“引洮工程”供水后水源地地下水可恢复性分析

史卫东

(甘肃省定西水文站，甘肃 定西 743000)

随着社会的发展，人类对河流的开发程度也随之提高。甘肃引洮工程供水后对水源地乃至整个盆地水文地质条件的影响是巨大的，其影响力是一个渐变的过程。但该过程十分复杂，即使专门性的研究也很难反映出若干年甚至更长时期真实的水文地质条件[1-3]。本文在调查分析水源地水文地质的基础上，对该区域地下水恢复性进行可靠性预测，并对城市备用或应急水源地的管理及保护提出相应的措施[4]。

1 水源地水文地质条件变化分析

引洮工程引水后，香泉、内官水源地水文地质条件的变化主要是补给方式的改变。由过去的侧向潜流、洪水渗入、灌溉回归水入渗等为主转化为以灌溉水为主的垂向渗入补给。又因开采量的骤然降低或消失，地下水位由过去的急速下降转而逐步加速向上回升。

地下水位的回升速率的快慢不但决定于灌溉水量的总体规模，并且与盆地包括水源地垂向的地层岩性有关。在表部土层较薄，深部砂砾石等粗颗粒厚度大，灌溉量又大、入渗条件好的局部地段可能出现“水堆”现象。随着灌溉水入渗量的继续，水源地水位持续上升，在香泉、内官盆地北部排泄口(F2断层)附近可能因地下水位变浅产生土壤次生盐渍化现象。在地下水位较浅且在当地蒸发极限深度内，蒸发排泄为除地下径流排泄、开采排泄以外的主要排泄方式之一。

地下水质的变化决定于含水层包气带易溶盐的含量。根据本次分别在香泉、内官盆地典型地段不同深度易溶盐分析(表1、表2)。

表1 香泉中凡坪包气带土层易溶盐分析成果表

由表1、表2中数据可知，从0.00～10.00 m以上包气带易溶盐含量含量361～557 mg/kg，易溶盐含量较高。在大量“引洮工程”灌溉水的淋滤作用下，将随入渗水进入含水层，导致地下水矿化度升高，直至达到新的水盐平衡。至于变化过程比较复杂，由于缺乏大量的实验研究无法预测，但水质随着灌溉时间的持续，向高矿化方向发展是必然的趋势。

2 水源地可恢复性预测

2.1 预测方案的确定

根据《引洮供水一期工程规划方案》，香泉、内官盆地为工程规划重点灌溉区，工程完建后香泉盆地灌溉面积将达到3.08万亩，内官盆地灌溉面积将达到3.38万亩。设定全部用渠水灌溉，毛灌定额300 m/亩·a考虑，香泉、内官盆地灌溉水量将分别达到924万 m3/a、1 014万 m3/a。届时灌溉水入渗成为占主导地位的地下水补给源。

为此，利用已建香泉、内官水源地地下水流数值模型，将垂向灌溉水入渗按照前述条件进行分配处理计入，各水源的南部边界，东、西边界条件不变，北部边界随着地下水位的逐年升高，至F1断层北含水层隔水底板以上时，按照变流量二类边界处理。由于工程干、支渠道衬砌较好，垂向入渗可不再考虑；降水入渗沿用前述已知循环周期量化处理。由于规划方案中灌溉是按照一般农作物定额规划的，但实际香泉、内官现在和今后很长时期主要以蔬菜种植为主，因此在引洮工程引水时段计算灌溉用水为地表水，其它时段仍以开采地下水浇灌，现有农灌井位置、数量及开采量不变。城市供水完全由“引洮工程”取代，水源地内开采井停止[5-7]。

表2 内官曾家庄包气带土层易溶盐分析成果表

2.2 水源地可恢复性预测

2.2.1 香泉水源地

工程灌溉初期，灌溉水入渗产生的效果并不十分明显，但是水位回升幅度很大(12.36～18.03 m)，分析是主要原因是：水源地开采井停止运行后，多年形成的降落漏斗周围地下径流迅速向水源地漏斗中心和各开采井小型漏斗汇流的结果。因水位埋藏很深，灌溉水的缓慢入渗在此段时间内对地下水位回升的影响程度轻微。约7个月以后水源地潜水面基本持平，水位回升速率明显降低，表现为0.08～0.12 m/月，这种缓慢回升持续一年半左右的时间，此段水位恢复主要为灌溉水入渗带动。随着地下水位埋深的逐步恢复变浅，由灌溉入渗水带动水位回升的效果也逐渐显现。

2015年1月-2035年12月预测各井地下水位基本呈匀速上升期，但仍然比较缓慢，年水位回涨速率0.88～1.49 m/a，2035年末基本达到或者超出原始地下水位。香3、香6预测分别超出原始地下水位2.14 m、3.22 m，分析原因可能是周边农灌井干扰较小和预测水位埋深为成井时水位资料所致。计算中因考虑了蔬菜种植农灌井开采的影响以及水文地质参数的不同，各井水位恢复不尽相同。从整个水位恢复过程看，前十年较后十年要缓慢些。水源地地下水位各阶段回升情况见表3。

