荊全章
（新鄉市自來水公司， 河南新鄉 453000）

　　摘要： 調蓄池是地表水源廠重要的構筑物之一，在其建設過程中須采取一定的截滲措施。結合工程實踐，闡述了利用調蓄池截滲井工程進行部分地下水開采，實現地表水、地下水的聯合開發。在解決了調蓄池的滲漏、避免了工農矛盾的同時，提高了城市供水保證率，具有良好的經濟效益和環境效益。在缺水地區水資源綜合開發及環境保護方面做了積極有益的嘗試。
　　關鍵詞： 調蓄池； 截滲井； 水資源
　　中圖分類號： TU991.13
　　文獻標識碼： 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業爭水等因素，在建設水源工程時設調蓄池進行調節。新鄉市第四水廠擴建工程是以黃河為水源，規模為12×10⁴m³/d的地表水源水廠，其水源工程包括引水節制閘、引水明渠、沉砂池、調蓄池、取水泵站等。該項目在建設過程中，為妥善處理好調蓄池的滲漏問題，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業生產，采取了大堤護坡、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一隊聯合對調蓄池儲水前后的變化情況進行了課題研究，提出了截滲井的動態管理、聯合開發方案。

1 調蓄池工程簡介

　　新鄉市第四水廠調蓄池利用賈太湖構筑而成，距市區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。經修整、清理，并在四周筑起3m高的堤岸后，水面面積達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的調蓄能力。大堤內坡采用片石護坡，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。調蓄池北部設有取水泵站。

2 調蓄池周圍的水文地質

　　調蓄池位于黃河故道，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成，由地面往下0～4m為輕亞粘土，4～10m為細沙層，10～40m為礫砂、中砂，構成良好的地下水儲存空間。
　　本區域西部有人民勝利渠通過，東南部有東孟姜女河流經，灌溉渠系縱橫交錯，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。地下水補給來源除受大氣降水補給外，灌水入滲、渠系坑塘入滲也是地下水主要補給來源。地下水排泄方式除蒸發及植物蒸騰外，地下徑流和東孟姜女河排泄是地下水主要排泄方式。
　　由上述地質地貌及水文地質條件所致，歷史上新建調蓄池附近旱、澇、堿相隨，成為該地區主要環境生態問題。旱：每年冬、春季節多風少雨，蒸發量大于降水量七倍左右。澇：由于降水時空分布不均，年內及年際間變化較大，每年七、八、九三個月降雨集中，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，遇暴雨經常受災。堿：據歷史記載，新建調蓄池附近一直是一片鹽堿地。
　　調蓄池工程運行后，其水位可達75.4m，高于原地面3m左右，高于地下水位5m左右。調蓄池為土石方工程，再加上該區域內含沙層比較厚，土壤導水系數較大，因而調蓄池蓄 水運行后滲漏也比較大。以調蓄池運行初期為例，1990年9月22日開始放水，至10月初，調蓄池水位由70.17m上升到73.5m，從而引起距調蓄池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，勢必會引起調蓄池周圍地下水位升高，加重原有生態環境問題，引起周圍土地次生鹽堿化。

3 調蓄池的截滲與開發利用

　　綜上所述，調蓄池周圍的水文地質條件比較突出，必須解決好滲漏問題。該工程除了護坡和開挖滲溝外，把截滲井抽水作為主要截滲措施。截滲井可有效截取調蓄池的滲漏水量，減少或避免工農矛盾，并能根據地下水位的具體情況，有限度地開采部分地下水資源，作為供水水源的補充，從而達到控制地下水位、防止環境惡化及擴大供水能力的目的。因此提出對截滲井采取動態管理，既作截滲用，又作開采用，實行調蓄池周圍水資源綜合開發的設想。
　　把調蓄池作為一個地表水庫，地下水層作為一個地下水庫。利用地下水庫的調節作用，將地下水作為地表供水工程的補充水源，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，實現地表水、地下水聯合開發，綜合利用。
　　① 地表水和地下水庫連接成一個水系，將調蓄池看作大口井，作為井灌工程，將截滲井群看作是井排工程，兩個工程相輔相成。
　　② 夏、秋季節為豐水期，降雨較多，地下水位埋深較淺，根據觀測井的水位情況，打開截滲井群，適當多抽水，發揮井排工程的作用。
　　③ 冬、春季節為枯水期，旱情較重。根據水位情況，可以適當少開截滲井，讓井灌工程發 揮作用，以減緩旱情。
　　④ 根據長期觀測井的水位變化，制定調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穩定的范圍內，使地下水位控制在最優埋深。

