利用北调江水回灌补给滹沱河地下水的技术可行性研究
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摘要
石家庄是一个严重缺水的城市,全市人均水资源量为246m~3/a,仅为全国平均人均水平的1/8,低于国际公认的500 m~3/a的极度贫水标准,属于绝对贫水区,水资源的缺乏已经成为石家庄市社会经济可持续发展的瓶颈。长期以来,石家庄市区供水的90%都依赖地下水,地下水支撑着石家庄市国民经济的发展。但是,由于对地下水的过量开采,近年来,石家庄市地下水位以2m/a的速度下降,导致了一系列的社会、经济和生态环境问题。
利用北调江水和石家庄滹沱河地区的地下水漏斗(也称地下水库)进行地下水调蓄,能够缓解石家庄市水资源紧张的局面,从一定程度上解决由地下水位下降所引起的社会、经济和生态环境问题。
但是,在石家庄滹沱河地区进行地下水补给的工程技术可行性需要进一步的研究,其中包括:1.石家庄市滹沱河地区的水文地质条件是否适宜进行地下水补给;2.北调江水的水质如何,如果补给到地下,是否会污染地下水;3.本文采用的土地快速渗滤系统(RI系统)能否有效的处理北调江水。
本文详细的分析了将来的回灌地—滹沱河(石家庄段)河滩的水文地质条件,做了土地快速渗滤系统(简称RI系统)去除北调江水中NH_4~+和NO_3~-的模拟实验,并利用前人的研究成果对RI系统去除COD和大肠杆菌的可行性进行了论证。得出以下三点结论:
1.石家庄滹沱河地区的水文地质条件有利于进行地下水回灌,其地下水漏斗的体积完全有能力承担北调江水的补给。
2.大多数时段北调江水中除了大肠杆菌超过石家庄市滹沱河地区地下水以外,其它因子都不超标,只要采取简单措施去除大肠杆菌,可以直接补给到地下。少数时段北调江水中NH_4~+、NO_3~-、COD和大肠杆菌超过当地地下水,必须经过一定的处理才能补给到地下。
3.在滹沱河河滩利用RI系统处理北调江水方便可行,能有效的去除北调江水中的NH_4~+、NO_3~-、COD和大肠杆菌。
由以上三点得出,利用北调江水补充滹沱河地下水在技术上是完全可行的。在得出技术上可行的结论后,本文在详细分析上述研究成果的基础上,结合滹沱河河滩上的砂土岩性、现有的人工采砂坑等情况,确定了一套经济的、方便可行的、符合滹沱河河滩实际情况的北调江水回灌补给地下水的方案,对以后此类利用地表水补给地下水问题具有一定的理论和实际指导意义。
Shijiazhuang is terribly short of water, average water volume is 246m~3/a per person ,only one eighth of that of the nation and lower than 500 m~3/a which is recognized as the criterion of being extremely short of water in the world. Lack of water has been the bottleneck of Shijiazhuang’s sustainable development of social economy. For a long time, 90% of the water needed in Shijiazhuang is supplied by groundwater, groundwater sustains the development of the city. Meanwhile, because of the excessive exploitation of groundwater, its level is descending at a speed of 2m/a in recent years, which has caused a series of social, economic and environmental problems.
Recharging Shijiazhuang’s Hutuo River groundwater funnel with the water from Changjiang River can relieve the tense situation of water lack and can at some degree solve the problems caused by groundwater level descending.
But the technical feasibility of recharging the groundwater with Changjiang River in Hutuo River district needs researching, it includes: 1. Wether the hydrogeological condition in Shijiazhuang Hutuo River district is fit for groundwater recharge; 2. How is the quality of water from Changjiang River, wether it will pollute the groundwater in Hutuo River district if directly recharge it into the groundwater. 3.Wether rapid infiltration system(RI system) can effectively cleanse polluted water from Changjiang River.
The article analyses hydrogeological condition of the future recharge field-Hutuo River shoal in detail, does the simulating experiment of managing NH_4~+ and NO_3~- in the water from Changjiang River by RI system, and demonstrates the feasibility of managing COD and coliform by RI system with existing research production by other scholars. Finally, three conclusions are reached:
1. The hydrogeological condition of Shijiazhuang Hutuo River district is fit for groundwater recharge, its volume of groundwater funnel is large enough for water from Changjiang River.
