沉沙池报告最终结版

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1、第三章 沉沙池渗漏地下水环境影响模拟与评价沉沙池位于引黄入冀补淀工程渠首段，距离黄河较近，地下水位较浅，根据 黄河已有灌区沉沙池运行实践，沉沙池周边极易出现盐渍化现象。因此，沉沙池 运用对地下水环境影响是本工程地下水环评专题的重点。此次采用解析法和数值 法对沉沙池渗漏进行评价。第一节 沉沙池地段水文地质条件1.1 沉沙池简况渠村线沉沙池位于濮阳市濮阳县渠村乡巴寨村北，有乡村路与 S212、S307 公路相连，交通条件较便利。沙池布置在巴寨村北面的南湖干渠两侧，范围为： 巴寨村以北，甘称湾村以南，安邱村以西，北李庄、华庄村以东，南北长 2500m， 东西宽100m。采用半地上式条渠梭型沉沙池，形

2、状为长方形，总面积约370亩。 沉沙池四周围堤顶宽为8.0m，边坡为1:2。沉沙池最大工作深度为1.58m，沉沙 池池深4.5m。沉沙池场地现为稻田，地面高程57.1458.36m。本工作的评价区为沉沙池及其周边沉沙池渗漏可能对地下水影响的范围。1.2 水文地质条件评价区为黄河冲积平原，浅部分布有孔隙潜水含水层，由工程勘察可知，表 层岩性为：层轻粉质壤土：-1层砂壤土，具中等透水性、-2层重粉质壤 土；层中粉质壤土具弱透水性，为相对隔水层。沉沙池基均以轻粉质壤土为主, 渗透系数为0.35m/d。根据区域水文地质条件，区域上潜水含水层的厚度为 50-70m，主含水层的渗透系数1-5m/d，给数度

3、0.08。勘探期间地下水位标高56.8257.12m，埋深0.501.50m。本区地下水补给主要为大气降水入渗和农业灌溉入渗补给，由于地下水位埋 深浅，地下水蒸发是其主要排泄方式。由于地势较平坦，地下水水平径流缓慢。 评价区地表水渠较多，地下水与地表水有水力联系，且随季节的变化而转化其相 互补排关系，因而其地下水动态随季节的变化较大。地下水化学类型为HCO3-Mg-Ca型。PH值7.34，矿化度0.559g/L，为中性 淡水；总硬度24.68德国度，属硬水；侵蚀性CO2含量O.Omg/L。沉沙池建成运行后，水面高出地面，容易引起渗漏，渗漏量大小与池区水文 地质等有关。根据引黄入冀补淀工程可研报

4、告，沉沙池渗漏量分三个方案给 出：方案一：按最大调水量9.00X 108m3计算，沉沙池每年运行期间渗漏损失量 约为1223X104m3 ；方案二：按照中、东线生效之前河北多年平均调水总量7.06 X108m3计算，沉沙池每年运行期间渗漏损失量约为1003 X 104m3；方案三：按 照中、东线生效之后河北多年平均调水总量6.2X108m3计算，沉沙池每年运行 期间渗漏损失量约为905x104m3。第二节 解析法评价沉沙池运行对地下水环境影响2.1 面井法沉沙池为东西宽100m，南北长2500m的矩形结构，按引黄入冀补淀工程 可研报告，每年运行期间有大量渗漏损失量。沉沙池在基底上的渗漏量分布比

5、 较均匀，因此将沉沙池概化为“矩形面井”（图2.1），采用面井公式进行解析 计算。又因沉沙池每年只在运行期间有渗漏量，相当于面井在沉沙池运行和非运 行期间的回灌量不同，本次解析法评价预测十年，采用阶梯流量法与面井法相结 合对沉沙池进行评价渗漏。矩形面井公式：（2.1）式中：L开采区长度的一半，m；b开采区宽度的一半，m；8 开采强度，即单位时间单位面积上的开采量，m/d。上式中 为积分函数，一般查表得，本次进行了该函数的编程用于计算，公式 如下：本次计算选取了沉沙池中坐标为（0，0）（中心点）及（1250，50）（角点） 两点间沿线等距的点共十一个。时间按沉沙池运行期天数为分割界限，结合矩形

