陳京鵬 黃松 劉帥

　　山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)山東德州253000

　　摘要：本文主要介紹了地下水水源地保護(hù)區(qū)劃分的基本原則，對(duì)地下水水源保護(hù)區(qū)劃分方法——經(jīng)驗(yàn)值法、公式計(jì)算法、解析模型法和數(shù)值模擬法的基本原理和適用特征進(jìn)行了詳細(xì)介紹，為我國(guó)地下水水源地保護(hù)提供了參考依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：地下水;水源地保護(hù)區(qū);劃分方法

　　1.引言

　　地下水資源是人類生存最基本的物質(zhì)，是人類生命的源泉，其直接關(guān)系到人類的健康和生命安全，由于地下水水質(zhì)良好、無(wú)污染，一直以來(lái)是人類重要的供水水源。近年來(lái)，隨著地下水污染日益嚴(yán)重，對(duì)地下水資源的保護(hù)成為目前亟待解決的問(wèn)題。

　　2.地下水水源地保護(hù)區(qū)的劃分原則

　　為了防止地下水資源受到污染，最直接有效的方式是建立地下水資源保護(hù)區(qū)，進(jìn)而保證地下水資源質(zhì)量。在對(duì)地下水資源保護(hù)區(qū)進(jìn)行劃分過(guò)程中，考慮到地下水污染物種類的多樣性及水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性，有必要考慮地下水源劃分的理論原則和相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用原則。因此，地下水源保護(hù)區(qū)的劃分應(yīng)遵循以下原則[1]：

　　(1)根據(jù)地下水類型、地下水源的地理位置、水文地質(zhì)條件、井源類型、供水量和污染源的分布特征，合理選擇地下水水源地保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)指標(biāo)和劃分方法。

　　(2)根據(jù)地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)告以及污染物參數(shù)，研究水中污染物濃度等值線圖，進(jìn)而掌握污染物在地下水中運(yùn)移規(guī)律。

　　(3)在劃分地下水源保護(hù)區(qū)時(shí)，充分考慮區(qū)域地質(zhì)因素，不僅能防止地下水源直接受到污染，在受到污染后也能有時(shí)間采取緊急補(bǔ)救措施的時(shí)間和緩沖地帶。

　　表1世界各國(guó)水源地保護(hù)區(qū)劃分方案

　　根據(jù)表1可知，雖然不同國(guó)家采用地下水保護(hù)區(qū)劃分方法不一致，劃分各級(jí)保護(hù)區(qū)的經(jīng)驗(yàn)值也不相同，但都采用三級(jí)劃分方法對(duì)地下水源保護(hù)區(qū)進(jìn)行劃分。

　　3.地下水水源地保護(hù)區(qū)的劃分方法

　　目前地下水水源地保護(hù)區(qū)的劃分方法主要有經(jīng)驗(yàn)值法、計(jì)算半徑法、解析模型法、數(shù)值模擬法等。

　　3.1經(jīng)驗(yàn)值法

　　經(jīng)驗(yàn)值法是以保護(hù)地下水水質(zhì)為前提，在前人研究基礎(chǔ)上，以水源地開(kāi)采井為中心，將前人實(shí)踐得到的經(jīng)驗(yàn)值作為保護(hù)區(qū)半徑，建立一個(gè)半球形區(qū)域作為地下水水源保護(hù)區(qū)。在保護(hù)區(qū)劃分早期，由于劃分方法較單一，主要采用經(jīng)驗(yàn)值法對(duì)保護(hù)區(qū)進(jìn)行劃分，劃分方法包括基于時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)值法和基于距離的經(jīng)驗(yàn)值法[2]。

　　基于時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)值法是由德國(guó)科學(xué)家克諾爾于1932年提出來(lái)的，他對(duì)飲用水中病原體的生存時(shí)間進(jìn)行詳細(xì)研究后發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)病原體在飲用水中的生存時(shí)間不超過(guò)50天，從而建立了“50日流程等值線”理論，并將此范圍劃分為一級(jí)保護(hù)區(qū)范圍[3];基于距離的經(jīng)驗(yàn)值法是由英國(guó)科學(xué)家于1984年提出來(lái)的，它以水源地開(kāi)采井為中心建立半徑3km圓形保護(hù)區(qū)，該方法也經(jīng)常用于水資源保護(hù)區(qū)的劃分。

　　在我國(guó)，對(duì)地下水水源地保護(hù)區(qū)的劃分研究起步較晚，劃分方法也主要是參照發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)值法，根據(jù)我國(guó)地下水資源的特點(diǎn)，在《飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》中，對(duì)地下水源保護(hù)區(qū)范圍的經(jīng)驗(yàn)值提出了建議，詳細(xì)信息請(qǐng)參見(jiàn)表2[4]。

　　表2孔隙水潛水型水源地保護(hù)區(qū)范圍經(jīng)驗(yàn)值

　　經(jīng)驗(yàn)值法成本相對(duì)較低，劃分速度快，可以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)大量水資源地保護(hù)區(qū)進(jìn)行快速劃分，但由于經(jīng)驗(yàn)值法技術(shù)單一、準(zhǔn)確的較差，僅適用于地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的小型潛水水源保護(hù)區(qū)的劃分。

