宮玉奎，李朝長

（1.核工業(yè)天冿工程勘察院，天冿301800；2.安徽省核工業(yè)勘查技術(shù)總院，安徽蕪湖241000）

安徽淮南某水源地水文地質(zhì)勘察分析

宮玉奎*1，李朝長2

（1.核工業(yè)天冿工程勘察院，天冿301800；2.安徽省核工業(yè)勘查技術(shù)總院，安徽蕪湖241000）

通過對(duì)場地地質(zhì)、水文地質(zhì)條件分析，進(jìn)行水文地質(zhì)勘查，通過鉆探、成井、抽水試驗(yàn)，確定地下水含水層、水文地質(zhì)參數(shù)，研究其分布規(guī)律及特征，建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型空間關(guān)系，預(yù)測地下水于開采條件下的可供開采量，并進(jìn)行水資源評(píng)價(jià)，從而達(dá)到建立并評(píng)價(jià)水源地目的。

水文地質(zhì)；滲透系數(shù)；傳導(dǎo)系數(shù)；貯水系數(shù)；水源地

1 水文地質(zhì)概況

某水源地位于泥河南岸及東岸的漫灘和一級(jí)階地上。地勢平坦開闊，泥河在區(qū)內(nèi)有高低漫灘。低漫灘寬0.75～3.5km，西窄東寬，呈三角形；高漫灘寬1km左右，東西向展布。泥河一級(jí)階地寬5.5km，總的傾向北部泥河。

泥河自西向東流經(jīng)水源地北部，河床平坦，寬600～1250m，屬游蕩性河床。水文站多年平均流量170m3/s，最小流量5.8m3/s，最大流量2376m3/s。自南向北東匯入泥河，構(gòu)成水源地的西部邊界。泥河河床寬數(shù)十米至數(shù)百米，多年平均流量7m3/s。另一河位于水源地東邊，為泥河右岸又一條支流，現(xiàn)為排污溝，多年平均流量為1.632m3/s。

本區(qū)屬溫帶半濕潤氣候區(qū)，多年平均降水量589.5mm，多年平均蒸發(fā)量1244mm?？碧絽^(qū)300m深度內(nèi)，按地下水的埋藏條件、水力性質(zhì)可劃分為潛水、淺層承壓水和深層承壓水3個(gè)含水巖組。潛水含水巖組為全新統(tǒng)沖積砂、砂礫石夾少量卵石層，埋藏于2～60m深度內(nèi)，含水層厚26～50m，水位埋深2～6m，滲透系數(shù)26～75.45m/d，單位涌水量為1.8～9.96L/(s·m)，地下水水質(zhì)為重碳酸鹽氯化物型及重碳酸鹽硫酸型水，礦化度0.38～1g/L，水溫17℃。按富水性可分3帶：極強(qiáng)富水帶，寬1250m，呈北東一南西向條帶狀展布，含水層顆粒粗，透水性強(qiáng)，單井出水量大于100m3/h；強(qiáng)富水帶，位于上帶的兩側(cè)，分布面積大，單井出水量50～100m3/h；較強(qiáng)富水帶，含水層顆粒細(xì)，含泥量高，透水和富水性均較差，位于皂河上段，單井涌水量小于50m3/h。

淺層承壓含水巖組埋藏于70～140m之間，由中更新統(tǒng)上部河湖相粗中砂、中細(xì)砂含礫、卵石組成，較松散。厚72～76m，頂板巖性為亞粘土，厚3.6～10m，水頭埋深4m，較潛水位低1.9m。滲透系數(shù)：31～59m/d，壓力傳導(dǎo)系數(shù)1.2×107m2/d，貯水系數(shù)l.9×10-4，單井出水量6900～7500m3/d。地下水屬重碳酸鹽硫酸鹽型水，礦化度0.4g/L，水溫18℃。

深層承壓含水巖組埋藏于140m以下，由中更新統(tǒng)下部河湖相稍含泥質(zhì)的粗中砂、中細(xì)砂含礫石組成，較密實(shí)，厚63～86m。頂板亞粘土厚10～14m，水頭埋深5.41m，較潛水位低3.44m。K值34～80m/d，貯水系數(shù)1.3×10-4，壓力傳導(dǎo)系數(shù)2.1×108m2/d，單井出水量6500～7300m3/d。地下水為礦化度0.5g/L的重碳酸鹽硫酸鹽型水，水溫21℃。

