荊全章
（新鄉(xiāng)市自來水公司， 河南新鄉(xiāng) 453000）

　　摘要： 調(diào)蓄池是地表水源廠重要的構(gòu)筑物之一，在其建設(shè)過程中須采取一定的截滲措施。結(jié)合工程實(shí)踐，闡述了利用調(diào)蓄池截滲井工程進(jìn)行部分地下水開采，實(shí)現(xiàn)地表水、地下水的聯(lián)合開發(fā)。在解決了調(diào)蓄池的滲漏、避免了工農(nóng)矛盾的同時(shí)，提高了城市供水保證率，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。在缺水地區(qū)水資源綜合開發(fā)及環(huán)境保護(hù)方面做了積極有益的嘗試。
　　關(guān)鍵詞： 調(diào)蓄池； 截滲井； 水資源
　　中圖分類號： TU991.13
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼： C
　　文章編號： 1000-4602(2000)01-0045-04

　　以河道為水源的地表水廠，為滿足城市供水保證率，考慮河道的斷流及工農(nóng)業(yè)爭水等因素，在建設(shè)水源工程時(shí)設(shè)調(diào)蓄池進(jìn)行調(diào)節(jié)。新鄉(xiāng)市第四水廠擴(kuò)建工程是以黃河為水源，規(guī)模為12×10⁴m³/d的地表水源水廠，其水源工程包括引水節(jié)制閘、引水明渠、沉砂池、調(diào)蓄池、取水泵站等。該項(xiàng)目在建設(shè)過程中，為妥善處理好調(diào)蓄池的滲漏問題，使供水工程不留下后遺癥，做到既保證城市供水所需水源，又不影響或少影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，采取了大堤護(hù)坡、挖截滲溝、打截滲井等多種措施，并與河南省地礦廳水文地質(zhì)一隊(duì)聯(lián)合對調(diào)蓄池儲水前后的變化情況進(jìn)行了課題研究，提出了截滲井的動(dòng)態(tài)管理、聯(lián)合開發(fā)方案。

1 調(diào)蓄池工程簡介

　　新鄉(xiāng)市第四水廠調(diào)蓄池利用賈太湖構(gòu)筑而成，距市區(qū)5km，湖周圍地面高程在73.0m左右，原有坑塘面積26.5×10⁴m²，平均水深4.1m。經(jīng)修整、清理，并在四周筑起3m高的堤岸后，水面面積達(dá)30×10⁴m²，最高水位75.4m，平均水深6.5m，最大庫容為200×10⁴m³，有效庫容為180×10⁴m³，具有15d的調(diào)蓄能力。大堤內(nèi)坡采用片石護(hù)坡，堤外為截滲溝，并沿大堤開鑿了18眼截滲井，井深35m左右，間距100m。調(diào)蓄池北部設(shè)有取水泵站。

2 調(diào)蓄池周圍的水文地質(zhì)

　　調(diào)蓄池位于黃河故道，地貌單元屬于古黃河背河洼地，地勢平坦，由西南向東北微傾斜，地面高程在73m左右，附近地層主要為第四系黃河洪水沖積物構(gòu)成，由地面往下0～4m為輕亞粘土，4～10m為細(xì)沙層，10～40m為礫砂、中砂，構(gòu)成良好的地下水儲存空間。
　　本區(qū)域西部有人民勝利渠通過，東南部有東孟姜女河流經(jīng)，灌溉渠系縱橫交錯(cuò)，坑洼魚塘遍布，地表水系豐富，地下水位埋深較淺，一般2.8m左右，受降雨和引黃灌溉的影響，汛期地下水位埋深僅1m左右，甚至接近地表，地下水力坡度為1/1000左右，地下水流向東。地下水補(bǔ)給來源除受大氣降水補(bǔ)給外，灌水入滲、渠系坑塘入滲也是地下水主要補(bǔ)給來源。地下水排泄方式除蒸發(fā)及植物蒸騰外，地下徑流和東孟姜女河排泄是地下水主要排泄方式。
　　由上述地質(zhì)地貌及水文地質(zhì)條件所致，歷史上新建調(diào)蓄池附近旱、澇、堿相隨，成為該地區(qū)主要環(huán)境生態(tài)問題。旱：每年冬、春季節(jié)多風(fēng)少雨，蒸發(fā)量大于降水量七倍左右。澇：由于降水時(shí)空分布不均，年內(nèi)及年際間變化較大，每年七、八、九三個(gè)月降雨集中，且多暴雨，由于地勢低平，地下水位埋深過淺，水平及垂直排水能力較弱，遇暴雨經(jīng)常受災(zāi)。堿：據(jù)歷史記載，新建調(diào)蓄池附近一直是一片鹽堿地。
　　調(diào)蓄池工程運(yùn)行后，其水位可達(dá)75.4m，高于原地面3m左右，高于地下水位5m左右。調(diào)蓄池為土石方工程，再加上該區(qū)域內(nèi)含沙層比較厚，土壤導(dǎo)水系數(shù)較大，因而調(diào)蓄池蓄 水運(yùn)行后滲漏也比較大。以調(diào)蓄池運(yùn)行初期為例，1990年9月22日開始放水，至10月初，調(diào)蓄池水位由70.17m上升到73.5m，從而引起距調(diào)蓄池70～350m的觀測井水位分別上升2.16 ～0.90m。如不采取較好的截滲措施，勢必會(huì)引起調(diào)蓄池周圍地下水位升高，加重原有生態(tài)環(huán)境問題，引起周圍土地次生鹽堿化。

