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福建省永定縣高陂鎮(zhèn)地下水環(huán)境工程的現(xiàn)狀探討論文
第 1 章 引 言
1.1 選題背景
水資源是人類生存所必需的重要資源之一，而地球上的淡水資源主要來(lái)源于地表水、地下水和海水淡化(紀(jì)國(guó)芳，2012)，而地下水是淡水的主要來(lái)源之一，地下水環(huán)境對(duì)未來(lái)開(kāi)采地下水和利用地下水起著重要的作用。狹義上的地下水是指地下水面以下飽和含水層中的水，而廣義上的地下水則是指埋藏在地表以下各種形式的重力水(孫天偉，2015)。國(guó)外學(xué)者對(duì)地下水的三種定義包括：一是指與地表水有顯著區(qū)別，且埋藏在地下的水，尤其是指地下含水層中存貯于飽水帶中的水；二是向下滲透或流動(dòng)的水，并使巖石和土壤飽和，并可以補(bǔ)給井和泉的水；三是存貯于地下的巖石空洞中，并且在能夠組成地殼物質(zhì)的空隙中儲(chǔ)存的水（肖長(zhǎng)來(lái)等，2010）。由此可知，地下水與地下水環(huán)境密切相關(guān)。地下水環(huán)境通常是指地下水在地下巖層中所處的狀況，而且，地下水環(huán)境是地球生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，地下水環(huán)境的惡化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的生存和發(fā)展有著重大影響(邱志勇，2008)。據(jù)有關(guān)部門(mén)對(duì) 118 個(gè)城市 2-7 年的連續(xù)監(jiān)測(cè)資料，約有 64%城市地下水受到嚴(yán)重污染，33%的城市地下水受到輕度污染，基本清潔的城市地下水只有3%(唐克旺，2009)。蔣方媛對(duì)城市地下水污染成因進(jìn)行了分析，結(jié)果表明人類活動(dòng)是最主要的因素(蔣方媛，2009)。因此，人類在進(jìn)行城鎮(zhèn)化建設(shè)道路中，應(yīng)同時(shí)關(guān)注地下水環(huán)境。經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化的過(guò)程中會(huì)造成地下水污染。人類工程活動(dòng)也會(huì)對(duì)地下水環(huán)境造成不同程度的影響，工業(yè)廢水的不合理排放會(huì)造成地表水污染，地表水下滲造成地下水的污染；不合理的農(nóng)田灌溉以及化肥及農(nóng)藥的大量使用會(huì)造成土壤和地表水的污染，進(jìn)一步深入到地下從而污染地下水；以及生活污水的不合理排放也會(huì)造成地下水的污染；還有礦山排放的廢渣、廢水等，都會(huì)影響地下水的水質(zhì)。
1.2 研究現(xiàn)狀與存在問(wèn)題
八十年代以來(lái)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)展迅速，加速了農(nóng)村工業(yè)化城鎮(zhèn)化的發(fā)展勢(shì)頭(李植斌，1997)。李植斌等人對(duì)城鎮(zhèn)化所引發(fā)的城市問(wèn)題進(jìn)行了探討，提出了城市持續(xù)發(fā)展面臨的問(wèn)題(李植斌，1997)。之后，更多的學(xué)者對(duì)城鎮(zhèn)化引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題開(kāi)展了更廣泛的研究。周啟星對(duì)江南地區(qū)鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)化引起水污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量估測(cè)與相關(guān)分析(周啟星，1997)。馮昊等以地下水重金屬為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)和地統(tǒng)計(jì)的方法，分析城鄉(xiāng)交錯(cuò)地區(qū)地下水污染程度和空間分異性特征(馮昊，2016)。湯惠等在沿海地區(qū)針對(duì)城市化進(jìn)程中泉州市淺層地下水“三氮”污染進(jìn)行分析，結(jié)果顯示高濃度區(qū)主要集中分布于城鎮(zhèn)化程度較高地區(qū)(湯慧，20xx)。