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广灵县县城集中供水扩容工程对水神堂泉域水环境影响分析

2024-09-20 25 上传者：管理员

摘要：广灵县县城集中供水扩容工程为水神堂泉域水量保护工程措施之一,该工程新建城东南水源地置换泉域内现有城西水源地,压采泉域地下水量,缓解县城水资源供需矛盾,保护水神堂泉域地下水资源。通过分析水神堂泉域气象、水文、地质条件,从水神堂泉域水动力特征及泉域水力联系特点的角度出发,对广灵县县城集中供水扩容工程施工建设期及运行期对泉域水环境造成的影响进行分析研究,进而提出工程施工建设、运行管理的对策及水神堂泉域水资源保护措施和建议,结果可为水神堂泉域水环境保护提供科学依据。

关键词：
广灵县
水环境
水神堂泉
水资源
泉流量
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广灵县现有城镇集中式饮用水源为城西水源地,该水源地位于城西约5 km处壶流河南岸河谷阶地上,共有3眼水源井,均位于水神堂泉域范围。目前3#井因水量下降、井筒损坏,已停止供水,仅1#井和2#井还在使用。现有的2眼水井已不能满足广灵县城镇居民生活用水增长需求,且该2眼供水井也由于服务年限较长,出现不同程度的水量下降和水井老化现象。由于广灵县地表水资源贫乏,经济社会需水量只能靠开采地下水来满足,大量取用地下水,导致地下水位下降,泉水流量的持续减少,导致城镇用水出现缺口。为了保护水神堂泉域水资源,有效改善广灵县城镇居民供水条件,保障城镇居民用水需求,广灵县于2020年开始实施广灵县县城集中供水扩容工程,该工程在水神堂泉域外新建城东南水源地置换现有城西水源地,并配套建设重力流输水管线工程和泵流供水管线工程。

本文在水神堂泉域水资源、水环境现状评价的基础上,对广灵县县城集中供水扩容工程施工建设及运行对泉域的影响进行研究分析,结果表明工程的实施不会对水神堂泉域水资源、水环境及泉水出流产生不利影响,且随着工程的实施,势必有利于水神堂泉域泉流量恢复,保护泉域水资源。

1、工程概况

广灵县县城集中供水扩容工程包括水源工程、重力流输水管线工程和泵流供水管线工程三部分。

水源工程：自新建广灵县城东南水源地水井提水后采用泵流通过涂DN200压力管道提水至加斗乡南山500 m3高位水池。城东南水源地共设7眼水井（5工2备）,分布于加斗乡南加斗村～东加斗村一带,根据水资源论证评估,该水源工程可供水量为583.72万m3/a,满足工程设计供水能力411.8万m3/a。

重力流输水管线工程：自加斗乡南山500 m3高位水池至县城肉联厂蓄水池加压泵站间的管线及建筑物。管线采用DN400 DIPK9管道双管布置,采用重力流型式输水,长度13.8 km,自南加斗村南2.2 km南山坡脚处500 m3高位水池沿乡间道路往北铺设至南加斗村,后沿广益渠往西经过东姚瞳、西姚疃、登场堡、南汇、翟疃村等村,自翟疃村西南往北通过定向钻穿越201省道铺设至肉联厂蓄水池加压泵站西,连接肉联厂蓄水池加压泵站现有输水管线。

泵流供水管线工程：沿用现有供水管线,自肉联厂蓄水池泵站加压后,采用现有DN400涂塑复合钢管,输水至西北西河洼水厂供水前池。

根据工程平面布置,输水管线自南向北从翟疃村西至肉联厂水池西及管线附属建（构）筑物,长度819.49 m,位于水神堂泉域范围内,但不在泉域重点保护区。

2、水神堂泉域概况

水神堂泉属山西省十九处岩溶大泉之一,泉域主要有出露于广灵县城城南的水神堂泉、百步坑泉、枕头泉。根据《山西省岩溶泉域水资源保护》[1],水神堂泉域面积518 km2,其中可溶岩裸露面积148 km2,划定泉域重点保护区面积8.0 km2。