3 調(diào)蓄池的截滲與開發(fā)利用

　　綜上所述，調(diào)蓄池周圍的水文地質(zhì)條件比較突出，必須解決好滲漏問題。該工程除了護(hù)坡和開挖滲溝外，把截滲井抽水作為主要截滲措施。截滲井可有效截取調(diào)蓄池的滲漏水量，減少或避免工農(nóng)矛盾，并能根據(jù)地下水位的具體情況，有限度地開采部分地下水資源，作為供水水源的補(bǔ)充，從而達(dá)到控制地下水位、防止環(huán)境惡化及擴(kuò)大供水能力的目的。因此提出對截滲井采取動(dòng)態(tài)管理，既作截滲用，又作開采用，實(shí)行調(diào)蓄池周圍水資源綜合開發(fā)的設(shè)想。
　　把調(diào)蓄池作為一個(gè)地表水庫，地下水層作為一個(gè)地下水庫。利用地下水庫的調(diào)節(jié)作用，將地下水作為地表供水工程的補(bǔ)充水源，將截滲井的開采水量通過連通管道送入輸水管道，送往凈水廠，實(shí)現(xiàn)地表水、地下水聯(lián)合開發(fā)，綜合利用。
　?、?地表水和地下水庫連接成一個(gè)水系，將調(diào)蓄池看作大口井，作為井灌工程，將截滲井群看作是井排工程，兩個(gè)工程相輔相成。
　?、?夏、秋季節(jié)為豐水期，降雨較多，地下水位埋深較淺，根據(jù)觀測井的水位情況，打開截滲井群，適當(dāng)多抽水，發(fā)揮井排工程的作用。
　?、?冬、春季節(jié)為枯水期，旱情較重。根據(jù)水位情況，可以適當(dāng)少開截滲井，讓井灌工程發(fā) 揮作用，以減緩旱情。
　?、?根據(jù)長期觀測井的水位變化，制定調(diào)蓄池截滲井的合理開采方案，將其周圍的地下水位變化控制在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，使地下水位控制在最優(yōu)埋深。

4 最優(yōu)地下水位控制與合理抽水量的確定

　　對截滲井實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，必須首先確定最優(yōu)地下水位控制與合理抽水量的關(guān)系。截滲井的開發(fā)必須符合當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件，開采量過大，將引起水位降深增大；反之，則不能有效地降低地下水位。因此，使地下水位控制在最優(yōu)埋深需確定合理抽水量。
4.1 抽水量的組成及其影響因素
　　在調(diào)蓄池周圍鑿井抽水，抽出的水量一部分為調(diào)蓄池滲水量，另一部分為當(dāng)?shù)氐叵滤?，即?
　　Q＝Q₁+Q₂ (1)?
　　滲漏水量的大小主要與調(diào)蓄池蓄水水位、底部巖性結(jié)構(gòu)及含水層透水性能等因素有關(guān)；地下水量的大小主要與含水層巖性、導(dǎo)水性、水位降低深度及過水?dāng)嗝娲笮〉纫蛩赜嘘P(guān)。
4.2 抽水試驗(yàn)及試驗(yàn)資料的解釋推斷
　　為了獲取有關(guān)的水文地質(zhì)參數(shù)，進(jìn)行了井群抽水試驗(yàn)。試驗(yàn)選擇在調(diào)蓄池工程運(yùn)行以前進(jìn)行。井群位于賈太湖東北角，陸續(xù)開啟的試驗(yàn)孔為8眼，觀測孔4眼，試驗(yàn)于1991年7月15日開 始，采取變流量階梯抽水。第一階梯流量84m³/h，第二階梯流量240m³/h，第三階梯流量400m³/h，第四階梯流量580m³/h，抽水延續(xù)時(shí)間為110h。試驗(yàn)過程中對各種開采水量進(jìn)行了連續(xù)觀測(見表1)。