水源地范圍內(nèi)潛水天然狀況下靠降水、灌溉回歸水入滲、河水側(cè)滲及上游地下徑流補(bǔ)給。取水時(shí)，以開采激發(fā)的河水側(cè)滲補(bǔ)給為主。泥河洪水位時(shí)，對(duì)岸邊潛水的補(bǔ)給寬度達(dá)1000m，平水期為300m，枯水期為200m。泥河屬地上河，對(duì)潛水的補(bǔ)給寬度可達(dá)2000m。

地下水由東南、西南兩個(gè)方向以0.6‰～0.8‰的水力坡度向北東流去。人工開采、蒸發(fā)是潛水的主要排泄方式，另一河流也是潛水的排泄場所，最后流入泥河。

潛水的下越流及來自西南方向的地下徑流，為承壓水的主要補(bǔ)給來源，以0.4‰的水力坡度向東北方向排出區(qū)外。

2 評(píng)價(jià)區(qū)勘查工作

勘探工作是在充分搜集利用已有水文地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上直接進(jìn)行的。主要采用1/2.5萬水文地質(zhì)補(bǔ)充測繪(34.5km2)，1/5萬地面電法勘探10km2、電測深剖面10條，水文地質(zhì)鉆探和大型抽水試驗(yàn)，一年的地表水、地下水動(dòng)態(tài)長期觀測及各種樣品的測試化驗(yàn)等手段來完成的。

水文地質(zhì)補(bǔ)充測繪農(nóng)用機(jī)井的調(diào)查，面上均勻布置簡易抽水14個(gè)，地下水位豐、枯水期二次統(tǒng)測，以及對(duì)區(qū)內(nèi)主要河流進(jìn)行多次測流(2條剖面20次)，采集了大量的水樣進(jìn)行各類化驗(yàn)。對(duì)水源地有如下新認(rèn)識(shí)：(1)結(jié)合鉆探和物探資料查明各階地的關(guān)系，以及沉積物的分布范圍。(2)結(jié)合長期觀測工作查明了河水與地下水的關(guān)系，并確定了河水對(duì)岸邊潛水補(bǔ)給的寬度與深度。(3)對(duì)于區(qū)內(nèi)水質(zhì)及富水性有了規(guī)律性的認(rèn)識(shí)。

除勘探孔進(jìn)行單孔抽水試驗(yàn)外，利用探采結(jié)合大口徑井組成了L組，開展了單孔、多孔穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流、群井的水平和垂直干擾抽水試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)康膶影撍\層水及深層水。在抽深層承壓水時(shí)，潛水及淺層承壓水中觀測孔水位均有所下降，證明該區(qū)地下水是一個(gè)自上而下的越流系統(tǒng)。

3 地下水資源評(píng)價(jià)

3.1 地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)

水源地的水質(zhì)評(píng)價(jià)，分潛水和承壓水，按國家生活飲用水及鍋爐用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。潛水和承壓水水質(zhì)符合國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。鍋爐用水水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果，潛水為鍋垢很多、軟沉淀物、起泡至半起泡、非腐蝕至半腐蝕性的水，而承壓水為鍋垢很多、軟沉淀的、起泡的、非腐蝕性的水。

3.2 水文地質(zhì)模型概化及參數(shù)的確定

(1)水文地質(zhì)模型概化：

①將具有潛水和承壓水多層含水結(jié)構(gòu)的地下水系統(tǒng)概化為具有上下越流含水系統(tǒng)的統(tǒng)一含水巖體。

②含水巖體局部差異形成的非均質(zhì)性，通過對(duì)主要水文地質(zhì)參數(shù)在水平或垂直方向上取平均值的處理辦法，將含水巖組概化為一個(gè)均質(zhì)區(qū)(層)。