2.1 泉域补径排条件

水神堂岩溶水系统为一非封闭的水文地质单元,泉域主要补给来源是大气降水,其入渗补给主要为泉域碳酸盐岩裸露区,同时也包括第四系松散层分布区,碳酸盐岩区主要分布于北部、西部和南部山区,北部和西部山区出露地层为奥陶系下统冶里组,上部为灰色隐晶质白云灰岩,夹竹叶状灰岩；下部以浅灰色豹皮白云质灰岩为主,局部具角砾状构造,夹泥质条纹,岩溶裂隙发育；底部为黄色叶片状页岩,钙质页岩夹泥灰岩薄层；其下为寒武系上统与寒武系中统石灰岩、泥质条带灰岩、白云岩。径流沿主要构造节理方向NW、NE向,从北部山区往南向运移,在壶流河主要径流带的控制下,由西向东径流,并储存于盆地下部的碳酸盐岩裂隙含水层和第四系冲洪积孔隙含水层中,在地下水径流过程中遇地势低洼地带或基岩切割带,大都以泉的形式外排到地表,其中只有一部分补给松散层孔隙水,水神堂泉东南部的岩溶水以潜流方式外排。

2.2 泉涌模式及泉流量动态特征分析

2.2.1 泉涌模式及出露条件

泉域基底为上元古界白云岩及寒武系碳酸盐岩,堆积有30 m～200 m厚的冲洪积层,局部地方出露残留的石灰岩孤峰,大气降水在周围山区入渗后,由四周向壶流河谷运移,并汇集于下部基岩及第四系堆积物中,并在适当的地方出露地表而形成泉水。

水神堂寺庙所在孤峰壶山顶部为奥陶系下统地层,其下为寒武系上统地层,水神堂泉水涌流是断层作用的结果,断层从孤峰南、北两侧通过,受构造的影响,岩溶裂隙发育。在孤峰底部,可见溶洞与裂隙,溶洞中有水渍痕迹,岩性为中厚层致密灰岩,夹板状灰岩,暗紫色页岩,钙质页岩夹泥灰岩,钙质粉砂岩,岩层属于水平层理,节理垂直发育,层间水多集中于薄层板状灰岩之间渗出,同时可见穿过各层面的垂直裂隙。由此可见,溶洞、裂隙、节理一方面由孤峰自身垂向运动作用形成,另一方面也受到孤峰旁侧的断层活动影响,在泉水水位以上的岩石溶蚀、构造形态实际上也发挥着聚集、运移地表水、地下水、补给泉水的作用。水神堂泉域出露条件地质剖面示意图见图1。

图1 水神堂泉域出露条件地质剖面示意图

2.2.2 泉流量动态特征分析

受气候及下垫面条件变化,以及泉域水资源开发利用量增加等因素的影响,泉域泉水出流较大的泉眼从1984年清泉水调查时14处减少到现在的2处,目前仅有水神堂和百步坑泉出流,根据《山西省清泉水流量调查统计成果》[2],结合近年来水文部门监测统计,水神堂泉水流量在20世纪60年代流量为0.90 m3/s,到80年代降至0.60 m3/s,到2020年实测泉流量仅为0.139 m3/s,泉水流量整体呈衰减趋势[3]。

表1 水神堂泉降水量与泉域流量对比表

以1956年～1979年系列泉流量和1980年～2020年系列前后两期平均流量比较,后期较前期共减少33.8%,与其相对应的泉域降水量减少9.1%,表明泉水流量减少幅度较降水量大的多,从2010年以后,降水量逐年增大,但泉水流量仍逐年减少,说明近年来泉域地下水开采量的增大以及人类活动影响是泉域径流量减少的重要原因。

2.3 泉域水资源、水环境现状分析

2.3.1 泉域水资源概况

水神堂泉域1956年～2020年多年平均降水量为448 mm,多集中在7月、8月,最大为1956年710 mm,最小为1965年239 mm,极值比为2.97；泉域1956年～2020年多年平均地表径流量为2128万m3,径流深41.1 mm,最大为1959年的3350万m3,最小为2016年的192万m3,极值比为17.4；泉域1956年～2020年多年平均地下水资源量为3227万m3；泉域1956年～2020年多年平均水资源总量为3323万m3。泉域现状地表水开发利用程度超过70%,属高开发利用区,地下水开采系数约为0.82,为地下水采补平衡区。

2.3.2 泉域水环境质量概况

地表水环境质量：收集统计了水神堂泉域范围内壶流河作疃和庄头,以及木草涧涧西3处断面监测数据,3处监测断面分布于泉域的西部、中部和北部,以《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）为评价标准,采用单项指标法评价。根据监测结果分析,庄头断面水质较好,为III类水质,作疃和涧西断面水质较差,为V类水质,主要原因是总氮、挥发酚等个别指标的检测值的超标。作疃断面水质总体呈现II类水质,但总氮含量为5.37 mg/L,超标较严重,导致评价结果为V类水质；涧西断面挥发酚和总氮含量较高,整体评价结果为V类水质。水神堂泉域内地表水环境质量整体较好,局部区域个别指标的水质较差。根据《山西省地表水环境功能区划》（DB 14/67-2019）要求,泉域内地表水水功能区水质整体较好,基本能达到水功能区水质管理目标。

