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水源区保护区划,水源保护区划分技术报告

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饮用水源保护区可分为哪几个等级?

按照《水污染防治法》的要求,饮用水水源保护区分为一级和二级保护区,必要时还可以在饮用水水源保护区外围划定一定的区域作为准保护区。划分不同级别的保护区应当按照不同的水质标准和防护要求,不同级别的饮用水水源保护区,将采取不同的保护管理措施。

1.按照水资源综合规划、水功能区划及取水工程建设情况,确定地表水源地的具体位置。在地表饮用水源地和工业集中取水水源地设立保护区。保护区范围应包括地表水源地的设计蓄水水域、主要汇流河道、沿岸陆域及汇水区域的耕地、林地等。

2.地表水源地主要水体应满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)相应标准:饮用水水源地水质应符合Ⅱ类水质以上标准;农业供水水源地应符合Ⅴ类水质以上标准;工业供水水源地应符合Ⅳ类水质以上标准。

3.批准的一级、二级饮用水水源保护区,应设置明确的地理界标和明显的警示标志及防护设施。

4.在地表饮用水水源地准保护区和二级保护区内,禁止下列行为:

(一)设置排污口;   

(二)直接或者间接向水体排放工业废水和生活污水;   

(三)建设向水体或者河道排放污染物的项目;   

(四)非法采矿、毁林开荒、破坏植被;   

(五)使用炸药、高残留农药及其他有毒物质;   

(六)堆放、存储、填埋或者向水体倾倒废渣、垃圾、污染物;   

(七)对水体造成污染的其他行为。

5.在饮用水水源地一级保护区内,除进行水利工程建设和保护水源地水质安全的建设项目外,禁止任何污染水体或者可能造成水体污染的各类活动。

扩展资料:

除了《水污染防治法》第56~63条对饮用水水源保护进行了规定,《饮用水水源保护区污染防治管理规定》作出了更为详细的规定。

按照《饮用水水源保护区污染防治管理规定》要求,饮用水地表水源各级保护区及准保护区内,禁止一切破坏水环境生态平衡的活动以及破坏水源林、护岸林、与水源保护相关植被的活动;禁止向水域倾倒工业废渣、城市垃圾、粪便及其他废弃物。

运输有毒有害物质、油类、粪便的船舶和车辆一般不准进入保护区,必须进入者应事先申请并经有关部门批准、登记并设置防渗、防溢、防漏设施;禁止使用剧毒和高残留农药,不得滥用化肥,不得使用炸药、毒品捕杀鱼类。对饮用水地表水源各级保护区及准保护区具体规定:

一级保护区内:禁止新建、扩建与供水设施和保护水源无关的建设项目;禁止向水域排放污水,已设置的排污口必须拆除;不得设置与供水需要无关的码头,禁止停靠船舶。

禁止堆置和存放工业废渣、城市垃圾、粪便和其他废弃物;禁止设置油库;禁止从事种植、放养畜禽和网箱养殖活动;禁止可能污染水源的旅游活动和其他活动。

二级保护区内:禁止新建、改建、扩建排放污染物的建设项目;原有排污口依法拆除或者关闭;禁止设立装卸垃圾、粪便、油类和有毒物品的码头。

准保护区内:禁止新建、扩建对水体污染严重的建设项目;改建建设项目,不得增加排污量。

饮用水地下水源保护:对于饮用水地下水源各级保护区及准保护区,《饮用水水源保护区污染防治管理规定》要求,禁止利用渗坑、渗井、裂隙、溶洞等排放污水和其他有害废弃物。

禁止利用透水层孔隙、裂隙、溶洞及废弃矿坑储存石油、天然气、放射性物质、有毒有害化工原料、农药等;实行人工回灌地下水时不得污染当地地下水源。具体规定:

一级保护区内:禁止建设与取水设施无关的建筑物;禁止从事农牧业活动;禁止倾倒、堆放工业废渣及城市垃圾、粪便和其它有害废弃物;禁止输送污水的渠道、管道及输油管道通过本区;禁止建设油库;禁止建立墓地。

二级保护区内:潜水含水层地下水水源地,禁止建设化工、电镀、皮革、造纸、制浆、冶炼、放射性、印染、染料、炼焦、炼油及其他有严重污染的企业,已建成的要限期治理,转产或搬迁;禁止设置城市垃圾、粪便和易溶、有毒有害废弃物堆放场和转运站,已有的上述场站要限期搬迁。

禁止利用未经净化的污水灌溉农田,已有的污灌农田要限期改用清水灌溉;化工原料、矿物油类及有毒有害矿产品的堆放场所必须有防雨、防渗措施。承压含水层地下水水源地,禁止承压水和潜水的混合开采,作好潜水的止水措施。

