濟(jì)寧市地下水過量開采修復(fù)措施及風(fēng)險評價方法研究.pdf

1、因缺少充分的數(shù)據(jù)資料，用傳統(tǒng)的方法很難進(jìn)行地下水管理方面的研究。因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，用兩種方案相組合的方法，運(yùn)用Visual MODFLOW、GIS、Surfer軟件，從水質(zhì)和水量的兩個方面，來評價地下水系統(tǒng)對減少地下水開采量和開展人工回灌措施的響應(yīng)，以及由此所降低的風(fēng)險，并首次提出一種同時考慮降低地下水水質(zhì)、水量風(fēng)險的評價方法，該評價方法簡便，對開展不同地下水超采情況下的風(fēng)險管理和決策分析具有一定的指導(dǎo)作用，并為進(jìn)一步開展地

2、下水庫風(fēng)險分析奠定了基礎(chǔ)。 本文在建立準(zhǔn)確刻畫地下水系統(tǒng)物理、化學(xué)和水文地質(zhì)特征的水文地質(zhì)概念模型的基礎(chǔ)上，借助Visual MODFLOW軟件，用試錯法對模擬期(1999～2001)內(nèi)的模型參數(shù)進(jìn)行率定，并用驗(yàn)正證的模型對研究區(qū)的地下水流場、污染物濃度及水均衡要素進(jìn)行分析，從而更深刻地認(rèn)識濟(jì)寧市地下水系統(tǒng)復(fù)雜的水文地質(zhì)特性。此外，靈敏度分析結(jié)果表明，與滲透系數(shù)、儲水系數(shù)相比，模型對給水和度、降水入滲補(bǔ)給系數(shù)較敏感。采用GIS中

3、的指標(biāo)迭置方法，選取含水層的凈補(bǔ)給、含水層初始厚度、地下水位降深、開采強(qiáng)度4個因子，評價了對地下水超采程度進(jìn)行了評價。結(jié)果表明：占研究區(qū)面積5.53％的中部地區(qū)，超采程度最嚴(yán)重；西部和南部超采程度最輕。其分析其原因得如下：西部和南部的地下水補(bǔ)給主要為大氣降水入滲、灌溉水回滲和地表水體(京杭運(yùn)河和南四湖)的入滲補(bǔ)給，且地下水開采強(qiáng)度只有0.1954×10<'4>m<'3>/d：而市中區(qū)的開采強(qiáng)度高達(dá)21.096x10<'4>m<'5>/d

4、。 在進(jìn)行人工回灌分析過程中，當(dāng)將河床沉積物滲透系數(shù)增加到20 m/d，降水入滲補(bǔ)給量與回灌井的注水量分別為150 m<,3>/d和2000 m<'3>/d，而開采量為3417.69×10<'4>m<'3>/a時，地下水位平均每年上升6．497m。而水位恢復(fù)后的含水層水質(zhì)很大程度上取決于回灌水的水質(zhì)，一般情況下，世界衛(wèi)生組織(WHO)的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的Cl<'->濃度為200mg/1(GB/T 14848-93中規(guī)定的Ⅱ二類水的標(biāo)準(zhǔn)

5、是<150 mg/1)，總硬度最大限度為500 mg/l，但在一些地區(qū)也有超過該值的特例。，本文對此進(jìn)行了分析與研究。 通過減少開采量方案的實(shí)施，不但沒有增加含水層的儲量不但沒有增加反而減少了地下水供應(yīng)量。對僅采取減少開采量的方案(削減幅度分別為5％、10％、15％、25％和50％)，地下水位的上升速率均小于2.36 m/a。當(dāng)采取減少開采量與實(shí)施人工回灌相結(jié)合的方案時，水位上升速率大于2.36 m/a。但當(dāng)開采量減少15％時，

6、在增大含水層儲存量上兩種方案在增大含水層儲存量上并沒有顯著明顯差別。在所采取的方案中，減少開采量引起的風(fēng)險大大高于減少開采量與回灌相結(jié)合的風(fēng)險，而減少開采量與人工回灌相結(jié)合的風(fēng)險又大大高于回灌優(yōu)質(zhì)水的風(fēng)險。此外，當(dāng)減少開采量22％與采用人工回灌相結(jié)合，同時考慮市中區(qū)降落漏斗區(qū)的水量和水質(zhì)時，此方案成為降低風(fēng)險的最佳方案，該方案可增加水量0.46×10<'2>10<'8>m<'3>/a。在回灌水的Cl<'->濃度和總硬度分別取界限值200

7、 mg/l和最大允許值500 mg/l的基礎(chǔ)上進(jìn)行風(fēng)險評價，評價結(jié)果表明：減少開采量并實(shí)施人工回灌可導(dǎo)致空間的風(fēng)險在地面沉降區(qū)增大，西南地區(qū)則是因高硬度引起的。另一方面，用統(tǒng)計概率風(fēng)險評價方法分析總硬度時，兩種方案的評價結(jié)果差別不明顯，且超過總硬度500 mg/l的風(fēng)險均為0.67，然而當(dāng)兩種方案中均值分別為546．96 meCl和545．16 mg/l，并考慮概率估計中因不確定性而產(chǎn)生的風(fēng)險基礎(chǔ)上，得出的風(fēng)險均為50％。在減小開采量方

8、案中，17％和5.6％的觀測井(共18眼井)表明超過總硬度500mg/L1的概率分別為0.2(即20％?)和0.3；而在第二個方案中11％和5.6％的觀測井得到的概率分別為0.2和0.5。 根據(jù)風(fēng)險評價結(jié)果繪制風(fēng)險分區(qū)圖，實(shí)施人工回灌時，風(fēng)險較小(0～4分)的地區(qū)占研究區(qū)的25％，風(fēng)險中等(4～7分)的地區(qū)占18.75％，風(fēng)險較大(大于7分)的地區(qū)占56.25％。采取回灌與減采相結(jié)合的措施時，相應(yīng)的百分比分別為30％(0～4分)

9、、23.08％(4～7分)、46.15％(大于7分)。通過與超過臨界值的概率方法相比，當(dāng)以主要界限值為評價標(biāo)準(zhǔn)時，采用人工回灌措施為最優(yōu)方案，而以超過均值和二分位法概率為評價標(biāo)準(zhǔn)時，采用減少開采量與人工回灌相結(jié)合的措施為最優(yōu)方案。但當(dāng)考慮水處理造價昂貴，保持回灌水質(zhì)不低于GB/T14848-93所規(guī)定的Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)時，是最經(jīng)濟(jì)且可行的方案。采取人工回灌與減采相結(jié)合的措施可減小22％的風(fēng)險，且京杭運(yùn)河沿線的南水北調(diào)工程可以作為回灌水源。