永交市供水问题研究.docx

1、永交市供水问题研究华北水利水电大学专门水文地质学课程设计永交市供水问题研究课程设计的目的在学习供水水文地质学有关知识的基础上，通过阅读永交市水文地质图，查明区域水文 地质条件，进行地下水资源评价、选择供水水源地及进行开采设计；以达到理论联系实际， 培养分析问题和解决实际问题的能力设计提纲及内容要求一、自然地理条件1地形：根据图中水文网的发育及所附剖面图上的地形变化分析本区地势特点及汇水 条件2水文：分析水文网的发育情况、水系发育与地形、岩性及构造的关系利用水文站 所测资料绘制河流流量历时曲线，根据曲线分析河流流量变化特点。3气候：绘制该区气象要素曲线：分析降水及蒸发情况二、区域地质条件1地层：

2、分析各层的层序、岩性及分布规律2构造：分析区域构造特点、主要构造类型的展布规律及对地形和水文网的控制作用。三、区域水文地质条件1地下水类型及埋藏分布规律：根据地层岩性、结构及钻孔、泉等资料划分地下水类 型及含水岩组，并分析各含水岩组的含水性及埋藏分布规律2地下水补给、径流情况与排泄方式，并分析地表水与地下水的转化关系3地下水化学特征，根据所附资料，总结本区地下水化学性质、水质类型及变化规律。4地下水动态：分别绘制14号孔，晋柏泉和兰村泉的水位或流量动态曲线，分析各曲 线特点及影响动态变化的主要因素。四、地下水资源评价1地下水水质评价选择代表性水点分别按生活用水、工业锅炉用水和农田灌溉用水的水质

3、坪准进行评价， 确定适宜生活用水、工业用水和农田灌溉用水的含水层（组）及分布范围。2地下水水量评价根据永交市区域水文地质条件，按所划分的区域选择评价方案。(1)基岩山区地下水补给资料评价根据水文站及泉的资料，计算基岩地区不同类型地下水的径流模数； 根据径流模数计算地下水补给量；根据晋柏泉动态，采用相关分析法预测丰、平及枯水年的泉水流量；（2）平原区地下水补给资源评价建立均衡方程式根据动态观测资料计算不同地区臃水入渗系数计算平原地区地下求补给量五、地下水开采设计1选择永交市供水水源地根据区域水文地质条件及地下水资源评价的结果，选择永交市供水水源地(近期需水量 为3万立方米日，远期为5万立方米日)

4、。2农田灌溉开采设计枣阳河冲积平原需进行农田灌溉，耕地面积为2万亩，进行开采设计(1)计算单井开采量，按6英寸深井泵(按抽水量50立方米时计)，每年5、6、7三个月用水，每天开机16小时计算；(2)根据灌区地下水补给量，计算开采井数；(3)根据灌区面积计算开采井井距及确定布井方案；按开采强度法检验中心区水位降深是否符合要求。六、结论及建议分析所得结论及评价中存在的问题，指出进一步工作的意见。1. 第一章 自然地理条件第一节 地形研究区位于永交市，地貌上研究区北西部以冲积平原为主，南东部以丘陵地带为主，有庙山、石屏峰，紫阳山等低山丘陵分布，与东湖、黄河等天然水系的交相呼应，形成了总体上南东高，北

5、西低的的地形特征。研究区平原地带的海拔高程在500960m，丘陵地带峰顶海拔高程一般在8901381m，海拔最高的为石屏峰(1381)，最低位黄河(500)。研究区内水系分布密集，黄河在研究区西部呈南北走势，并有涞阳河、汾阳河两个支流位于两个地貌单元。研究区北部有少量成因不明的黄土出露。第二节 水文研究区的地表水资源十分丰富，河流湖泊在研究区纵横交错，主要的水系有黄河、涞阳河、汾阳河、东湖。依据丘陵地貌划分的分水岭提供了天然的汇水条件，水系的总体流动方向为由南到北，由东向西，有丘陵到平原地带再集中汇入黄河。区内地下水的赋存于碳酸盐岩含水层中，赋存不均一，其中部分被第四系地层所覆盖。在灰岩夹白云

