用水较小水源地取水合理性论证与分析

高 帅，李治军，于 淼，李梦宇

（1.黑龙江大学寒区地下水研究所，黑龙江 哈尔滨 150080；2.黑龙江大学水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080；3.黑龙江大学中俄寒区水文和水利工程联合实验室，黑龙江 哈尔滨 150080）

1 引言

如何解决水资源问题一直是我国面临的严峻考验，水资源不足、水量分布不均、水质恶化及水资源不合理开发利用造成的生态环境压力越来越严重，面对这些问题，我国出台了一系列举措来应对。其中水资源论证是解决水资源的合理开发利用、优化配置及有效保护等问题的重要手段[1-4]。其中，人们对取水量较小水源地的水资源取用情况的关注程度往往低于取水量较大的水源地。但是，如果不对取水量较小水源地的数量加以管控，仍会对该区域的地下水资源量和其它的用户造成影响[5-8]。

本文提出一种针对用水量较小水源地取水合理性论证简洁有效的思路与方法，并以黑龙江省庆安县一座小型制药厂为例，分别从论证目标、约束条件和论证方法等方向出发，对其水源地取水合理性展开论证。

2 水资源论证思路与方法

2.1 论证目标

论证用水较小水源地地下水水源地的合理性可以从两个方向出发：（1）水源地可供水量。在不破坏论证区内地下水资源和水环境的前提下，又不影响其他用户水源地的权益，通过经济技术合理的取水构筑物可开采出的水量；（2）水源地水质。地下水的种类有很多，不是所有的都可以直接用来生产，只有少部分可满足生产要求，大部分必须要经过处理才能满足生产水质要求，这类水资源才是可利用的地下水量，才论证其可供水是否满足供水需要[9]。

2.2 约束条件

根据水源补给量（Q补）与开采量（Q采）的关系，可将水源地分为三种类型，分别为稳定型、调节型和消耗型[10]，见表1。

表1 水源地类型

由此可见，水量和水质是进行水资源论证的重要指标，除此之外，在水源地长期供水的情况下，地下水的水位降深、开采影响半径是否在水源地允许范围之内，以及取水构筑物的布置是否合理等问题都应给予考虑。

2.3 论证方法

在对用水较小水源地进行地下水水源地论证时，当地的水文地质资料和勘测资料都十分重要，并且必须要将这些资料同生产阶段的要求相互结合，通过计算比较，选择适当的论证策略，才能达到较好的效果[11-12]。可采用如下方法进行论证：

（1）根据水文地质条件，确定论证范围；

（2）明确用水目的，选择行业内的地下水用水标准，对水质进行评价；

（3）通过比较计算得出的地下水补给量和开采量，明确水源地类型，论证其供水能力；

（4）明确取水构筑物的开采能力，并对其开采稳定后的影响范围进行评价，以及对论证区内的地下水资源和其他用户用水权益的影响进行论证。

3 庆安县制药厂供水水源地概况

论证区绥化市庆安县坐落在黑龙江省的中部。流域属于呼兰河中游地区，地处松嫩平原和小兴安岭余脉的交界处，年平均气温3.3℃，年平均降雨量620 mm，7 月～8 月为集中降雨期，无霜期在135 d～140 d，年平均日照在2500 h，最大冻土层深度2 m～2.14 m，年结冻期148 d。

制药厂供水水源地位于县域中部的平原上，县内地形东高西低，南高北低，平均海拔450 m 左右。取水水源主要为松散岩类孔隙水，该含水层以砂砾石、砂为主，厚度15 m～26 m，透水性较好，地下水含量丰富。

4 庆安县制药厂供水水源地论证

4.1 水文地质条件

论证区上部40 m 左右的地层大致分为三层，由上到下分别是第四系下更新统、中更新统及上更新统地层，下部主要为沉积的白垩系泥岩和砂岩；第四系河谷平原松散岩类孔隙水含水层是论证区内的主要采水层。该含水层厚度约为25 m～32 m，根据区内钻孔资料，该区含水层较其他河谷平原区颗粒粗大，渗透性强，水位埋深2.1 m～5.9 m，含水层渗透系数35 m/d～60 m/d，矿化度0.24 g/L～0.41 g/L，地下水化学类型主要为HCO3-Ca。