2. In most water from Changjiang River, only coliform’density excesses that of groundwater in Shijiazhuang Hutuo River district, as long as managing the coliform with simple measures, the water can be recharged into groundwater directly. But in a small quantity of water, the density of NH_4~+, NO_3~-,COD and coliform excesses the local groundwater greatly, the water must be managed before being recharged into groundwater.
3. It is convenient and feasible to manage the water from Changjiang River with RI system, and it can eliminate NH_4~+、NO_3~-、COD and colifrom effectively in the water from Changjiang River.
According to above three conclusions, we can prove that it is technically feasible to manage the water from Changjiang River with RI system.
After reaching the conclusion of being feasible, on the basis of above research production and combining the sand lithology, existing artificial sand pit on Hutuo River shoal, the article put forward a water recharge project that is economical, feasible and fit for practical condition of Hutuo River shoal, which is of guide significance on theory and practice for the problems of groundwater recharge with surface water.
利用北调江水和石家庄滹沱河地区的地下水漏斗(也称地下水库)进行地下水调蓄,能够缓解石家庄市水资源紧张的局面,从一定程度上解决由地下水位下降所引起的社会、经济和生态环境问题。
但是,在石家庄滹沱河地区进行地下水补给的工程技术可行性需要进一步的研究,其中包括:1.石家庄市滹沱河地区的水文地质条件是否适宜进行地下水补给;2.北调江水的水质如何,如果补给到地下,是否会污染地下水;3.本文采用的土地快速渗滤系统(RI系统)能否有效的处理北调江水。
本文详细的分析了将来的回灌地—滹沱河(石家庄段)河滩的水文地质条件,做了土地快速渗滤系统(简称RI系统)去除北调江水中NH_4~+和NO_3~-的模拟实验,并利用前人的研究成果对RI系统去除COD和大肠杆菌的可行性进行了论证。得出以下三点结论:
1.石家庄滹沱河地区的水文地质条件有利于进行地下水回灌,其地下水漏斗的体积完全有能力承担北调江水的补给。
2.大多数时段北调江水中除了大肠杆菌超过石家庄市滹沱河地区地下水以外,其它因子都不超标,只要采取简单措施去除大肠杆菌,可以直接补给到地下。少数时段北调江水中NH_4~+、NO_3~-、COD和大肠杆菌超过当地地下水,必须经过一定的处理才能补给到地下。
3.在滹沱河河滩利用RI系统处理北调江水方便可行,能有效的去除北调江水中的NH_4~+、NO_3~-、COD和大肠杆菌。
由以上三点得出,利用北调江水补充滹沱河地下水在技术上是完全可行的。在得出技术上可行的结论后,本文在详细分析上述研究成果的基础上,结合滹沱河河滩上的砂土岩性、现有的人工采砂坑等情况,确定了一套经济的、方便可行的、符合滹沱河河滩实际情况的北调江水回灌补给地下水的方案,对以后此类利用地表水补给地下水问题具有一定的理论和实际指导意义。
Shijiazhuang is terribly short of water, average water volume is 246m~3/a per person ,only one eighth of that of the nation and lower than 500 m~3/a which is recognized as the criterion of being extremely short of water in the world. Lack of water has been the bottleneck of Shijiazhuang’s sustainable development of social economy. For a long time, 90% of the water needed in Shijiazhuang is supplied by groundwater, groundwater sustains the development of the city. Meanwhile, because of the excessive exploitation of groundwater, its level is descending at a speed of 2m/a in recent years, which has caused a series of social, economic and environmental problems.
Recharging Shijiazhuang’s Hutuo River groundwater funnel with the water from Changjiang River can relieve the tense situation of water lack and can at some degree solve the problems caused by groundwater level descending.
But the technical feasibility of recharging the groundwater with Changjiang River in Hutuo River district needs researching, it includes: 1. Wether the hydrogeological condition in Shijiazhuang Hutuo River district is fit for groundwater recharge; 2. How is the quality of water from Changjiang River, wether it will pollute the groundwater in Hutuo River district if directly recharge it into the groundwater. 3.Wether rapid infiltration system(RI system) can effectively cleanse polluted water from Changjiang River.
The article analyses hydrogeological condition of the future recharge field-Hutuo River shoal in detail, does the simulating experiment of managing NH_4~+ and NO_3~- in the water from Changjiang River by RI system, and demonstrates the feasibility of managing COD and coliform by RI system with existing research production by other scholars. Finally, three conclusions are reached:
1. The hydrogeological condition of Shijiazhuang Hutuo River district is fit for groundwater recharge, its volume of groundwater funnel is large enough for water from Changjiang River.
