塘溪溝谷潛水水質(zhì)總體良好，地下水樣質(zhì)量級別主要為Ⅱ級淡水，各項(xiàng)指標(biāo)符合GB 5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，僅溝谷區(qū)J03水井，由于位于城鎮(zhèn)區(qū)，水質(zhì)受人類活動影響，NH4+、NO2-及COD指標(biāo)偏高。因此，為防止人類活動對溝谷區(qū)潛水產(chǎn)生污染，應(yīng)制定相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)措施，建立水源地保護(hù)區(qū)等。Ⅱ承壓封存淡水體鐵錳含量較高，主要受原生地質(zhì)環(huán)境影響;除鐵錳外，其余指標(biāo)濃度均適用于集中生活飲用水水源。因此，集中應(yīng)急供水時需采用除鐵錳裝置處理。

4.2 應(yīng)急開采潛力評價

4.2.1 塘溪溝谷潛水

應(yīng)用含水層疏干原則，在應(yīng)急供水期內(nèi)對塘溪溝谷潛水采用加大地下水位降深方式進(jìn)行應(yīng)急開采。應(yīng)急開采資源量按無補(bǔ)給條件下區(qū)域地下水位平均下降3.5 m的儲水量進(jìn)行計算，計算公式為

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;μ為含水層平均給水度，取區(qū)域經(jīng)驗(yàn)值μ=0.22;Δh為地下水水位變幅，取Δh=3.5 m;F為含水層分布面積，取F=7.6 km2?？傻锰料獪瞎葷撍畱?yīng)急開采量達(dá)585.2萬m3，應(yīng)急供水潛力較大。根據(jù)CJJ/T 282-2019《城市供水應(yīng)急和備用水源工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，按應(yīng)急狀態(tài)下居民基本生活日用水量人均至少80 L/d估算，如連續(xù)開采30 d，可供給最多約243.8萬人的基本生活用水。

此外，為兼顧生態(tài)環(huán)境保護(hù)，防范含水層疏干后潛水位長時間無法恢復(fù)產(chǎn)生生態(tài)環(huán)境問題，采用“以豐補(bǔ)歉”方法對含水層恢復(fù)能力進(jìn)行評價。研究區(qū)豐水期主要為5～9月，平均降雨量912 mm。塘溪溝谷潛水含水層疏干后豐水期內(nèi)主要接受補(bǔ)降水入滲和河流側(cè)滲補(bǔ)給，計算公式為

式中：Q豐補(bǔ)為豐水期補(bǔ)給總量，萬m3/a;Q豐降為豐水期降水入滲量，萬m3;Q豐河為豐水期河流側(cè)滲補(bǔ)給量，萬m3;α為入滲系數(shù)，取區(qū)域經(jīng)驗(yàn)值0.28;P豐為多年豐水期平均降水量，取912 mm;Fλ為接受入滲的含水層分布面積，取7.6 km2;L為河流長度，取7.2 km;K為滲透系數(shù)，取區(qū)域經(jīng)驗(yàn)值120 m/d;I為地下水水力坡度，取1.2‰;M為含水層厚度，取6.5 m;T為補(bǔ)給時間，取153 d。可得，豐水期降水入滲量為194.1萬m3，河流側(cè)滲補(bǔ)給為275.0萬m3，補(bǔ)給總量達(dá)469.1萬m3，可得疏干后豐水期內(nèi)含水層恢復(fù)程度較高，達(dá)80.2%，可有效避免因潛水位長時間無法恢復(fù)而產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境問題。

4.2.2 咸祥平原Ⅱ承壓封存淡水體

根據(jù)寧波地區(qū)地層及水文地質(zhì)條件，結(jié)合地面沉降和地下水位觀測資料進(jìn)行分析，區(qū)域Ⅱ承壓封存淡水體水位降深控制在25 m以內(nèi)時可有效避免產(chǎn)生淡水體萎縮及地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問題，水位降深為25～40 m時，地下淡水體應(yīng)急開采會對地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生一定影響，但影響程度可控[5，14]。因此，本次研究基于應(yīng)急利用與保護(hù)兼顧的原則，確定淡水體最大開采水位降深為40 m，并以該限制條件下地下水可采資源量作為應(yīng)急開采量。由于區(qū)內(nèi)Ⅱ承壓淡水體為封存型，處于相對封閉的含水構(gòu)造，與外界水力聯(lián)系弱，補(bǔ)給與排泄量均較小。因此，本次計算主要考慮彈性儲存量，公式為

式中：Q開為限制條件下地下水可采資源量，萬m3;μ′S為彈性釋水系數(shù)，取8×10-4;S1為開采區(qū)內(nèi)設(shè)定的平均水位降深，取40 m;F淡為淡水體分布面積，取9.4 km2?？傻玫w應(yīng)急開采量為30.1萬m3。按應(yīng)急狀態(tài)下居民基本生活日用水量人均至少80 L/d估算，如連續(xù)開采30 d，可供給最多約12.5萬人的基本生活用水。

5 地下淡水庫建設(shè)

5.1 建庫思路

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水質(zhì)特征及地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，通過在上游Ⅰ承壓含水層補(bǔ)給區(qū)修建地表水回滲工程（滲井、滲渠等）、下游含水層古河道及兩側(cè)咸水區(qū)進(jìn)行抽水用于水產(chǎn)養(yǎng)殖等（見圖3），人為加快地下淡水補(bǔ)給，可使Ⅰ承壓含水層咸淡水界線下移，形成地下淡水庫（見圖4）。

