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。