地下水资源与环境规划课程设计

1、地下水资源与环境规划课程设计资源与环境学院二0 一二年五月一、用均衡和达西公式建立河间地块地下水平衡方程，并求解1、用单元中心法建立5个计算网络（如图）。2、建立单元流量均衡方程（达西公式）。3、解单元流量均衡方程组（excel,其中h0=11.15m, h6=10.15m）,绘制迭代曲线。4、求解地下水补给和排泄量。图11河间地块模型如上图，为一河间地块及其概化模型。已知水文地质参数k=10m/d；降雨量:445 毫米/年;入渗系数：0.35； h0=53.00-41.85= 11.15m； h6=52.00-41.85 =105m。建立概化模型，将该河间地块按照流线边界划分为五个小模块pl

2、, p2, p3,p4, p5o然后对五个模块分别计算。（1）对p1单元格研究，建立水均衡方程：左侧流入pi的水量qi :对于p1来说，k为一定值，左侧过水断面为:片严ach（），水力梯度：丿_比,得：j11a/211343/2171.5根据达西定理:2,.171.5右侧流出p1的水量对于p1来说，k为一定值,右侧过水断面为:水力梯度:j2 =力2 h、343/2 + (760-343)/2h2ha380根据达西定律得：q严k肿2兀一私占助h2-h.2380则单元pl的均衡方程为：02-02二必皿岁號沁时款+343s0y加虻盘仆心（2）同理可得p2, p3, p4, p5单元格的均衡方程如下:

3、（3）确定相应的水文地质参数：k=10m/d,降雨量445mm/n,入渗系数:0.35；每天入渗量 w=0.00043m/d；h0=53.00-41.85 = 11.15m； h6=52.00-41.85 = 10.15m；将以上水文地质数据代入均衡方程式得到：（4）利用迭代法进行循环迭代（用excel做），令迭代初始水头为ll5im并代入以上方程，进行循环迭代。h2h3mh511. 1511. 1511. 1511. 1511. 15表1-1利用以上公式在excel中作出的数据表格01234567891011121314151617181920212223242526272829303132

4、3334353637383940计算值流量计算q11q52根据以上表格中数据绘制水位与迭代次数关系图o二、地下水环境质量现状评价(-)评价标准根据评价目的通常有两种评价标准，一是国家标准，如地下水环境质量标 准(gb/t1484893)见表2-1；二是以评价地区的污染起始值或背景值作为标 准。通常把以前者为标准进行的评价称为环境质量评价，即地下水质量是否符合 各种目的用水标准。也就是评价地下水质量的好与坏，优与劣；以后者为标准进 行的评价称为地下水污染评价，即地下水的人为污染程度。环评工作中的执行标准由政府主管部门给出。无特殊要求吋执行地下水环 境质量标准(gb/t 14848-93)o其中的

5、iii类标准，基本对应了生活饮用水卫生标 准(gb5749-85)o表21地下水环境质量标准(gb/t1484893)序号项目i类ii类iii类iv类v类1色(度)<5<5<15<25>252嗅和味无无无无有3浑浊度(度)<3<3<3<10>104肉眼可见物无无无无有5ph6.5 &55.56.5, 8.59<5.5,>96总硬度(以caco3 if)(mg/l)<150<300<450<550>5507溶解性总固体(mg/l)<300<500<1000<200

6、0>20008硫酸盐(mg/l)<50<150<250<350>3509氯化物(mg/l)<50<150<250<350>35010铁(fe)(mg/l)<0.1<0.2<0.3<1.5>1.511年孟(mn)(mg/l)<0.05<0.05<0.1<1.0>1.012铜(cu)(mg/l)<0.01<0.05<1.0<1.5>1.513锌(zn)(mg/l)<0.05<0.5<1.0<5.0>5.014铝(m

7、o)(mg/l)<0.001<0.01<0.1<0.5>0.515钻(co)(mg/l)<0.005<0.05<0.05<1.0>1.016挥发性酚类(以苯 酚)(mg/l)0.0010.0010.002<0.010.0117阴离子合成洗涤剂(mg/l)不得检出<0.1<0.3<0.3>0.318高猛酸盐指数(mg/l)<1.0<2.0<3.0<10>1019硝酸盐(以n计)(mg/l)<2.0<5.0<20<30>3020亚硝酸盐(以n计)(m