6、岩的地区以及构造活动强烈的区域：岩石破碎、裂隙发育，岩溶水、裂隙水明显富集，地下水流动总体方向与地表水一致。图1 河流泉流量历时曲线从水文站的观测资料上来看，兰村泉涞阳河与汾阳河流量季节性变化明显：7、8、9月份水量丰富，在8月份的水量最高，分别达到0.545m3/s、0.182m3/s、0.105m3/s,12、1、2月为枯水期。第三节 气候研究区年平均降雨量为509.5mm,主要集中在69月，通常春夏多雨，秋冬少雨，日降雨量最大可达117.7mm，冬季降雨量少，时有干旱发生。图2 气象要素随时间变化曲线一年中气温变化大，夏季最高气温可达25.2，冬季气温最低可达-3.9，年平均气温为11.

7、8。蒸发量在6月份达到最大，最大值为324.2mm，在十二月份的蒸发量为53.0mm，是全年中最小的，年均蒸发量为1866.6mm。2. 第二章 区域地质条件第一节 地层研究区的地层横跨两个地貌单元，其中第四纪冲积、洪积物分布面积大，占总面积的4550%，与下覆地层呈角度不整合接触关系。丘陵地带出露的地层岩性由老到新分别为太古界片麻岩(Ar)、元古界砂岩及大理岩(Pt)、寒武系灰岩夹白云岩()、下奥陶统灰岩夹白云岩(O1)、石炭系砂页岩夹煤层(C)、二叠系砂页岩夹煤层(P)、三叠系紫红色砂页岩(T)。三叠系砂岩、二叠系砂页岩组成向斜核部地层。由于构造活动和第四系覆盖的原因地层出露不全，没有泥盆

8、统和志留统的地层，奥陶统的地层缺失中统和下统。地层岩性分布简述如下： 太古界片麻岩分布于研究区东部，且海拔较高，为基岩出露区。元古界砂岩及大理岩沿分水岭分布，寒武系下奥陶系地层占研究区30%的面积，其主要分布于研究区南东方向。二叠系、三叠系石炭系地层出露于庙山山顶一带，与下覆地层呈平行不整合的接触关系。图3 永交市水文地质图第二节 构造研究区内构造运动活跃，褶皱和断层方面均有发育。在横弯褶皱作用下发育了以庙山为核部的向斜构造，在断层方面发育了一条NE-SW走向的覆盖研究区的大型正断层，正是该断裂的出现划分了两个不同的地貌单元，以及位于研究区南东方位一个NW-SE走向的逆断层。1、褶皱庙山向斜：

9、是研究区内发育的规模最大，轴迹呈向NE向延伸较远的开阔褶皱。该向斜核部由三叠系紫红色砂页岩，向斜两翼地层由二叠系砂页岩、石炭系砂页岩夹灰岩、下奥陶统灰岩夹白云岩、寒武系灰岩及页岩、元古界砂岩及大理岩组成。岩层相向倾斜，南翼产状为33030，北翼被第四系堆积物覆盖，近核部岩层倾角较缓，在1525。褶皱发育改变了原始的局面，形成了高低不平的地形地貌，为地表水由南向北的汇集提供了地形条件，地层的倾斜、岩层破碎情况也改变了地下通道的发育条件，从而控制和影响了地下水流的方向。2、断层本区域的断层是在褶皱形成之后发育的，有影响整个研究区的大型正断层，也有影响局部的小规模逆断层。两断层相交，且正断层发育晚于

10、逆断层。正断层：发育于三叠系地层形成后，其标志有地层缺失，两个不同的地貌单元相连。断层发育是造成南东高，北西低的根本原因，决定了研究区内地表水汇集后的流动方向。在断裂带上有泉出露，分别是兰村的溢流下降泉和晋柏的侵蚀上升泉。逆断层：发育于研究区一角，切割向斜的转折端，在该断层处发育西冶接触下降泉。3. 第三章 区域水文地质条件第一节 地下水类型及含水岩组划分研究区拥有平原、丘陵两种地貌特征，位于东南分水岭之内。研究区有基岩出露，如位于分水岭处的太古界片麻岩，以及庙山山顶处的三叠系紫红色砂页岩，二叠系砂页岩、石炭系页岩。研究区内还有碳酸盐岩地层，且分布面积较大。在研究区有大面积第四系堆积物覆盖，堆