張勃等通過(guò)實(shí)地調(diào)查等方式，采用相關(guān)分析方法與定量計(jì)算方法相結(jié)合，分析了城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)及工業(yè)發(fā)展等土地方式變化對(duì)地下水影響機(jī)制，發(fā)現(xiàn)土地利用方式改變了地下水循環(huán)途徑和水質(zhì)(張勃等，2005)。劉繼超等采用迦遼金有限單元法對(duì)抽水試驗(yàn)區(qū)地下承壓水流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，利用觀測(cè)孔水頭降深反演計(jì)算區(qū)等效水文地質(zhì)參數(shù)，并對(duì)擬合結(jié)果進(jìn)行誤差分析來(lái)初步評(píng)價(jià)所建地質(zhì)模型，提出進(jìn)一步完善該模型的思路及途徑(劉繼超，2001)。鄧國(guó)立等針對(duì)克山鎮(zhèn)水文地情況，應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)在研究區(qū)水文地質(zhì)條件概化的基礎(chǔ)上，建立水文地質(zhì)概念模型和地下水流數(shù)值模擬模型(鄧國(guó)立，2001)。陳昌亮等人利用 GMS（groundwater modeling system）軟件包中的 MODFLOW 模塊建立哈爾濱市團(tuán)結(jié)鎮(zhèn)地區(qū)地下水流模型，通過(guò)對(duì)模型的識(shí)別、驗(yàn)證確定該模型的各類參數(shù)(陳昌亮等，2014)。曹騰飛等以新干縣大洋洲鎮(zhèn)的取水水源地為研究區(qū)，對(duì)目標(biāo)含水層使用 MDOFLOW 模型進(jìn)行數(shù)值模擬，建立模擬區(qū)水文地質(zhì)概念模型，對(duì)模擬區(qū)進(jìn)行參數(shù)分區(qū)及源匯項(xiàng)處理，利用識(shí)別和驗(yàn)證后的模型對(duì)研究區(qū)未來(lái)的水位動(dòng)態(tài)進(jìn)行模擬預(yù)報(bào)，并對(duì)其影響進(jìn)行評(píng)價(jià)(曹騰飛，20xx)。
第 2 章 福建省永定縣高陂鎮(zhèn)條件概況
本章節(jié)主要介紹高陂鎮(zhèn)區(qū)的自然地理、地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件概況。自然地理、氣象、水文等因素影響地下水的補(bǔ)給條件以及地下水循環(huán)條件，通過(guò)調(diào)查高陂鎮(zhèn)的自然地理、交通、氣象水文、地形地貌，可以了解高陂鎮(zhèn)地下水的補(bǔ)給來(lái)源及其地表坡面徑流及入滲情況；而通過(guò)調(diào)查高陂鎮(zhèn)區(qū)的地質(zhì)條件，可以了解其地下水的存貯介質(zhì)條件，預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)地下水的水量及提供較好的地下水開(kāi)采方案；通過(guò)調(diào)查高陂鎮(zhèn)的水文地質(zhì)條件，了解其地下水運(yùn)移通道以及其水質(zhì)、水量在空間上的變化，可以較好的掌握區(qū)內(nèi)地下水動(dòng)態(tài)變化特征。
2.1 自然地理概況
高陂鎮(zhèn)位于永定縣城東北 30°方向 50km 處，東、北與龍巖市新羅區(qū)紅坊鎮(zhèn)相接，西與永定縣虎崗鄉(xiāng)為鄰，南靠永定縣坎市鎮(zhèn)、堂堡鄉(xiāng)，面積約 116 km2，鎮(zhèn)政府駐地睦鄰村，距永定縣城 50 km，城鎮(zhèn)規(guī)劃面積約 32 km2。高陂鎮(zhèn)位于龍巖中心城區(qū)南部，距離市區(qū)近 20 km，交通條件良好；鐵路和公路都較發(fā)達(dá)，龍梅鐵路穿境而過(guò)，鎮(zhèn)內(nèi)設(shè)有富嶺火車(chē)站；公路有省道福三線、319 國(guó)道，向外可以通往廈門(mén)、汕頭、深圳、廣州等地，鎮(zhèn)內(nèi)村村通公路，交通很是便利（見(jiàn)圖 2-1）。高陂鎮(zhèn)區(qū)氣候溫暖濕潤(rùn)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。年平均氣溫 18.7~21.0℃，月平均氣溫 10.5℃，最低溫度出現(xiàn)在 1-2 月份，為-5.6℃，最高溫度出現(xiàn)在 8 月份，可達(dá) 38.1℃。