表1 不同抽水量各井水位變化情況 序
號 地面
標(biāo)高 靜水位埋深 水位
標(biāo)高 第一次降深水位埋深 埋深值 水位標(biāo)高 第二次降深水位埋深 埋深值 水位
標(biāo)高 第三次降深水位埋深 埋深值 水位
標(biāo)高 第四次降深水位埋深 埋深值 水位
標(biāo)高 1 73.642 2.38 71.262 2.806 0.294 70.836 8.265 5.885 65.377 9.85 7.47 63.792 11.65 9.27 61.992 2 72.279 1.07 71.227 1.425 0.355 70.872 3.000 1.970 69.297 3.95 2.85 68.377 10.25 9.18 62.047 3 74.692 3.71 70.982 3.995 0.285 70.697 12.20 8.490 62.429 13.72 10.01 60.972 14.50 10.79 61.192 4 73.350 2.07 71.280 2.600 0.530 70.750 3.900 1.830 69.450 5.25 3.18 68.100 10.07 8.00 63.280 5 73.218 1.83 71.388 2.495 0.665 70.723 3.620 1.790 69.598 9.33 7.50 63.888 10.10 8.27 63.118 6 72.630 1.20 71.430 7.324 6.124 65.306 7.660 6.460 64.970 9.50 8.30 63.160 11.40 10.20 61.230 7 72.720 1.24 71.450 1.980 0.710 70.740 3.025 1.755 69.695 9.14 7.87 63.580 9.70 8.43 63.020 8 74.005 2.59 71.415 2.960 0.370 71.045 4.070 1.480 69.935 5.13 2.54 68.875 11.70 9.11 62.305 9 71.097 　 　 0.450 　 70.647 1.590 　 69.507 3.23 　 67.867 5.71 　 65.387 10 70.767 　 　 0.350 　 70.417 1.470 　 69.297 3.09 　 67.677 5.32 　 65.447 11 71.097 　 　 0.430 　 70.677 1.650 　 69.447 3.11 　 67.987 5.45 　 65.647 12 70.205 　 　 　 　 　 　 　 　 2.33 　 67.825 4.71 　 65.495

　　根據(jù)抽水試驗(yàn)資料，分別采用穩(wěn)定流方法、非穩(wěn)定流方法和大口井法對資料解釋推斷和參數(shù)計(jì)算，確定含水層導(dǎo)水系數(shù)T為1 026，滲透系數(shù)K為5，給水度為0.089。
4.3 合理抽水量的確定
　　調(diào)蓄池滲漏量采用下式計(jì)算：?
　　Q₁＝TLI ? (2)?
　　式中　T --含水層導(dǎo)水系數(shù)?
　　　　　L --調(diào)蓄池周長?
　　　　　I --補(bǔ)給帶平均水力坡度?
　　經(jīng)計(jì)算，調(diào)蓄池滲漏補(bǔ)給量18001m³/d。?
　　地下水開采量采用下式計(jì)算：
　　Q₂=1.366K(2H₀-S)S/[LgR-1/n(X₁,X₂…… X_n)
　　式中 ?Q₂ --地下水開采總量
　　　　　 H₀ --含水層深度
　　　　　　K --含水層滲透系數(shù)
　　　　　　S --任意點(diǎn)水位降低
　　　　　　n --開采系數(shù)
　　　　? X₁,X₂…… X_n --任意點(diǎn)至各井的距離?
　　根據(jù)當(dāng)?shù)匕鼩鈳r性確定地下水位的極限埋深(零通量面)為3.5m/d，滲透系數(shù)為25,影響半徑為1000m，開采井?dāng)?shù)15眼，經(jīng)計(jì)算地下水開采總量為10654m³/d 。?
　　合理抽水量為地下水允許開采量與調(diào)蓄池滲透量之和，即：?
　　Q＝Q＝Q₁+Q₂=28 655m³/d
　　根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，保持2.8×10⁴m³/d的截滲井開采量，即可有效地截取調(diào)蓄池對地下水的滲透補(bǔ)給，使地下水位控制在最優(yōu)水位埋深。這樣既可消除調(diào)蓄池滲漏對環(huán)境產(chǎn)生的危害，又可使水資源得到綜合開發(fā)利用，增加城市供水能力。?