6、面井及阶梯流量法进行计算。公式中所涉及的水文地质参数按照查阅文献中沉沙 池地理位置处的相应参数给出，其中渗透系数为5m/d，给水度0.08,含水层厚度 70m。图 2.1 沉沙池面井法示意图按第一节给定的三个方案的渗漏量，预测了沉沙池运行十年地下水位的变化 情况，在此仅给出第三方案的预测结果。按照中、东线生效之后河北多年平均调 水总量6.2X 108m3计算，沉沙池每年运行期间渗漏损失量约为905X 104m3的情 况，每年补给地下水量约为633.5X104m3 （按损失量的70%补给计算）。运用面 井解析公式计算出面井法预测沉沙池中心地下水位变化情况（图 2.2），由此看 出，沉沙池运行期间

7、水位升幅大约 20m 左右，随后的非运行期间水位下降，但 总体是上升的趋势。沉沙池第一年运行期渗漏后，水位升幅为 22.33 m， 8 个月 后水位升幅下降至17.96m，年升幅为4.37 m。在第二年的渗漏后水位升幅又略有升高，之后每年继续第一年的水位升幅增长下降趋势，预测十年后水位升幅稳 定在12.10 m。沉沙池运行期间沉沙池中心点水位上升幅度最大，计算点沿线往 外上升幅度依次减小。由此可见，如果按可研报告给定的第一、第二方案(沉沙池每年运行期间渗 漏损失量约为1223X104m3、1003x104m3)计算，地下水位升高值还要大。0500100015002000250030003500

8、4000时间天）5 0 5 0 5 0 53 3 2 2 1 1(E)鰹磬祇整0图 2.2 面井法方案三十年后沉沙池中心点水位升幅2.2 泰斯公式法将沉沙池底面积等效为圆形并求出相应半径，运用潜水完整井流的公式进行沉沙池运行十年降深计算。潜水完整井流公式：2-2)s在距中心点距离r上的水位升高值，m；力厂含水层厚度，m；Q渗漏水量，m3/d；K含水层渗透系数，m/d；i IWYuY = I 一血W (u)井函数，含水层的参数、厚度取值同面井法。按第一节给定的三个方案的渗漏量，运用泰斯公式预测了沉沙池运行十年地 下水位的变化情况，在此也仅给出第三方案的预测结果。泰斯井流法进行十年预测计算后，水位

9、升幅较面井法计算值更大，十年水位 升幅如图2.3所示。根据计算，沉沙池第一次渗漏后，水位升幅为56.65m, 8个 月后水位升幅下降48.70m,第一年升幅为7.95m。在第二年的渗漏后水位升幅又 略有升高，之后每年继续第一年的水位升幅增长下降趋势，预测十年后水位升幅 稳定在 19.43m。005001000150020002500300035004000时间（天）图 2.3 泰斯井流法方案三十年后沉沙池中心水位升幅2.3结果分析由以上两种算法可以看出，预测的沉沙池渗漏量可使地下水位大幅度上升， 地下水位抬高值远远超过地面标高和沉沙池运行水位，因而，所计算的结果是不 可信的，分析可能的原因如下

10、： 无论是矩形面井法还是泰斯公式法，主要适用于承压含水层及埋深较深、 含水层厚度加大的潜水含水层，但本评价区地下水位埋深较浅，存在较大的蒸发 量，以上两个方法中均无法考虑潜水蒸发，可能对计算结果影响较大。 可行性研究报告中给出的三种调水方案下的沉沙池的渗漏量过大，并非评 价区现有水文地质条件情况下所能容纳，导致计算得出的水位升幅过大。因而，有必要运用地下水数值模拟方法，对沉沙池渗漏的地下水环境影响进 行评价。第三节 数值法评价沉沙池运行地下水环境影响3.1 水文地质概念模型根据前述水文地质条件，本工作的重点关注含水层为潜水含水层，因而，模 拟层为潜水含水层。对于区域而言，沉砂池的分布面积是局部