8、g/l)<0.001<0.01<0.02<0.10.121氨氮(nh4)(mg/l)<0.02<0.02<0.2<0.5>0.522氟化物(mg/l)<1.0<1.0<1.0<2.0>2.023碘化物(mg/l)<0.1<0.1<0.2<1.0>1.024孰化物(mg/l)<0.001<0.01<0.05<0.1>0.125汞(hg)(mg/l)<0.00005<0.0005<0.001<0.001>0.00126碑(as

9、)(mg/l)<0.005<0.01<0.05<0.05>0.0527硒(se)(mg/l)<0.01<0.01<0.01<0.1>0.128镉(cd)(mg/l)<0.0001<0.001<0.01<0.01>0.0129銘(六价)(cr6+)(mg/l)<0.005<0.01<0.05<0.1>0.130铅(pb)(mg/l)<0.005<0.01<0.05<0.1>0.131披(be)(mg/l)<0.00002<0.0001&

10、lt;0.0002<0.001>0.00132®(ba)(mg/l)<0.01<0.1<1.0<4.0>4.033鎳(ni)(mg/l)<0.005<0.05<0.05<0.1>0.134滴滴涕(|ig/l)不得捡<0.005<1.0<1.0>1.035八八八(pg/l)<0.005<0.05<5.0<5.0>5.036总大肠菌群(个/l)<3.0<3.0<3.0<100>10037细菌总数(个/ml)<100<100

11、<100<1000>100038总a放射性(bq/l)<0.1<0.1<0.1>0.1>0.139总b放射性(bq/l)<0.1<1.0<1.0>1.0>1.0(二)评价方法评价方法可选用单因子指数法、综合评分法、尼梅罗指数法、双指数法、模 糊数学法及灰色关联度法等。各种方法的评价目标、适用范围不同，所满足的评 价目的要求亦不同，监测因子数量要求也有很大区别，应根据实际情况和评价要 求具体选用。下面介绍几种方法：1、单因子指数法：实际工作中，一般评价范围较小，工程评价要求较简单，常采用单因子指数法:(1) 对于对环境

12、造成的污染程度随污染物的浓度的增加而加大的污染物采用单因子指数法进行评价，公式如下:(2-1)式中：pi污染物的单因子指数(无量刚)；ci污染物的实测浓度(mg/1)；co污染物的评价标准(mg/l)o(2) 对于ph值的pi计算公式如下： ph<7时pi= (7.0-ph) / (7.0-phsu) ph>7时pi= (ph-7.0) / (phsd-7.0)式中：ph 指水环境ph实测值；phsu指水环境标准中的下限；phsd指水环境标准屮的上限；单因子指数法计算评价简单，使用方便，可以明确表示污染因子与标准值的 相关情况，是环评工作中最常用的评价方法。但该方法只能就单项指标进

13、行评述, 不能综合评价地下水的整体环境质量状况或污染情况。需要进行综合评价时，应 采用后面提出的几种方法。2、综合评分法该方法由地下水质量标准gb/t14848-93推荐，方法如下：将水质各单 项组分(不包括细菌学指标)按地下水环境质量标准划分所属质量类别，对 各类别按表22确定单项组分评分值f”不同类别标准相同时取优不取劣。例如 挥发酚i、ii类标准均为<0.001mg/l,$n果水质监测结果<0.001mg/l,应定为i类 而不定为ii类。表22地下水环境质量单项组分评分表类别iiiinivvfi013610f + f maxv 2(2-2)综合评价分值:一 1 ”式中：f二工