准保护区内:禁止建设城市垃圾、粪便和易溶、有毒有害废弃物的堆放场站,因特殊需要设立转运站的,必须经有关部门批准,并采取防渗漏措施;当补给源为地表水体时,该地表水体水质不应低于《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准。

不得使用不符合《农田灌溉水质标准》的污水进行灌溉,合理使用化肥;保护水源林,禁止毁林开荒,禁止非更新砍伐水源林。

参考资料:百度百科---水源地保护

参考资料:百度百科---饮用水水源地

地下水型饮用水水源地保护区划分的基本原则

地下水饮用水水源地保护区的划分一般遵循如下5个原则。

1)地下水和地表水统一原则:地下水和地表水相互作用、互为补给,两者之间在水量和水质上有着不可分割的关系,必须坚持地下水和地表水同时保护。

2)水质和水量兼顾原则:地下水保护主要是保护地下水质量。对未污染水体要加强保护,防止水质恶化。对已经遭受污染的水体,要控制消除污染以提高水质。同时,不可忽视对地下水资源量的保护,坚持水质和水量兼顾的原则。

3)优先保护原则:由于资金技术及时间因素,地下水保护和治理应当以敏感性较强的地下水体为优先考虑对象。

4)协调一致原则:协调一致原则包括以下3方面:横向协调,即与地下水管理有关部门之间的协调,如环境保护、国土资源、水利等部门;纵向协调,即国家、省、地区、县市级间的协调;与地下水保护相关的法律规章协议之间的协调一致。

5)预警原则:污染物运移至地下水体需要经历很长时间,这个过程与包气带厚度、介质特征、水文地球化学和生物降解性及污染物本身性质数量、浓度相关,通过污染源、水文地质条件等因素的调查和地下水监测可以预测地下水系统可能遭受的危害并尽早提出警告,以选择恰当的预防措施,防止地下水体遭到污染。

地下水型水源地保护区划分方法

1.3.3.1 地下水型水源地保护区划分历程

水源地保护区是指国家为防止水源地污染、保护水源地环境质量而划定并要求加以特殊保护的一定面积的水域和陆域,它分为地表和地下水型饮用水水源地保护区。近年来,世界人口的持续增长和水污染的日益加剧,促使各国更重视地下水并把其作为优先饮用水水源,而建立保护区则是保护地下水型水源地的有效手段。

早在18世纪末期,欧美工业国家就开始了对水源地保护区划分的研究,到20世纪末期研究方法已相对成熟,并颁布了许多与地下水型水源地保护区划分工作相关的法规。本研究主要是对欧美发达国家水源地保护区划分的方法及政策进行研究并结合国内实际情况而发展出更符合国内实际、更便于理解同时更准确的划分方法。

我国水源地保护区划分工作始于1984年颁布实施的《中华人民共和国水污染防治法》,当时主要针对地表水水源划分保护区。在1989年国家环保总局颁布的《饮用水水源保护区污染防治管理规定》中,提出了饮用水地表和地下水水源保护区划分和防护的原则。2002年,中华人民共和国第九届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议通过了《中华人民共和国水法》。为规范水源保护区的划分工作,原国家环境保护总局于2007初颁布了《饮用水水源保护区划分技术规范》,对保护区划分的标准、方法、要求等做了系统规定。

地下水保护区域划分条例通常是和公共利益相关的,对于所有已定义关于土地利用及人类活动的限制它需要法律来界定,它必须基于具有约束力的法律法规且必须保证这些限制都是为了保护地下水资源且成本最低,没有其他可替代的措施。

1.3.3.2 保护区划分的技术方法

国外发达国家对保护区划分以保护饮用水水源方面取得了较为丰富的成果,尤以美国和德国为优,它们的经验值得借鉴。

(1)美国

美国从20世纪40年代起先后颁布了《清洁水法》、《生活饮用水安全法》、《资源保护和恢复法》等法律法规来指导美国供水企业安全生产等问题,还制定了其他有关地下水保护的法律,如《联邦杀虫剂、灭菌剂和灭鼠药法》、《有毒物质控制法》等,此外美国各州都建立了本州的地下水保护区法案。在制定了相应的法律法规基础上,美国还根据各项法案赋予的权力,组织实施了一系列的地下水保护计划,最有影响力的当属井源保护计划(Well Head Protection Program,WHPP),该计划始于1986年,由美国环保局和美国地调局负责,要求全国各州绘制或者划定现有井和新井的保护区,以确保保护区内及邻近地区的土地利用等各项活动不会污染水井,同时发展出了解析法、图形简化法和数值模拟法等多种保护区划分方法。联邦饮用水安全法案(Federal Safe Drinking Water Act)指示所有的州为公共机构(CWS)和非公共机构(NCWS)的供水井制定水源地保护计划(WHPP),各个州必须提交一个被美国环保部(U.S.Environmental Protection Agency,EPA)所批准的WHPP计划。水源保护区域(Well Head Protection Areas,WHPA)的划分是WHPP的一个组成部分,该计划的其他组成部分包括污染源调查、保护地下水最佳管理实践的发展和执行、整合土地利用计划、促进公众在保护地下水资源中公共意识的觉醒。1996年的饮用水安全修正法案开始要求各州进行水源评价项目。

