福建省永定县高陂镇地下水环境工程的现状探讨论文

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  第 1 章 引 言

  1.1 选题背景

  水资源是人类生存所必需的重要资源之一,而地球上的淡水资源主要来源于地表水、地下水和海水淡化(纪国芳,2012),而地下水是淡水的主要来源之一,地下水环境对未来开采地下水和利用地下水起着重要的作用。狭义上的地下水是指地下水面以下饱和含水层中的水,而广义上的地下水则是指埋藏在地表以下各种形式的重力水(孙天伟,2015)。国外学者对地下水的三种定义包括:一是指与地表水有显著区别,且埋藏在地下的水,尤其是指地下含水层中存贮于饱水带中的水;二是向下渗透或流动的水,并使岩石和土壤饱和,并可以补给井和泉的水;三是存贮于地下的岩石空洞中,并且在能够组成地壳物质的空隙中储存的水(肖长来等,2010)。由此可知,地下水与地下水环境密切相关。地下水环境通常是指地下水在地下岩层中所处的状况,而且,地下水环境是地球生态环境的重要组成部分,地下水环境的恶化对生态系统的生存和发展有着重大影响(邱志勇,2008)。据有关部门对 118 个城市 2-7 年的连续监测资料,约有 64%城市地下水受到严重污染,33%的城市地下水受到轻度污染,基本清洁的城市地下水只有3%(唐克旺,2009)。蒋方媛对城市地下水污染成因进行了分析,结果表明人类活动是最主要的因素(蒋方媛,2009)。因此,人类在进行城镇化建设道路中,应同时关注地下水环境。经济发展和城镇化的过程中会造成地下水污染。人类工程活动也会对地下水环境造成不同程度的影响,工业废水的不合理排放会造成地表水污染,地表水下渗造成地下水的污染;不合理的农田灌溉以及化肥及农药的大量使用会造成土壤和地表水的污染,进一步深入到地下从而污染地下水;以及生活污水的不合理排放也会造成地下水的污染;还有矿山排放的废渣、废水等,都会影响地下水的水质。

  1.2 研究现状与存在问题

  八十年代以来,乡镇企业发展迅速,加速了农村工业化城镇化的发展势头(李植斌,1997)。李植斌等人对城镇化所引发的城市问题进行了探讨,提出了城市持续发展面临的问题(李植斌,1997)。之后,更多的学者对城镇化引发的环境问题开展了更广泛的研究。周启星对江南地区乡村城镇化引起水污染的生态风险进行定量估测与相关分析(周启星,1997)。冯昊等以地下水重金属为评价指标,采用经典统计和地统计的方法,分析城乡交错地区地下水污染程度和空间分异性特征(冯昊,2016)。汤惠等在沿海地区针对城市化进程中泉州市浅层地下水“三氮”污染进行分析,结果显示高浓度区主要集中分布于城镇化程度较高地区(汤慧,20xx)。张勃等通过实地调查等方式,采用相关分析方法与定量计算方法相结合,分析了城镇化、农业及工业发展等土地方式变化对地下水影响机制,发现土地利用方式改变了地下水循环途径和水质(张勃等,2005)。刘继超等采用迦辽金有限单元法对抽水试验区地下承压水流动过程进行数值模拟,利用观测孔水头降深反演计算区等效水文地质参数,并对拟合结果进行误差分析来初步评价所建地质模型,提出进一步完善该模型的思路及途径(刘继超,2001)。邓国立等针对克山镇水文地情况,应用数值模拟技术在研究区水文地质条件概化的基础上,建立水文地质概念模型和地下水流数值模拟模型(邓国立,2001)。陈昌亮等人利用 GMS(groundwater modeling system)软件包中的 MODFLOW 模块建立哈尔滨市团结镇地区地下水流模型,通过对模型的识别、验证确定该模型的各类参数(陈昌亮等,2014)。曹腾飞等以新干县大洋洲镇的取水水源地为研究区,对目标含水层使用 MDOFLOW 模型进行数值模拟,建立模拟区水文地质概念模型,对模拟区进行参数分区及源汇项处理,利用识别和验证后的模型对研究区未来的水位动态进行模拟预报,并对其影响进行评价(曹腾飞,20xx)。