14、d刃,=1f各单项组分评分值fi的平均值；fmax单项组分评分值fi中最大值；n项目数。根据计算的f值，按表23可划分地下水质量级别，再将细菌学指标评价类别注在级别定名之后。表2-3地下水环境质量分级表级别优良良好较好较差极差f<0.80.8-2.52.5-4.254.25-7.2>7.23、尼梅罗指数法pin=尼梅罗指数是比标指数类的一种，该方法选取最大值和平均值的平方和，强 调最大值的作用。(2-3)考虑到所选择评价项冃对人体健康的危害性不同，仅对其作最高限量（评价 标准）尚不足以显示出各项组分对地下水整体质量状态的影响，因此，需对各评 价因子取一反映其在饮用水质量中所起的作用

15、强弱的数值8i，称为人体健康效应 系数：以此系数对尼梅罗公式作一修正变为:(2-4)式中：pin尼梅罗指数（无量纲）；ci实测浓度（mg/1）；coi评价标准（mg/1）；&评价因子权重（人体健康效应系数）。根据监测计算结果，按如下指数大小进行分级：（1）地下水环境质量较好：pin<3.5,各项组分均不超标；（2）地下水环境质量一般：3.5<pin<7,有12项组分超标；（3）地下水环境质量较差:pin >7,有3项以上组分超标；（三）实例：xxx项目地下水环境现状监测与评价1、监测点位布设根据厂址附近地下水流向及拟建工程排水特点，在厂区及其附近lkm范围 内共

16、布设3个监测点，了解厂址及其附近的地下水现状值。具体的布点情况参见 表24。<2-41地下水现状监测点位一览表测点编号井位与厂址相对方位距离（km）设置意义1#厂址了解厂区地下水水质2#北城镇sw500了解厂区上游地下水水质3#西寨了en800了解厂址下游地下水水质2、监测项目监测项目：ph值、总硬度、溶解性总固体、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、 挥发酚、氧化物、高猛酸盐指数、氟化物、碑、汞、镉、六价洛、氯化物、硫酸 盐、总大肠菌群等17项，采样吋同步测量水温、井水水位和埋深。3、监测频率地下水现状监测吋间为2009年8月13、14日各采样一次。4、监测分析方法按照地下水环境质量标准（gb

17、/t14848-93）和水和废水监测分析方 法中推荐的方法进行。具体见表25。表25地下水水质分析方法一览表序号监测项目分析方法方法来源最低检出限1ph玻璃电极法gb 6920-862总硬度edta滴定法gb/t 7477-871.0 mg/l3高镒酸盐指数酸性高钮酸钾氧化法gb 11892-890.05 mg/l4硫酸盐离了色谱法水和废水 监测分析方法（笫1 omg/5硝酸盐氮离了色谱法0.26挥发酚蒸镭后4氨基安替比林分光光度法gb 7490-870.002 mg/l7氨氮纳氏试剂比色法gb 7479-870.02 mg/l8亚硝酸盐氮重氮偶合分光光度法gb0.0019孰化物毗咙巴比妥酸比

18、色法gb 7487-870.002 mg/l10氟化物离了色谱法水和废水 监测分析方法（笫0.0511氯化物离了色谱法1 omg/l12溶解性总固体重量法gb/t11901-1513总大肠菌群多管发酵法水和废水 监测分析方法（第 四版）14神原了荧光法0.001 mg/l15汞原子荧光法0.0005 mg/l16六价珞二苯碳酰二月井分光光度法gb 7467-870.004 mg/l17镉原子吸收分光光度法gb 7475-870.0001 mg/l5、监测结果按照前述的监测方法对水样进行分析测试，得出结果如下表2-6所示。表26地下水水质监测结果一览表单位：mg/1序号测点1#厂址2#北城镇3#

19、西寨子监测项目2009.8.132009.8.14均值2009.8.132009.8.14均值2009.8.132009.8.14均值1水温(°c)1616161616161717172井深(m)2()20201616161212123地下水埋深(m)7777778884镉(mg/l)未检出未检出未检出未检出未检出未检出未检出未检出未检出5汞(mg/l)未检出未检出未检出未检出未检出未检出未检出未检出未检出6不申(mg/l)未检出未检出未检出0.0050.0050.0050.0070.0090.0087ph值6.896.546.717.567.677.616.997.437.218氨