2. In most water from Changjiang River, only coliform’density excesses that of groundwater in Shijiazhuang Hutuo River district, as long as managing the coliform with simple measures, the water can be recharged into groundwater directly. But in a small quantity of water, the density of NH_4~+, NO_3~-,COD and coliform excesses the local groundwater greatly, the water must be managed before being recharged into groundwater.
3. It is convenient and feasible to manage the water from Changjiang River with RI system, and it can eliminate NH_4~+、NO_3~-、COD and colifrom effectively in the water from Changjiang River.
According to above three conclusions, we can prove that it is technically feasible to manage the water from Changjiang River with RI system.
After reaching the conclusion of being feasible, on the basis of above research production and combining the sand lithology, existing artificial sand pit on Hutuo River shoal, the article put forward a water recharge project that is economical, feasible and fit for practical condition of Hutuo River shoal, which is of guide significance on theory and practice for the problems of groundwater recharge with surface water.
引文
[1] 胡俊.城市污水的地下回灌.天津市政工程. 2000 年第 12 卷;
[2] 马佳. 现阶段我国水资源问题的思考. 昆明理工大学学报(理工版).2005 年 4 月.第 20卷第 2A 期.
[3] 刘长礼,刘平贵,侯宏冰等.石家庄市水资源承载力评价与可持续发展对策. 昆明理工大学学报(理工版). 2004 年 5 月第 30 卷第 2A 期.
[4] 孙桂平,赵宗涛. 石家庄市滹沱河地下水库调蓄功能研究初探. 河北师范大学学报(自然科学版).2000 年 9 月第 3 期第 24 卷.
[5] 郭永海, 王志明, 刘淑芬等.石家庄市地下水污染特征及其与超量开采的关系. 铀矿地质. 2005 年 3 月第 21 卷第 2 期.
[6]宫辉力.国内外地下水人工补给现状与前景[J].西安:地下水,1988.3.
[7]李云峰,郑书彦,田春声,杨勤荣.引黄回灌研究[M].西安:陕西科技术出版社,1996.9.
[8]张永波,等.水工环研究的现状与趋势[M].北京:地质出版社,2001.3.
[9] Alan Wright and Trene DoToit, 1996,Artificial recharge of urban waste-water, the key conponentint in the pevelop-mentofan industrial town on the atifical west coast of South, Hydrogeology Journal, Vol.4,No.1,118-129.
[10] LimaandRoyF.Spanlding,1997,Effects of articical recharge on groundwater quality and aquifer storage recovery, Water Resources Bulletin, Vol.33, No.3, 561-572.
[11] 费谨.我国地下水人工补给地下水现状[J].地下水人工补给水文地质工程地质选辑[M].北京:地质出版社,1982.5.
[12] 阎葆瑞,高岩松,张胜等.纺织空调废水人工回灌地下水水质变化及灌井淤塞的微生物作用机理的研究.中国地质科学院水文地质工程地质研究所所刊.1987 年第 3 号.
[13] 张文彦,赵忠仁.利用纺织空调废水进行地下储冷实验研究. 中国地质科学院水文地质工程地质研究所所刊.1987 年第 3 号.
[14] 上海地下含水层储能技术与应用研究[R].上海地质矿产局,1982-1986.
[15] 桓台县地下水人工补源试验研究报告[R].山东省水文总站,1981.10.
[16] 河北省获鹿县源泉灌区浅层地下水人回灌报告[R].河北省获鹿县源泉渠管理处,河北省水利科学研究所,1979.10.
[17] 地下水库与地下水管理译文集[M].河北省地理研究所,1978.8.
[18] 南宫地下水库 1977-1979 年试验研究报告[R].河北省地理研究所,河北省南宫县水利局,1979.8.
[19] 李静.马庙地下水回灌工程效益分析[J].排灌机械,1997,(1).
[20] 黄大英.淤堵对人工引渗效果影响的实验研究[D].西北农业大学,1990.7.
[21] 鲍戈莫洛夫Γ.B,A.X 阿里特舒里等著,赵抱力,穆仲义,吴金祥译.人工补给地下水[M].北京:水利出版社,1980.7.
[22] 陈雨孙.地下水运动与资源评价[M].中国建筑工业出版社,1986.7.
[23] 孔祥言.高等渗流力学[M].合肥:中国.
[24] 沈敏之.深井回灌的某些水文地质计算[M].1978.11.