2.2.2 内官水源地

与香泉水源地相似，工程灌溉初期，主要体现为降落漏斗周边的地下水向漏斗中心汇聚，水位回升幅度很大，为13.97～15.80 m。分析水位大幅度回升与灌溉水入渗产生影响不十分明显，应该是主要原因为水源地开采井停止取水后，多年形成的降落漏斗周围地下径流迅速向水源地漏斗中心和各开采井小型漏斗汇集的结果。7个月以后水源地水位侵润线大致持平，但水位回升速率显著降低，为0.064～0.11 m/月，这种缓慢回升将持续一年半左右的时间，此段水位恢复主要为灌溉水入渗引起。随着地下水位埋深的逐渐变浅，由灌溉入渗水带动水位回升的效果相应逐步显现。

表3 香泉水源地地下水位恢复性预测成果表

2015年1月-2035年12月预测各井地下水位基本呈匀速上升期，但仍然比较缓慢，年水位回涨速率1.17～1.23 m/a，2035年末基本达到或者超出初始(成井时地下水位)地下水位。内4预测超出原始水位0.54 m，分析原因可能与该段地层岩性有关。计算中因考虑了蔬菜种植农灌井开采的影响以及水文地质参数的不同，各井水位恢复不尽相同。从整个水位恢复过程看，前十年较后十年要缓慢些。水源地地下水位各阶段回升情况见表4。

综上，通过对香泉、内官水源地地下水恢复预测计算，“引洮工程”完建后，城市供水水源地完全停止开采(短时间间歇性开采影响轻微)，农灌开采量也显著降低，补给方式和补给量也发生了根本性转变，整个盆地包括水源地地下水将从过去的消耗转换为补给，随之地下水流场由初期的开采漏斗快速恢复逐渐进入由灌溉水入渗的缓慢恢复过程，预测恢复期37～40 a，能够基本达到天然状态。由于计算模型本身的缺陷及资料的不完整等，可能产生微小的误差，这是本次工作无法克服的。再者与甘肃中部一些大型灌区引水灌溉后水位恢复幅度比较看，这个时间段是比较合理的。预测结果比较可信[8]。

表4 内官水源地地下水位恢复性预测成果表

3 作为城市备用或应急水源地后的管理及保护

由于可利用水资源的贫乏，定西城区供水一直没有后备或应急目水源地。“引洮工程”城区供水水源地的完建，不仅使城市供水水量、水质有了很大的提高，也使开采濒临枯竭的香泉、内官水源地得以恢复。目前香泉、内官水源地开采系统完整，作为城市后备或应急水源地对定西市来讲是一件未雨绸缪的大事。对“引洮工程”检修期用水，应对意外突发事件时确保城市正常、安全供水意义深远。为此，提出以下利用、管理及保护的建议措施[9-10]。

3.1 水源地地下水的利用

“引洮工程”是本世纪初我省的一项跨流域大型引水工程，对解决甘肃中部历史性水资源短缺，改善和营造受水区生态环境将发挥巨大作用。由于整个工程引水干渠长、流量大、穿越地貌单元多样、地质结构复杂、配套设备繁多等，在运行期间可能存在检修问题。据调查，一般工程检修期为1～3个月。此期间城市用水主要由清水池供给。但在蓄水池储水量不能完全满足城市大规模需水条件下，可启动香泉、内官水源地地下水进行补充。具体动用已建水源地地下水的时间难以确定，但开采时段按照“引洮工程”一般检修期3个月考虑。通过已建各水源地地下水水流数值模型对水源地地下水状态做出基本预测。设计两处水源地总开采量2.0万 m3/d，其它约束条件不变。

预测结果是：在“引洮工程”向城市供水期间，水源地每日取水量2.0万 m3/d，连续开采90 d后，香泉水源地最大水位下降值为1.68 m，内官水源地最大水位降低1.27 m。均在可控且允许的范围之内，可以满足“引洮工程”检修期取水要求。

上述预测带有极端性，其实“引洮工程”向城市供水工程部分设计在阳阴峡口建有3万 m3清水池，香泉、内官水源地开采量及开采时间实际达不到上述预测的极限条件，存在有一定时间的间歇性开采期。因此，对保障城市用水提供补充水量是完全有保证的。建议需要解决的是：香泉、内官水源地地下水质较差(属微咸水)，开采出的地下水应与清水池淡水混合后净化处理供给城市。

3.2 管理及保护措施

应该按照甘肃省人民政府有关文件要求和国家环保部《饮用水源保护区划分技术规范(HJ/T338-2007)》规定划分的各级保护区对香泉、内官水源地进行保护。

上述应急或后备水源地保护措施要依据甘肃省环保厅批准的技术文件执行，严格界定一级、二级保护区界线范围。各级保护区要按照《饮用水水源保护区污染防治管理规定》采取有效监管，以防治地下水位逐步回升变浅造成对地下水环境的污染[11]。

此外，已建地下水源地停采后，应重视对地下水位回升幅度及水质的监测，建议水位监测每月一次，水质监测每年三次(丰、平、枯各采集全分析水样)，做好详细记录。地下水质监测结合本水源地实际，建议监测项目为：pH、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、挥发性酚类、氰化物、砷、汞、铬(六价)、总硬度、铅、氟、镉、铁、锰、溶解性总固体、高锰酸钾指数、硫酸盐、氯化物、大肠杆菌等。