飞机场地区地下水资源评价

飞机场地区地下水资源评价1.水文地质条件与概念模型研究区位于Waterloo河外的飞机场附近。该地区表层的地质条件是由上、下两层沙土以及砾石组成的含水层，中间以粘土和泥沙作为隔水层组成的。地貌特征包括一个飞机加油站，一个市内的供水井区域，以及一个不连续的隔水层，如图1-1所示。就是因为在研究区中心部位隔水层的尖灭，造成了加油站向地下渗漏的污染物从浅层含水层通过尖灭区流入深层含水层，从而对供水井区域造成污染，是研究区的污染源。这个供水区有两口供水井。东面的井以550m3/d的定流量抽水，而西部的井以400m3/d的定流量抽水。在过去的十年里，飞机燃料已经周期性地泄露到加油站区，而且经过自然渗透导致一部分污染物进入到上层含水层。当研究该地区时，从平面图上看，指定该区的上部为北面，下部为南，左面为西，右面为东。地下水在这个三层的含水层系统中是从北向南流动（从上到下）。该含水层系统是由顶层潜水含水层、中间一个弱透水层以及底部的承压含水层组成的，如图1-2所示。上下含水层的渗透系数为2e-4m/sec，而弱透水层的渗透系数为1e-10m/sec。图1-1飞机场地区位置图图1-2含水层系统示意图2、天然条件下地下水资源评价

2.1天然条件下水均衡

研究区在天然状态下，即未经开采的条件下，地下水均衡情况如表2-1所示：表2-1天然条件下地下水均衡表单位：m3/d均衡项第一层第二层第三层合计数量比例数量比例数量比例数量补给项降雨1077.501.000.000.000.000.001077.50边界0.020.000.000.0088.710.3388.73越流0.120.00180.811.00180.880.67361.81河流0.060.000.000.000.000.000.06小计1077.761.00180.811.00269.591.001528.1排泄项河流868.960.800.000.000.000.00868.96边界35.280.030.000.00280.941.00316.22越流180.710.17180.981.000.110.00361.8小计1084.951.00180.981.00281.061.001546.98补排差-7.19-0.0067-0.17-0.0009-11.47-0.0004-18.88从表中可以看出：研究区主要的补给项是降水和边界的侧向补给，主要的排泄项是河流和边界的侧向排泄。其补给量为1528.1m3/d，排泄量为2.2天然条件下流场分析2.2.1天然条件由于该研究区共有上下两层含水层，所以在分析流场变化时就浅层含水层（图2-1）和深层含水层（图2-2）分别分析。图2-1天然状态浅层含水层流场图（第1层）图2-2天然状态深层含水层流场图（第5层）由图中所示：研究区地下水自北向南流动，在浅层含水层地下水水位从19.0m下降到16.5m，深层含水层从18.0m2.2.2天然条件由图2-3和2-4可以看出，该地区天然条件下，北侧地下水位降深小，南侧地下水位降深大，最大降深大达到5m。图2-3天然状态浅层含水层降深图（第1层）图2-4天然状态深层含水层降深图（第6层）2.2.3天然条件下质点追踪图为了能够更好的研究地下水中污染物质流动的路径，在加油站设置了五个质点，通过追踪器路径来观察污染物的流动。图2-5天然条件质点追踪平面图图2-6天然条件质点追踪剖面图在天然条件下，污染物通过隔水层的尖灭区从浅层含水层流向深层含水层，在平面上沿着西侧流向南侧边界。2.2.4天然条件下溶质运移图图2-7模拟天然条件20年后浅层含水层溶质运移平面图（第一层）图2-8模拟天然条件20年后深层含水层溶质运移平面图（第5层）图2-9模拟天然条件20年后溶质运移剖面图从图2-7、2-8和2-10可以看出，在20年后污染物已经扩散了很大的范围，并且污染到了深层含水层。2.3天然条件下地下水资源评价