其中,水文地质数据是划分保护区的基础,还需要考虑下面的这些标准:

距离(Distance):距离井的距离是确定保护区范围最简单的办法。但是这个标准通常比较随意且无法控制地下水流;

降深(Drawdown):保护区的划分可以依据由于抽水引起的降深来确定,有时候包括引起降深的区域或者影响区域(Zone of Influence,ZOI);

运移时间(Time of Travel,TOT):这个标准是基于地下水流速而定的。可以指定一个重要的运移时间如50天或者10年等,通过水力梯度和渗透系数确定地下水流速后就可以确定保护区范围;

水流系统边界(Flow-System Boundaries):自然边界范围可以用于定义保护区。对水流边界的定义需要对现有数据进行汇编及解译、田间数据的收集及专业的判断。

(2)德国

1957年,在西德联邦《水法》框架下,德国已经开始建立了地下水保护区域,除国家法规外,德国每个州基本都制定了更细致的水法,这些地下水保护相关的条例是由DVGW(德国燃气与水工业协会,1959,1975,1995)(李建新,1998)及单独的州所颁布的,通常这些州所采纳的是DVGW W101规章,但是通常它们会设置更特殊及详细的限制,保护区域的定义及划分过程所使用的方法在各个州都大致是相同的。

在德国制定和地下水相关的饮用水保护区主要是出于以下目的:防止各种有害物质危害人体健康;防止那些对人体健康可能无害但是会影响水质的物质的伤害;防止地下水温度变化。

同时需要对下列事宜进行考虑:对水质的保护必须是预防性质的;对已污染含水层的修复是非常复杂的工作,无论是从技术上、经济上还是执行上;围绕一个开采井建立三个保护区域的系统已经在美国和很多欧洲国家证明是行之有效的;这三个保护区域都需要对土地利用和人类活动进行很多限制;对保护区域的划分必须非常仔细以权衡各方利益:足够大以保护水资源供应及满足保护水质基本要求;尽可能小,以减少不必要的限制,避免对当地经济发展带来消极影响。

地下水保护区域应当包括井的整个地表和地下集水区或者是开采地下水作为饮用水的井场。对保护区的划分应当反映对地下水造成污染的各种活动的不同风险,在不同保护区域中对土地利用的限制也应当反映潜在的风险,除非不考虑全局污染否则这些潜在风险通常随着各种造成污染的活动离井场距离的增加而减小。根据通用的保护地下水免于污染的原则将保护区域分为3类:

1)外部区域(Outer Zone—Zone Ⅲ):区域Ⅲ保护地下水免受长距离运移后的污染如辐射物质或难降解化学物质,该区域可以进一步划分为Ⅲ A 区域和Ⅲ B区域。

区域Ⅲ一般应当延伸到地下集水区的边界,地表水渗入到地下水的区域也应当包括在区域Ⅲ中。如果无法准确定义地下集水区,那么区域Ⅲ就应当包括所有可能的集水区。如果水位变化显著,那么用来定义保护区边界的数据就需要进行检验以符合低水位条件和高水位条件以及水流的不同方向。如果地下水流速很大(如在岩溶含水层),那么地下水从集水区顶部流动到出水口所需时间经常小于50d,从健康角度考虑无法对水起到有效的保护作用。

如果需要的话,可以对区域Ⅲ继续划分为区域ⅢA和区域ⅢB。如果要对区域Ⅲ进行划分,裂隙含水层和岩溶含水层由于性质区别应当进行不同的处理。

孔隙含水层和规则裂隙含水层:对于地下水流速小于10m/d的孔隙含水层,区域ⅢA和ⅢB之间的边界大概是在取水口上游2km左右,如果流速大这个距离会更大。

在含水层被连续稳定低渗透性且厚度起码在5~8m地层覆盖的区域,地下水流速超过10m/d可以被分类为区域ⅢB,但是从区域ⅢB边界到井口距离不该小于1km且地下水从区域ⅢB运动到井所需时间不应当小于50d。

粗糙裂隙含水层和岩溶含水层:对于具有较快流速的出露岩溶和裂隙含水层,区域Ⅲ可能无法进一步划分。如果从整个集水区到取水口的水流所需时间小于50d那么该区域就应当被定义为区域Ⅱ。

