给水扩建工程地下水水位预测及影响范围

佟玲玲，刘金德

(牡丹江水文局，黑龙江牡丹江157000)

0 引言

虎林市虎林镇给水扩建二期工程为虎林镇南水源的扩建工程，根据水源地的水文地质条件和钻孔抽水试验资料以及地下水补给量计算成果，采用分别在潜水与承压水含水层开采［1］。

水源地设计开采20 a，潜水最大允许降深含水层的1/3为12 m，承压水位不超过含水层顶板为40 m。根据给水扩建二期工程可行性报告提出的开采井布设方案，新增4眼管井，其中1眼备用，布设于现有水源井西侧，于现有井平行。井管径Φ400 mm，井深70 m，井间距430～540 m。

二期扩建后，南水源地总井数为9眼(8用1备)，其中承压井7眼(6用1备)，潜水井2眼。按单井日最大取水量为3 333 m3/d计算，合计日最大开采水量为3.0万m3/d。

1 地质条件、水文地质条件

本区位于兴凯湖—布列亚山地台区，老爷岭地块，佳木斯隆起带，虎林新断陷中部，拟建水源地处于穆棱河漫滩及兴凯湖低平原区，地下水的贮存条件与分布规律严格受其地貌、地层、地质构造的控制，亦受水文、气象等诸多因素的制约与影响［2］。

新生代以来，本区沉积了大厚度的第四系松散堆积物，这些松散堆积物中有粉质黏土、砂、砾砂，其中砂、砾砂为地下水的贮存提供了良好的储水空间，由于砂、砾砂松散纯净，且孔隙大，一般厚度在60～70 m。最厚达75 m，为地下水的赋存与运移创造了良好的条件［3］。

砂、砾砂上覆的粉土、粉质黏土薄层，易接受大气降水垂直补给，同时砂、砾砂孔隙水也接受穆棱河侧向渗入补给与地下水侧向径流补给。其排泄途经主要是地下径流，其次为地下水蒸发。

1.1 地下水类型及富水性

根据区域地质、地貌特征以及地下水赋存条件，论证区内地下水上层为全新统、上更新统向阳川组冲积层松散岩类孔隙潜水，下伏中更新统浓江组砂、砾砂孔隙承压水［4-5］。

富水性主要与含水层岩性、厚度、颗粒、渗透性及上覆盖岩性、厚度、地表水体的分布等关系密切，现分述如下:

1.1.1 孔隙潜水

第四系孔隙潜水含水层厚度36.13～40.53 m，水位埋深1.97～2.37 m，河谷漫滩区中富水性强，单井涌水量3 000～5 000 m3/d。

河谷平原区相对较弱，当降深2.70～2.85 m，单井涌水量 2768.64～2800.08 m3/d，单位涌水量11.24～12.0 L/s·m，渗透系数28.71～56.31 m/d，影响半径190.27～194.45 m。为低矿化弱酸性淡水［6］。

1.1.2 孔隙承压水

第四系中更新统承压水含水层厚度一般26.50 m，水位埋深 2.98～3.20 m，导水系数1708.12 m2/d，释水系数3.01×10-3，给水度0.30，为低矿化弱酸—弱碱性淡水。

1.2 地下水的补给、径流及排泄条件

区内地下水的补给、径流及排泄条件，严格受其底层岩性、地貌、构造及水文、气象等诸多因素的控制和影响。本区地下水全新统冲积层松散岩类孔隙潜水有湖积砂孔隙潜水及冲积砂、砾砂孔隙潜水。两者的补给、径流及排泄条件有所不同［7］。

冲积砂、砾砂孔隙水分布于河谷平原区，其地形平坦开阔，表层虽有黏性土覆盖，但其厚度小，一般≤2 m，地下水可直接接受大气降水补给，是其主要补给来源，同时接受地下水侧向径流补给。而沿河两岸地带地下水在丰水期又可接受河水的侧向渗入补给［8］。

地下水交替较强烈，径流条件好，以侧向地下水径流方式排泄与区外或枯

水期补给河水，另外，由于地下水水位埋深浅，蒸发排泄也是其主要的排泄方式。随着工农业及生活用水量的增加，在区外(河谷漫滩区北部)，人工开采也是其不可忽视的排泄方式之一。

中更新统浓江组砂、砾砂孔隙承压水的补给来源主要是接受邻区的侧向径流补给，接受上覆孔隙潜水的越流补给。该承压水主要以向邻区地下径流的方式排泄［9］。

水文地质参数的确定根据单井稳定流和非稳定流抽水试验。

1.2.1 渗透系数K的确定

1.2.1.1 潜水

根据单孔抽水试验利用稳定流计算公式计算，采用裘布依公式为:

式中:K1号孔为1次降深;K3号孔为2次降深抽水试验，其值采用单孔抽水试验的渗透系数最大值的平均值为44.43 m/d。

1.2.1.2 承压水

根据带有一个观测孔的单孔抽水试验利用稳定流计算和非稳定流两种方法计算。

稳定流抽水试验采用裘布依公式为:

式中:K值为63.41m/d。

1.2.2 影响半径

潜水采用经验公式(库萨金公式)R=2S(HK)1/2计算，其中H值为45.33 m，在开采条件下，潜水最大允许开采降深按含水层的1/3为12 m计算，影响半径为1 077.07 m。

2 地下水水位预测

地下水水位预测包括两个部分:潜水井地下水水位预测和承压井地下水水位预测。

2.1 潜水井地下水水位预测

根据区内水文地质条件，潜水补给量、开采方案等因素，潜水井开采井采用干扰井群法计算降深，降深采用水位叠加理论计算公式，水位叠加裘布衣稳定流计算公式为:

式中:Q1、Q2为各井开采量，m3/d;R为影响半径，m，取1 077.07 m;K为渗透系数，m/d，取44.43 m/d;H为含水层厚度，m，采用平均值为35.33 m;ri为各开采井距离，m，1号井至2号井间距410 m。

将各项参数代入上式，计算得1号深井降深为1.13 m，2号井降深为1.13 m，现有2眼井的降深远远小于潜水允许降深。

2.2 承压井地下水水位预测

根据区内水文地质条件，承压水补给量、开采方案等因素，承压水开采井采用干扰井群法计算降深，降深采用水位叠加理论计算公式，群井开采状态下，地下水为非稳定流运动［10］。

因此，承压井采用非稳定流干扰井计算降深，计算公式为:

式中:Si为各种井水位降深，m;ri为各种井距离，m，详见承压井距离表1;T为导水系数，m2/d;Qi为各种井设计开采量，m3/d;t为设计开采年数(20 a)7 300 d。

承压井按前述开采方案，开采井在开采末期最大降深19.40 m，远远没有达到含水层顶板，计算成果见表2、表3。

表1 承压井井间距表 m

表2 承压井开采末期水位降深表 m

表3 水源地各时段最大水位降深表

预测结果可知，承压开采井运行1 a，对水源地附近的承压水头下降速率变化最大，承压水开采井最大降深16.15 m，改变了区内承压水流场，使承压水补给能力增强。

1 a后承压水水头下降速率逐渐变缓，水源地运行20 a后，承压水开采井最大降深为19.40 m，远未达到含水层顶板。预测表明，该区域承压水井开采20 a是安全的，取水是有保证的。

3 地下水开采影响范围

将承压开采井群概化为一眼大井，以23331 m3/d的水量开采，以预测承压开采井中心水位降深为大井的降深，采用库萨金公式预测水源地开采 1、5、10、15、20 a后的影响范围。

计算公式为:

式中:R为影响半径，m;S为水位降深，m;K为渗透系数，m/d。

计算后R值取2～5倍。参考区域含水层岩性情况下影响半径的经验值(经验值见表4)与采用公式计算的影响半径倍比关系，本次取4倍，计算结果见表5。

表4 松散岩土影响半径(R)经验数值

表5 承压井开采影响范围预测表

预测结果可知，承压开采井运行1 a，对水源地附近承压水头影响范围为1 286 m，5 a影响范围1 425 m，10 a影 响 范 围 1 485 m，15 a影响范围1 520 m，20 a影响范围为1 545 m。

［1］刘文良，赵希良，张立杰.数值法在绥滨镇供水水源地水资源评价中的应用［J］.黑龙江水利科技，2003，30(03):86.

［2］王新民，崔巍.变权组合预测模型在地下水水位预测中的应用［J］.吉林大学学报:地球科学版，2009，36(06):1101-1105.

［3］刘怀思，赵永安.残差辨识模型在菏泽市区深层地下水水位预测中的应用［J］.山东地质，1999，15(01):34-38.

［4］徐强，束龙仓，杨丹，等.北京市平谷平原地下水水位动态统计预测模型［J］.水电能源科学，2009，27(05):58-61.

［5］宋宇，陈家军，孙雄.基于小波函数的地下水位预测［J］.工程勘察，2006(04):20-23.

［6］王友贞，王修贵，汤广民.大沟控制排水对地下水水位影响研究［J］. 农业工程学报，2008，24(06):74-77.

［7］曹振东，谭婷静.人工河道建设对地下水环境影响研究［J］. 人民黄河，2013，35(01):69-71.

［8］陈静，周志芳，胡伏元.堤防工程防渗墙影响下的地下水运动解析［J］.勘察科学技术，2003(05):15-18.

［9］刘颖，张成龙，李迎春.浅谈城镇化对地下水的影响［J］.才智，2012(36):254.

［10］杨丽丽，谢新民.大武水源地地下水水位变化及其影响因素［J］.地下水2010，32(01):67-68.