5.2 建庫條件分析

（1）補(bǔ)給區(qū)與補(bǔ)給能力。補(bǔ)給區(qū)主要為Ⅰ承壓含水層與溝谷孔隙潛水連接部位。區(qū)內(nèi)溝谷較多，其中塘溪溝谷面積較大，淺部堆積物顆粒較粗、透水性強(qiáng)，入滲補(bǔ)給條件良好;同時，Ⅰ承壓含水層古河道沿塘溪溝谷-咸祥平原方向展布，為良好的地下導(dǎo)水通道，有利于人工開采條件下補(bǔ)給水源在給定時期內(nèi)補(bǔ)給地下水庫。

（2）補(bǔ)給水源。主要包括大氣降水、地表水庫水及地表徑流等，水質(zhì)均較好。其中，區(qū)域大氣降水多年平均降雨量達(dá)1 453 mm，呈面狀補(bǔ)給;流域內(nèi)具地表水庫十余座，汛期出于防洪等需要，通常向下游棄水，具有較好的人工調(diào)蓄功能;區(qū)內(nèi)地表徑流與地下水呈互補(bǔ)互排，豐水期可有效補(bǔ)給地下水。 塘溪溝谷區(qū)作為主要補(bǔ)給區(qū)，其大氣降水入滲補(bǔ)給量為

式中：Q降為大氣降水補(bǔ)給量，萬m3/a;α為入滲系數(shù)，取區(qū)域經(jīng)驗(yàn)值0.28;P為多年豐水期平均降水量，取1 453 mm;Fλ為含水層分布面積，取7.6 km2?？傻么髿饨邓霛B補(bǔ)給量為309.2萬m3/a。同時，塘溪溝谷上游梅溪水庫多年平均入庫徑流量3 714萬m3，總庫容2 656萬m3，主要用于城鎮(zhèn)生活供水，年供水量約1 400萬m3/a，經(jīng)分析梅溪水庫蒸發(fā)、滲漏及供水量等，其可提供地下水庫回灌量約800萬m3/a。此外，塘溪溝谷地表徑流與地下水呈互補(bǔ)互排，主要于豐水期補(bǔ)給地下水，根據(jù)前文計算，豐水期塘溪溝谷河流側(cè)向滲漏補(bǔ)給量約275萬m3，可得塘溪溝谷補(bǔ)給量較大，達(dá)1 384.2萬m3/a。

（3）取水條件。區(qū)內(nèi)咸祥平原Ⅰ承壓含水層富水性總體良好，單井涌水量普遍大于500 m3/d，其中沿古河道單井涌水量可達(dá)1 000 m3/d以上，取水條件良好。

（4）儲水空間估算。 咸祥平原位于流域下游，總體兩面環(huán)山、一面臨海，構(gòu)成流域承壓含水系統(tǒng)良好的天然邊界;同時Ⅰ承壓含水層頂?shù)撞烤鶠檫B續(xù)的黏性土隔水層，因此以咸祥平原范圍Ⅰ承壓含水層儲水空間作為地下淡水庫總庫容，計算公式為

式中：V為總庫容，萬m3;V*為含水層體積，萬m3;μ為含水層平均給水度，取μ=0.18;H為含水層平均厚度，取10 m;F為含水層分布面積，取49.2 km2。可得地下淡水庫庫容達(dá)0.89億m3。根據(jù)地下水庫分級標(biāo)準(zhǔn)（見表4）[15]，該地下水庫為中型地下水庫級別。

6 結(jié) 論

（1）大嵩江流域內(nèi)具有良好應(yīng)急開采條件的地下淡水水源地主要有2處。其中塘溪溝谷潛水應(yīng)急開采約束條件少，應(yīng)急開采資源量達(dá)585.2萬m3，具有較大的應(yīng)急開采潛力;同時含水層恢復(fù)能力較強(qiáng)，可有效避免開采后潛水位長時間無法恢復(fù)產(chǎn)生生態(tài)環(huán)境問題。咸祥平原Ⅱ承壓淡水體應(yīng)急開采受淡水體范圍縮小及地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問題制約，應(yīng)急開采資源量相對較小，為30.1萬m3。該評價結(jié)果為區(qū)域應(yīng)急水源地勘查提供了依據(jù)。

（2）咸祥平原Ⅰ承壓含水層儲水空間大，同時補(bǔ)給能力、補(bǔ)給水源、取水等條件較好，具有良好的地下淡水庫建庫條件，其建設(shè)可實(shí)現(xiàn)區(qū)域水資源的人工調(diào)蓄，并可有效增加地下淡水資源量，提升區(qū)域應(yīng)急供水能力。

（3）溝谷型、封存型地下淡水應(yīng)急水源地與地下淡水庫建設(shè)相結(jié)合的區(qū)域地下水應(yīng)急供水模式，可在合理開發(fā)現(xiàn)存地下淡水資源的基礎(chǔ)上，有效增加區(qū)域地下淡水資源量，優(yōu)化地下水應(yīng)急水源地建設(shè)，為寧波市應(yīng)急安全供水保障體系建設(shè)提供參考。

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（編輯：劉 媛）