区域Ⅲ可以进一步划分的情况可能仅限于含水层被连续有一定厚度及低渗透性的地层覆盖时。如果这种地层存在,那么该区域就可以被划分为区域ⅢB,从区域ⅢB到井的最小距离应当是1km。

2)内部保护区域(Inner Protection Zone—ZoneⅡ):区域Ⅱ主要保护地下水免于受到病原微生物成分如细菌、病毒、寄生虫及虫卵等污染,这些物质与井处于较短距离时可能会发生危害。在开采井和人工补给区之间的区域通常被定义为区域Ⅱ。

区域Ⅱ应当包括从井或者井场到至少50日流程线之间的距离,该流程线是指地下水从该线上某点出发运移到开采井所需时间为50日,这个最小运移时间保证了没有病原体可以到达开采井。

这种方法是经验法的典型代表,德国的50日流程等值线已有70 余年的历史。20 世纪30年代,卫生防疫、减少饮用水水源中病菌病原体是德国饮用水水源保护的首要任务。通过试验发现,饮用水中的病菌病原体在地下水层中的随流生存时间少于50d,由此建立50日流程等值线这一概念。50日流程等值线这一办法利用了岩石土壤对水污染的自然净化功能,人们称之为岩土过滤器。岩土过滤器的功能机理还没有研究透彻,因此50日流程等值线是一个经验值,它被许多国家广为接受。

50日流程等值线也有不适合的地区,比如地下岩石裂隙很大的地区,岩土过滤器的功能比较弱,这在下文中将会提及。

50日流程线的是由水文地质方法、数学模拟等确定的,额外的示踪试验及水质评价数据可以支撑对50日流程线的刻画,简单的数学近似法可以用来估计区域Ⅱ围绕单井的延伸以提供50d的延迟运移时间。

如果要确定50日流程线及临界点,那么就需要考虑本地条件下的平均日流量或者最大日流量。确定50日流程线以定义区域Ⅱ时忽略弥散是普遍做法,只有当地下水位很低或者上覆隔水层并不存在时才需要把弥散考虑在内。

孔隙含水层和规则裂隙含水层:区域Ⅱ应当包含整个50日流程线内区域。从取水口到区域Ⅱ的延伸不能小于100m(周围环境可以保证的话是50m)。如果地下水埋深很大,那么在本地地质情况可以保证的情况下区域Ⅱ就要比上面介绍的要小。

如果水资源完全是由隔水层覆盖的深层剖面提供,或者进入这些剖面的所有井都是密封的,或者在取水口到50日流程线之间所有的水资源都是被具有足够厚度的低渗透层所覆盖的话,那么区域Ⅱ就不是必需的。该情况仅存在于自流井中。

粗糙裂隙含水层和岩溶含水层:如果对应于岩溶含水层的区域Ⅱ包括了地下水运移50d到达开采井的所有区域,那么区域Ⅱ通常包括了整个或者大部分集水区,这种情况下区域Ⅱ可能会窄一些,但是无论如何它应当包括可能由于污染对岩溶含水层造成危害的区域,例如:向集水区倾斜的坡度或干旱山谷;深处的岩溶盆地、补给区、落水洞及它们周边直接影响的环境;河流溪谷入口处周边;深度切割的干旱山谷、部分或暂时排干的地表水或渗透典型区域;对岩溶含水层进行采矿挖掘的区域。

如果深部岩溶含水层被厚厚的低渗透性地层在整个集水区内所覆盖,那么区域Ⅱ就不是必要的。

3)直接保护区域(Immediate Protection Zone—ZoneⅠ):区域Ⅰ主要保护井及它们周围环境免受污染。人工补给区域通常可以考虑作为区域Ⅰ。

区域Ⅰ应当从开采井延伸出不小于10m的距离。如果是泉的话,区域Ⅰ起码要在泉上游方向不小于20m,如果是岩溶含水层的话,该距离不小于30m。

如果可能的话保护区的边界应该沿着道路、径道、所有权地标,例如森林边界、堤坝、河流边界且不应当位于水文地质方法决定的边界内。由地下水保护区法规指定的保护区计划显示了区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的边界由水文地质调查、实际行政界线、自然边界或者所有权边界等决定。

(3)其他国家

英国在“地下水保护政策与实践”中为地下水保护制定了3个区域。内部区域Ⅰ(Inner Zone)是由河床下任一点到水源的50日流程线定义的,不能小于50m。这个边界的定义是基于生物腐烂标准和对有害化学物质的防护。外部区域Ⅱ(Outer Zone)是由400日流程线或者水源集水区的25%中选比较大的定义。提供延迟、稀释和缓慢降解污染物减少的最小时间是这个边界的主要标准规范。区域Ⅲ定义为支撑经过长期地下水补给后的保护生产区域。