11、的，仅有 2500mxl00 m,通过多次试算，沉砂池渗漏对地下水的影响范围不会超过半径 5km,因而模拟区的范围确定为以沉砂池为中心的lOkmxlOkm的范围（见图3.1 ）。10km57.75m56.92mb.A-A剖面示意图 3.1 沉沙池概况示意图 由于缺乏评价区水文地质钻孔资料，无法精确确定潜水含水层的底板埋深和 标高。根据区域水文地质条件，本地区潜水含水层底板的埋深50-70m,本次建 模确定潜水含水层的埋深70m。模拟区地面标高变化甚微,本模型中取为57.75m。根据前期工作，地下水位埋深在0.51.5之间，为了简化计算，取本区平均 潜水位标高56.92m做为模拟区初始水位。由于

12、模拟区面积仅100km2，可认为在平面上潜水含水层结构变化不大，含 水层为均质各向同性，根据区域水文地质条件，渗透系数分布范围1-5m/d，给 水度 0.08。由于沉砂池渗漏对地下水的影响范围波及不到模拟区的边界，因而将模拟区 四周边界概化成定位头边界，定水位值为初始水位56.92m。顶部边界接受大气 降水补给以及蒸发排泄，底部边界处理为隔水边界。模拟区地下水位埋深潜，地下水的主要排泄以蒸发为主，模型中采用阿伟扬诺 夫公式计算地下水蒸发量：0E0(1 -罗)式中：Eg-地下水蒸发强度(m/d)； E0-水面蒸发强度(m/d)，在此取0.00274m/d； H-地面标高(m)； h-地下水位标高

13、(m)； D-地下水的蒸发极限深度(m)，在此取D=3.5m。模拟区地下水的主要补给为大气降水和灌溉入渗，而模拟区地下水开采强度 不大，地下水动态多年处于均衡状态。由此可知，在多年均衡条件下，地下水的 大气降水和灌溉入渗量基本与地下水蒸发量相等。因而，首先通过无沉砂池渗漏 补给的模型，求得地下水达到基本稳定在56.92m水平的地下水蒸发量，该量就 是地下水接收大气降水和灌溉入渗补给量。模拟区范围和水文地质概念模型见图 3.1。3.2地下水流数学模型和求解软件的选择对于沉沙池的水文地质概念模型，可用如下微分方程的定解问题来描述：dhdt+a +p6丿x,y e Q, t 0式中：h 地下水系统的

14、水位标高（m）； K含水介质的水平渗透系数（m/d）； 0渗流区域；卩一潜水含水层的给水度；p潜水面垂向补排强度（包括蒸发、降水和灌溉入渗强度、 沉砂池渗漏强度等，m/d）。地下水流数学模型的初始条件为：x, y e Q式中：h-初始水位（m）,在此，h=56.92m。00侧向边界条件是：h = h x, y e r, t 01 1 1式中：r -一类边界；h-类边界水位值，在此，h=56.92m。1 1 0 对于沉砂池渗漏量，有两种处理方法：1. 处理为渗漏量，在控制方程的源汇项 p 中体现。2. 处理为三类边界，即：(h -h)rC-K迴n dz=0r2式中：hr-沉砂池运行期间水位标高（

15、m）； Kn边界面法向方向的渗透系数（m/d）；沉砂池渗漏面；6沉砂池底弱透水层的阻力系数（d）,. = m,.为弱透水层的厚度，K为弱透水层的垂向渗透系数。运用 Visual MODFLOW 软件求解以上微分方程的定解问题。根据沉沙池水文地 质结构和源汇项的特征，选择相应的子程序包来实现地下水流的模拟，本次所建 地下水模型主要用到以下几个子程序包。1. CHD 子程序包,用于处理定水头边界；2. RCH 子程序包，用于处理井水和灌溉入渗补给；3. EVT 蒸发蒸腾子程序包，用于计算潜水蒸发；4. WEL 子程序包，用于处理沉砂池渗漏量；5. RIV-子程序包，处理做为三类边界的沉砂池。3.3时空离散采用200mX200m的网格剖分格式，在沉沙池重点地段进行网格加密，剖分 成20mX20m的网格间距剖分图如图3.2所示。本次模型模拟期为 10 年，每年分渗漏（沉砂池运行期）和非渗漏（沉砂池 非运行期）2个时段，渗漏时间段为每年冬四月并前后外延一个月，共122天， 非渗漏时间段每年共243天。每个时段分10个步长迭代。