③邊界條件概化如下：潛水以泥河為常水頭供水邊界，另一側(cè)為無限邊界；承壓水南部為側(cè)向徑流補(bǔ)給邊界，北部為側(cè)向徑流排泄邊界。

(2)參數(shù)的確定：

①K值：利用單孔、多孔抽水試驗(yàn)資料，選用相應(yīng)的穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流公式計(jì)算。

②潛水的μ值：利用指示劑示蹤方法，根據(jù)抽水試驗(yàn)資料計(jì)算：

式中：t——設(shè)想將觀測孔移至降落漏斗的邊上,指示劑由觀測孔到主孔的時(shí)間；

V1——靜水位以下，影響半徑范圍內(nèi)含水層的體積(V1=πR2·H)；

V2——抽水時(shí)降落漏斗的體積，V2=。

③承壓水貯水系數(shù)（μ）、越流系數(shù)（E）和壓力傳導(dǎo)系數(shù)（a）的計(jì)算選用有關(guān)非穩(wěn)定流方法計(jì)算。

④井損值：潛水用3個(gè)孔的管壁或孔壁觀測孔實(shí)測資料計(jì)算，得平均值65%。承壓水鉆孔根據(jù)多孔抽水試驗(yàn)資料計(jì)算，比擬求取其它單孔抽水試驗(yàn)的井損值。

3.3 允許開采量的計(jì)算和評(píng)價(jià)

(1)設(shè)計(jì)開采方案的確定。根據(jù)水源地的水文地質(zhì)條件，在大型抽水試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合老水源地多年開采實(shí)踐資料以及給水工程的實(shí)際需要，確定設(shè)計(jì)開采方案。擬在泥河岸邊250m地段布雙排井，共2個(gè)井組6眼井。其中2眼備用井，分層開采潛水及淺、深層承壓水。潛水用定水頭補(bǔ)給邊界的非穩(wěn)定流井群干擾公式計(jì)算單井及井群最大涌水量：

式中：Qmax——單井最大涌水量，m3/d；

t——設(shè)計(jì)開采時(shí)間，a；

Smax——最大允許水位降深，m，當(dāng)Smax為0.6H時(shí)，單井最大涌水量為8000m3/d，設(shè)計(jì)開采量取5000m3/d，共布6眼井，潛水井群出水量為9×104m3/d。

承壓水單井出水量根據(jù)單井及群井長時(shí)間開采性抽水試驗(yàn)以及相鄰水源地多年開采動(dòng)態(tài)，采用比擬法，確定單井出水量3000m3/d，布2眼井。其中淺層水井1眼，深層水3眼，承壓水井群出水量6×104m3/d。

(2)允許開采量計(jì)算。通過計(jì)算設(shè)計(jì)開采量條件下的水位降來論證其可靠性。

潛水水位預(yù)報(bào)采用有補(bǔ)給邊界的非穩(wěn)定流井群干擾法，計(jì)算結(jié)果表明，潛水開采量為9×104m3/d，3年后，前排井基本穩(wěn)定，后排井趨于穩(wěn)定，下降速律為0.02～0.05m/a，預(yù)報(bào)5年內(nèi)，井內(nèi)動(dòng)水位埋深均小于設(shè)計(jì)允許埋深20～25m。

潛水水位采用潛水二維非穩(wěn)定流方程，用有限單元法進(jìn)行計(jì)算。以2010年6月10日潛水水位為初始流場，按3種設(shè)計(jì)開采量預(yù)測10年末的水位，結(jié)果見表1。

表1 預(yù)報(bào)期末漏斗中心水位埋深（單位：m）

承壓水水位預(yù)報(bào)選用非穩(wěn)定流無限邊界的干擾井公式計(jì)算，當(dāng)總開采量6×104m3/d時(shí)，年末承壓水中心井水位最大降深值未超過設(shè)計(jì)允許埋深25m的要求。

