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第九章地下水的开发、管理与保护
地下水资源是水资源的重要组成部分,特别是在地表径流缺乏的干旱、半干旱地区和基岩缺水山区,地下水成为主要甚至唯一的供水水源。地下水水质优良,不易污染,分布广泛,便于就地开采,具有多年调节功能和蓄能作用,被广泛开发利用。但地下水同时又是生态环境的关键因素之一,具有重要的生态价值,若开发不当易引起一系列的地质生态环境问题,而且污染后很难治理和恢复。因此,对地下水必须要合理开发、科学管理与保护。
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对地下水进行开发利用,需要取水工程才能实现,取水工程的任务是从水源地中取水,送至水厂或用户。它包括水源、取水构筑物、输配水管道、水厂和水处理设施(如图1)。
地下水水源地
取水构筑物
沉砂池
清水池
加压泵房
用户
取水构筑物
水质净化站
清水池
加压泵房
用户
取水构筑物
用户
取水构筑物
清水池
加压泵房
用户
由图1可以看出,在确定取水工程之前,首先应研究供水水源地和选择经济与技术合理的取水构筑物(类型、结构与布置等),这也就构成供水水文地质勘察中主要任务之一。
水源地的选择,对于大中型集中供水水源地来说,就是选择取水地段;对小型分散供水水源地来说,则是解决某几眼水井具体位置的问题。
水源地位置选择得正确与否,不仅关系到水源地建设的投资,而且关系到是否能保证水源地长期经济、安全的运转和避免产生各种不良的环境地质作用。
在选择集中供水水源地的位置时,一般应考虑以下技术和经济方面的条件:
为满足水量要求和节省建井投资,供水水源地应(或开采地段)应尽可能选择在含水层层数多、厚度大、渗透性强、分布广、具有调节能力、水量丰富、水质良好的地段上。如冲洪积扇的上部砾石带和轴部,冲积平原的古河床;厚度较大的层状或似层状裂隙岩溶含水层;延续深远的断裂及其它脉状基岩含水带。
为增加开采补给量,保证水源地的长期均衡开采,水源地应尽可能选择在可以最大限度拦截区域地下径流的地段;接近补给水源和能充分夺取各种补给量的地段。例如区域性阻水界面的上游一侧;在松散地层分布区,水源地尽量靠近补给地下水的河流岸边;区域地下径流的排泄区附近。
为保证水源地投产后能按预计开采动态正常运转,避免过量开采产生的各种生态环境负效应,在选择水源地时,要从区域水资源综合平衡观点出发,尽量避免出现工业和农业用水之间、供水与矿山排水以及上下游之间的矛盾,新建水源地应尽量远离原有的取水或排水点,减少互相干扰。
为保证取出水的质量,水源地应选择在不易引起水质污染(或恶化)、便于保护的地段上。如把水源地选择在远离城市或工矿排污区的上游;远离已污染(或天然水质不良)的地表水体或含水层地段;避开易于使水井淤塞、涌沙或水质长期混浊的流砂层或岩溶充填带。为减少垂向污水渗入的可能性,最好把水源地选择在包气带防污性好的地方。
水源地应选择在不易引起地面沉陷、塌陷、地裂等有害工程地质作用的地段上以及洪水不易淹没区。
在选择水源地时,还应从经济上、安全上和扩建前景方面考虑。在满足水量、水质要求的前提下,为节省建设投资,水源地应尽可能靠近供水区;为降低取水成本,水源地应选择在地下水浅埋或自流地段;河谷水源地要考虑供水的淹没问题;人工开挖的大口径取水工程,则要考虑井壁的稳固性。当存在多个水源地方案选择时,应加强多个方案分析比较,从中优选最佳的水源地。
以上这些集中式供水水源地的选择原则,对于基岩裂隙山区,小型水源地的选择(或者说单个水井的定位)也基本上是适合的。但在基岩地区,由于地下水分布极不普遍,水井的布置将主要决定于强含水裂隙带分布的位置。此外,布井地段上游有无较大补给面积,地下汇水条件以及夺取开采补给量的条件亦是基岩区水井位置确定时必须考虑的条件。
地下水取水建筑物大致可分为垂直的(井)和水平的(渠)两种类型。在某种情况下两种类型可联合使用,如大口井与渗渠相结合的取水形式。正确选用取水构筑物的类型,对提高出水量、改善水质和降低工程造价影响很大,同时,还应考虑设备材料供应情况、施工条件和工期长短等因素。
取水建筑物类型的选择,主要决定了含水层(带)的空间分布特点以及含水层(带)的埋藏深度、厚度和富水性能;同时也与设计需水量大小,预计的施工方法,选用的抽水设备类型等因素有关。表1中列出了目前我国常用的取水建筑物类型及适用条件。
表1 地下水取水构筑物的型式及适用范围
型式
尺寸
深度
适用范围
出水量
地下水类型
地下水埋深
含水层深度
水文地质特征
管井
井径50-100mm
井深20-1000m,常用