涠洲岛地下水资源开采方案比选分析

覃建锦

(北海河海水利水电设计院 广西 北海 536000）

1 区域概况

涠洲岛是中国北部湾内最大的海岛，隶属于广西北海市。涠洲岛四周被海水包围，淡水资源有限，岛上多年（1957年～2006年）平均降雨量为1359.5mm，是涠洲岛地表水和地下水补给的主要来源。全岛多年平均水资源量约1329.5万m3，人均占有量831m3，远低于全国人均2200m3和全市人均4020m3的水平，属严重缺水地区。岛内地表水资源有限，主要淡水来源为开采地下水，近年来由于对地下水资源不合理的开采利用，导致岛内部分区域出现海水倒灌和地下水位降落漏斗范围的扩大。针对目前岛内的水资源情况，有必要制定合理的地下水资源开采方案与相应的保护措施。

2 涠洲岛地下水开采方案比选

地下水开采方案比选最主要的评判指标就是地下水位的变化，采用数值模拟的方式对不同地下水资源开采进行预测。水位预报就是将需要预测年份的地下水开采量和各源汇项代入到经过识别和检验的数学模型之中，通过模型的运转计算，计算出不同用水方案下的地下水位及流场的时空响应状况。模型预测前关键是确定实际开采方案以及边界条件和源汇项，调参准则为观测井的观测水位和模拟水位。

2.1 地下水位预测

以2006年为现状年，预测期为近期、中期和远期三个水平。根据历年降雨资料进行降雨的经验频率分析，找出（P=多年平均、10%、50%、75%、95%）的典型年份，采用包含典型年份的系列气象资料及其边界条件资料作为预测期模拟资料。根据岛屿降雨量长系列资料进行了降雨频率分析，选取保证率为P=10%、50%、75%和95%为水平年，2006年为现状年、2010年为中期预测年、2020年为远期预测年。

表1 各经验频率水平年对应降雨量

2.2 开采方案制定

在不同的开采条件下，预测近期水平年（2015年）和远期水平年（2020年）的地下水位变化趋势。

（1）开采方案一

2000年地下水深井开采量3630m3/d，地下水浅井开采量764.5m3/d，地下水总开采量为4394.5m3/d，2000年地下水开采量为有记录资料年份中开采量最大的。按照最不利开采情况，开采方案一认为规划年地下水深井开采量统一按照2000年3630m3/d不变，计划2009年开始启动涠洲水库，浅井统一关闭（根据涠洲岛统一供水规划方案），地表水开采量保持1800m3/d，地表地下水总用量为5430m3/d。具体见表2。

（2）开采方案二

涠洲终端处理厂机井停采，并以涠洲新水厂作为生产新供水水源条件下，2006年地下水开采量为深井地下水开采量2120m3/d，浅井地下水开采量800m3/d，地下水总开采量为2920m3/d，地表水主要用作少量农业灌溉用水，在此可忽略不计，因此，总用水量为2920m3/d。2009年开始启动涠洲水库，地表水开采量保持为1800m3/d，此时浅井关闭，深井开采量保持2120m3/d不变，总用水量为3920m3/d。

2.3 地下水位模拟分析

文章采用MODFLOW模拟软件，模拟不同开采方案对地下水位造成不同的影响。水文地质模型的常水头边界为涠洲岛计算区域与海水交界被海水覆盖的环形区域，越流边界为不同含水层之间的边界。模型在xyz平面分为3层，从上至下依次为潜水含水层、弱透水层和承压含水层，潜水含水层和承压含水层剖分重叠，水文地质模型如图1所示。

2.3.1 地下水开采方案模拟

输入相关参数后得到两种方案下的干涸单元分布，如图2.3所示。

2.3.2 模拟结果分析

分析方案一模拟结果可知，图2中深黄色区域为干涸单元，类似等高线的连续曲线为等水位线，次外层深蓝色区域为海水区域，最外层绿色区域为无效单元。疏干单元几乎包含岛上主要地下水开采区，浅井干涸，极容易不可逆转的导致地面塌陷，房屋裂缝等地质灾害。此方案不能满足涠洲岛淡水资源的长期可持续开采，采取新的开采方案迫在眉睫。

表2 2007年～2020年供水计划（开采方案一）

表3 2007年～2020年供水计划（开采方案二）

从方案二的干涸单元模拟结果中可以看出，图3中深黄色区域为干涸单元，连续曲线为等水位线，次外层深蓝色区域为海水，最外层绿色为无效单元。疏干单元范围相比开采方案一明显缩小，且目前的小范围疏干单元处于岛正中间，影响不大。认为此方案可以满足涠洲岛淡水资源的可持续开采，开采方案可行。

通过对两种不同方案预测结果地下水位变动、开采区域漏斗影响区域变化等比较，相比之下选取开采方案二比较合理。

图1 含水层的空间离散示意图

图2 方案一干涸单元分布图

图3 方案二干涸单元分布图

图4 东西向剖面粒子流动迹线图

图5 南北向剖面粒子流动迹线图

图6 东西向剖面浓度等值线图

3 地下水受海水入侵分析

在初步确定开采方案二的基础上，进一步对岛屿对海水入侵进行深入研究和探讨，分析在开采方案二的情况下岛屿受海水入侵的威胁。

3.1 示踪迹跟踪下的水流迹线

东西向剖面和南北向剖面各赋予假想粒子跟踪水流运动，软件模拟区域内40年后粒子随水流运动的较完整迹线，结果如图4、图5所示。分析模拟结果可知，水流迹线基本都越过主要区域的开采层即承压含水层；通过粒子运移的迹线可以推测得出，地下水资源咸淡水分界面包含了整个承压含水层。这就表明岛上淡水仍是辐射状穿过整个含水层流入大海，并没有出现海水反向入侵岛内开采区情况，因此，在开采方案二下40年内不会发生海水入侵。

3.2 地下水溶质运移

根据我国《生活饮用水卫生标准及农田灌溉水质标准》规定，取Cl-1的含量250mg/L可以作为海水入侵的标准值，当地下水Cl-1的含量超过250mg/L，就认为发生海水入侵。把海水按照定水头常浓度计算40年后该岛的剖面浓度等值线图，如图6所示。200mg/L的等值线远离模型主要地下淡水开采区，再次说明并未发生海水入侵。

3.3 模拟结果分析

采用静态法估计咸淡水分界面，认为淡水面每高出海水面1m，淡水分界面下移40m，涠洲岛中部有的地方淡水水位达到20多米，海水位平均水位才0.36m，按照静态法估计得到的最大咸淡水分界面埋深应该为800多米，而研究承压含水层深度不到400m，认为没有海水入侵，用静态法分析是合理的。而采用MODFLOW模型进行参数率定后，再用已有的资料验证了模型，模型有相当的精度和可靠性。

4 结语

通过对新的开采方案进行地下水位和水质的模拟预测分析，没有形成大的地下水降落漏斗，咸淡水分界面显然低于开采层，不会发生海水入侵，说明方案二是可行。所得结论可为该岛地下水开采提供参考意见，防止盲目开采导致地下水位降落漏斗、发海水入侵等环境生态破坏等问题。陕西水利

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