安徽淮南某水源地水文地质勘察分析

宫玉奎，李朝长

（1.核工业天冿工程勘察院，天冿301800；2.安徽省核工业勘查技术总院，安徽芜湖241000）

安徽淮南某水源地水文地质勘察分析

宫玉奎*1，李朝长2

（1.核工业天冿工程勘察院，天冿301800；2.安徽省核工业勘查技术总院，安徽芜湖241000）

通过对场地地质、水文地质条件分析，进行水文地质勘查，通过钻探、成井、抽水试验，确定地下水含水层、水文地质参数，研究其分布规律及特征，建立相关的数学模型空间关系，预测地下水于开采条件下的可供开采量，并进行水资源评价，从而达到建立并评价水源地目的。

水文地质；渗透系数；传导系数；贮水系数；水源地

1 水文地质概况

某水源地位于泥河南岸及东岸的漫滩和一级阶地上。地势平坦开阔，泥河在区内有高低漫滩。低漫滩宽0.75～3.5km，西窄东宽，呈三角形；高漫滩宽1km左右，东西向展布。泥河一级阶地宽5.5km，总的倾向北部泥河。

泥河自西向东流经水源地北部，河床平坦，宽600～1250m，属游荡性河床。水文站多年平均流量170m3/s，最小流量5.8m3/s，最大流量2376m3/s。自南向北东汇入泥河，构成水源地的西部边界。泥河河床宽数十米至数百米，多年平均流量7m3/s。另一河位于水源地东边，为泥河右岸又一条支流，现为排污沟，多年平均流量为1.632m3/s。

本区属温带半湿润气候区，多年平均降水量589.5mm，多年平均蒸发量1244mm。勘探区300m深度内，按地下水的埋藏条件、水力性质可划分为潜水、浅层承压水和深层承压水3个含水岩组。潜水含水岩组为全新统冲积砂、砂砾石夹少量卵石层，埋藏于2～60m深度内，含水层厚26～50m，水位埋深2～6m，渗透系数26～75.45m/d，单位涌水量为1.8～9.96L/(s·m)，地下水水质为重碳酸盐氯化物型及重碳酸盐硫酸型水，矿化度0.38～1g/L，水温17℃。按富水性可分3带：极强富水带，宽1250m，呈北东一南西向条带状展布，含水层颗粒粗，透水性强，单井出水量大于100m3/h；强富水带，位于上带的两侧，分布面积大，单井出水量50～100m3/h；较强富水带，含水层颗粒细，含泥量高，透水和富水性均较差，位于皂河上段，单井涌水量小于50m3/h。

浅层承压含水岩组埋藏于70～140m之间，由中更新统上部河湖相粗中砂、中细砂含砾、卵石组成，较松散。厚72～76m，顶板岩性为亚粘土，厚3.6～10m，水头埋深4m，较潜水位低1.9m。渗透系数：31～59m/d，压力传导系数1.2×107m2/d，贮水系数l.9×10-4，单井出水量6900～7500m3/d。地下水属重碳酸盐硫酸盐型水，矿化度0.4g/L，水温18℃。

深层承压含水岩组埋藏于140m以下，由中更新统下部河湖相稍含泥质的粗中砂、中细砂含砾石组成，较密实，厚63～86m。顶板亚粘土厚10～14m，水头埋深5.41m，较潜水位低3.44m。K值34～80m/d，贮水系数1.3×10-4，压力传导系数2.1×108m2/d，单井出水量6500～7300m3/d。地下水为矿化度0.5g/L的重碳酸盐硫酸盐型水，水温21℃。

水源地范围内潜水天然状况下靠降水、灌溉回归水入渗、河水侧渗及上游地下径流补给。取水时，以开采激发的河水侧渗补给为主。泥河洪水位时，对岸边潜水的补给宽度达1000m，平水期为300m，枯水期为200m。泥河属地上河，对潜水的补给宽度可达2000m。