由以上的图标和分析可以得出，研究区的补给资源量为：1528.1m33.现状开采条件下地下水资源评价3.1现状开采条件下水均衡分析在研究区的东南侧，河的北岸，有两口井分别以400m3/d和550m3/d的速度开采地下水，此时地下水均衡情况如表表3-1现状开采条件下地下水均衡表单位：m3/d均衡项第一层第二层第三层合计数量比例数量比例数量比例数量补给项降雨1077.500.970.000.000.000.001077.50边界28.870.030.000.00644.720.67673.59越流0.060.00321.731.00322.050.33643.84河流0.060.000.000.000.000.000.06小计1106.491.00321.731.00966.771.002394.99排泄项河流788.190.710.000.000.000.00788.19开采0.000.000.000.00950.010.97950.01边界0.180.000.000.0027.700.0327.70越流321.700.29322.041.000.060.00643.8小计1110.071.00322.041.00977.771.002409.7补排差-3.58-0.0003-0.31-0.0009-11-0.01-15从表中可以看出：研究区主要的补给项是降水和边界的侧向补给，被开采层主要的补给源为侧向补给和越流补给。主要的排泄项是河流和边界的侧向排泄，但与天然条件相比向河流的排泄量相比还是减少了，是由于开采地下水袭夺了一部分排泄量。其补给量为2394.99m3/d，排泄量为2409.7m3.2现状开采条件下流场分析3.2.1现状开采条件下流场图图3-1现状开采状态浅层含水层流场图（第1层）图3-2现状开采状态深层含水层流场图（第6层）由图中所示：研究区地下水自北向南流动，在浅层含水层地下水水位从19.0m下降到15.5m，深层含水层从18.0m下降到15.5m。由于井的开采，在深层含水层，即开采层，以开采井为中心，形成了一个降落漏斗。3.2.2现状开采条件下降深图图3-3现状开采状态浅层含水层降深图（第1层）图3-4现状开采状态深层含水层降深图（第6层）由图3-3和3-4可以看出，该地区天然条件下，北侧地下水位降深小，南侧地下水位降深大，最大降深大达到6m。由于井的开采，在深层含水层，即开采层，以开采井出降深最大，形成一个降落漏斗。3.2.3现状开采条件下质点追踪图为了能够更好的研究在现状开采条件下地下水中污染物质流动的路径，在加油站设置了五个质点，通过追踪器路径来观察污染物的流动。图3-5现状开采条件质点追踪平面图图3-6现状开采条件质点追踪剖面图在现状开采条件下，污染物通过隔水层的尖灭区从浅层含水层流向深层含水层中的供水井1中，对供水安全造成了威胁。而且随着开采的进行，供水井2的水质也会受到污染。3.2.4现状开采条件下溶质运移图图3-7模拟现状开采条件20年后浅层含水层溶质运移平面图图3-8模拟现状开采条件20年后深层含水层溶质运移平面图图3-9模拟现状开采条件20年后溶质运移剖面图从图3-7、3-8和3-9可以看出，随着开采的进行，在20年后污染物已经扩散了很大的范围，并且污染到了深层含水层中供水井1，只是污染物的浓度还比较低，但是随着时间推移，污染物的浓度会越来越大，并且污染到供水井2。3.3现状开采条件下地下水资源评价由以上的图标和分析可以得出，研究区的补给资源量为：2394.99m34.扩大开采条件下的允许开采量评价目前该区需要扩大开采，需要新增2眼开采井，单井出水量为100-200m3/d；井间距为300m，开采时间20年。根据之前在天然条件和现状开采条件下的分析，研究区地下水是自北向南流动，且加油站，即污染源在研究区的北侧，现有的两个开采井在东南侧，因此将新增的2根据选取开采井的位置和建立水源地方式，设计了两种方案。由于是建设水源地，所以井的抽水量应该达到最大的抽水量才能使设备最有效的使用，因此，开采井的抽水量为200m34.1方案一

4.1.1在研究区的西南侧，河的西南岸，新增两口开采井，以300m3/d速度开采，原有两口井分别以400m3/d和550m3/表4-1方案1扩大开采条件下地下水均衡表单位：m3/d均衡项第一层第二层第三层合计数量比例数量比例数量比例数量补给项降雨1077.500.970.000.000.000.001077.50边界34.740.030.000.001199.30.781234.04越流0.060.00338.741.00338.620.22677.42河流0.040.000.000.000.000.000.04小计1112.341.00338.741.001537.921.002989排泄项河流779.20.700.000.000.000.00779.2开采0.000.000.000.001550.01.001550.0边界0.000.000.000.000.020.030.02越流338.720.30338.641.000.040.00677.4小计1117.91.00338.641.001550.061.003006.6补排差-5.56-0.00050.10.0003-12.14-0.0008-17.6从表中可以看出：研究区主要的补给项是降水和边界的侧向补给，被开采层主要的补给源为侧向补给和越流补给。主要的排泄项是河流和越流排泄，但与天然条件相比向河流的排泄量相比还是减少了，是由于开采地下水袭夺了一部分排泄量。而且与现状开采条件相比没有了向边界的侧向补给，是由于开采量增大了。其补给量为2989m3/d，排泄量为3006.6m4.1.2方案一扩大开采条件下流场分析由于之前的研究，抽取深层含水层的地下水基本上不影响浅层含水层的流场，所以本节关于流场及降深的研究均针对深层含水层进行，旨在能够选取最佳的开采方案。图4-1方案1扩大开采状态深层含水层流场图图中所示：研究区地下水自北向南流动，在深层含水层从18.0m下降到16m。由于井的开采，在深层含水层，即开采层，以原有开采井为中心，形成了一个降落漏斗。虽然新增2眼开采井，但由于其是傍河取水，且远离原油开采井，并没有对原有的流场造成很大的影响。4.1.3方案一扩大开采条件下降深分析图4-2方案1扩大开采状态深层含水层降深图由图4-2可以看出，该地区天然条件下，北侧地下水位降深小，南侧地下水位降深大，最大降深大达到5m。由于原有井的开采，在深层含水层，即开采层，以开采井出降深最大，形成一个降落漏斗。在新增的开采井处也增加了单个小的漏斗。4.1.4方案一扩大开采条件下质点追踪图图4-3方案1扩大开采条件质点追踪平面图图4-4方案1扩大开采条件质点追踪剖面图在扩大开采条件下，污染物通过隔水层的尖灭区从浅层含水层流向深层含水层中的供水井1中，对供水安全造成了威胁。而且随着开采的进行，供水井2的水质也会受到污染。暂时并未对新增的水源地造成污染。4.1.5方案一扩大开采条件下溶质运移图图4-5方案1模拟扩大开采条件20年后浅层含水层溶质运移平面图图4-6方案1模拟扩大开采条件20年后深层含水层溶质运移平面图图4-7方案1模拟扩大开采条件20年后溶质运移剖面图从图4-5、4-6和4-7可以看出，随着开采的进行，在20年后污染物已经扩散了很大的范围，并且污染到了深层含水层中供水井1，只是污染物的浓度还比较低，但是随着时间推移，污染物的浓度会越来越大，并且污染到供水井2。但是并未对新增的水源地造成污染。4.2方案二

