史衛(wèi)東

(甘肅省定西水文站，甘肅 定西 743000)

隨著社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)河流的開發(fā)程度也隨之提高。甘肅引洮工程供水后對(duì)水源地乃至整個(gè)盆地水文地質(zhì)條件的影響是巨大的，其影響力是一個(gè)漸變的過程。但該過程十分復(fù)雜，即使專門性的研究也很難反映出若干年甚至更長時(shí)期真實(shí)的水文地質(zhì)條件[1-3]。本文在調(diào)查分析水源地水文地質(zhì)的基礎(chǔ)上，對(duì)該區(qū)域地下水恢復(fù)性進(jìn)行可靠性預(yù)測，并對(duì)城市備用或應(yīng)急水源地的管理及保護(hù)提出相應(yīng)的措施[4]。

1 水源地水文地質(zhì)條件變化分析

引洮工程引水后，香泉、內(nèi)官水源地水文地質(zhì)條件的變化主要是補(bǔ)給方式的改變。由過去的側(cè)向潛流、洪水滲入、灌溉回歸水入滲等為主轉(zhuǎn)化為以灌溉水為主的垂向滲入補(bǔ)給。又因開采量的驟然降低或消失，地下水位由過去的急速下降轉(zhuǎn)而逐步加速向上回升。

地下水位的回升速率的快慢不但決定于灌溉水量的總體規(guī)模，并且與盆地包括水源地垂向的地層巖性有關(guān)。在表部土層較薄，深部砂礫石等粗顆粒厚度大，灌溉量又大、入滲條件好的局部地段可能出現(xiàn)“水堆”現(xiàn)象。隨著灌溉水入滲量的繼續(xù)，水源地水位持續(xù)上升，在香泉、內(nèi)官盆地北部排泄口(F2斷層)附近可能因地下水位變淺產(chǎn)生土壤次生鹽漬化現(xiàn)象。在地下水位較淺且在當(dāng)?shù)卣舭l(fā)極限深度內(nèi)，蒸發(fā)排泄為除地下徑流排泄、開采排泄以外的主要排泄方式之一。

地下水質(zhì)的變化決定于含水層包氣帶易溶鹽的含量。根據(jù)本次分別在香泉、內(nèi)官盆地典型地段不同深度易溶鹽分析(表1、表2)。

表1 香泉中凡坪包氣帶土層易溶鹽分析成果表

由表1、表2中數(shù)據(jù)可知，從0.00～10.00 m以上包氣帶易溶鹽含量含量361～557 mg/kg，易溶鹽含量較高。在大量“引洮工程”灌溉水的淋濾作用下，將隨入滲水進(jìn)入含水層，導(dǎo)致地下水礦化度升高，直至達(dá)到新的水鹽平衡。至于變化過程比較復(fù)雜，由于缺乏大量的實(shí)驗(yàn)研究無法預(yù)測，但水質(zhì)隨著灌溉時(shí)間的持續(xù)，向高礦化方向發(fā)展是必然的趨勢。

2 水源地可恢復(fù)性預(yù)測

2.1 預(yù)測方案的確定

根據(jù)《引洮供水一期工程規(guī)劃方案》，香泉、內(nèi)官盆地為工程規(guī)劃重點(diǎn)灌溉區(qū)，工程完建后香泉盆地灌溉面積將達(dá)到3.08萬畝，內(nèi)官盆地灌溉面積將達(dá)到3.38萬畝。設(shè)定全部用渠水灌溉，毛灌定額300 m/畝·a考慮，香泉、內(nèi)官盆地灌溉水量將分別達(dá)到924萬 m3/a、1 014萬 m3/a。屆時(shí)灌溉水入滲成為占主導(dǎo)地位的地下水補(bǔ)給源。

為此，利用已建香泉、內(nèi)官水源地地下水流數(shù)值模型，將垂向灌溉水入滲按照前述條件進(jìn)行分配處理計(jì)入，各水源的南部邊界，東、西邊界條件不變，北部邊界隨著地下水位的逐年升高，至F1斷層北含水層隔水底板以上時(shí)，按照變流量二類邊界處理。由于工程干、支渠道襯砌較好，垂向入滲可不再考慮；降水入滲沿用前述已知循環(huán)周期量化處理。由于規(guī)劃方案中灌溉是按照一般農(nóng)作物定額規(guī)劃的，但實(shí)際香泉、內(nèi)官現(xiàn)在和今后很長時(shí)期主要以蔬菜種植為主，因此在引洮工程引水時(shí)段計(jì)算灌溉用水為地表水，其它時(shí)段仍以開采地下水澆灌，現(xiàn)有農(nóng)灌井位置、數(shù)量及開采量不變。城市供水完全由“引洮工程”取代，水源地內(nèi)開采井停止[5-7]。