  第 2 章 福建省永定县高陂镇条件概况

  本章节主要介绍高陂镇区的自然地理、地质条件、水文地质条件概况。自然地理、气象、水文等因素影响地下水的补给条件以及地下水循环条件,通过调查高陂镇的自然地理、交通、气象水文、地形地貌,可以了解高陂镇地下水的补给来源及其地表坡面径流及入渗情况;而通过调查高陂镇区的地质条件,可以了解其地下水的存贮介质条件,预测区内地下水的水量及提供较好的地下水开采方案;通过调查高陂镇的水文地质条件,了解其地下水运移通道以及其水质、水量在空间上的变化,可以较好的掌握区内地下水动态变化特征。

  2.1 自然地理概况

  高陂镇位于永定县城东北 30°方向 50km 处,东、北与龙岩市新罗区红坊镇相接,西与永定县虎岗乡为邻,南靠永定县坎市镇、堂堡乡,面积约 116 km2,镇政府驻地睦邻村,距永定县城 50 km,城镇规划面积约 32 km2。高陂镇位于龙岩中心城区南部,距离市区近 20 km,交通条件良好;铁路和公路都较发达,龙梅铁路穿境而过,镇内设有富岭火车站;公路有省道福三线、319 国道,向外可以通往厦门、汕头、深圳、广州等地,镇内村村通公路,交通很是便利(见图 2-1)。高陂镇区气候温暖湿润,属亚热带季风气候区。年平均气温 18.7~21.0℃,月平均气温 10.5℃,最低温度出现在 1-2 月份,为-5.6℃,最高温度出现在 8 月份,可达 38.1℃。每年春季从 3 月份开始,气温不稳定并逐渐回升,且雨水增多;夏季从 5 月份开始,温差较小。年平均降水量为 1723~2019 mm。每年 3-9 月降雨量较多,为雨季,降雨量占全年降雨总量的 84%。旱季多为 5 个月,从 10 月至翌年 2 月。年平均气压为 974.7 mbar,年平均地温为 23.6℃,平均水汽压 18.6mbar,年相对湿度 76%,蒸发量为 1657.0 mm,年日照时数 1456~1646 h,气候温和,无霜期长,雨量充沛,冬无严寒,夏无酷暑,四季常青,适宜亚热带作物和林木的生长。主导风向常年为北北东,4-8 月份为南风,其次为西南或东南风,历年平均风速 1.7 m/s,静风频率 43%左右,每年夏秋之交常受台风影响,最大风力 7~8 级,最大风速 20 m/s。

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  2.2 高陂镇地质条件

  区内出露地层主要有泥盆系桃子坑组(D3tz)、石炭系林地组(C1l)、经畲组(C2j)、船山组(C3c)、二叠系栖霞组(P1q)、文笔山组(P1w)、童子岩组(P1t)、翠屏山组(P2cp)、三叠系文宾山组(T3w)和侏罗系下村组(J1x),见图 2-2。出露较少,仅零星分布于高陂镇区北部,其岩性组合:上段(D3tz2)为灰绿、灰紫色薄层粉砂岩为主,夹厚层砂砾岩、石英砾岩。下段(D3tz1)为灰白、黄色厚层石英砂砾岩、砾岩夹薄层灰紫色千枚岩化粉砂岩;厚度 497~890 m。地层走向北西~南东,倾角 30°~50°。

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  第 3 章 高陂镇地下水环境现状..............26