4.2.1方案二在研究区的西南侧，河的南北两岸，各新增一口开采井，以300m3/d速度开采，原有两口井分别以400m3/d和550m3表4-1方案2扩大开采条件下地下水均衡表单位：m3/d均衡项第一层第二层第三层合计数量比例数量比例数量比例数量补给项降雨1077.500.960.000.000.000.001077.50边界41.570.040.000.001182.40.771223.97越流0.040.00355.511.00355.470.23711.02河流0.070.000.000.000.000.000.07小计1119.181.00355.511.001537.871.003012.56排泄项河流770.540.680.000.000.000.00770.54开采0.000.000.000.001550.01.001550.0边界0.000.000.000.000.020.030.02越流355.500.32355.441.000.040.00710.98小计1126.041.00355.441.001550.061.003031.54补排差-6.86-0.00060.070.0002-12.14-0.0008-18.98从表中可以看出：研究区主要的补给项是降水和边界的侧向补给，被开采层主要的补给源为侧向补给和越流补给。主要的排泄项是河流和越流排泄，但与天然条件相比向河流的排泄量相比还是减少了，是由于开采地下水袭夺了一部分排泄量。而且与现状开采条件相比没有了向边界的侧向补给，是由于开采量增大了。其补给量为3012.56m34.2.2方案二扩大开采条件下流场分析图4-8方案2扩大开采状态深层含水层流场图由图4-8中所示：研究区地下水自北向南流动，在深层含水层从18.0m下降到16.0m。由于井的开采，在深层含水层，即开采层，以原有开采井为中心，形成了一个降落漏斗。新增4.2.3方案二扩大开采条件下降深分析图4-9方案2扩大开采状态深层含水层降深图由图4-9可以看出，该地区天然条件下，南侧地下水位降深小，北侧地下水位降深大，最大降深大达到7m。由于原有井的开采，在深层含水层，即开采层，以开采井出降深最大，形成一个降落漏斗。在新增的开采井处也增加了降落漏斗。4.2.4方案二扩大开采条件下质点追踪图图4-10方案2扩大开采条件质点追踪平面图图4-11方案2扩大开采条件质点追踪剖面图在扩大开采条件下，污染物通过隔水层的尖灭区从浅层含水层流向深层含水层中使新增水源地的供水井其中的河流的北侧受到污染。4.2.5方案二扩大开采条件下溶质运移图图4-12方案2模拟扩大开采条件20年后浅层含水层溶质运移平面图图4-13方案2模拟扩大开采条件20年后深层含水层溶质运移平面图图4-14方案2模拟扩大开采条件20年后溶质运移剖面图从图4-12、4-13和4-14可以看出，随着开采的进行，在20年后污染物已经扩散了很大的范围，并且污染到了深层含水层中供水井1，只是污染物的浓度还比较低，但是随着时间推移，污染物的浓度会越来越大，并且污染到供水井2。同时如果长期再进行开采，也会对新增的供水井造成污染。5.小结经过以上两种方案的研究，比较后得出方案1更为科学、合理，选择方案1最为最终方案有以下两方面原因：（1）地下水均衡：分析三种方案的水均衡表，方案1的补给资源量为2989m3/d，方案2的补给资源量为3012.56m3/d。方案1的补给资源量较少，说明在开采量相同的情况下，方案（2）污染物运移：通过三种方案中模拟的20年后污染物运移的状况发现，方案2的污染范围更大，而且长期开采下会使新增供水井受到污染，因此，方案1更安全。综上