(一)引黄取水对农业灌溉的影响
Q水库和Y水库取水按照引黄闸的取水指标进行分配,其中,Q水库调算过程中扣除了大王庙灌区1 228万m3的农业用水、Y水库扣除了北店子灌区1 400万m3的农业用水,本次用水量不占用农灌用水指标,因此对农业灌溉无影响。
(二)引黄取水对泉流量的影响
Q水库和Y水库生活与工业用水分配指标分别为13 350万m3和14 000万m3,该部分水源用于城市生活与工业用水,降低了取用地下水量,目前,某水务集团生活与工业取用地下水量为1 680万m3,因此,引调黄河水应用于城市生活与工业,降低了地下水的取用量,减缓了地下水位的降低,有利于泉水的保护。
(三)地下取水对济南市泉水的影响
20世纪80年代初期,济南市地下水开采量达到64.91万m3/d,为了保护泉水,该市从1987年起通过建设Y水库与Q水库,逐步引调黄河水,减少地下水的开采。2016年,该市地下水开采量为自备井开采2 566.46万m3、集中供水水源(自来水公司)开采5 622.28万m3、泉域地下水开采22.43万m3,从总供水结构上来说,引黄水和当地地表水在供水量中占比较大。
(四)地下取水对济南市泉水的影响分析
1.济西和西郊取水对城区地下水的影响
根据济西抽水试验验证,沿机床二厂—刘长山火成岩侵入接触带和与之相连的郎茂山—万灵山岩溶弱发育带,存在着连续稳定的地下水分水岭,抽水试验所得水量数据加上原有、新增的其他开采量共计78万m3/d。地下水相互叠加形成的降落漏斗,主要沿玉符河、北大沙河干流来水方向往南扩展,未出现越过济南火成岩体和岩溶弱发育带朝城区扩展的趋势,这进一步说明济西开采地下水未对城区地下水动态产生影响。
但是,从整个泉域地下水来看,当济西和西郊地下水位降低时,地下水的流场也会发生变化,导致地下水向地下水漏斗区流,这也会导致泉流量的衰减。因此,必须合理开采济西和西郊地下水,避免发生大面积的流场改变。
2.曹楼抽水对济南泉水的影响
(1)阶段性抽水试验对济南泉水的影响
曹楼水厂开采地段距离趵突泉约42.4 km。曹楼水厂—趵突泉一线抽水期间不同时段地下水标高可说明三个问题:
①整个抽水试验期间,位于马山断裂西侧的CX39观测孔的水位标高一直高于冷庄水源地—古城水源地—趵突泉,说明长孝水源地的岩溶水一直向趵突泉泉域排泄。
②本次抽水试验岩溶地下水开采量约4.5万m3/d。抽水前抽水主井地下水日降幅为0.01 m,在2011年6月3日至6月10日开采时段内,抽水主井地下水日降幅为0.017 m,其日降幅仅增加0.007 m。本区的地下水变化相对平稳,未改变区域岩溶地下水流场形态,说明曹楼地段开采井组4.5万m3/d的开采量对全区地下水的附加降深很小;而自6月10日农灌开始后,本区地下水日均降幅均大于0.1 m,抽水主井日降幅增大为0.136 m,比农灌前增加了0.119 m/d。以上数据说明,农灌期岩溶地下水开采量非常巨大,区域内大面积农灌集中开采导致区域岩溶地下水位持续大幅下降。
③本次抽水试验的开采漏斗从未越过马山断裂。2011年6月20日10时最大开采漏斗(含农灌开采叠加影响)向北扩展至归德镇国庄水厂以北一带,距趵突泉泉域与长孝水文地质单元边界还有4.5 km的距离,远未越界。水位标高小于29 m的开采漏斗面积仅为2.38 km2。
综上所述,本次抽水试验未对趵突泉泉域和济南泉水产生明显影响。
(五)地下取水对农业机井的影响
1.济西抽水对农业的影响
济西山前平原区特别是在G20国道以北,农业机井的取水层位主要为上部第四系冲洪积形成的卵砾石层孔隙水含水层。
(1)山前平原区北部、西北部
在济西山前平原区北部、西北部,农业机井大都是深度小于50 m的特枯年浅井,井下有透水性微弱的亚黏土层与埋藏更深的孔隙水、岩溶水相隔。第四系浅层水与下伏岩溶水的直接水力联系微弱,济西水源地长期开采岩溶水对农业浅井的直接影响微小。
(2)山前冲积扇中部(www.daowen.com)
济西一期水源地分布区地处山前冲积扇中部,如古城、麻沟、小李庄等地,该区域第四系孔隙水含水层的厚度一般比北部大,颗粒比北部粗,单井出水量也比北部大。下伏岩溶水与上覆孔隙水之间的水位差,丰、平水期在0.5~1 m,枯水期在0.5 m左右,也有部分时段十分接近。在岩溶水合理开采的情况下,对上述地段农业浅井产生的直接影响较小。