每年春季從 3 月份開(kāi)始，氣溫不穩(wěn)定并逐漸回升，且雨水增多；夏季從 5 月份開(kāi)始，溫差較小。年平均降水量為 1723~2019 mm。每年 3-9 月降雨量較多，為雨季，降雨量占全年降雨總量的 84%。旱季多為 5 個(gè)月，從 10 月至翌年 2 月。年平均氣壓為 974.7 mbar，年平均地溫為 23.6℃，平均水汽壓 18.6mbar，年相對(duì)濕度 76%，蒸發(fā)量為 1657.0 mm，年日照時(shí)數(shù) 1456~1646 h，氣候溫和，無(wú)霜期長(zhǎng)，雨量充沛，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，四季常青，適宜亞熱帶作物和林木的生長(zhǎng)。主導(dǎo)風(fēng)向常年為北北東，4-8 月份為南風(fēng)，其次為西南或東南風(fēng)，歷年平均風(fēng)速 1.7 m/s，靜風(fēng)頻率 43%左右，每年夏秋之交常受臺(tái)風(fēng)影響，最大風(fēng)力 7~8 級(jí)，最大風(fēng)速 20 m/s。
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2.2 高陂鎮(zhèn)地質(zhì)條件
區(qū)內(nèi)出露地層主要有泥盆系桃子坑組（D3tz）、石炭系林地組（C1l）、經(jīng)畬組（C2j）、船山組（C3c）、二疊系棲霞組（P1q）、文筆山組（P1w）、童子巖組（P1t）、翠屏山組（P2cp）、三疊系文賓山組（T3w）和侏羅系下村組（J1x），見(jiàn)圖 2-2。出露較少，僅零星分布于高陂鎮(zhèn)區(qū)北部，其巖性組合：上段（D3tz2）為灰綠、灰紫色薄層粉砂巖為主，夾厚層砂礫巖、石英礫巖。下段（D3tz1）為灰白、黃色厚層石英砂礫巖、礫巖夾薄層灰紫色千枚巖化粉砂巖；厚度 497~890 m。地層走向北西~南東，傾角 30°~50°。
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第 3 章 高陂鎮(zhèn)地下水環(huán)境現(xiàn)狀..............26
3.1 高陂鎮(zhèn)建設(shè)對(duì)地下水環(huán)境影響的特點(diǎn).............26
3.2 具有供水意義的含水層....26
3.2.1 松散巖類孔隙含水層.........27
3.2.2 基巖裂隙含水層......27
3.2.3 二疊系棲霞組（P1q）的石灰?guī)r巖溶裂隙含水層.......27
3.3 高陂鎮(zhèn)地下水環(huán)境現(xiàn)狀....28
3.3.1 高陂鎮(zhèn)地下水質(zhì)現(xiàn)狀.........28
3.3.2 高陂鎮(zhèn)地下水污染原因.....36
3.3.3 高陂鎮(zhèn)地下水質(zhì)量評(píng)價(jià).....37
3.3.4 高陂鎮(zhèn)地下水腐蝕性評(píng)價(jià)............37
3.4 高陂鎮(zhèn)地下水防污性能....38
第 4 章 高陂鎮(zhèn)地下水流場(chǎng)數(shù)值模擬......39
4.1 高陂鎮(zhèn)地下水資源量計(jì)算..........39
4.2 高陂鎮(zhèn)工作等級(jí)劃分.......39
4.3 高陂鎮(zhèn)地下水系統(tǒng)概念模型......43
4.4 高陂鎮(zhèn)地下水流數(shù)值模擬..........44
第 5 章 結(jié)論與建議............56
5.1 結(jié)論..............56
5.2 建議..............56
第 4 章 高陂鎮(zhèn)地下水流場(chǎng)數(shù)值模擬
本章主要對(duì)高陂鎮(zhèn)地下水流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，包括計(jì)算其地下水資源量、劃分工作等級(jí)以及建立地下水系統(tǒng)概念模型。通過(guò)計(jì)算和模擬可以定量和半定量地對(duì)高陂鎮(zhèn)的地下水資源量及流動(dòng)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。
4.1 高陂鎮(zhèn)地下水資源量計(jì)算
