陕北佳县木头峪水源地管井开采方案创新分析3300字|陕北佳县

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陕北佳县木头峪水源地管井开采方案创新分析3300字

陕北佳县木头峪水源地管井开采方案创新分析3300字 中图分类号:P641.2 文献标识码:A DOI:
10.15913/j.cnki.kjycx.2015.10.005 陕西省榆林市佳县水资源严重短缺,水质较差,而其境内的木头峪水源地坐 落于黄河漫滩上,地表水可补给地下水资源,并且水力交替快,水质良好。此水 源地的建成、运行能够在很大程度上缓解研究区的水资源供需矛盾,还可以为佳 县境内正在规划建设的王家砭工业园区输送数量可观的优质水资源。为此,如何 制订合理的开采方案,降低水源地的建设运行成本,同时,还要保证有较大的出 水量和较高的供水保证率,这已经成为了水源地建设前亟需解决的问题。

1 水文地质条件 木头峪水源地位于黄河河漫滩上,含水层为第四系冲积层和风化基岩构成的 统一含水岩组。其中,第四系冲积层含水层岩性为砂卵砾石、中粗砂等,孔隙率 大,与下部基岩含水层间无相对隔水层存在。该含水层受地表水的补给作用比较 明显,含水层富水性丰富,并且水质较好,具有集中开采的价值,再加上地形地 貌特征为其提供了较好的开采条件,可用于大规模开采。根据收集的水文地质资 料,研究区含水层厚度多在10~15 m,平均厚度为11.2 m,可以考虑采用傍河管 井取水结构开采地下水。

2 地下水流二维数值模型 研究区东部边界为黄河,在未开采的条件下,地下水流场将由天然条件下的 排泄改为接受地表水体反向补给,所以,将东部边界概化为第三类河流边界。北、 西、南三边界以黄土层为界,该层水平渗透性较差,概化为隔水边界。研究区底 部边界为中、微风化基岩,岩体比较完整,透水性较差,可将其概化为隔水边界。

研究区顶面为潜水面,存在大气降水、蒸发等补给、排泄的作用,可概化为潜水 面边界。

研究区拟采用管井方式开采地下水,地下水流服从达西定律。由此可建立研 究区地下水二维非稳定流模型:式(1)中:x,y为坐标,m;
h为地下水位,m;
μ为潜水含水层给水度;
K 为含水层渗透系数,m/d;
t为时间,d;
Kr为河流底质层垂向渗透系数,m/d;
Mr 为河流底质层厚度,m;
n为研究区边界外法线方向;
Γ2为第二类边界;
D为此次 计算区的范围。

由上述数学模型可知,此次计算将采用国际上通用的地下水流数值模拟软件 Modflow模拟研究区地下水流。为了方便建立模型,将模型区沿逆时针旋转45° 后采平行于X轴、Y轴等间距网格剖分,共剖分为186行、498列、68 305个活动单 元,代表面积约1.708 km2。

根据模型区1∶1万数字高程模型(DEM)可获得模型区地面标高,如图1所示。

地面以下40 m为风化带范围,即同一含水体的范围,也是计算范围。

图1 计算区数字高程模型(DEM)影像图 根据含水层在空间上的分布特征,将木头峪水源地划分为2个参数区,并且 根据区内含水层参数计算相关结果。各水平向渗透系数分别为0.977 m/d和 12.303 m/d,垂向渗透系数分别为4.127 m/d和6.000 m/d。

3 开采方案设计 根据勘查资料可知,受含水层泥质含量的影响,宜在研究区下游黄河岸边布 设开采井,所以,应在该地段选择合适的位置设置井排进行开采。

3.1 设计原则 管井开采方案设计的原则是:抽水量尽可能大,研究区最大水位降深不得超 过含水层厚度的1/2,供水保证率尽可能高,运行管理成本尽可能低。

3.2 可行方案 该区管井开采拟采用定流量抽水,考虑到井间干扰会对各个开采井的水位降 深产生影响,所以,根据开采井数量、井间距设计了不同的开采方案。井位置布 设图如图2所示。

根据富水性等级可以确定不同地段开采井的合理抽水量,研究区的富水性分 区如图3所示。对比图2和图3可知,布井地段基本属于同一个富水性等级,所以, 可以将布设井抽水量统一分类设计,参照含水层渗透性特征,设计了600 m3/d、700 m3/d和800 m3/d共3种单井开采量。

图2 木头峪管井布井位置图 图3 木头峪水源地富水性分区图 由此可知,按井间距的不同和单井开采量的不同设计了9种开采方案,如表1 所示。

表1 木头峪水源地管井设计方案(开采量单位:m3/d) 3.3 方案优选 将各个可行方案在平水期进行稳定流模拟,得到了各开采方案下的最大降深 和总出水量,如图4所示。

图4 各方案最大降深与总开采量关系图 由计算结果可知,各开采井水位降深随着总开采量的增大而增大,小单井开 采量方案比较大,井开采量方案降深幅度小,这说明适宜采用多数量的小单井开 采量方案。所以,采取方案8开采研究区内地下水可得到比较好的结果,即采用 M2、M4、M6、M8…M40共15眼开采井,单井开采量为700 m3/d,总开采量为10 500 m3/d。在推荐方案的作用下,地下水稳定降深场如图5所示。

以上都是在平水期进行稳定流模拟的结果,并未考虑枯水期地表水位下降对 开采方案造成的影响。所以,采用管井开采的非稳定流数值模型模拟方案8在枯 水期地下水流场的特征, 模拟期为60 d。将平水期模拟的稳定流场作为该模拟的初始流场,地表水边 线参照枯水期监测资料确定。将预定方案代入非稳定流计算模型,模拟结果如表 2所示。根据计算结果可知,在枯水期,该方案抽水降深虽然比平水期稳定降深 有一定的增大,如图6所示,但是,在不发生大的水位降深的情况下,仍能达到 预定的开采规模。这表明,方案8在枯水期可以满足开采要求。

图5 平水期管井推荐方案末刻降深图 综合考虑管井出水量、降深等因素,当采用管井开采区内地下水时,在木头 峪模型区推荐采 4 结论在对研究区水文地质条件进行比较详细的分析的基础上,建立了研究区的地 下水流二维数值模型。根据单井开采量的不同和开采井间距的不同,共设计了9 种可行的管井开采方案,并分别在平水期和枯水期模拟了地下水流二维数值。对 比、分析了各可行方案的模拟结果,综合考虑了出水量、降深等因素,确定了优 选方案作为设计开采方案。

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