20、氮(mg/l)().170.170.170.160.190.170.180.180.189溶解性总固体(mg/l)2.22x1042.3u1042.26x1042.00x1042.05x1042.03x1048.80x1038.66x1038.73x10310六价珞(mg/l)未检出未检出未检出未检出未检出未检出未检出未检出未检出11总硬度(mg/l)5.51x1035.52x105.51x105.38x105.38x10s5.38x102.34x1032.35x102.34x10312挥发酚(mg/l)未检出未检出未检出未检出未检出未检出未检出未检出未检出13氧化物(mg/l)未检出未检出未

21、检出未检出未检出未检出未检出未检出未检出14亚硝酸盐氮(mg/l)0.001未检出0.0010.0010.0020.0010.0110.0050.00815高鎰酸盐指数(mg/l)2.962.682.912.542.172.352.s52.272.5616氟化物(mg/l)0.310.360.330.410.410.410.440.460.4517氯化物(mg/l)9.19x1038.89x1039.04x1037.64x1037.60x107.62x1033.08x103.18x1o33.13x10318硝酸盐氮(mg/l)1.651.971.811.391.891.643.232.332.

22、7819硫酸盐(mg/l)2.93x10s2.98x1032.95x1032.28x1032.28x102.28x1031.45x1031.49x1031.47x10320总大肠菌群(个/l)未检出未检出未检出未检出未检出未检出未检出未检出未检出6、评价标准本次地表水环境质量现状评价执行地下水环境质量标准(gb/t14848-93)中的iii类标准，具体标准限值见表27。表27地下水环境影响评价执行标准一览表序号项目评价标准1ph2总硬度3溶解性总固体4氨氮5硝酸盐氮6亚硝酸盐氮7挥发酚8鼠化物9高镭酸盐指数10氟化物11神12汞13镉14六价珞15氯化物16硫酸盐17总大肠菌群7、评价方法7

23、.1单因子指数法该方法地下水环境质量评价结果见表2-8 o表2-8地下水质量现状评价结果表序号监测项目单因子指数1#厂址2#北城镇3#西寨子123附斗ph 111.5奴氮6溶解性总固体7六价铭8总破度9挥发酚10氤化物11亚硝酸盐氮12高猛酸盐指数13氟化物14氯化物15硝酸盐氮16硫酸盐17总大肠菌群（对评价结果进行总结，并简要分析其原因）7.2综合评分法该方法地下水环境质量评价结果见表29 o表2-9地下水质量现状评价结果表序号监测项目综合评分法fi1#厂址2#北城镇3#西寨子1镉2汞3神4ph值5氨氮6溶解性总固体7六价銘8总硬度9挥发酚10氧化物11亚硝酸盐氮12高猛酸盐指数13氟化物

24、14氯化物15硝酸盐氮16硫酸盐17总大肠菌群牙的平均值牙屮最大值f值（对评价结果进行总结，并简要分析其原因）73尼梅罗指数法（根据尼梅罗指数法的分析步骤对监测结果进行计算评价，对评价结果进行总结，并简要分析其原因）三、地下水环境影响预测(-)水位升高导致的生态环境影响1、问题：某些工程的建设会使地下水位抬高，如修建水库、开挖河渠、远 距离调水工程等。在平原地区修建水库和大型引水渠，问题更明显，主要产生如 下问题：(1) 水库渗漏造成坝后浸没：坝体、坝基、库底渗漏均可导致库区一定范 围内地下水位升高，部分地段水位高出地面，产生坝后浸没，使土地沼泽化。(2) 水位升高导致次生盐渍化：由于水位抬高

25、，虽未产生淹没，但达到了 地下水的蒸发深度，在浸没区外围更大范围内出现次生盐渍化。(3) 砂土液化、地面不均匀沉降等：由于地下水位抬高，原处于非饱和状 态的液化砂土转为饱和状态，在外力振动作用下会产生砂土液化，危害工程安全; 由于增加了地面荷载，地面会发牛不均匀沉降，同样会危及工程安全。环境影响评价工作，主要涉及前两类问题。2、基本思路：通过基本的地质环境调查，查明评价区的地形地貌、地质构 造、地层岩性等基础地质条件；通过钻探取样、试验测试获取各种地层的水文地 质、工程地质参数；计算可能的渗漏量、淹没范围和影响范围；评价工程建设对 环境的影响；提出防治措施或建议。3、计算方法(1) 水库渗漏量