地下水由东南、西南两个方向以0.6‰～0.8‰的水力坡度向北东流去。人工开采、蒸发是潜水的主要排泄方式，另一河流也是潜水的排泄场所，最后流入泥河。

潜水的下越流及来自西南方向的地下径流，为承压水的主要补给来源，以0.4‰的水力坡度向东北方向排出区外。

2 评价区勘查工作

勘探工作是在充分搜集利用已有水文地质资料的基础上直接进行的。主要采用1/2.5万水文地质补充测绘(34.5km2)，1/5万地面电法勘探10km2、电测深剖面10条，水文地质钻探和大型抽水试验，一年的地表水、地下水动态长期观测及各种样品的测试化验等手段来完成的。

水文地质补充测绘农用机井的调查，面上均匀布置简易抽水14个，地下水位丰、枯水期二次统测，以及对区内主要河流进行多次测流(2条剖面20次)，采集了大量的水样进行各类化验。对水源地有如下新认识：(1)结合钻探和物探资料查明各阶地的关系，以及沉积物的分布范围。(2)结合长期观测工作查明了河水与地下水的关系，并确定了河水对岸边潜水补给的宽度与深度。(3)对于区内水质及富水性有了规律性的认识。

除勘探孔进行单孔抽水试验外，利用探采结合大口径井组成了L组，开展了单孔、多孔稳定流和非稳定流、群井的水平和垂直干扰抽水试验，试验目的层包括潜水、浅层水及深层水。在抽深层承压水时，潜水及浅层承压水中观测孔水位均有所下降，证明该区地下水是一个自上而下的越流系统。

3 地下水资源评价

3.1 地下水水质评价

水源地的水质评价，分潜水和承压水，按国家生活饮用水及锅炉用水水质标准进行评价。潜水和承压水水质符合国家饮用水标准。锅炉用水水质评价结果，潜水为锅垢很多、软沉淀物、起泡至半起泡、非腐蚀至半腐蚀性的水，而承压水为锅垢很多、软沉淀的、起泡的、非腐蚀性的水。

3.2 水文地质模型概化及参数的确定

(1)水文地质模型概化：

①将具有潜水和承压水多层含水结构的地下水系统概化为具有上下越流含水系统的统一含水岩体。

②含水岩体局部差异形成的非均质性，通过对主要水文地质参数在水平或垂直方向上取平均值的处理办法，将含水岩组概化为一个均质区(层)。

③边界条件概化如下：潜水以泥河为常水头供水边界，另一侧为无限边界；承压水南部为侧向径流补给边界，北部为侧向径流排泄边界。

(2)参数的确定：

①K值：利用单孔、多孔抽水试验资料，选用相应的稳定流与非稳定流公式计算。

②潜水的μ值：利用指示剂示踪方法，根据抽水试验资料计算：

式中：t——设想将观测孔移至降落漏斗的边上,指示剂由观测孔到主孔的时间；

V1——静水位以下，影响半径范围内含水层的体积(V1=πR2·H)；

V2——抽水时降落漏斗的体积，V2=。

③承压水贮水系数（μ）、越流系数（E）和压力传导系数（a）的计算选用有关非稳定流方法计算。

④井损值：潜水用3个孔的管壁或孔壁观测孔实测资料计算，得平均值65%。承压水钻孔根据多孔抽水试验资料计算，比拟求取其它单孔抽水试验的井损值。

3.3 允许开采量的计算和评价

(1)设计开采方案的确定。根据水源地的水文地质条件，在大型抽水试验的基础上，结合老水源地多年开采实践资料以及给水工程的实际需要，确定设计开采方案。拟在泥河岸边250m地段布双排井，共2个井组6眼井。其中2眼备用井，分层开采潜水及浅、深层承压水。潜水用定水头补给边界的非稳定流井群干扰公式计算单井及井群最大涌水量：

式中：Qmax——单井最大涌水量，m3/d；

t——设计开采时间，a；

Smax——最大允许水位降深，m，当Smax为0.6H时，单井最大涌水量为8000m3/d，设计开采量取5000m3/d，共布6眼井，潜水井群出水量为9×104m3/d。

承压水单井出水量根据单井及群井长时间开采性抽水试验以及相邻水源地多年开采动态，采用比拟法，确定单井出水量3000m3/d，布2眼井。其中浅层水井1眼，深层水3眼，承压水井群出水量6×104m3/d。