11、积物为全新统冲积层，全新统湖积层，上更新统洪积层，上更新统冲积层，中更新统冲积层，这些洪积物、湖积物，冲积物的松散结构为地下水赋存提供了空间。研究区的地下水类型按含水介质可分为：第四系松散堆积物孔隙水、基岩裂隙水、碳酸盐岩岩溶水；根据其埋藏条件又可将岩溶水分为覆盖型岩溶水和裸露型岩溶水。表1 永交市地下水类型及含水岩组划分表地下水类型含水岩组代号第四系松散堆积物孔隙水全新统孔隙潜水含水岩组Q4al-Q4l上更新统孔隙潜水含水岩组Q3pl-Q3al中更新统孔隙潜水含水岩组Q2al-Q2-3基岩裂隙水三叠系-二叠系裂隙潜水含水岩组T-P石炭系裂隙潜水含水岩组C元古界-太古界裂隙潜水含水岩组Pt-A

12、r裸露型岩溶水下奥陶-寒武系岩溶潜水含水岩组O1-覆盖型岩溶水下奥陶-寒武系岩溶承压含水岩组O1-岩溶水和孔隙水为该研究区的主要地下水类型，个地下水含水层富水特性及埋藏分布规律如下：1 第四系松散堆积物孔隙水主要分布在研究区大断裂构造以北，黄河以东地区，呈片状分布于河流冲积物和山前洪积物中，主要含水介质岩性为砂层、砂砾岩、亚粘土等。根据钻孔资料来看，含水层的厚度在15-30m之间，渗透系数较小（8-20m/日），综合给水度不高（0.09-0.32）。上更新统洪积物（Q3pl）的顶部，2号钻孔所在位置，堆积物颗粒粗大，含粘土亚粘土等给水度较低的成分少，所以给水度大。粗大颗粒直接出露地表或仅覆盖薄

13、土层，有利于吸收降雨及汇流的地表水，主要为该孔隙潜水含水层的补给区，水位最高。此处岩层透水性好，地形坡度较大，水文交替快速，故矿化度较低，为0.404。涞阳河南岸，从洪积物到冲积物在汇入河谷地带，水位逐渐降低，矿化度依次升高。21 裸露型岩溶水该地区的主要岩性为灰岩夹白云岩，含水岩组内的岩溶发育，富水性极不均一。由于向斜构造的发育，碳酸盐岩的水沿分布不均构造裂隙化学溶蚀，发育裂隙，溶洞，溶蚀通道等，岩溶水沿这裂隙溶洞岩溶通道流过，绕过庙山从三个方向汇聚起来，在正断层处，以泉的形式流出。该含水层接受大气降水补给，补给区沿分水岭附近，流经灰岩白云岩地区，矿化度逐渐变大，水化学类型为HCO3-CaM

14、gNa，在断层处以泉的形式排泄出，兰村泉年均流量为0.449m3/s。22 覆盖型岩溶水由于地层岩性的差异，所含碳酸盐岩成分的不同，岩溶现象发育的差异性更为明显，富水性更加不均一，下奥陶系的富水性大，而寒武系的富水性小。向斜构造的南翼从O1-的地层均为该覆盖型岩溶含水层的补给区，该含水层贯通性的岩溶管道发育情况不强烈，所以晋柏泉的泉流量明显小于裸露新岩溶覆盖岩溶水的排泄量，多年均流量为0.182 m3/s。3 基岩裂隙水在研究区内基岩裂隙水分布较少，仅在分水岭附近和庙山山顶处有泉出露，且泉流量均不大，庙山上两个下降泉的流量为0.001 m3/s和0.0005 m3/s。地下水分布水裂隙发育程度