[25] 葛亮涛,顾谦隆,高洪烈.多含水层混合井流理论及流量测井法[M].北京:地质出版社,1984.8.
[26] 王文科.地下水有限分析数值模拟的理论与方法[M].西安:陕西科技出版社,1996.7.
[27] 张莲花.基坑降水引起的沉降变形时空规律及降水控制研究[D].成都理工学院,2001.4.
[28] 在黄土地区利用辐射井的回灌试验[R].西北农学院,1982.2.
[29] 供水水文地质手册,第三册,地下水资源评价[M].北京:地质出版社,1983.3.
[30] 张焱,裴青,孟令尧,穆仲义.河北省地下水人工补给方式、成效及应用设想[J].水信息网,2002—4—17.
[31] 吕保华,王保云.长治市地下水人工补给方法浅析[J].山西水利,2000,No.5.
[32] 赵天石.关于地下水库几个问题的探讨.水文地质工程地质.2002 年第五期;
[33] 巨天乙.遥感水文地质回顾与展望.水文地质工程地质.1998 年第 3 期;
[34] 邵益生.水文地质勘察技术发展状况与展望.工程勘察.1998 年第 4 期;
[35] P.Hekmeijer . 用 GIS 确定维多利亚 Port Phillip 流域内含水层补给管理的位置. 第四届国际地下水人工补给学术研讨会论文集;
[36] S.Anbazhangan,SM.Ramasamy.基于遥感技术的人工补给研究. 第四届国际地下水人工补给学术研讨会论文集;
[37] M.R.Lluria. 采用的地球物理方法地下水补给项目中选址、监测和运行. 第四届国际地下水人工补给学术研讨会论文集;
[38] 张林泉,姜文明. 遥感信息复合技术在黄水河地下水库论证中的应用. 遥感技术与应用.1991 年 6 月第 6 卷第 2 期;
[39] 刘青勇等.地下水回灌补源模式研究与示范. 水利水电技术.2004 年第 2 期第 35 卷;
[40]成徐州等.城市污水地下回灌技术现状与发展.中国给水排水.1999 年 15 卷;
[41] 云桂春,皮正运,胡俊等,2004,浅谈再生污水地下回灌的健康危害风险。给水排水。Vol.30 No.4。
[42] 金贵婵等.城市污水地下水回灌深度处理技术.中国环境科学.1999 年 19 期第 3 卷;
[43] P.J.Stuyfzand . Quantifying the hydrogeochemical impact and sustainability of artificial recharge system. Artificial Recharge Demonstration Project . October 2004;
[44] C.Le Gal La Salle,J.Vanderzalm,J.Hutson. 同位素在含水层储存、回采及其地球化学调查上的应用. 第四届国际地下水人工补给学术研讨会论文集;
[45] J.O.Skjemstad 含水层储水时天然有机质的变化. 第四届国际地下水人工补给学术研讨会论文集;
[46] N.O.Jrgensen,B.B.Helleberg.丹麦用稳定同位素(2H、 18O)及氯化物为环境示踪剂对人工补给进行研究. 第四届国际地下水人工补给学术研讨会论文集;
[47] R.D.G.Pyne . 含水层补给中的水质变化. 第四届国际地下水人工补给学术研讨会论文集;
[48] N.A.Bbuik,A.Willwensen . 多孔介质中补给井的堵塞速率. 第四届国际地下水人工补给学术研讨会论文集;
[49] P.J.Stuyfzand . 模拟补给渗水池的淤泥层的积累速度及化学成分. 第四届国际地下水人工补给学术研讨会论文集;
[50] 谢乐云等.浅谈地下水人工补给问题. 西部探矿工程. 2003 年第 9 期;
[51] 孙颖等. 北京市深井人工回灌现状调查与前景分析. 水文地质工程地质.2001 年第 1期;
[52] 缪晓图.苏州市深层水回灌堵塞原因及对策. 江苏地矿信息. 1999 年第 6 期;
[53] 倪红珍,徐得潜,颜振元.地下水回灌工程设计方案评判[J].水利经济,2002.1.
[54] 马荣华.苏州伊莎中心大厦二级轻型井点回灌施工技术[J].施工技术,1997,(1).
[55] 俞建霖,龚晓南.基坑工程地下水回灌系统的设计与应用技术研究[J].建筑结构学报,2001,22(5).
[56] 李怀正,白月华,邢绍文,钱永梅.雨水回灌地下的必要性和可行性[J].国给水排水,2002.4.