　　3.2計(jì)算半徑法

　　相比于經(jīng)驗(yàn)值法而言，計(jì)算半徑法更準(zhǔn)確，在確定遷移時(shí)間(TOT)標(biāo)準(zhǔn)的條件下，基于抽水井每單位時(shí)間的開(kāi)采量，采用質(zhì)量守恒原理確定保護(hù)區(qū)的半徑(R)：

　　與經(jīng)驗(yàn)值法相比計(jì)算半徑法效率高、成本低、準(zhǔn)確度高、技術(shù)簡(jiǎn)單，在水源地保護(hù)區(qū)劃分中得到了廣泛運(yùn)用。但是，由于計(jì)算半徑法沒(méi)有講污染物遷移這一因素考慮在內(nèi)，其準(zhǔn)確性不是很高，在非均勻介質(zhì)各向異性或存在顯著水力邊界的區(qū)域中準(zhǔn)確的相對(duì)較低。

　　3.3解析模型法

　　解析模型法是于20世紀(jì)80年代末和90年代初提出來(lái)的，其運(yùn)用前提條件是將區(qū)域水文地質(zhì)條件進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，將含水層系統(tǒng)簡(jiǎn)化為理想的含水層模型，包括區(qū)域邊界條件、抽水井的分布、壓力或含水層的類型和形式。在20世紀(jì)80年代末和90年代初，解析模型法成為劃分地下水源保護(hù)區(qū)的主要方法，開(kāi)發(fā)的分析模型包括CAPZONE模型和UWPATH模型，以及RE-SSQC和DREAM等半分析模型[5]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)分析模型法進(jìn)行了大量的案例研究和論證，如初步解析解和變邊界滲流模型的數(shù)值解，以及利用傅里葉變換推導(dǎo)出解析解。但是，還尚未應(yīng)用于水源保護(hù)區(qū)域的劃分，僅是單純的井流求解問(wèn)題。

　　3.4數(shù)值模擬法

　　數(shù)值模型方法非常適用于劃分具有復(fù)雜邊界條件和水文地質(zhì)條件的區(qū)域，如非均質(zhì)含水層系統(tǒng)、潛水含水層、非穩(wěn)定流以及分布多個(gè)注入井和抽水井的含水層系統(tǒng)。計(jì)算時(shí)需要在模型中輸入水文地質(zhì)參數(shù)包括：滲透系數(shù)、孔隙度、含水飽和度、補(bǔ)給率、含水層形狀和水文地質(zhì)邊界條件。隨著對(duì)水源保護(hù)區(qū)保護(hù)要求的不斷提高，數(shù)值模擬方法的應(yīng)用日益廣泛。

　　在早期，以遷移時(shí)間(TOT)為界限的數(shù)值模擬方法定義水源保護(hù)區(qū)時(shí)，通常認(rèn)為將含水層考慮為二維多孔介質(zhì)進(jìn)行建模。隨著時(shí)代的發(fā)展，地下水?dāng)?shù)值模擬變得越來(lái)越復(fù)雜，考慮到水在含水層中以非穩(wěn)定流形式運(yùn)動(dòng)的特性，近年來(lái)，使用數(shù)值模擬來(lái)劃定水源保護(hù)區(qū)已成為研究的熱點(diǎn)。

　　數(shù)值模擬法精度較高，適用于任何水文地質(zhì)條件。然而，其成本高，對(duì)水文地質(zhì)和建模方面要求技術(shù)水平高，并且所需結(jié)果的準(zhǔn)確性越高，成本也越高。由于受劃分網(wǎng)格的尺寸和密度限制，評(píng)價(jià)取水井周圍影響半徑范圍時(shí)，不如解析法適用。

　　4.結(jié)論

　　本文對(duì)地下水水源保護(hù)區(qū)劃分方法——經(jīng)驗(yàn)值法、公式計(jì)算法、解析模型法和數(shù)值模擬法的基本原理和適用特征進(jìn)行了詳細(xì)介紹，通過(guò)對(duì)地下水水源地保護(hù)區(qū)劃分研究對(duì)地下水資源的保護(hù)起著重要作用，同時(shí)也為水源地保護(hù)區(qū)劃分方法提供一定參考依據(jù)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]李建新，唐登銀.生活飲用水地下水源保護(hù)區(qū)的劃定方法—英國(guó)的經(jīng)驗(yàn)值法與實(shí)例[J].地理科學(xué)進(jìn)展，1999，18(2)：15-17.

　　[2]宋吉明.遼寧省水庫(kù)飲用水水源保護(hù)區(qū)的設(shè)置與劃分[J].環(huán)境科技，1992，12(3)：22-24.

　　[3]李建新.我國(guó)水源保護(hù)區(qū)的問(wèn)題研究[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2000，26(4)：21-22.

　　作者簡(jiǎn)介：陳京鵬，生于1991年，男，漢族，河北省臨城縣人，本科，助理工程師，研究方向：地下水、水工環(huán)、地下水污染、水源地保護(hù)等

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