15、不同而定，石平峰和庙山东南面的裂隙发育较好，富水性较好。该含水岩组接受大气降水补给，在基岩裂隙中流动，在受阻滞的地方以泉的形式排泄出来。第二节 地下水补给、径流、排泄条件地形、地质构造特征决定了本区地下水的补给、径流与排泄条件：向斜开阔构造、断裂对地下水的运移、富集起主导作用；受地层岩性和局部构造的影响，又形成了受大径流系统控制的小径流环境。在碳酸盐岩地区，地下水多以管道流为主；在基岩山区地下水从高向低沿着岩石孔隙、裂隙运动。研究区以紫阳山，石平峰等一系列山脊为南面和东面的分水岭。北面以涞阳河来分开两个较大的子含水系统，西面以黄河作为子含水系统的边界。在上述边界条件控制下，本区形成了一个相对封

16、闭的由南向北由东向西的汇水地形，东南部基岩山区接受的大气降雨补给，然后由四周向中央汇集，在区域断层带上形成了多个地下水集中径流和排泄带，在基岩地区也形成了小规模的排泄点都随地表支流或流经第四系堆积物后以孔隙水的形式汇入河谷地带。1 补给第四系松散堆积物孔隙水主要靠周边地下水的侧向径流补给（由分水岭到断裂构造带，通过导水断层和排泄点来补给）、大气降水补给、下伏含水岩组地下水的越流补给以及丰水期的河水补给。其中侧向径流和大气降水为主要的较稳定的补给来源，当大气降雨充分，河水位线高于潜水位线时，河水补给地下水。越流补给则是在相邻的含水层出现水头差时才存在的补给方式。岩溶水主要靠其分水岭一侧的丘陵低山

17、裸露基岩断裂、裂隙通道，承接大气降水通过入渗，经运移存储于含水层中。在海拔较高的庙山、石平峰等地是基岩裂隙水直接补给岩溶水。基岩裂隙水主要由大气降水补给，无别的补给来源。图4 流网图2 径流地下水的径流主要是在天然条件下由丘陵到平原，由河流级阶地后缘向级阶地前缘流动。裂隙水沿基岩发育裂隙通道从山顶向山脚流动，3 排泄第四系松散堆积物孔隙水排泄方式为蒸发排泄、补给相邻含水层排泄，人工开采及平、枯水期向河流或湖泊排泄。基岩裂隙水和岩溶水的补给方式为蒸发排泄、补给其它含水层排泄，平、枯水期向河流排泄和泉排泄。第三节 地下水化学特征区内地下水一般为无色透明，无嗅、无味。受含水层岩性，地下水的补给、迳流

18、、排泄条件的控制及人为活动的影响，形成地下水不同的水质类型。区内全新统冲湖积层、上更新统冲洪积层中更新统冲积层分布区，地下水交替条件较好，径流途径短，主要发生的溶虑作用，一般为HCO3型水，包括HCO3-CaMg、HCO3-Ca 型水，地下水矿化度小于1克/升。东湖水域地处排泄区，含水介质颗粒细小，有利于浓缩作用和混合作用的进行，加之该水域离市中心近受人类活动污染，出现HCO3-SO4型，甚至为SO4型水，包括SO4-NaMg、SO4Cl -NaMg，地下水矿化度为2克/升左右。表2 水质类型分析成果表项目 水样矿化度(克)气味口味浊度颜色水温()气温()PH总硬度 (德度)舒卡列夫分类晋柏泉

19、0.792无无透明无色15237.819.52SO4HCO3-CaMg西冶泉0.385无无透明无色13237.310.32HCO3-Ca2号孔0.404无无透明无色13237.4HCO3-CaMg5号孔潜水2.13无无透明无色13238.2SO4-NaMg5号孔承压水0.48无无透明无色14237.2HCO3-CaMg7号孔0.522无无透明无色14237.5HCO3-Na9号孔0.658无无透明无色13237.7HCO3-Ca13号孔0.816无无透明无色13237.6HCO3SO4-NaMg湖水1.945无微咸微明微黄17237.2SO4Cl-NaMg区内南部主要分布下奥陶统灰岩夹白云岩、