  3.1 高陂镇建设对地下水环境影响的特点.............26

  3.2 具有供水意义的含水层....26

  3.2.1 松散岩类孔隙含水层.........27

  3.2.2 基岩裂隙含水层......27

  3.2.3 二叠系栖霞组(P1q)的石灰岩岩溶裂隙含水层.......27

  3.3 高陂镇地下水环境现状....28

  3.3.1 高陂镇地下水质现状.........28

  3.3.2 高陂镇地下水污染原因.....36

  3.3.3 高陂镇地下水质量评价.....37

  3.3.4 高陂镇地下水腐蚀性评价............37

  3.4 高陂镇地下水防污性能....38

  第 4 章 高陂镇地下水流场数值模拟......39

  4.1 高陂镇地下水资源量计算..........39

  4.2 高陂镇工作等级划分.......39

  4.3 高陂镇地下水系统概念模型......43

  4.4 高陂镇地下水流数值模拟..........44

  第 5 章 结论与建议............56

  5.1 结论..............56

  5.2 建议..............56

  第 4 章 高陂镇地下水流场数值模拟

  本章主要对高陂镇地下水流场进行数值模拟,包括计算其地下水资源量、划分工作等级以及建立地下水系统概念模型。通过计算和模拟可以定量和半定量地对高陂镇的地下水资源量及流动情况进行评价。

  4.1 高陂镇地下水资源量计算

  以高陂镇整个盆地作为水资源的计算对象,采用大降水入渗方法进行简化计算,计算公式如下,计算结果见表 4-1。根据高陂镇的规划,整体高陂镇区将建设成为连接龙岩中心城市与永定县城、体现客家文化特色、以运输机械生产为主的生态宜居工贸卫星城,规划总面积 40.8 km2,分为一类居住用地、二类居住用地、一类工业用地、二类工业用地、商业用地以及其他公共设施用地。考虑到防洪要求及地形、地貌等特点,场地用地主要分布于高陂镇的盆地周边。镇区设置四级公共设施,第一级为区级,第二级为镇级,三级为街道级,第四级为社区居委会级。区级和镇级公共设施主要位于核心片区、永定河两岸。大部分区级和镇级公共设施主要分布在高陂大街、高陂大道及永定河的两侧,包含高坎新区区政府、园区管委会、文化娱乐中心、体育中心等,为高坎新区和高陂镇提供高效集中的公共服务。公共设施用地主要包括:行政管理用地、教育科

  技用地、文化娱乐用地、体育用地、医疗卫生用地、商业金融用地、社会福利用地。

  结论

  (1)高陂镇具有较丰富的地下水资源,其中岩溶水资源最丰富,松散岩类孔隙水较丰富,基岩裂隙水水量最贫乏。其中岩溶水水量大、水质好,可作为高陂镇的供水水源和应急水源地。根据高陂镇的发展远景规划,今后高陂镇供水方向,应以地表水(灌洋水库)为主,岩溶水(地下水)为辅,以地下水位不低于河水水位为原则,对水源地应采取严格保护措施。

  (2)区内地下水环境现状整体较好,局部地段较差。根据《地下水质量标准》(GB/T14848-93)有关质量分类指标,区内地下水除了部分松散岩类孔隙水的 Mn2+、NH4+、pH 值达不到Ⅲ类水标准外,基岩裂隙水和岩溶水均可达到Ⅲ类水标准,可用作生活饮用水水源及工农业用水。根据《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)(2009 版),高陂镇的地下水对建筑物的腐蚀性属微腐蚀。根据岩性不同和水循环的差异,将区内地下水防污性能划分为防污性能强、中等和差三个级别。

  (3)高陂镇镇区四周高,中间低,盆地分布有大片第四系松散堆积物。由于煤炭开采产生的大量废碴、生活垃圾、养殖生产的大量废弃物未经处理,任意排放,已造成地表水和松散岩类孔隙水的不同程度的污染,部分民井水已不能饮用。

  (4)根据数值模拟情况结合径流条件分析,将区内的松散岩类孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水,划分为补给区、径流区、排泄区。应针对不同的区域进行不同程度的水资源保护。