地下水环境质量：调查统计泉域范围内壶泉镇王洼西庄村、南村镇庄头村与作疃乡贺窑村南等33处地下水水质监测站资料,按照《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017）,采用单项指标法进行评价,其中II类水质占比45.5%,III类水质54.5%。见表2。

表2 水神堂泉域地下水监测站水质评价

3、工程建设对水神堂泉域水环境影响分析

根据工程布置,输水管线长度819.49 m及其附属建（构）筑物位于水神堂泉域范围内,但不在泉域重点保护区。

3.1 施工建设期影响分析

工程扰动原地貌主要发生在基建期,包括阀井、输水管线、施工管件等。根据工程管线设计,管线管基深度在穿越一般道路、村庄、台地、苗圃、耕地时为2.0 m,管道槽底开挖宽度为2.3 m。该段管线沿线地形大多较平缓,局部起伏不平,管道沿线地层岩性主要为第四系全新统冲洪积（Q4pal）低液限粉土层,局部含碎石及低液限粘土,该段地下水水位埋深10 m～20 m,而工程开挖最大深度为2.3 m,地下水水位位于管基开挖线以下,说明位于泉域范围内的输水管线施工建设涉及地下深度范围较小,不涉及上层第四系松散岩类孔隙含水层与下伏岩溶水隔水层,对泉域水文地质条件基本无影响。

3.2 运行期影响分析

3.2.1 对泉域水文地质条件的影响分析

工程新建水源地位于广灵县东南加斗乡南加斗村～东加斗村一带,该区域位于壶流河南部水神堂泉域边界外。根据水神堂泉域边界条件,结合区域地质、水文地质条件,以及考虑壶流河断层走向分布,可推断出水神堂泉域和新建水源地属不同的水文地质单元。此外,水源工程取水井井深90 m～120 m,揭露深度范围内地层为第四系松散层,岩性主要以漂卵砾石、卵砾石为主,夹薄层亚沙土、亚粘土,漂卵砾石成分以石灰岩为主,主要含水层体现为漂卵砾石层,局部为粘土夹砾,未揭露下伏基岩含水层。因此,工程从新建水源地取水基本不会对水神堂泉域原有水文地质条件或泉域地下水补径排水力联系产生影响。

3.2.2 对泉域水资源及泉水出流的影响分析

本工程实施之目的就是为了压采水神堂泉域地下水量,保护泉域水资源,改善县城城镇居民用水条件。新建水源地位于水神堂泉域外,水源井位与泉域南部边界最近约3.0 km,由泉域外城东南水源地置换泉域范围内城西水源地地下水开采量,取用上层第四系松散岩类浅层孔隙地下水,不涉及下伏基岩岩溶水。同时,工程实施供水后相应增加广灵县城镇污水退水量,城镇生活污水排入市政污水管网,经广灵县污水厂处理达标后部分用于工业、生态用水,剩余部分排入壶流河湿地,一定程度间接增加了地表水资源量,有利于水资源保护,符合《水神堂泉域保护与修复规划》和《大同市水资源评价及配置规划》中对广灵县及水神堂泉域提出的采取措施减少泉域内地下水开采,并且实施泉域外开辟新水源工程的结论建议。

因此,工程运行期不会对水神堂泉域泉水出流产生不利影响,且随着工程的实施,势必有利于水神堂泉域泉流量恢复,保护泉域水资源。

4、结论及建议

在分析评价水神堂泉域水资源及水环境现状的基础上,对广灵县县城集中供水扩容工程施工建设期和运行期对水神堂泉域水环境造成的影响进行了分析,得出了工程建设不会对水神堂泉域水资源、水环境造成不利影响的结论,工程的实施使当地水资源得到了合理开发利用和保护,促进了区域社会经济的可持续发展,可以缓解水神堂泉域流量的持续衰减,保护泉域水环境、地下水资源,改善城镇居民用水紧张情势。

参考文献:

[1]山西省水利厅,中国地质科学院岩溶地质研究所,山西省水资源管理中心.山西省岩溶泉域水资源保护[M].中国水利水电出版社,2008.

[2]山西省水利厅.山西省清泉水流量调查成果[M].黄河水利水电出版社,2011.

[3]刘伟宏.水神堂泉流量衰减成因及泉域水资源保护建议浅析[J].山西水利,2019,35(07).

文章来源:张进,李浩栋.广灵县县城集中供水扩容工程对水神堂泉域水环境影响分析[J].陕西水利,2024,(10):93-95.