20、元古界砂岩及大理岩、太古界片麻岩，地下水化学类型主要随着循环介质中岩石可溶性和流动环境变化而变化。晋柏泉属于上升泉，流经地层为碳酸岩层中夹有煤层，由于承压地下水交替缓慢，流经途径较长，发生溶虑作用时间较长，使地下水Ca+2、SO4-2含量普遍增高，在排泄点发生脱碳酸作用，形成SO4HCO3-CaMg型水，矿化度较高为0.792克/升。西冶泉属于下降泉，受潜水补给地下水交替速度较快，水化学类型为HCO3型水，可能因为补给径流较短，矿化度较低为0.385克/升。第四节 地下水动态特征根据前述区域水文地质条件，永交市地下水的主要补给来源是大气降雨入渗；然后通过孔隙颗粒、岩溶洞穴、暗河和裂隙向水位较低

21、的地方流动；天然条件下，以泉的形式向河流、湖泊以排泄，永交市市区地下水资源极为丰富。由于含水介质主要为孔隙颗粒，岩溶裂隙较发育的碳酸盐岩地层，地下水的动态也相应地表现出变化剧烈、响应迅速的特征，并且大部分地下水交替强烈。图5 14号孔位埋深随降雨变化曲线该区域地下水以潜水含水层为主，水位变化与大气降水的相关性高，与降雨量成反比。据区调资料及水文地质调查，浅层地下水水位动态随季节性变化，年变幅可达1m。一般在4月底左右地下水位埋深达最高值，随后由于接受降水的补给，地下水位迅速升高，到9月底达到最低，随后地下水位逐渐降升高，与降水量变化一致，存在一个月的滞后期。图6、7 晋柏泉流量及降雨量平水年、

22、丰水年变化曲线晋柏泉流量变化随季节变化明显，平水年1月份泉流量比较高，主要是受去年的降水量较多的影响，随后降水量虽然逐渐上升，但幅度较小，泉流量一直降低。在6月份泉流量到达波谷之后随降水量急剧增加，泉流量开始呈上升趋势，在9月份到达最高点，之后随降水量减少，流量也逐渐降低，12月份到达最低点。丰水年在3月份泉流量最小，随降水量增多，流量逐渐变大。而降水量在8月份最高之后急剧减少，但泉流量继续呈缓慢上升趋势，12月份达到最大值。4. 第四章 地下水资源评价第一节 水质评价地下水质量以GB/T1484893地下水质量分类指标为标准进行评价。质量类别的确定采用单项指标法(一票否决制法)，即以水体中单

23、项评价因子达到的最高水质类别作为该水体的水质类别。根据现有检测结果，本区地下水质量共划分类四个类别。各采样点地下水质量分析结果详见表： 表3 地下水质量分类表晋柏泉西冶泉2号孔5号孔潜水5号孔承压水7号孔9号孔13号孔湖水兰村泉中部深层承压水及南部西冶泉泉水属于类水, 其各个化学含量均符合国家标准，属于水质较好的生活用水，推测本区潜水含水层可能已经遭受一定程度的污染，建议开采深层承压水做生活用水水源。由于兰村泉大肠杆菌数量较多不能作为生活用水。类水分布于区内北部地区，类水仅分布于中部兰村泉地区。该区域的水矿化度适中，钠盐含量不高，PH等各类指标都符合农田灌溉水质标准，可作为灌溉水源。类水分布于

24、中部潜水含水层、湖水以及晋柏泉地域，水中硫酸盐超过标准大于250m/l，矿化度较高，不适宜做生活用水及灌溉用水。该处水的PH均符合标准，结肠杆菌远小于标准值，根据标准本地域的水很符合工业要求，是良好的工业锅炉用水 。总体上本地域污染较轻,受污染的主要是湖水及中部潜水，且水质较差的地区主要是硫酸盐和大肠杆菌含量偏高，应该为居民的生活排污所致，无严重的工业污染迹象。水质水量均可满足居民正常生活需求，污染对于居民的正常生活影响较小。本区水源也是比较理想的农业灌溉水源，对于工业用水而言,本地域的水源非常合适工业要求,能满足工业的要求,但由于本地域潜水和地表径流比力发育,容易污染潜水,不易治理,不宜在此