以高陂鎮(zhèn)整個(gè)盆地作為水資源的計(jì)算對(duì)象，采用大降水入滲方法進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，計(jì)算公式如下，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 4-1。根據(jù)高陂鎮(zhèn)的規(guī)劃，整體高陂鎮(zhèn)區(qū)將建設(shè)成為連接龍巖中心城市與永定縣城、體現(xiàn)客家文化特色、以運(yùn)輸機(jī)械生產(chǎn)為主的生態(tài)宜居工貿(mào)衛(wèi)星城，規(guī)劃總面積 40.8 km2，分為一類居住用地、二類居住用地、一類工業(yè)用地、二類工業(yè)用地、商業(yè)用地以及其他公共設(shè)施用地。考慮到防洪要求及地形、地貌等特點(diǎn)，場(chǎng)地用地主要分布于高陂鎮(zhèn)的盆地周邊。鎮(zhèn)區(qū)設(shè)置四級(jí)公共設(shè)施，第一級(jí)為區(qū)級(jí)，第二級(jí)為鎮(zhèn)級(jí)，三級(jí)為街道級(jí)，第四級(jí)為社區(qū)居委會(huì)級(jí)。區(qū)級(jí)和鎮(zhèn)級(jí)公共設(shè)施主要位于核心片區(qū)、永定河兩岸。大部分區(qū)級(jí)和鎮(zhèn)級(jí)公共設(shè)施主要分布在高陂大街、高陂大道及永定河的兩側(cè)，包含高坎新區(qū)區(qū)政府、園區(qū)管委會(huì)、文化娛樂(lè)中心、體育中心等，為高坎新區(qū)和高陂鎮(zhèn)提供高效集中的公共服務(wù)。公共設(shè)施用地主要包括：行政管理用地、教育科
技用地、文化娛樂(lè)用地、體育用地、醫(yī)療衛(wèi)生用地、商業(yè)金融用地、社會(huì)福利用地。
結(jié)論
�。�1）高陂鎮(zhèn)具有較豐富的地下水資源，其中巖溶水資源最豐富，松散巖類孔隙水較豐富，基巖裂隙水水量最貧乏。其中巖溶水水量大、水質(zhì)好，可作為高陂鎮(zhèn)的供水水源和應(yīng)急水源地。根據(jù)高陂鎮(zhèn)的發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃，今后高陂鎮(zhèn)供水方向，應(yīng)以地表水（灌洋水庫(kù)）為主，巖溶水（地下水）為輔，以地下水位不低于河水水位為原則，對(duì)水源地應(yīng)采取嚴(yán)格保護(hù)措施。
（2）區(qū)內(nèi)地下水環(huán)境現(xiàn)狀整體較好，局部地段較差。根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848-93）有關(guān)質(zhì)量分類指標(biāo)，區(qū)內(nèi)地下水除了部分松散巖類孔隙水的 Mn2+、NH4+、pH 值達(dá)不到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)外，基巖裂隙水和巖溶水均可達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，可用作生活飲用水水源及工農(nóng)業(yè)用水。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021—2001）（2009 版），高陂鎮(zhèn)的地下水對(duì)建筑物的腐蝕性屬微腐蝕。根據(jù)巖性不同和水循環(huán)的差異，將區(qū)內(nèi)地下水防污性能劃分為防污性能強(qiáng)、中等和差三個(gè)級(jí)別。
�。�3）高陂鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)四周高，中間低，盆地分布有大片第四系松散堆積物。由于煤炭開(kāi)采產(chǎn)生的大量廢碴、生活垃圾、養(yǎng)殖生產(chǎn)的大量廢棄物未經(jīng)處理，任意排放，已造成地表水和松散巖類孔隙水的不同程度的污染，部分民井水已不能飲用。
�。�4）根據(jù)數(shù)值模擬情況結(jié)合徑流條件分析，將區(qū)內(nèi)的松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水，劃分為補(bǔ)給區(qū)、徑流區(qū)、排泄區(qū)。應(yīng)針對(duì)不同的區(qū)域進(jìn)行不同程度的水資源保護(hù)。
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