(3)山前冲积扇轴部、首部
济西一期水源地附近及上游地段,地处冲积扇轴部和首部的隐伏灰岩富水区,附近有诸多“天窗”,丰水期岩溶水水位高于孔隙水,枯水期孔隙水水位高于岩溶水。在这些地段,抽取岩溶水如同直接抽第四系孔隙水。
尽管二者存在一定联系,但由于济西地下水补给量大,水源地开采是以截取外流至黄河北的水量、维持多年动态平衡为前提的,故对济西岩溶水本身的水位影响不大(降落漏斗范围内水位削减值仅0.5~1 m),影响范围也较为有限,对区域第四系孔隙水的影响较小。
2.曹楼抽水对农业的影响
(1)阶段性抽水试验对当地农灌井的影响
根据对抽水试验期间不同时段的第四系孔隙水流场特征分析可以发现:
①在曹楼井组的北邻一直存在一个第四系孔隙水高水位区域,2011年5月31日,抽水前,该区域中心的最高水位标高为32.43 m;停泵的前一天即6月19日,该区域中心的最高水位标高为32.051 m;在水位恢复期间,第四系孔隙水高水位区域一直存在,6月28日,其中心最大水位标高为31.917 m。
②抽水前,距离抽水主井最近的第四系孔隙水观测孔C16水位标高为31.28 m,曹楼水厂院内的岩溶水观测孔C17水位标高为31.06 m,第四系孔隙水水位高于岩溶水水位0.22 m。
③在抽水试验期间,全区第四系孔隙水动态特征未受抽水影响,以抽水主井周围4个第四系观测井为例,主井北侧的前垛庄T74和主井西侧曹楼C15观测孔在主井抽水期间累计降幅在0.11~0.21 m之间,远小于其他外围的第四系观测孔的累计降幅,说明北侧和西侧第四系孔隙水未受到抽水影响。抽水井组以南35 m的C16井在抽水期间水位恢复的观测资料表明,其水位上涨了0.24 m,说明该井受到了抽水试验的影响。抽水井组以东1 km的前刘村T81井抽水后水位变化未受影响,说明其未受到抽水试验的影响。
综合分析可知,本次抽水试验对曹楼井组西、东、北部第四系孔隙水影响甚微,对井组南部小范围内的第四系孔隙水产生一定影响。
(2)对岩溶水农灌井的影响
①6月3日12时岩溶水漏斗的扩展情况
抽水形成的岩溶地下水漏斗形态为近椭圆形,长轴为东北向,沿孝里铺断裂向东北延伸,漏斗面积约33.74 km2。漏斗最外侧等值线仅为0.01 m,降深1 m的漏斗范围很小,面积约为0.61 km2。说明本次抽水试验对周围岩溶水农灌井的影响范围和影响强度很小。
②6月20日12时水位恢复情况
水位恢复等值线形态为鸭梨形,长轴为东北向,沿孝里铺断裂向东北延伸,面积约27.56 km2。抽水中心最大水位恢复值为2.04 m,最外侧水位恢复等值线仅为0.01 m,0.1 m水位恢复等值线的面积为1.30 km2。说明本次抽水试验对本地区岩溶水农灌井的影响不大。
本次抽水试验,主井抽水15分钟后水位基本稳定,停抽3分钟后水位基本恢复,说明本区岩溶地下水具有较强的补给能力和较大的开采潜力。
此外,曹楼井组周围岩溶水农灌井井深多小于200 m,奥陶系北庵庄段灰岩含水层为其主要取水层位。本次四眼抽水主井中,一眼井井深500 m,其余三眼井井深358 m,取水层位为奥陶系北庵庄段灰岩含水层和三山子组白云岩含水层。
从C8号井的301 m和358 m不同深度的抽水试验资料可以看出,在抽水流量相近的情况下,加深后水位降深由5.61 m减小到1.74 m,相差3.87 m,降深减少3.22倍,说明下部三山子组白云岩含水层富水性比上部北庵庄段灰岩含水层明显增强,由此可推算出近70%的水源来自下部三山子组白云岩含水层。也就是说,试验井和岩溶水农灌井的主要取水层位不同,抽水时相互干扰影响较小。
综上所述,本次抽水试验对本区岩溶水农灌井影响不大,本区岩溶地下水具有较好的开采潜力。
(六)项目取水对其他用水户的影响
该项目所在区域的主要地下水用水户为部分企业用水户。该项目处于趵突泉泉域的排泄区,趵突泉泉域补给量大于排泄量,地下水补给较快,水源地抽水最大影响半径为1 212.6 m,除了部分灌溉用水外,其他用水户均在该影响半径以外,因此,本项目取水对其他用水户影响较小。
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