25、建厂,并加大监管维护力度。第二节 水量评价根据永交市的水文地质条件，将该区域划分成两部分：基岩山区地下水补给资源评价、平原区地下水补给资源评价。1 基岩山区地下水补给资源评价该区域两面环山，从区外无径流输入，地下水补给以大气降水补给为主，通过计算径流模数计算地下水资源补给量：（1）补给量计算汾阳河西支清水流（C P）M1=1000Q1/F1=1000*0.021/10.8=1.94L/(s/km2)西冶泉（O1 ）M2=1000Q2/F2=1000*0.038/4.5=8.44 L/(s/km2)汾阳河上站(基流分割法)（Pt Ar）M3=1000Q3/F3=1000*0.055/26.5=2

26、.07 L/(s/km2) 其中：M-径流模数L/(s/km2)F-计算面积（km2）Q-流量（m3/s）（2）地下水补给量：（C P）Q1=M1*F1/1000=1.94*33.65/1000=0.065 m3/s（O1 ）Q2=M2*F2/1000=8.44*64.6/1000=0.545 m3/s（Pt Ar）Q3=M3*F3/1000=2.07*26.5/1000=0.055 m3/s其中：M-径流模数L/(s/km2)F-计算面积（km2）Q-流量（m3/s）2 平原区的补给量评价根据冲积平原的孔号资料(表三、表八、表九)计算Q4al、Q4l、Q3al、Q2al的降雨入渗系数：（1）

27、建立水均衡方程式 n*h=(Xf+Yf+Wu1+Qt)+(Zu+Wu2)收入项：降雨入渗补给量- Xf 地表水入渗补给量- Yf 上游断面潜水承压水补给量- Wu1 越流补给量-Qt 支出项：蒸发量- Zu 下游断面潜水流出量- Wu2（2）公式： =(h*n *1000)/X（Q4l）=0.08*0.09*1000/40.5=0.18（Q3al）=0.07*0.16*1000/40.5=0.28（Q4al）=0.06*0.15*1000/40.5=0.22（Q2al）=0.04*0.11*1000/40.5=0.11洪积层的入渗系数计算时需减去汾阳河和兰村泉的补给量：（Q3pl）=1000*

28、0.26*0.25+20*14/500*(25.32-24.82)/300-(25.82-25.32)/200/40.5=0.99其中：-大气降水渗入系数；X-一次降水量（mm），降水量为40.5mm；h-水位变化（m）；-给水度（3）公式：Q=1000AXQ（Q4l）=1000*0.18*5.4*509.5=495234 m3/a=0.14万米3/日Q（Q3al）=1000*0.28*9.5*509.5=1355270 m3/a=0.37万米3/日Q（Q4al）=1000*0.22*28.7*509.5=3216983 m3/a=0.88万米3/日Q（Q2al）=1000*0.11*22*5

29、09.5=1232990 m3/a=0.34万米3/日Q（Q3pl）=1000*0.99*22.15*509.5=51912955 m3/a=3.06万米3/日其中：Q大气降水渗入补给量（m3/a）；大气降水渗入系数；X多年平均降水量（mm/a），509.5mm/a；A计算面积（km2）；3 晋柏泉流量动态变化根据晋柏泉动态统计资料，将晋柏泉年降水量大于550毫米作为丰水年，年降水量小于400毫米的年分作为枯水年，其余年份作为平水年。采用相关分析法用最小二乘法原理，计算出降水量与泉水流量的回归方程为Y = 9442.81481 X-1222.74068，其中N=15，r=0.81423，查根据

30、相关系数显著性检验表可知，当a=0.01时，满足r0.661,因此，此计算数据可以说在a=0.01水平上是显著的。图8 晋柏泉历年流量与降水量散点分； 布趋势图 5. 第五章 地下水开采设计6. 第一节 选择永交市供水水源地根据区域水文地质条件及地下水资源评价的结果，2号孔水质优良，各类指标均符合地下水质量分类指标类标准，是良好的供水水源地。同时水量丰富可以满足永交市近期需水量为3万米3/日的需求。从经济成本角度考虑，2号孔离永交市距离较近，是最为理想的水源地。 7. 第六章 结论一、区内水文地质条件较复杂，四种地下水类型均有分布。依分布范围大小、开采的难易和富水性等因素综合考虑，以孔隙水具有远