表2 內(nèi)官曾家莊包氣帶土層易溶鹽分析成果表

2.2 水源地可恢復(fù)性預(yù)測

2.2.1 香泉水源地

工程灌溉初期，灌溉水入滲產(chǎn)生的效果并不十分明顯，但是水位回升幅度很大(12.36～18.03 m)，分析是主要原因是：水源地開采井停止運(yùn)行后，多年形成的降落漏斗周圍地下徑流迅速向水源地漏斗中心和各開采井小型漏斗匯流的結(jié)果。因水位埋藏很深，灌溉水的緩慢入滲在此段時(shí)間內(nèi)對(duì)地下水位回升的影響程度輕微。約7個(gè)月以后水源地潛水面基本持平，水位回升速率明顯降低，表現(xiàn)為0.08～0.12 m/月，這種緩慢回升持續(xù)一年半左右的時(shí)間，此段水位恢復(fù)主要為灌溉水入滲帶動(dòng)。隨著地下水位埋深的逐步恢復(fù)變淺，由灌溉入滲水帶動(dòng)水位回升的效果也逐漸顯現(xiàn)。

2015年1月-2035年12月預(yù)測各井地下水位基本呈勻速上升期，但仍然比較緩慢，年水位回漲速率0.88～1.49 m/a，2035年末基本達(dá)到或者超出原始地下水位。香3、香6預(yù)測分別超出原始地下水位2.14 m、3.22 m，分析原因可能是周邊農(nóng)灌井干擾較小和預(yù)測水位埋深為成井時(shí)水位資料所致。計(jì)算中因考慮了蔬菜種植農(nóng)灌井開采的影響以及水文地質(zhì)參數(shù)的不同，各井水位恢復(fù)不盡相同。從整個(gè)水位恢復(fù)過程看，前十年較后十年要緩慢些。水源地地下水位各階段回升情況見表3。

2.2.2 內(nèi)官水源地

與香泉水源地相似，工程灌溉初期，主要體現(xiàn)為降落漏斗周邊的地下水向漏斗中心匯聚，水位回升幅度很大，為13.97～15.80 m。分析水位大幅度回升與灌溉水入滲產(chǎn)生影響不十分明顯，應(yīng)該是主要原因?yàn)樗吹亻_采井停止取水后，多年形成的降落漏斗周圍地下徑流迅速向水源地漏斗中心和各開采井小型漏斗匯集的結(jié)果。7個(gè)月以后水源地水位侵潤線大致持平，但水位回升速率顯著降低，為0.064～0.11 m/月，這種緩慢回升將持續(xù)一年半左右的時(shí)間，此段水位恢復(fù)主要為灌溉水入滲引起。隨著地下水位埋深的逐漸變淺，由灌溉入滲水帶動(dòng)水位回升的效果相應(yīng)逐步顯現(xiàn)。

表3 香泉水源地地下水位恢復(fù)性預(yù)測成果表

2015年1月-2035年12月預(yù)測各井地下水位基本呈勻速上升期，但仍然比較緩慢，年水位回漲速率1.17～1.23 m/a，2035年末基本達(dá)到或者超出初始(成井時(shí)地下水位)地下水位。內(nèi)4預(yù)測超出原始水位0.54 m，分析原因可能與該段地層巖性有關(guān)。計(jì)算中因考慮了蔬菜種植農(nóng)灌井開采的影響以及水文地質(zhì)參數(shù)的不同，各井水位恢復(fù)不盡相同。從整個(gè)水位恢復(fù)過程看，前十年較后十年要緩慢些。水源地地下水位各階段回升情況見表4。

綜上，通過對(duì)香泉、內(nèi)官水源地地下水恢復(fù)預(yù)測計(jì)算，“引洮工程”完建后，城市供水水源地完全停止開采(短時(shí)間間歇性開采影響輕微)，農(nóng)灌開采量也顯著降低，補(bǔ)給方式和補(bǔ)給量也發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變，整個(gè)盆地包括水源地地下水將從過去的消耗轉(zhuǎn)換為補(bǔ)給，隨之地下水流場由初期的開采漏斗快速恢復(fù)逐漸進(jìn)入由灌溉水入滲的緩慢恢復(fù)過程，預(yù)測恢復(fù)期37～40 a，能夠基本達(dá)到天然狀態(tài)。由于計(jì)算模型本身的缺陷及資料的不完整等，可能產(chǎn)生微小的誤差，這是本次工作無法克服的。再者與甘肅中部一些大型灌區(qū)引水灌溉后水位恢復(fù)幅度比較看，這個(gè)時(shí)間段是比較合理的。預(yù)測結(jié)果比較可信[8]。