法国根据Public Health Code将保护区分为3个区域:直接保护区域(The Immediate Protection Zone);靠近区域(The Proximity Zone);遥远区域(The Distant Zone)。直接保护区域有着强制性,它通常围绕着数百平方米或者几公顷区域,它的功能是防止取水设施的直接污染,这块区域上的土地必须归政府所有。靠近区域也是带有强制性的,它的尺寸和形状是由水力标准决定的(通常以50日流程线为界)。遥远区域并不带有强制性。

澳大利亚的区域划分系统遵循两个主要目标:为了公共健康免于受到不正确活动的污染,保护饮用水水源;保护环境以保证饮水供应。

澳大利亚在地下水保护区划分方面和其他国家指导路线很不相同。在PDWSAs中定义了3个优先分类区域:1级优先源保护区(Priority 1 Source Protection Area,P1):该区域是确保水源不会退化。P1区域包括那些最高质量的饮用水供应作为主要土地利用的区域。2级优先源保护区(Priority 2 Source Protection Area,P2):该区域是确保水源地不会面对增加的污染风险。P2区域包括发展强度比较低的区域如乡村,在这些区域中公共水资源供应处于最优先级别,P2区域的管理应该是以最小风险为原则同时允许有条件的发展。3级优先源保护区(Priority 3 Source Protection Area,P3):P3区域是用来管理水源地污染风险的。P3区域包括那些需要和水资源供应共存的土地利用如居住区、商业区和轻工业发展区。对P3区域的保护是通过对土地利用活动的指导路线管理来完成的。如果水源被污染,那么需要对水进行处理或者寻找替代水源。

除去优先分类区域外,还定义了井水头保护区域和水库保护区域用来保护水井和水库附近的水源免受污染。井水头保护区域通常是圆形的,P1区域半径是500m,P2和P3区域半径是300m;水库保护区域通常在水库最高水位附近包括2km的缓冲区且包括水库本身。优先级是由土地占用、土地利用和水流路径决定的,每个优先级区域使用不同的管理策略。

水资源保护区的保护区区划

依照《中华人民共和国水污染防治法》的规定,结合本市黄浦江上游水源保护工作的多年实践,对黄浦江上游水源保护区在原有水源保护区、准水源保护区划分的基础上,调整为一级饮用水源保护区、上游水源保护区和准水源保护区,并对其水域和陆域范围分别作了相应的划分和调整,具体如下:

一级饮用水源保护区

在原水源保护区范围内,以松浦大桥取水口为中心,划定一块一级饮用水源保护区。具体范围为取水口到上游一号河(7、9公里)、下游至千步径(4.1公里)黄浦江水域以及两岸纵深2公里陆域,具体涉及松江县的车墩镇、华阳桥镇、张泽镇和叶榭镇的部分地区及闵行区马桥镇的少部分地区。面积约为46平方公里。其水质要求条例GB3838-88II类水标准。

上游水源保护区

将原上游水源保护区(一级饮用水源保护区范围涵盖其中),范围适当向下游延伸,其下边界的北岸由原来的闵行西河浜延伸至闵行北沙港,南岸由原来的秦朝贤千步泾延伸至奉贤南沙港。拓展的部分具体涉及闵行马桥和奉贤邬桥的部分约48平方公里,原为准水源保护范围。其水质要符合GB3838-88II类水标准。

准水源保护区

在原准水源保护区(调整为上游水源保护区的部分除外),另增为金山、松江、青浦的大泖港、园泄泾地区约228平方公里为准水源保护区。该范围包括金山的枫泾、兴塔、新农、吕巷、廊下和朱泾乡、朱泾镇、松江的新浜、五库乡和青浦的蒸淀乡。其水质要求符合GB3838-88II类水标准。

水源地保护区划分

2005年吴忠市人民政府根据经验法对金积水源地进行了保护区划分,但是保护区划分范围存在许多问题。金积水源地一级保护区存在的主要问题是以农户住宅和畜禽圈棚形式的违章建筑。二级保护区主要问题:一是存在农田面源污染,农用化肥和农药中氮、磷含量是农田面源污染主要因素;二是工业污染源问题,金积水源地有8家工业,废水排放量为1383.4吨/年,排入两条农田退水沟(南干沟和清二沟)。地表水体被严重污染的主要原因是:大部分居民生活污水排入;部分居民生活垃圾、畜禽粪便倾倒入水体;农田种植、农药化肥使用的面源污染。