26、计算：水库建成后，坝基会有一定的渗漏量，渗漏量计算 公式厲为：z a/z0,/7q = khm(3-1)l + hm式中：q单宽渗流量(m?)；k渗透系数;hm一透水层厚度（m）；ah（）.（一库边正常运行水位与蓄水前潜水位h°,°之差；l坝基宽度（m）。根据勘查、试验参数计算坝基单宽渗漏量q,再根据渗漏坝基总长度l,计 算坝基总渗漏量q:q=qxl（万 m3/a）（3-2）（2）坝后浸没计算水库蓄水后引起的迥水将造成坝后潜水位升高并逐渐自岸边向远处扩展。经 过一定时间迴水后，潜水位可能接近甚至高出地面，形成一定范围的浸没，进而 引起沼泽化、次生盐渍化等生态环境问题。其浸没

27、时间和浸没范围的计算如下：基本假设条件：假设库区下游地层与坝基是均质、各向同性的，满足地下水 动力学屮对地下渗流条件的要求。根据*地下水动力学，计算公式为：h - hf （a）=亠（3-3）如a式屮：hx,tt时刻距库水边线x米处的潜水位（m）；ho、。一评估期间地下水位（h1）；hg_库边正常运行水位与蓄水前潜水位差（m）；f（q库水对地下水位的影响系数，由自变量入查表所得；（本项目 中使用的f"）入关系为为0.4230.825； 0.3071.05； 0.3770.895）x计算点至库水边线的水平距离（m）；t一库水渗透历时（天）；a一压力传导系数（m'/d）；k一渗透系

28、数（m/d）;hm透水层厚度（m）；卩一土体的给水度。根据计算结果，可以推算水库渗漏导致的坝后浸没；对应不同的蓄水标高， 计算在不同时间的浸没范围和各地段可能的浸没时间及最大可能浸没范围。（二）实例xxx供水工程做为南水北调东线工程的组成部分，其主体工程主要由引水、 调蓄水库、输水、净水厂和配水五项工程组成，工程永久占地9029亩，其中调 蓄水库占地8475亩，净水厂占地300亩，其它工程占地254亩。本工程属大型城市供水工程，估算总投资11.5319亿元，设计以黄河水、长 江水为双供水水源。确定近期年供水量9267万1用，水厂日处理水能力30万吨, 远期年供水量14600万m3,日处理水能力

29、50万吨。其工程级别依据水利水电 工程等级划分及设计标准（sl-252-2000）确定为ii级，主耍建筑物级别为2级, 次要建筑物级别为3级。评价工作的主要任务是： 调查了解水库库区及周围的环境地质条件； 查明水库库区及周围地区各类地质环境问题的发育现状及影响因素； 分析预测主要地质环境问题的发展趋势及可能对工程建设造成的不利影 响； 分析评价工程建设可能诱发、加剧地质环境问题的可能性和发生范围，对 周围地质环境的影响和危害程度作出评价； 针对可能出现的地质环境问题提出防治措施及建议。1、坝后浸没预测评价因水库以北紧邻小清河，故只选择东、西、南三侧围坝对下游浸没进行预测, 水库评估区地下水总体流向西南，评估期三个断而附近的地下水埋深相差约 4.5m,东侧埋深浅，西侧和南侧埋深人。已知条件与假设条件：(1) 假设水库下游地层与坝基是均质、各向同性的；(2) 根据勘察资料，坝基16n)深度以上多为砂壤土，夹少量壤土，具中等 透水性，视为透水层；16m以下多为壤土及粘土，这一深度范围的k值加权平均 小于10'5cm/s,视为相对隔水层；(3) 取产生浸没的临界水位埋深为1.7m，临界水位埋深下的透水层厚度 hni=