表4 內(nèi)官水源地地下水位恢復(fù)性預(yù)測成果表

3 作為城市備用或應(yīng)急水源地后的管理及保護(hù)

由于可利用水資源的貧乏，定西城區(qū)供水一直沒有后備或應(yīng)急目水源地?！耙こ獭背菂^(qū)供水水源地的完建，不僅使城市供水水量、水質(zhì)有了很大的提高，也使開采瀕臨枯竭的香泉、內(nèi)官水源地得以恢復(fù)。目前香泉、內(nèi)官水源地開采系統(tǒng)完整，作為城市后備或應(yīng)急水源地對(duì)定西市來講是一件未雨綢繆的大事。對(duì)“引洮工程”檢修期用水，應(yīng)對(duì)意外突發(fā)事件時(shí)確保城市正常、安全供水意義深遠(yuǎn)。為此，提出以下利用、管理及保護(hù)的建議措施[9-10]。

3.1 水源地地下水的利用

“引洮工程”是本世紀(jì)初我省的一項(xiàng)跨流域大型引水工程，對(duì)解決甘肅中部歷史性水資源短缺，改善和營造受水區(qū)生態(tài)環(huán)境將發(fā)揮巨大作用。由于整個(gè)工程引水干渠長、流量大、穿越地貌單元多樣、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、配套設(shè)備繁多等，在運(yùn)行期間可能存在檢修問題。據(jù)調(diào)查，一般工程檢修期為1～3個(gè)月。此期間城市用水主要由清水池供給。但在蓄水池儲(chǔ)水量不能完全滿足城市大規(guī)模需水條件下，可啟動(dòng)香泉、內(nèi)官水源地地下水進(jìn)行補(bǔ)充。具體動(dòng)用已建水源地地下水的時(shí)間難以確定，但開采時(shí)段按照“引洮工程”一般檢修期3個(gè)月考慮。通過已建各水源地地下水水流數(shù)值模型對(duì)水源地地下水狀態(tài)做出基本預(yù)測。設(shè)計(jì)兩處水源地總開采量2.0萬 m3/d，其它約束條件不變。

預(yù)測結(jié)果是：在“引洮工程”向城市供水期間，水源地每日取水量2.0萬 m3/d，連續(xù)開采90 d后，香泉水源地最大水位下降值為1.68 m，內(nèi)官水源地最大水位降低1.27 m。均在可控且允許的范圍之內(nèi)，可以滿足“引洮工程”檢修期取水要求。

上述預(yù)測帶有極端性，其實(shí)“引洮工程”向城市供水工程部分設(shè)計(jì)在陽陰峽口建有3萬 m3清水池，香泉、內(nèi)官水源地開采量及開采時(shí)間實(shí)際達(dá)不到上述預(yù)測的極限條件，存在有一定時(shí)間的間歇性開采期。因此，對(duì)保障城市用水提供補(bǔ)充水量是完全有保證的。建議需要解決的是：香泉、內(nèi)官水源地地下水質(zhì)較差(屬微咸水)，開采出的地下水應(yīng)與清水池淡水混合后凈化處理供給城市。

3.2 管理及保護(hù)措施

應(yīng)該按照甘肅省人民政府有關(guān)文件要求和國家環(huán)保部《飲用水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范(HJ/T338-2007)》規(guī)定劃分的各級(jí)保護(hù)區(qū)對(duì)香泉、內(nèi)官水源地進(jìn)行保護(hù)。

上述應(yīng)急或后備水源地保護(hù)措施要依據(jù)甘肅省環(huán)保廳批準(zhǔn)的技術(shù)文件執(zhí)行，嚴(yán)格界定一級(jí)、二級(jí)保護(hù)區(qū)界線范圍。各級(jí)保護(hù)區(qū)要按照《飲用水水源保護(hù)區(qū)污染防治管理規(guī)定》采取有效監(jiān)管，以防治地下水位逐步回升變淺造成對(duì)地下水環(huán)境的污染[11]。

此外，已建地下水源地停采后，應(yīng)重視對(duì)地下水位回升幅度及水質(zhì)的監(jiān)測，建議水位監(jiān)測每月一次，水質(zhì)監(jiān)測每年三次(豐、平、枯各采集全分析水樣)，做好詳細(xì)記錄。地下水質(zhì)監(jiān)測結(jié)合本水源地實(shí)際，建議監(jiān)測項(xiàng)目為：pH、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、揮發(fā)性酚類、氰化物、砷、汞、鉻(六價(jià))、總硬度、鉛、氟、鎘、鐵、錳、溶解性總固體、高錳酸鉀指數(shù)、硫酸鹽、氯化物、大腸桿菌等。