5 截滲井運(yùn)行情況及其效益分析

　　調(diào)蓄池自1991年投運(yùn)以來，經(jīng)過幾年的運(yùn)行，證明了截滲井工程運(yùn)行動(dòng)態(tài)管理、聯(lián)合開發(fā)的方案是成功的。?
　?、?截滲井有效地截取了調(diào)蓄池的滲漏水量，防止了地下水位的升高。據(jù)1991年9月9日至9 月30日的觀測，當(dāng)開啟8眼截滲井的情況下，距調(diào)蓄池70～350m的觀測水位分別下降1. 46～0.39m，而截滲井停止抽水后，周圍地下水位迅速回升，約經(jīng)過6h,1號觀測井(距調(diào)蓄池70m)水位即升至孔口，開始溢出。根據(jù)截滲工程的研究及歷史水文資料，新鄉(xiāng)市自來水公司與附近農(nóng)村簽訂了水位控制協(xié)議：在調(diào)蓄池大堤周圍200m之內(nèi)，水位控制在67. 5～72.5 m(平時(shí)水位～汛時(shí)水位)，每日定時(shí)定人進(jìn)行水位觀測，隨時(shí)調(diào)整開井的數(shù)量及位置，使地下水位控制在最優(yōu)埋深。
　?、?調(diào)蓄池截滲井工程的啟用具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。截滲井的開采水量經(jīng)過地下含水層的過濾，水清砂凈，水質(zhì)較好，直接送往凈水廠。根據(jù)第四水廠的生產(chǎn)報(bào)表統(tǒng)計(jì)，截滲井的年開采量在(480～800)×10⁴m³之間，平均開采量為676×10⁴m³(見表2)，相應(yīng) 年均可減少引黃河水量676×10⁴m³，如按源水費(fèi)0.1元/m³計(jì)算(現(xiàn)行黃河水費(fèi)為0.14元/m³)，年均節(jié)約水資源費(fèi)67.6萬元。此外還減少了相應(yīng)引黃水量的泥沙清理費(fèi)用，按黃河水含沙量0.8%、泥沙清理費(fèi)4元/m³計(jì)算，年均又可節(jié)約資金21.6萬元。

表2 調(diào)蓄池截滲井實(shí)際開采量 時(shí)間(年) 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 年度合計(jì) 1992 220100 145366 274442 　 369017 469000 545850 488358 366600 605700 711833 634300 4830566 1993 740250 556800 287667 476900 434700 732650 628650 858400 732250 659600 634300 749200 7868667 1994 540933 953700 861700 760583 725600 408500 519250 724400 399600 711450 749200 469400 7988216 1995 534267 629000 662400 506500 84400 165050 813567 747600 799450 897450 469400 673175 7247684 1996 547200 144100 255600 732033 723200 414250 645950 940600 822400 671025 673175 862800 7671841 1997 862100 658817 491950 536742 95200 　 325875 710250 480100 599125 199267 456600 5416026 1998 344000 273083 　 　 167950 687467 776800 808900 902800 641700 828200 803700 6234600

　?、?調(diào)蓄池截滲工程的啟用延長了調(diào)蓄池的調(diào)蓄能力，提高了城市供水保證率。由于調(diào)蓄池截滲井每年可開采676×10⁴m³，日均達(dá)1.85×10⁴m³；地表取水量由12×10⁴m³/d減少為10.15×10⁴m³/d，可將原調(diào)蓄池調(diào)蓄能力延長到20d。
　　④ 由于截滲井的合理使用，使地下水位控制在最優(yōu)埋深，不僅解決了滲漏問題，還改變了新建調(diào)蓄池周圍原來已有的旱、澇、堿等環(huán)境水文問題，具有一定的環(huán)境生態(tài)效益，使農(nóng)民旱澇保收。

6 幾點(diǎn)建議

　?、?長期進(jìn)行調(diào)蓄池周圍觀測井的水位觀測，除直接用于截滲井的開采量控制外，要研究季節(jié)—水位—時(shí)間變化規(guī)律，制定一套完整的操作規(guī)章制度。
　?、?每年至少兩次普查水源工程影響范圍內(nèi)的民用井、井隊(duì)資料并進(jìn)行研究分析，了解地下水位變化情況，作為地表水綜合開發(fā)控制的參考和依據(jù)材料。
　?、?地表水、地下水進(jìn)行合理開發(fā)綜合利用，避免走兩個(gè)極端，合理控制開采量，避免引起工農(nóng)矛盾。
　　④ 定期檢查截滲井抽水水樣，查其含砂情況，避免因井損壞而造成攜砂量增大，引起地面沉陷，影響調(diào)蓄池大堤安全。

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