山东省地质矿产勘查开发局第二水文地质工程地质大队 山东德州 253000
摘要：本文主要介绍了地下水水源地保护区划分的基本原则，对地下水水源保护区划分方法——经验值法、公式计算法、解析模型法和数值模拟法的基本原理和适用特征进行了详细介绍，为我国地下水水源地保护提供了参考依据。
关键词：地下水；水源地保护区；划分方法
1.引言
地下水资源是人类生存最基本的物质，是人类生命的源泉，其直接关系到人类的健康和生命安全，由于地下水水质良好、无污染，一直以来是人类重要的供水水源。近年来，随着地下水污染日益严重，对地下水资源的保护成为目前亟待解决的问题。
2.地下水水源地保护区的划分原则
为了防止地下水资源受到污染，最直接有效的方式是建立地下水资源保护区，进而保证地下水资源质量。在对地下水资源保护区进行划分过程中，考虑到地下水污染物种类的多样性及水文地质条件的复杂性，有必要考虑地下水源划分的理论原则和相关的实际应用原则。因此，地下水源保护区的划分应遵循以下原则[1]：
（1）根据地下水类型、地下水源的地理位置、水文地质条件、井源类型、供水量和污染源的分布特征，合理选择地下水水源地保护区划分技术指标和划分方法。
（2）根据地下水水质监测报告以及污染物参数，研究水中污染物浓度等值线图，进而掌握污染物在地下水中运移规律。
（3） 在划分地下水源保护区时，充分考虑区域地质因素，不仅能防止地下水源直接受到污染，在受到污染后也能有时间采取紧急补救措施的时间和缓冲地带。
表1 世界各国水源地保护区划分方案
根据表1可知，虽然不同国家采用地下水保护区划分方法不一致，划分各级保护区的经验值也不相同，但都采用三级划分方法对地下水源保护区进行划分。
3.地下水水源地保护区的划分方法
目前地下水水源地保护区的划分方法主要有经验值法、计算半径法、解析模型法、数值模拟法等。
3.1经验值法
经验值法是以保护地下水水质为前提，在前人研究基础上，以水源地开采井为中心，将前人实践得到的经验值作为保护区半径，建立一个半球形区域作为地下水水源保护区。在保护区划分早期，由于划分方法较单一，主要采用经验值法对保护区进行划分，划分方法包括基于时间的经验值法和基于距离的经验值法[2]。
基于时间的经验值法是由德国科学家克诺尔于1932年提出来的，他对饮用水中病原体的生存时间进行详细研究后发现绝大多数病原体在饮用水中的生存时间不超过50天，从而建立了“50日流程等值线”理论，并将此范围划分为一级保护区范围[3]；基于距离的经验值法是由英国科学家于1984年提出来的，它以水源地开采井为中心建立半径3 km圆形保护区，该方法也经常用于水资源保护区的划分。
在我国，对地下水水源地保护区的划分研究起步较晚，划分方法也主要是参照发达国家的经验值法，根据我国地下水资源的特点，在《饮用水水源保护区划分技术规范》中，对地下水源保护区范围的经验值提出了建议，详细信息请参见表2[4]。
表2 孔隙水潜水型水源地保护区范围经验值
经验值法成本相对较低，划分速度快，可以在短时间内对大量水资源地保护区进行快速划分，但由于经验值法技术单一、准确的较差，仅适用于地质结构相对简单的小型潜水水源保护区的划分。
3.2计算半径法
相比于经验值法而言，计算半径法更准确，在确定迁移时间（TOT）标准的条件下，基于抽水井每单位时间的开采量，采用质量守恒原理确定保护区的半径（R）：
与经验值法相比计算半径法效率高、成本低、准确度高、技术简单，在水源地保护区划分中得到了广泛运用。但是，由于计算半径法没有讲污染物迁移这一因素考虑在内，其准确性不是很高，在非均匀介质各向异性或存在显着水力边界的区域中准确的相对较低。
3.3解析模型法
解析模型法是于20世纪80年代末和90年代初提出来的，其运用前提条件是将区域水文地质条件进行简化处理，将含水层系统简化为理想的含水层模型，包括区域边界条件、抽水井的分布、压力或含水层的类型和形式。在20世纪80年代末和90年代初，解析模型法成为划分地下水源保护区的主要方法，开发的分析模型包括CAPZONE模型和UWPATH模型，以及RE-SSQC和DREAM等半分析模型[5]。近年来，国内外对分析模型法进行了大量的案例研究和论证，如初步解析解和变边界渗流模型的数值解，以及利用傅里叶变换推导出解析解。但是，还尚未应用于水源保护区域的划分，仅是单纯的井流求解问题。
3.4数值模拟法
数值模型方法非常适用于划分具有复杂边界条件和水文地质条件的区域，如非均质含水层系统、潜水含水层、非稳定流以及分布多个注入井和抽水井的含水层系统。计算时需要在模型中输入水文地质参数包括：渗透系数、孔隙度、含水饱和度、补给率、含水层形状和水文地质边界条件。随着对水源保护区保护要求的不断提高，数值模拟方法的应用日益广泛。
在早期，以迁移时间（TOT）为界限的数值模拟方法定义水源保护区时，通常认为将含水层考虑为二维多孔介质进行建模。随着时代的发展，地下水数值模拟变得越来越复杂，考虑到水在含水层中以非稳定流形式运动的特性，近年来，使用数值模拟来划定水源保护区已成为研究的热点。
数值模拟法精度较高，适用于任何水文地质条件。然而，其成本高，对水文地质和建模方面要求技术水平高，并且所需结果的准确性越高，成本也越高。由于受划分网格的尺寸和密度限制，评价取水井周围影响半径范围时，不如解析法适用。
4. 结论
本文对地下水水源保护区划分方法——经验值法、公式计算法、解析模型法和数值模拟法的基本原理和适用特征进行了详细介绍，通过对地下水水源地保护区划分研究对地下水资源的保护起着重要作用，同时也为水源地保护区划分方法提供一定参考依据。
参考文献：
[1]李建新，唐登银.生活饮用水地下水源保护区的划定方法—英国的经验值法与实例[J].地理科学进展，1999，18（2）：15-17.
[2]宋吉明.辽宁省水库饮用水水源保护区的设置与划分[J].环境科技，1992，12（3）：22-24.
[3]李建新.我国水源保护区的问题研究[J].环境保护科学，2000，26（4）：21-22.
作者简介：陈京鹏，生于1991年，男，汉族，河北省临城县人，本科，助理工程师，研究方向：地下水、水工环、地下水污染、水源地保护等
论文作者:陈京鹏,黄松,刘帅
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第10期
论文发表时间:2018/7/31
标签：保护区论文; 地下水论文; 水源地论文; 经验值论文; 水源论文; 含水层论文; 地下论文; 《建筑模拟》2018年第10期论文;