调蓄池的截渗工程

荆全章
（新乡市自来水公司， 河南新乡 453000）

　　摘要： 调蓄池是地表水源厂重要的构筑物之一，在其建设过程中须采取一定的截渗措施。结合工程实践，阐述了利用调蓄池截渗井工程进行部分地下水开采，实现地表水、地下水的联合开发。在解决了调蓄池的渗漏、避免了工农矛盾的同时，提高了城市供水保证率，具有良好的经济效益和环境效益。在缺水地区水资源综合开发及环境保护方面做了积极有益的尝试。
　　关键词： 调蓄池； 截渗井； 水资源
　　中图分类号： TU991.13
　　文献标识码： C
　　文章编号： 1000-4602(2000)01-0045-04

　　以河道为水源的地表水厂，为满足城市供水保证率，考虑河道的断流及工农业争水等因素，在建设水源工程时设调蓄池进行调节。新乡市第四水厂扩建工程是以黄河为水源，规模为12×10⁴m³/d的地表水源水厂，其水源工程包括引水节制闸、引水明渠、沉砂池、调蓄池、取水泵站等。该项目在建设过程中，为妥善处理好调蓄池的渗漏问题，使供水工程不留下后遗症，做到既保证城市供水所需水源，又不影响或少影响农业生产，采取了大堤护坡、挖截渗沟、打截渗井等多种措施，并与河南省地矿厅水文地质一队联合对调蓄池储水前后的变化情况进行了课题研究，提出了截渗井的动态管理、联合开发方案。

1 调蓄池工程简介

　　新乡市第四水厂调蓄池利用贾太湖构筑而成，距市区5km，湖周围地面高程在73.0m左右，原有坑塘面积26.5×10⁴m²，平均水深4.1m。经修整、清理，并在四周筑起3m高的堤岸后，水面面积达30×10⁴m²，最高水位75.4m，平均水深6.5m，最大库容为200×10⁴m³，有效库容为180×10⁴m³，具有15d的调蓄能力。大堤内坡采用片石护坡，堤外为截渗沟，并沿大堤开凿了18眼截渗井，井深35m左右，间距100m。调蓄池北部设有取水泵站。

2 调蓄池周围的水文地质

　　调蓄池位于黄河故道，地貌单元属于古黄河背河洼地，地势平坦，由西南向东北微倾斜，地面高程在73m左右，附近地层主要为第四系黄河洪水冲积物构成，由地面往下0～4m为轻亚粘土，4～10m为细沙层，10～40m为砾砂、中砂，构成良好的地下水储存空间。
　　本区域西部有人民胜利渠通过，东南部有东孟姜女河流经，灌溉渠系纵横交错，坑洼鱼塘遍布，地表水系丰富，地下水位埋深较浅，一般2.8m左右，受降雨和引黄灌溉的影响，汛期地下水位埋深仅1m左右，甚至接近地表，地下水力坡度为1/1000左右，地下水流向东。地下水补给来源除受大气降水补给外，灌水入渗、渠系坑塘入渗也是地下水主要补给来源。地下水排泄方式除蒸发及植物蒸腾外，地下径流和东孟姜女河排泄是地下水主要排泄方式。
　　由上述地质地貌及水文地质条件所致，历史上新建调蓄池附近旱、涝、碱相随，成为该地区主要环境生态问题。旱：每年冬、春季节多风少雨，蒸发量大于降水量七倍左右。涝：由于降水时空分布不均，年内及年际间变化较大，每年七、八、九三个月降雨集中，且多暴雨，由于地势低平，地下水位埋深过浅，水平及垂直排水能力较弱，遇暴雨经常受灾。碱：据历史记载，新建调蓄池附近一直是一片盐碱地。
　　调蓄池工程运行后，其水位可达75.4m，高于原地面3m左右，高于地下水位5m左右。调蓄池为土石方工程，再加上该区域内含沙层比较厚，土壤导水系数较大，因而调蓄池蓄 水运行后渗漏也比较大。以调蓄池运行初期为例，1990年9月22日开始放水，至10月初，调蓄池水位由70.17m上升到73.5m，从而引起距调蓄池70～350m的观测井水位分别上升2.16 ～0.90m。如不采取较好的截渗措施，势必会引起调蓄池周围地下水位升高，加重原有生态环境问题，引起周围土地次生盐碱化。