虽然2011年4月和9月两次对地下水水质的检测结果中各项指标均正常,但是两条农田退水沟(南干沟和清二沟)水质已经受到严重污染,水质为劣Ⅴ类水质。由于该水源地的水文地质特征为粗粒相含水层,渗入补给条件较好,地表水与地下水存在着直接的补给关系,因此,严重污染的地表水体,通过渗入补给途径可能对地下水造成污染。尤其是在非灌溉期。一旦水源地开始供水,地下流场将发生变化,地表水就有可能加快渗漏速率,金积地下水型水源地安全将受到威胁。为了保证水源地的供水安全,需要对水源地开采后流场进行预测,重新划定保护区范围,以便现在采取更好的措施进行水源地保护。

通过使用HEARLAW指数评价法,建议使用数值模拟法来进行保护区划分工作。通过对研究区水文地质条件的概化,并经过数值模型的识别,虽没有验证数据,但认为上述模型可基本刻画地下水流动状态。在此基础上,利用FEFLOW中的粒子反向追踪功能,按照水质点流入水源井的时间,画出各级水源地保护区范围。根据《饮用水水源保护区划分技术规范》中的时间标准,其中一级保护区时间为100天,二级为1000天,准保护区相当于水源井的水流捕获区,因而能够得到各级保护区范围。

根据吴忠市金积水源地供水水文地质勘探报告:金积水源地设计日供水量为40000m3/d,单井流量为2000m3/d,且水源地要确保正常运行20年,中心水位降深限定在30m以内。水源地共有12口抽水井,其中3口为备用井,井群之间的距离为50m(图5.18、图5.19)。由于文献中较常用的是将水源地开采井概化成1口大井,本书在概化成1口大井的基础上,还尝试概化成4口井(根据开采井的分布情况)及对所有水源井进行保护区划分,设置成为以下3种情景。

情景1:在模型中将水源井概化成1口大开采井,即在水源井中心0号位置,抽水量为40000m3/d,分别进行水源井开采后的1年、2年、5年、10年、20年的流场预测,根据流场进行保护区划分。

情景2:在模型中将水源井概化成4口大开采井,分别为图中的1号、4号、9号、11号井位置,抽水量为10000m3/d,对水源井开采后的1年、2年、5年、10年、20年进行流场预测,根据流场进行保护区划分。

情景3:根据所有开采井的位置在模型中设置12口开采井,抽水量为3333m3/d,分别进行水源井开采后的1年、2年、5年、10年、20年的流场预测,根据流场进行保护区划分。

情景1模拟流场图及保护区划分范围(图5.20至图5.31):

图5.18 水源井分布图

图5.19 观测井分布图

图5.20 模拟1年流场图

图5.21 模拟2年水位降深图

图5.22 模拟5年水位降深图

图5.23 模拟10年水位降深图

图5.24 模拟20年水位降深图

图5.25 保护区划分图

图5.26 开采1年后反向示踪图

图5.27 开采20年后反向示踪图

图5.28 观测井1水位变化图

图5.29 观测井2水位变化图

图5.30 观测井3水位变化图

图5.31 观测井4水位变化图

当将水源开采井概化成1口大井时,抽水量为40000m3/d,第1年水位动态变化很大,观测井水位下降很快;当水源井运行10年之后,水位动态变化趋于稳定,观测井水位变化不大;经过20年的模拟预测,地下水流场基本上达到一个新的动态平衡。1、2号观测井水位下降幅度较3、4号观测井水位下降幅度大,这也正验证了傍河水源地由于抽水带来的地下水水位降低,从而激发黄河的侧向补给。

在20年的水位流场基础上进行反向示踪模拟,确定保护区范围。保护区应该在地下水流场趋于稳定的条件下进行划分,但由于第1年水位变化快,一旦发生污染事件,污染物质在地下水中的运移速度也较快,因此,有必要对第1年进行反向示踪模拟,与20年的保护区范围相互比较与优化,从而更准确地划分保护区范围。保护区范围近似于以开采井为中心的圆,一级保护区的近似半径为450m(400~490m);二级保护区的近似半径为1100m(1000~1200m)。准保护区的范围为集水区,可以根据迹线所覆盖的剩下区域来划定。

情景2模拟流场图及保护区划分范围(图5.32至图5.43):

当将水源开采井概化成4口大井时,每口井10000m3/d的抽水量,第1年水位动态变化很大,观测井水位下降很快,当水源井运行10年之后,水位动态变化趋于稳定,观测井水位变化不大,经过20年的模拟预测,地下水流场基本上达到一个新的动态平衡。1、2号观测井水位下降幅度较3、4号观测井水位下降幅度大,这也正验证了傍河水源地由于抽水带来的地下水水位降低,从而激发黄河的侧向补给。