4 最優地下水位控制與合理抽水量的確定

　　對截滲井實行動態管理，必須首先確定最優地下水位控制與合理抽水量的關系。截滲井的開發必須符合當地的水文地質條件，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
　　在調蓄池周圍鑿井抽水，抽出的水量一部分為調蓄池滲水量，另一部分為當地地下水水量，即：?
　　Q＝Q₁+Q₂ (1)?
　　滲漏水量的大小主要與調蓄池蓄水水位、底部巖性結構及含水層透水性能等因素有關；地下水量的大小主要與含水層巖性、導水性、水位降低深度及過水斷面大小等因素有關。
4.2 抽水試驗及試驗資料的解釋推斷
　　為了獲取有關的水文地質參數，進行了井群抽水試驗。試驗選擇在調蓄池工程運行以前進行。井群位于賈太湖東北角，陸續開啟的試驗孔為8眼，觀測孔4眼，試驗于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，抽水延續時間為110h。試驗過程中對各種開采水量進行了連續觀測(見表1)。

表1 不同抽水量各井水位變化情況 序
號 地面
標高 靜水位埋深 水位
標高 第一次降深水位埋深 埋深值 水位標高 第二次降深水位埋深 埋深值 水位
標高 第三次降深水位埋深 埋深值 水位
標高 第四次降深水位埋深 埋深值 水位
標高 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

　　根據抽水試驗資料，分別采用穩定流方法、非穩定流方法和大口井法對資料解釋推斷和參數計算，確定含水層導水系數T為1 026，滲透系數K為5，給水度為0.089。
4.3 合理抽水量的確定
　　調蓄池滲漏量采用下式計算：?
　　Q₁＝TLI ? (2)?
　　式中　T --含水層導水系數?
　　　　　L --調蓄池周長?
　　　　　I --補給帶平均水力坡度?
　　經計算，調蓄池滲漏補給量18001m³/d。?
　　地下水開采量采用下式計算：
　　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
　　　　　　S --任意點水位降低
　　　　　　n --開采系數
　　　　? X₁,X₂…… X_n --任意點至各井的距離?
　　根據當地包氣帶巖性確定地下水位的極限埋深(零通量面)為3.5m/d，滲透系數為25,影響半徑為1000m，開采井數15眼，經計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蓄池滲透量之和，即：?
　　Q＝Q＝Q₁+Q₂=28 655m³/d
　　根據上述計算結果，保持2.8×10⁴m³/d的截滲井開采量，即可有效地截取調蓄池對地下水的滲透補給，使地下水位控制在最優水位埋深。這樣既可消除調蓄池滲漏對環境產生的危害，又可使水資源得到綜合開發利用，增加城市供水能力。?

5 截滲井運行情況及其效益分析

　　調蓄池自1991年投運以來，經過幾年的運行，證明了截滲井工程運行動態管理、聯合開發的方案是成功的。?
　　① 截滲井有效地截取了調蓄池的滲漏水量，防止了地下水位的升高。據1991年9月9日至9 月30日的觀測，當開啟8眼截滲井的情況下，距調蓄池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，約經過6h,1號觀測井(距調蓄池70m)水位即升至孔口，開始溢出。根據截滲工程的研究及歷史水文資料，新鄉市自來水公司與附近農村簽訂了水位控制協議：在調蓄池大堤周圍200m之內，水位控制在67. 5～72.5 m(平時水位～汛時水位)，每日定時定人進行水位觀測，隨時調整開井的數量及位置，使地下水位控制在最優埋深。
　　② 調蓄池截滲井工程的啟用具有明顯的經濟效益。截滲井的開采水量經過地下含水層的過濾，水清砂凈，水質較好，直接送往凈水廠。根據第四水廠的生產報表統計，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 年均可減少引黃河水量676×10⁴m³，如按源水費0.1元/m³計算(現行黃河水費為0.14元/m³)，年均節約水資源費67.6萬元。此外還減少了相應引黃水量的泥沙清理費用，按黃河水含沙量0.8%、泥沙清理費4元/m³計算，年均又可節約資金21.6萬元。

表2 調蓄池截滲井實際開采量 時間(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 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

　　③ 調蓄池截滲工程的啟用延長了調蓄池的調蓄能力，提高了城市供水保證率。由于調蓄池截滲井每年可開采676×10⁴m³，日均達1.85×10⁴m³；地表取水量由12×10⁴m³/d減少為10.15×10⁴m³/d，可將原調蓄池調蓄能力延長到20d。
　　④ 由于截滲井的合理使用，使地下水位控制在最優埋深，不僅解決了滲漏問題，還改變了新建調蓄池周圍原來已有的旱、澇、堿等環境水文問題，具有一定的環境生態效益，使農民旱澇保收。

6 幾點建議

　　① 長期進行調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—水位—時間變化規律，制定一套完整的操作規章制度。
　　② 每年至少兩次普查水源工程影響范圍內的民用井、井隊資料并進行研究分析，了解地下水位變化情況，作為地表水綜合開發控制的參考和依據材料。
　　③ 地表水、地下水進行合理開發綜合利用，避免走兩個極端，合理控制開采量，避免引起工農矛盾。
　　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，影響調蓄池大堤安全。

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