3 调蓄池的截渗与开发利用

　　综上所述，调蓄池周围的水文地质条件比较突出，必须解决好渗漏问题。该工程除了护坡和开挖渗沟外，把截渗井抽水作为主要截渗措施。截渗井可有效截取调蓄池的渗漏水量，减少或避免工农矛盾，并能根据地下水位的具体情况，有限度地开采部分地下水资源，作为供水水源的补充，从而达到控制地下水位、防止环境恶化及扩大供水能力的目的。因此提出对截渗井采取动态管理，既作截渗用，又作开采用，实行调蓄池周围水资源综合开发的设想。
　　把调蓄池作为一个地表水库，地下水层作为一个地下水库。利用地下水库的调节作用，将地下水作为地表供水工程的补充水源，将截渗井的开采水量通过连通管道送入输水管道，送往净水厂，实现地表水、地下水联合开发，综合利用。
　　① 地表水和地下水库连接成一个水系，将调蓄池看作大口井，作为井灌工程，将截渗井群看作是井排工程，两个工程相辅相成。
　　② 夏、秋季节为丰水期，降雨较多，地下水位埋深较浅，根据观测井的水位情况，打开截渗井群，适当多抽水，发挥井排工程的作用。
　　③ 冬、春季节为枯水期，旱情较重。根据水位情况，可以适当少开截渗井，让井灌工程发 挥作用，以减缓旱情。
　　④ 根据长期观测井的水位变化，制定调蓄池截渗井的合理开采方案，将其周围的地下水位变化控制在一个稳定的范围内，使地下水位控制在最优埋深。

4 最优地下水位控制与合理抽水量的确定

　　对截渗井实行动态管理，必须首先确定最优地下水位控制与合理抽水量的关系。截渗井的开发必须符合当地的水文地质条件，开采量过大，将引起水位降深增大；反之，则不能有效地降低地下水位。因此，使地下水位控制在最优埋深需确定合理抽水量。
4.1 抽水量的组成及其影响因素
　　在调蓄池周围凿井抽水，抽出的水量一部分为调蓄池渗水量，另一部分为当地地下水水量，即：?
　　Q＝Q₁+Q₂ (1)?
　　渗漏水量的大小主要与调蓄池蓄水水位、底部岩性结构及含水层透水性能等因素有关；地下水量的大小主要与含水层岩性、导水性、水位降低深度及过水断面大小等因素有关。
4.2 抽水试验及试验资料的解释推断
　　为了获取有关的水文地质参数，进行了井群抽水试验。试验选择在调蓄池工程运行以前进行。井群位于贾太湖东北角，陆续开启的试验孔为8眼，观测孔4眼，试验于1991年7月15日开 始，采取变流量阶梯抽水。第一阶梯流量84m³/h，第二阶梯流量240m³/h，第三阶梯流量400m³/h，第四阶梯流量580m³/h，抽水延续时间为110h。试验过程中对各种开采水量进行了连续观测(见表1)。

表1 不同抽水量各井水位变化情况 序
号 地面
标高 静水位埋深 水位
标高 第一次降深水位埋深 埋深值 水位标高 第二次降深水位埋深 埋深值 水位
标高 第三次降深水位埋深 埋深值 水位
标高 第四次降深水位埋深 埋深值 水位
标高 1 73.642 2.38 71.262 2.806 0.294 70.836 8.265 5.885 65.377 9.85 7.47 63.792 11.65 9.27 61.992 2 72.279 1.07 71.227 1.425 0.355 70.872 3.000 1.970 69.297 3.95 2.85 68.377 10.25 9.18 62.047 3 74.692 3.71 70.982 3.995 0.285 70.697 12.20 8.490 62.429 13.72 10.01 60.972 14.50 10.79 61.192 4 73.350 2.07 71.280 2.600 0.530 70.750 3.900 1.830 69.450 5.25 3.18 68.100 10.07 8.00 63.280 5 73.218 1.83 71.388 2.495 0.665 70.723 3.620 1.790 69.598 9.33 7.50 63.888 10.10 8.27 63.118 6 72.630 1.20 71.430 7.324 6.124 65.306 7.660 6.460 64.970 9.50 8.30 63.160 11.40 10.20 61.230 7 72.720 1.24 71.450 1.980 0.710 70.740 3.025 1.755 69.695 9.14 7.87 63.580 9.70 8.43 63.020 8 74.005 2.59 71.415 2.960 0.370 71.045 4.070 1.480 69.935 5.13 2.54 68.875 11.70 9.11 62.305 9 71.097 　 　 0.450 　 70.647 1.590 　 69.507 3.23 　 67.867 5.71 　 65.387 10 70.767 　 　 0.350 　 70.417 1.470 　 69.297 3.09 　 67.677 5.32 　 65.447 11 71.097 　 　 0.430 　 70.677 1.650 　 69.447 3.11 　 67.987 5.45 　 65.647 12 70.205 　 　 　 　 　 　 　 　 2.33 　 67.825 4.71 　 65.495