图5.32 模拟1年流场图

图5.33 模拟2年水位降深图

图5.34 模拟5年水位降深图

图5.35 模拟10年水位降深图

图5.36 模拟20年水位降深图

图5.37 保护区划分图

图5.38 开采1年后反向示踪图

图5.39 开采20年后反向示踪图

图5.40 观测井1水位变化图

图5.41 观测井2水位变化图

图5.42 观测井3水位变化图

图5.43 观测井4水位变化图

在20年的水位流场基础上进行反向示踪模拟,确定保护区范围。保护区应该在地下水流场趋于稳定的条件下进行划分,但由于第1年水位变化快,一旦发生污染事件,污染物质在地下水中的运移速度也较快,因此,有必要对第1年进行反向示踪模拟,与20年的保护区范围相互比较与优化,从而更准确地划分保护区范围。一级保护区的形状也近似为椭圆,长轴的半径为向水流上游方向延伸350m,短轴为向下游方向延伸130m;二级保护区的形状也近似为椭圆,长轴的半径为向水流上游方向延伸850m,短轴为向下游方向延伸200m。准保护区的范围为集水区,可以根据迹线所覆盖的剩下区域来划定。

情景3模拟流场图及保护区划分范围(图5.44至图5.56):

当将水源地开采井概化为12口大井时,每口井的抽水量为3300m3/d,第1年水位动态变化很大,观测井水位下降很快,当水源井运行10年之后,水位动态变化趋于稳定,观测井水位变化不大,经过20年的模拟预测,地下水流场基本上达到一个新的动态平衡。1、2号观测井水位下降幅度较3、4号观测井水位下降幅度大,这也正验证了傍河水源地由于抽水带来的地下水水位降低,从而激发黄河的侧向补给。

图5.44 模拟1年流场图

图5.45 模拟2年水位降深图

图5.46 模拟5年水位降深图

图5.47 模拟10年水位降深图

图5.48 模拟20年水位降深图

图5.49 保护区划分图

图5.50 开采1年后反向示踪图

图5.51 开采20年后反向示踪图

图5.52 观测井1水位变化图

图5.53 观测井2水位变化图

图5.54 观测井3水位变化图

图5.55 观测井4水位变化图

图5.56 1号观测井在不同情景下的水位变化图

在20年的水位流场基础上进行反向示踪模拟,确定保护区范围。保护区应该在地下水流场趋于稳定的条件下进行划分,但由于第1年水位变化快,一旦发生污染事件,污染物质在地下水中的运移速度也较快,因此,有必要对第1年进行反向示踪模拟,与20年的保护区范围相互比较与优化,从而更准确地划分保护区范围。保护区的范围为每个井反向示踪范围的连接,每个井的反向示踪形状也近似为椭圆,一级保护区(6、7号井除外)长轴的半径为向水流上游方向延伸350m,短轴为向下游方向延伸130m;二级保护区的长轴的半径为向水流上游方向延伸800m,短轴为向下游方向延伸180m;6、7号井一级保护区的形状近似为圆形,半径为300m。准保护区的范围为集水区,可以根据迹线所覆盖的剩下区域来划定。

水源地保护区划分工作的实施

当使用HEARLAW模型计算出HEARLAW指数后,就可以根据该指数选择恰当的水源地保护区划分方法,该方法综合各方因素来考虑是比较适合于该水源地的。

1)当HEARLAW指数为23~32时,水源地保护区划分方法建议选择经验值法,即根据表5.6来进行保护区经验半径的计算。使用此方法唯一需要考虑的就是水源地介质类型,例如当介质类型是细砂时,保护区半径就可以分别取30~50m及300~500m;当介质类型是中砂时,保护区半径则取50~100m及500~1000m。如此,使用经验值法时,只需使用水源地介质类型去选择对应保护区半径即可。

表5.6 保护区经验半径表

2)当HEARLAW指数计算结果为33~54时,水源地保护区划分方法建议选择经验计算公式(式5.3)。

即使用经验计算公式计算水源地保护区时,只需收集含水层渗透系数、平均水力坡度及有效孔隙度,然后代入式5.3即可得出保护区半径。

3)当HEARLAW指数为55~65时,水源地保护区划分方法建议选择圆柱法式5.2。

即使用此方法划分水源地保护区时,需要收集水源井抽水速率、孔隙度及抽水井滤管长度,然后代入式5.2即可计算得出水源地保护区半径。

4)当HEARLAW指数结果在66~71时,水源地保护区划分方法建议选择分析法。该方法主要考虑承压水源地接受越流补给或者潜水水源地存在区域性补给的情况,如果渗透补给率q1可知(可由抽水试验及达西定律求得),则可以计算出圆柱体范围内的垂向或区域补给量:

地下水型饮用水水源地保护与管理:以吴忠市金积水源地为例

时间t内的抽水量Q等于圆柱体内自身含水量与渗透补给量之和:

Q=Q1+Qa (5.6)