[57] 王秀杰等.石家庄滹沱河地区地下水库研究.水利水电技术.2004 年第 9 期第 35 卷。
[58] 汪民,吴永峰,钟佐鑫等.污水快速渗滤土地处理.地质出版社.1993,1-136.
[59] Lance.J.C..1972,Nitrogen removal by soil mechanisms,J.WPCF,Vol.44.No.7.
[60] Lance.J.C..1976,Stimulation of denitrification in soil columns by adding organic carbon to wastewater,J.WPCF,Vol.48.No.2.
[61] Mathew,K,1982,Ground water recharge with secondary sewage effluent,austrilian water Resources Concil,Tech.Rep.71.
[62] 长江委水文局,丹江口水库 1 月水质报告,2005 年 2 月 4 日.
[63] 长江委水文局,丹江口水库 2003 年 2 月水质公报,2004 年 5 月.
[64] 国家技术监督局,中华人民共和国国家标准地下水质量标准(GB/T 14848-9),1994 年10 月.
[65] 张云,张胜,杨震京等.不同碳源强化地下水中生物脱氮模拟试验研究.地理与地理信息科学,2003,19(1):66-69.
[66] 张胜 ,张云 ,张凤娥等. 地下水 NO3-污染的微生物修复实验研究.水文地质工程地质,2005, 32(2):25-30.
[67] 张胜,张云,张凤娥等. 包气带土体 NO3-污染的微生态修复实验研究 . 地质通报, 2004, 23 (11): 17)—20.
[68] 张胜,张云,荆继红等. 污染土体和地下水的原位微生态修复技术—以氮素污染为例. 国家高技术应用部门发展项目. 2004 年 6 月: 1—208.
[2] 马佳. 现阶段我国水资源问题的思考. 昆明理工大学学报(理工版).2005 年 4 月.第 20卷第 2A 期.
[3] 刘长礼,刘平贵,侯宏冰等.石家庄市水资源承载力评价与可持续发展对策. 昆明理工大学学报(理工版). 2004 年 5 月第 30 卷第 2A 期.
[4] 孙桂平,赵宗涛. 石家庄市滹沱河地下水库调蓄功能研究初探. 河北师范大学学报(自然科学版).2000 年 9 月第 3 期第 24 卷.
[5] 郭永海, 王志明, 刘淑芬等.石家庄市地下水污染特征及其与超量开采的关系. 铀矿地质. 2005 年 3 月第 21 卷第 2 期.
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[10] LimaandRoyF.Spanlding,1997,Effects of articical recharge on groundwater quality and aquifer storage recovery, Water Resources Bulletin, Vol.33, No.3, 561-572.
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[13] 张文彦,赵忠仁.利用纺织空调废水进行地下储冷实验研究. 中国地质科学院水文地质工程地质研究所所刊.1987 年第 3 号.
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[16] 河北省获鹿县源泉灌区浅层地下水人回灌报告[R].河北省获鹿县源泉渠管理处,河北省水利科学研究所,1979.10.
[17] 地下水库与地下水管理译文集[M].河北省地理研究所,1978.8.
[18] 南宫地下水库 1977-1979 年试验研究报告[R].河北省地理研究所,河北省南宫县水利局,1979.8.
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[46] N.O.Jrgensen,B.B.Helleberg.丹麦用稳定同位素(2H、 18O)及氯化物为环境示踪剂对人工补给进行研究. 第四届国际地下水人工补给学术研讨会论文集;
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[48] N.A.Bbuik,A.Willwensen . 多孔介质中补给井的堵塞速率. 第四届国际地下水人工补给学术研讨会论文集;
[49] P.J.Stuyfzand . 模拟补给渗水池的淤泥层的积累速度及化学成分. 第四届国际地下水人工补给学术研讨会论文集;
[50] 谢乐云等.浅谈地下水人工补给问题. 西部探矿工程. 2003 年第 9 期;
[51] 孙颖等. 北京市深井人工回灌现状调查与前景分析. 水文地质工程地质.2001 年第 1期;
[52] 缪晓图.苏州市深层水回灌堵塞原因及对策. 江苏地矿信息. 1999 年第 6 期;
[53] 倪红珍,徐得潜,颜振元.地下水回灌工程设计方案评判[J].水利经济,2002.1.
[54] 马荣华.苏州伊莎中心大厦二级轻型井点回灌施工技术[J].施工技术,1997,(1).
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