补给地下水的方式可大致分上游地下水侧向径流和大气降水渗入两种，此外，在地表河流发育地带，丰水季节还会受到地表河水的侧向补给。

4.2 论证范围的确定

《建设项目水资源论证导则》（GB/T 35580-2017）是水利部出台的水利行业的重要指导性文件，其中对地下水水资源论证范围明确要求“水资源论证范围必须涵盖建设项目的所有区区划，且应为较为完整和相对独立的水文地质单元，或者包括地下水水位降落漏斗并其影响的范围称之为取水水源地的论证范围”考虑地下水源地取水对周围的影响范围、水文地质勘察范围、退水影响范围等因素，本次论证范围为以制药厂为中心的矩形区域，总面积10 km2。

4.3 论证目标

（1）对水源地地下水水质进行评价；

（2）通过比较计算得出的地下水补给量和开采量，明确水源地类型；

（3）分析论证水源地长期取水对论证区区域内的地下水资源及其它用户产生的影响。

4.4 论证方法

4.4.1 水质

分别取论证区地下水监测资料、《庆安县水资源开发利报告》（1992 年）数据和庆安县城市水源历年地下水水质监测资料，按相关行业标准进行评价。

4.4.2 水量

论证区补给地下水的方式可大致分上游地下水侧向径流和大气降水渗入两种，此外，在地表河流发育地带，丰水季节还会受到地表河水的侧向补给。地下水的水资源量可采用补给法进行计算。

降水入渗补给量（pr）计算公式如下：

式中：pr为年降水入渗补给量，万m3；p 为年有效降水量，mm；α为年降水入渗补给系数；F 为计算面积，km2。

地下水侧向径流补给计算公式如下：

式中：Q 为地下水侧向径流补给量，m3/d；K 为补给边界含水层渗透系数，m/d；I 为地下水水力坡度；B 为计算断面宽度，m；M为含水层有效厚度，m。

4.4.3 影响

通过比较水源地取水量和论证区可开采地下水总量，并对含水层在长期取水的情况下的补给能力进行分析，明确其对水源地地下水资源的影响程度[13-14]。并且，当地的工程实践经验具有很好的可借鉴性，通过结合相关的技术规范和理论分析。

水源地开采影响半径的计算公式如下：

式中：R 为开采稳定后的影响半径，m；H 为潜水层厚度，m；S 为水位降深，m；K 为含水层渗透系数，m/d。

4.5 论证结果

4.5.1 水质

论证区地下水以HCO3-Ca 为主，pH 值为6.49～7.68，呈弱碱- 弱酸性，矿化度不超过1 g/L，属于低矿化度淡水，总硬度不超过300 mg/L，属于硬水或微硬水。论证区地下水通过比对《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006），水质完全符合标准，满足生产需要。

4.5.2 水量

结合论证区具体情况，确定渗透系数36.11 m/d，开采系数为0.85，含水层平均厚度为22.8 m，过水断面宽度3000 m，水力坡度为0.5‰，则大气降水补给量、侧向径流补给量分别为61.67 万m3/a、45.08 万m3/a。论证区地下水总补给量为106.75×104m3/a。

可开采地下水总量为90.74 万m3/a，选定的制药厂取水规模为0.5×104m3/a，仅占多年平均地下水资源量的0.47%，属于稳定型水源地。

4.5.3 影响

本水源地实施后，水源地每年取用地下水0.5×104m3，远远小于论证区可开采地下水总量90.74 万m3/a，占地下水可开采量的0.55%。水源地采水层厚度约为25 m～32 m，地下水含量丰富，含水层较其他河谷平原区颗粒粗大，渗透性强，补给量充足，且地下水水位降深小，不会对论证区内的地下水环境造成影响。

计算结果表明，当制药厂以水量0.5×104m3/a 的流量取水时，当取水构筑物连续运行30 a 时，地下水位最大降深0.2 m，抽水影响半径为12 m。水位降深小，取水结束后水位易恢复，对地下水生态影响程度低。

5 结论

论证区内，上游地下水侧向径流补给和大气降水渗入补给是地下水的主要补给来源，论证区平均地下水资源量106.75×104m3/a，可开采量90.74×104m3/a，而制药厂生产需水量较小，取水规模仅为0.5×104m3/a，仅占多年平均地下水资源量的0.47%，属于稳定型水源地。当制药厂连续运行30 a，地下水水位最大降深仅为0.2 m，抽水影响半径为12 m。水位降深小，取水结束后水位易恢复，对地下水生态影响程度低。

黑龙江省庆安县制药厂水源地水质和水量均可符合正常生产要求，论证区地下水资源和其它用户的权益均不会产生影响。