(2)允许开采量计算。通过计算设计开采量条件下的水位降来论证其可靠性。

潜水水位预报采用有补给边界的非稳定流井群干扰法，计算结果表明，潜水开采量为9×104m3/d，3年后，前排井基本稳定，后排井趋于稳定，下降速律为0.02～0.05m/a，预报5年内，井内动水位埋深均小于设计允许埋深20～25m。

潜水水位采用潜水二维非稳定流方程，用有限单元法进行计算。以2010年6月10日潜水水位为初始流场，按3种设计开采量预测10年末的水位，结果见表1。

表1 预报期末漏斗中心水位埋深（单位：m）

承压水水位预报选用非稳定流无限边界的干扰井公式计算，当总开采量6×104m3/d时，年末承压水中心井水位最大降深值未超过设计允许埋深25m的要求。

(3)允许开采量的保证程度分析。潜水在激发开采条件下的水量均衡关系：

式中：ΔQ——水量补排均衡差，104m3/d；

SSC——可被开采的侧向补给量，104m3/d；

RI——降水及农灌回归入渗强度，m3/(d·m2)；

My——城市供水设计开采量，104m3/d；

FP——家用井开采强度，m3/(d·m2)。

用有限单元法预测了潜水开采量9×104m3/d条件下不同水文年的补排均衡结果，见表2。

表2 不同水文年潜水水量均衡结果（单位：104m3/d）

潜水在预报期末平水年份补排基本平衡，略有剩余，枯水年份补给量略小于排泄量，约为排泄量的97%，但可在不同水文年份之间实现多年调节，保证均衡开采。计算结果表明河水侧渗补给量占总补给量的64～76%。而泥河多年最枯径流量为5.8m3/s，故以泥河取水为主的潜水开采方案是可行的。

4 水源地开采利用情况及勘查成果评述

4.1 水源地开采利用情况

水源地的东半部已建2眼生产井并进行了2年连续开采，水位、水量已基本趋于稳定。2眼潜水井总出水量6×104m3/d，单井出水量为设计单井出水量的110%，总出水量每日超采0.59×104m3，井内动水位平均埋深为19.6m，最小15.73m，最大25.69m。2眼承压水井总出水量为5.1×104m3/d，单井平均出水量为设计出水量的155.36%，比设计出水量超采1.82×104m3/d，井内动水位最大为25.28m，最小为12.64m。设计开采量条件下的水位预报与实测资料对比验证结果见表3和表4，井群单位涌水量设计与实测对比结果见表4。

表3 预测水位与实测水位对比表

表4 井群预测与实测单位涌水量对比表

在超采情况下，潜水井内动水位埋深超过设计值，且井群单位涌水量较设计值消减了15%；而承压水井内动水位略超过设计值，井群单位涌水量比设计值大52%。

4.2 成果评述

该水源地以泥河开采潜水为主，勘探线沿河布置是正确的，且浅层、深层承压水的渗透性和富水性均较强，可构成供水目的层。因此勘查工程中同时考虑了潜水及承压水，取得良好的勘查效果。

5 结束语

（1）生产实践证明选用的计算方法合理，就能达到计算结果可靠的效果。计算过程中，产生一些误差的原因可能有多种，其中之一是潜水允许开采量计算时未考虑向下越流排泄量，因此实际开采水位降比计算结果偏大。

（2）水文地质模型概化时，概化为一个向下越流的统一含水岩体(地下水系统)是可行的，若将潜水与承压水联系起来，用多层结构的数值法进行计算，将更符合模型的概化结果。

[1]水文地质手册[M].2版，2012.

[2]崔可锐.水文地质学基础[M].合肥工业大学出版社，2010.

[3]GB50027供水水文地质勘察规范[S].

[4] YS5215-2000抽水试验规程[S].

[5]西安矿业学院数学教研室.数学地质基础与方法[M].煤炭工业出版社，1979.

TV5

A

1004-5716(2015)04-0126-04

2014-04-09

2014-04-21

宫玉奎（1963-），男（汉族），天津宝坻人，工程师，现从事水文地质与工程地质工作。