　　根据抽水试验资料，分别采用稳定流方法、非稳定流方法和大口井法对资料解释推断和参数计算，确定含水层导水系数T为1 026，渗透系数K为5，给水度为0.089。
4.3 合理抽水量的确定
　　调蓄池渗漏量采用下式计算：?
　　Q₁＝TLI ? (2)?
　　式中　T --含水层导水系数?
　　　　　L --调蓄池周长?
　　　　　I --补给带平均水力坡度?
　　经计算，调蓄池渗漏补给量18001m³/d。?
　　地下水开采量采用下式计算：
　　Q₂=1.366K(2H₀-S)S/[LgR-1/n(X₁,X₂…… X_n)
　　式中 ?Q₂ --地下水开采总量
　　　　　 H₀ --含水层深度
　　　　　　K --含水层渗透系数
　　　　　　S --任意点水位降低
　　　　　　n --开采系数
　　　　? X₁,X₂…… X_n --任意点至各井的距离?
　　根据当地包气带岩性确定地下水位的极限埋深(零通量面)为3.5m/d，渗透系数为25,影响半径为1000m，开采井数15眼，经计算地下水开采总量为10654m³/d 。?
　　合理抽水量为地下水允许开采量与调蓄池渗透量之和，即：?
　　Q＝Q＝Q₁+Q₂=28 655m³/d
　　根据上述计算结果，保持2.8×10⁴m³/d的截渗井开采量，即可有效地截取调蓄池对地下水的渗透补给，使地下水位控制在最优水位埋深。这样既可消除调蓄池渗漏对环境产生的危害，又可使水资源得到综合开发利用，增加城市供水能力。?

5 截渗井运行情况及其效益分析

　　调蓄池自1991年投运以来，经过几年的运行，证明了截渗井工程运行动态管理、联合开发的方案是成功的。?
　　① 截渗井有效地截取了调蓄池的渗漏水量，防止了地下水位的升高。据1991年9月9日至9 月30日的观测，当开启8眼截渗井的情况下，距调蓄池70～350m的观测水位分别下降1. 46～0.39m，而截渗井停止抽水后，周围地下水位迅速回升，约经过6h,1号观测井(距调蓄池70m)水位即升至孔口，开始溢出。根据截渗工程的研究及历史水文资料，新乡市自来水公司与附近农村签订了水位控制协议：在调蓄池大堤周围200m之内，水位控制在67. 5～72.5 m(平时水位～汛时水位)，每日定时定人进行水位观测，随时调整开井的数量及位置，使地下水位控制在最优埋深。
　　② 调蓄池截渗井工程的启用具有明显的经济效益。截渗井的开采水量经过地下含水层的过滤，水清砂净，水质较好，直接送往净水厂。根据第四水厂的生产报表统计，截渗井的年开采量在(480～800)×10⁴m³之间，平均开采量为676×10⁴m³(见表2)，相应 年均可减少引黄河水量676×10⁴m³，如按源水费0.1元/m³计算(现行黄河水费为0.14元/m³)，年均节约水资源费67.6万元。此外还减少了相应引黄水量的泥沙清理费用，按黄河水含沙量0.8%、泥沙清理费4元/m³计算，年均又可节约资金21.6万元。

表2 调蓄池截渗井实际开采量 时间(年) 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 年度合计 1992 220100 145366 274442 　 369017 469000 545850 488358 366600 605700 711833 634300 4830566 1993 740250 556800 287667 476900 434700 732650 628650 858400 732250 659600 634300 749200 7868667 1994 540933 953700 861700 760583 725600 408500 519250 724400 399600 711450 749200 469400 7988216 1995 534267 629000 662400 506500 84400 165050 813567 747600 799450 897450 469400 673175 7247684 1996 547200 144100 255600 732033 723200 414250 645950 940600 822400 671025 673175 862800 7671841 1997 862100 658817 491950 536742 95200 　 325875 710250 480100 599125 199267 456600 5416026 1998 344000 273083 　 　 167950 687467 776800 808900 902800 641700 828200 803700 6234600

　　③ 调蓄池截渗工程的启用延长了调蓄池的调蓄能力，提高了城市供水保证率。由于调蓄池截渗井每年可开采676×10⁴m³，日均达1.85×10⁴m³；地表取水量由12×10⁴m³/d减少为10.15×10⁴m³/d，可将原调蓄池调蓄能力延长到20d。
　　④ 由于截渗井的合理使用，使地下水位控制在最优埋深，不仅解决了渗漏问题，还改变了新建调蓄池周围原来已有的旱、涝、碱等环境水文问题，具有一定的环境生态效益，使农民旱涝保收。

6 几点建议

　　① 长期进行调蓄池周围观测井的水位观测，除直接用于截渗井的开采量控制外，要研究季节—水位—时间变化规律，制定一套完整的操作规章制度。
　　② 每年至少两次普查水源工程影响范围内的民用井、井队资料并进行研究分析，了解地下水位变化情况，作为地表水综合开发控制的参考和依据材料。
　　③ 地表水、地下水进行合理开发综合利用，避免走两个极端，合理控制开采量，避免引起工农矛盾。
　　④ 定期检查截渗井抽水水样，查其含砂情况，避免因井损坏而造成携砂量增大，引起地面沉陷，影响调蓄池大堤安全。

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