因此,有越流或渗漏情况发生下,我们可以得到保护区半径的计算公式:

地下水型饮用水水源地保护与管理:以吴忠市金积水源地为例

式中:Q——抽水速率;

t——各级保护区的运移时间标准;

n——含水层孔隙度;

b——抽水井滤管长度;

q1——垂向渗透或区域补给率;

Rt——与时间t对应的保护区半径。

即该情况下水源地保护区划分需要收集抽水速率、孔隙度、抽水井滤管长度及垂向渗透或区域补给率,代入式5.7即可得出保护区半径结果。

当水源地所处倾斜坡度大于0.05%时,这种具有明显倾斜度且倾斜度在区域范围内保持不变时,其含水层范围内的保护区将呈不规则椭圆且向上游偏移,偏移程度取决于含水层倾斜度的大小。其中 Forchheimer(1930)提出了计算水源地降落漏斗范围的方程,即:

xlimit=Q/2πK (5.8)

ylimit=Q/K (5.9)

式中:xlimit——降落漏斗在水源井下游方向的最大延伸距离;

ylimit——降落漏斗在水源井上游方向的最大宽度;

i——区域内含水层坡度;

K——水平方向渗透系数。

如图5.4所示沿着影响宽度的边界线向上游延伸直至遇到分水岭或其他类型含水层边界,中间区域即为抽水补给区。保护区范围可以这样判断,下游方向以xlimit计算值为界,上游方向根据需要的运移时间标准画出时间等值线作为上游保护区边界,上游边界是根据地下水流速和运移时间标准计算的,如下所示:

υ=KI/n (5.10)

d=t×υ=t×KIi (5.11)

式中:υ——抽水井周围地下水平均流速;

K——水平方向渗透系数;

I——平均水力梯度;

t——需要确定的运移时间。

即此情况下通过收集抽水速率、渗透系数、抽水井滤管长度及水力梯度按照上述公式计算即可得出保护区范围。

5)当HEARLAWA指数为72~80时,水源地保护区划分方法建议选择解析模型法。使用该方法划分保护区,首先需要建立解析模型来计算地下水流场分布,然后根据水质点运移时间标准完成保护区划分。具体分为以下5个步骤。

Ⅰ.查明研究区水文地质条件,全面了解区域内自然条件,包括水文、地质、地貌、地下水补径排方式和边界条件、含水层延伸范围和形状等,尤其是水源地初始状态和边界条件,分析对地下水流动起决定作用的因素,对目标水源地进行合理简化;

Ⅱ.对影响物理模型的因素进行取舍,忽略与研究问题无关或影响不大的因素,确定对保护区计算结果影响明显的因素,对地质条件进行合理概化,得到刻画水源地的物理模型;

Ⅲ.从物理模型出发,用数学关系刻画其时间空间和数量的关系,得到一组偏微分方程或积分方程;

Ⅳ.采用解析解法求解该数学方程,根据初始条件和边界条件得到水头或水位降深的解析表达式,从而求出地下水流场或降深分布;

Ⅴ.在地下水流场基础上,结合水质点运移时间标准绘出各级保护区。

使用解析法来进行保护区划分,需要的资料比前述方法多很多,包括渗透系数、抽水速率、有效孔隙度、水力梯度、抽水井滤管长度及水文边界条件等。这里需要注意的是,如果在第四步时无法得出解析解,那么就需要考虑依据当地实际情况转向数值模拟法或者分析法等。

6)当HEARLAW指数大于80时,水源地保护区划分方法建议选择数值模拟法。该方法是指用数值模拟法求得地下水流场分布基础上,依据给定的时间标准对水质点进行正向或反向示踪,圈定保护区范围。具体分为以下6个步骤。

Ⅰ.确立模型目标,明确建模目的;

Ⅱ.模型概化。识别模型边界,圈定计算区,确定含水岩组,了解区域概况,根据水文地质资料分析地下水系统补给、径流和排泄条件,收集动态监测资料;

Ⅲ.建立数学模型和数值模型;

Ⅳ.模型识别和调参。为了使建立的模型能够代表实际研究区域的地下水行为和状态,必须进行模型的识别和调参,地下水流场和地下水动态都应与实测的相符合;

Ⅴ.模型的校正、分析和验证。通过反复的修改和调整达到最理想的拟合结果,得到地下水流场分布;

Ⅵ.粒子示踪。依据前面计算出来的流场,使用粒子示踪软件,依据给定的时间标准圈划出特定时间下能进入开采井的水质点范围,作为保护区范围。

使用数值模拟法时,需要输入的数据是最多的,包括渗透系数、孔隙度、给水度、含水层厚度、源汇项、含水层形状、边界位置和性质等,根据数值模拟软件的需求尽可能多的收集相关参数。