下辽河南部第三系地下水咸水入侵防护研究

摘要

下辽河南部是闻名全国的鱼米之乡，虽然研究区内地表水系发育，但由于河流径流量逐年减少，并且水质较差，只能作为农业灌溉和部分工业用水，因此研究区的生活及工业用水几乎全部来自地下水。而研究区较厚的第四系松散含水层孔隙水基本上都为咸水，因此近年来逐渐加大了对第三系地下水的开采量，第三系地下水资源已成为影响当地工农业生产和经济发展的重要因素。
　　下辽河南部自七十年代以来陆续开采了上第三系深层地下淡水，改善了当地居民的饮水质量，保证了辽河油田石油开发和盘锦市国民经济的发展，但也出现了一系列的负环境效应，如咸水入侵及大面积开采漏斗的形成等问题，如不及时解决将对盘锦市的经济发展带来极大的影响，因此，本文针对下辽河南部第三系地下水诸多环境问题，展开以下研究：
　　1、研究区水文地质特征分析
　　收集研究区自然地理、地质与水文地质、水资源利用、水质状况、社会经济发展等方面的资料，详细分析了研究区含水层特征、水文地质条件以及咸淡水界面分布情况。
　　2、研究区地下水开发利用现状分析
　　通过对研究区地下水开发利用现状分析，基本掌握了上第三系地下水开采量变化、不同时代含水层地下水水头和水质变化规律，分析研究区地下水开发利用存在问题，为研究区地下水开发利用与保护提供技术依据。
　　3、研究区地下水质量评价
　　本次采用模糊综合评判法对上第三系含水层地下水质量进行评价。通过分析发现区内上第三系含水层地下水大部分水质属于Ⅲ类，只有个别地段水质属于Ⅳ类，其中明化镇组出现Ⅳ类水质的地段有盘山地区、东风镇地区；馆陶组出现Ⅳ类水质的地段有盘山地区、新开、荣兴地区。
　　4、研究区地下水系统数值模型的建立与模拟预测
　　根据研究区水文地质概念模型，建立了研究区地下水系统的数值模拟模型，并利用Feflow5.0进行了不同开采条件下研究区上第三系含水层明化镇和馆陶组地下水水头和Cl-浓度变化趋势的预测。
　　预测结果显示明化镇、馆陶组的盘东、兴隆台、大洼等地区已经形成了比较明显的水位降落漏斗，其中盘山地区漏斗区地下水头标高为-12.0m左右，兴隆台漏斗区地下水头标高为-25～-26.0m左右。研究区内大部分地区明化镇组含水层地下水Cl-浓度为50～120mg/l，且西北低，东南高；馆陶组含水层大部分地区地下水Cl-浓度为20～50mg/l，且西北高，东南低。地下水开采15年后咸水界面也发生明显向内陆运移，运移距离在咸水区北部运移距离大，速度快；在咸水区两侧运移距离小，速度慢。
　　5、研究区地下水系统优化管理模型的建立与应用
　　通过对现状年2006年盘锦地区用水量分析，预测了规划水平年2020年各行业需水量。为满足规划水平年需水要求，本次建立了以寻求地下水系统最大供水量为目标的管理模型，以水位降深、水质约束等作为约束条件，对明化镇组和馆陶组含水层分别建立了多个管理区，确定了单位脉冲响应函数，形成响应矩阵，利用线性规划求解了该管理模型。本次优化管理提出了3个方案，通过多目标决策TOPSIS对优化方案进行对比分析，最终选择第一方案即采取明化镇组与馆陶组联合开采的方式为最优方案。通过地下水溶质运移模拟预测，应用第一优化方案区内大部分地区明化镇组含水层地下水Cl-浓度为50～120mg/l，地下水开采10年后咸水界面向内陆运移距离较小，馆陶组含水层地下水Cl-浓度为20～50mg/l。
　　从对地下水管理模型研究成果来看，水质管理与水量管理相比要显薄弱一些，把水质管理与水量管理耦合起来建立地下水管理模型，并且通过优化方案对比来选择最优方案的研究尚无先例。本文即以此为创新点，建立了研究区上第三系地下水资源管理模型。
　　6、制定研究区地下水资源开发模式与保护方案
　　本次通过建立上第三系地下水资源开发模式评价指标体系，对研究区不同地段进行开发模式的划分，根据水质变化、开采系数和超采系数以及地下水位等指标确定了禁止开采、限制开采、可开采、可加强开采等4种模式，提出了研究区水资源配置和水资源保护和水源地保护与监测可行性方案。