(3)允許開采量的保證程度分析。潛水在激發(fā)開采條件下的水量均衡關(guān)系：

式中：ΔQ——水量補(bǔ)排均衡差，104m3/d；

SSC——可被開采的側(cè)向補(bǔ)給量，104m3/d；

RI——降水及農(nóng)灌回歸入滲強(qiáng)度，m3/(d·m2)；

My——城市供水設(shè)計(jì)開采量，104m3/d；

FP——家用井開采強(qiáng)度，m3/(d·m2)。

用有限單元法預(yù)測了潛水開采量9×104m3/d條件下不同水文年的補(bǔ)排均衡結(jié)果，見表2。

表2 不同水文年潛水水量均衡結(jié)果（單位：104m3/d）

潛水在預(yù)報(bào)期末平水年份補(bǔ)排基本平衡，略有剩余，枯水年份補(bǔ)給量略小于排泄量，約為排泄量的97%，但可在不同水文年份之間實(shí)現(xiàn)多年調(diào)節(jié)，保證均衡開采。計(jì)算結(jié)果表明河水側(cè)滲補(bǔ)給量占總補(bǔ)給量的64～76%。而泥河多年最枯徑流量為5.8m3/s，故以泥河取水為主的潛水開采方案是可行的。

4 水源地開采利用情況及勘查成果評(píng)述

4.1 水源地開采利用情況

水源地的東半部已建2眼生產(chǎn)井并進(jìn)行了2年連續(xù)開采，水位、水量已基本趨于穩(wěn)定。2眼潛水井總出水量6×104m3/d，單井出水量為設(shè)計(jì)單井出水量的110%，總出水量每日超采0.59×104m3，井內(nèi)動(dòng)水位平均埋深為19.6m，最小15.73m，最大25.69m。2眼承壓水井總出水量為5.1×104m3/d，單井平均出水量為設(shè)計(jì)出水量的155.36%，比設(shè)計(jì)出水量超采1.82×104m3/d，井內(nèi)動(dòng)水位最大為25.28m，最小為12.64m。設(shè)計(jì)開采量條件下的水位預(yù)報(bào)與實(shí)測資料對(duì)比驗(yàn)證結(jié)果見表3和表4，井群單位涌水量設(shè)計(jì)與實(shí)測對(duì)比結(jié)果見表4。

表3 預(yù)測水位與實(shí)測水位對(duì)比表

表4 井群預(yù)測與實(shí)測單位涌水量對(duì)比表

在超采情況下，潛水井內(nèi)動(dòng)水位埋深超過設(shè)計(jì)值，且井群單位涌水量較設(shè)計(jì)值消減了15%；而承壓水井內(nèi)動(dòng)水位略超過設(shè)計(jì)值，井群單位涌水量比設(shè)計(jì)值大52%。

4.2 成果評(píng)述

該水源地以泥河開采潛水為主，勘探線沿河布置是正確的，且淺層、深層承壓水的滲透性和富水性均較強(qiáng)，可構(gòu)成供水目的層。因此勘查工程中同時(shí)考慮了潛水及承壓水，取得良好的勘查效果。

5 結(jié)束語

（1）生產(chǎn)實(shí)踐證明選用的計(jì)算方法合理，就能達(dá)到計(jì)算結(jié)果可靠的效果。計(jì)算過程中，產(chǎn)生一些誤差的原因可能有多種，其中之一是潛水允許開采量計(jì)算時(shí)未考慮向下越流排泄量，因此實(shí)際開采水位降比計(jì)算結(jié)果偏大。

（2）水文地質(zhì)模型概化時(shí)，概化為一個(gè)向下越流的統(tǒng)一含水巖體(地下水系統(tǒng))是可行的，若將潛水與承壓水聯(lián)系起來，用多層結(jié)構(gòu)的數(shù)值法進(jìn)行計(jì)算，將更符合模型的概化結(jié)果。

[1]水文地質(zhì)手冊[M].2版，2012.

[2]崔可銳.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2010.

[3]GB50027供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[4] YS5215-2000抽水試驗(yàn)規(guī)程[S].

[5]西安礦業(yè)學(xué)院數(shù)學(xué)教研室.數(shù)學(xué)地質(zhì)基礎(chǔ)與方法[M].煤炭工業(yè)出版社，1979.

TV5

A

1004-5716(2015)04-0126-04

2014-04-09

2014-04-21

宮玉奎（1963-），男（漢族），天津?qū)氎嫒?，工程師，現(xiàn)從事水文地質(zhì)與工程地質(zhì)工作。