安阳市地下水含水层抽灌试验分析

安阳市地下水含水层抽灌试验分析

葛雁1,葛鑫2,牛 娜1,李默寒1,王文娟1

(1.河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院,河南 郑州450053;

2.河南省水利厅,河南 郑州450003)

摘要：为查明安阳市含水层的回灌能力,采用自然重力回灌法按一抽一灌方式在不同富水地段进行了3组抽水回灌试验。结果表明:①在抽灌井结构相同或相近的情况下,含水层回灌能力和含水层的富水性有关,含水层富水性越好,同等条件下单位涌水量和单位回灌量越大。②含水层回灌能力和渗透系数正相关,渗透系数愈大,愈容易回灌。渗透系数大,不仅使抽水能力增强,也会加大回灌井的回灌能力；反之,亦然。③含水层回灌能力和岩性有关,含水层颗粒越粗,越容易回灌。

关键词：地下水;含水层;渗透系数;抽水试验;回灌试验

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2015.03.018

作者简介:葛雁(1973—),女,高级工程师,硕士,主要从事水文地质、工程地质和环境地质研究工作。E-mail:Geyansun@163.com

中图分类号：P64文献标志码：A

收稿日期：(2014-10-28编辑：徐娟)

Analysis on aquifer pumping irrigation test in Anyang

GE Yan1, GE Xin2, NIU Na1, LI Mohan1, WANG Wenjuan1

(1.No.2InstituteofGeological&MineralResourcesSurveyofHenan,Zhengzhou450053,China;

2.WaterResourcesDepartmentofHenanProvince,Zhengzhou450003,China)

Abstract：Using natural gravity irrigation method with the way of pumping-irrigation wells 1∶1, we made three groups of pumping recharge tests at different rich-water regions in Anyang to testify the recharge capacity of the aquifer. The results show that:①Under the circumstances of having the same pumping-irrigation wells structure, the recharge ability of the aquifer is associated with its water-rich extent. The more water the aquifer has, the greater inflow and recharge amount per unit there be.②Aquifer recharge capacity and permeability coefficient are positive correlated. The larger the permeability coefficient is, the easier the recharging process gets.③Aquifer recharge capacity is also related to the lithology. The coarser the particles are, the easier recharge process is.

Key words： groundwater; aquifer; permeability coefficient; pumping test; recharge test

1 抽灌试验场地选择

在安阳市不同的富水地段共做了3组抽水回灌试验,为了和试验结果相印证,收集了前人做过的抽水回灌试验资料。抽灌试验井概况见表1,抽灌试验井位置分布见图1(其中S1、S2、S3为收集钻孔)。

表1　抽、灌试验井概况

图1　抽、灌试验井位置分布

2抽灌试验方法

按一抽一灌方式进行,采用自然重力回灌法进行回灌试验。

水位的观测在同一试验中采用同一方法和工具,测量精确到0.01m。抽水试验前先测量静水位,试验时连续测量动水位,试验停止后,测量恢复水位直到初始状态。动水位观测时间为:10min、20min、30min、60min……,稳定8h后可终止观测。

回灌量的测量,采用水表计量,精确到0.01m3。回灌水位的观测同抽水时动水位的观测。回灌井水位的稳定时间不小于24h[1-4]。

3抽灌试验计算公式的选取

3.1抽水试验计算公式的选取

抽水试验选取潜水完整井计算公式计算参数。

(1)

(2)

式中:K为抽水试验渗透系数,m/d;R为影响半径,m;Q为涌水量,m3/h;H为含水层厚度,m;r1为观测孔到主孔距离,m;rw为抽水井半径,m;Sw为抽水井降深,m;S1为观测孔降深,m。

3.2回灌试验计算公式的选取

回灌试验渗透系数按下列公式计算:

(3)

式中:K1为回灌试验渗透系数,m/d;Q1为稳定注水量,m3/h;l为试段或过滤器长度,m;s为水位上升高度,m;r为过滤器半径,m。

4抽灌试验

4.1富水区抽灌试验

4.1.1抽灌井含水层和地层分布

ZK3、ZK4井位于工作区中部的富水区,本次收集的S1、S2井亦位于富水区。ZK3、ZK4两井相距38m。其含水层和地层分布特征见图2[5-6]。

图2　ZK3、ZK4抽灌井含水层和地层分布特征

4.1.2抽灌试验结果

先后对ZK4、ZK3井进行抽水试验，水位恢复后，进行回灌试验。首先抽ZK4井回ZK3井，待ZK3井水位恢复后抽ZK3井，回ZK4井。其中ZK4井回灌试验持续48h，ZK3井回灌试验持续时间为30h。富水区抽灌试验结果见表2。

4.2中等富水区抽灌试验

4.2.1抽灌井含水层和地层分布

ZK7井位于工作区南部的中等富水区,本次收集的S3井位于中等富水区。ZK7井和一分布于当地的民井组成抽灌井,距民井194m。民井含水层结构和ZK7井相近。中等富水区ZK7井含水层结构和地层分布见图3。

表2　富水区抽灌试验结果

图3　中等富水区ZK7井含水层结构和地层分布

4.2.2抽灌试验结果

试验时先对ZK7井进行抽水试验，水位恢复后，抽民井回ZK7井，为了解ZK7井的回灌能力，设定同样的回抽水量。中等富水区试验井抽灌试验结果见表3。

4.3弱富水区抽灌试验

4.3.1抽灌井含水层和地层分布

ZK6井位于工作区东部的弱富水区,和民井1组成抽灌井。ZK6井和民井1相距60.76m,和民井2相距64.48m。其抽灌井含水层结构和地层分布见图4。

图4　弱富水区ZK6含水层结构和地层分布

井号抽灌试验静水位埋深/m降深(回灌水柱高度)/m涌水(回灌)量/(m3·h-1)单宽涌水(回灌)量/(m3·h-1·m-1)渗透系数/(m·d-1)影响半径/m灌抽比渗透系数之比ZK7S3抽水试验36.0919.8772.33.644.22407.99回灌试验36.0928.5372.32.531.29抽水试验4.7816.51回灌试验3.487.3869.53.2872.82.24

4.3.2抽灌试验结果

试验时先对ZK6井进行抽水试验，水位恢复后，抽民井1回ZK6井，因ZK6井分布于弱富水区，故抽水量和回灌量均较小，抽灌试验结果见表4。

表4　弱富水区ZK6井抽灌试验参数

5抽灌试验结果影响分析

5.1抽灌试验结果分析

a. 在富水地段,含水层岩性大多为砂卵石,抽水试验时渗透系数在51.98～256.03m/d之间,回灌试验时渗透系数在27.64～119.36m/d之间,单宽回灌量和单宽涌水量的比值在81.92～87.73之间(S2孔除外)。其抽水试验和回灌试验时的渗透系数之比在1.75～1.99之间(S2孔除外)。位于富水地段的S2孔(三分庄),单宽回灌量达42.27m3/(h·m),但单宽回灌量和单宽涌水量之比仅有34.54。其抽水试验时的渗透系数高达256.03m/d,回灌试验时的渗透系数为94.13m/d,抽灌渗透系数之比为2.72。究其原因,可能是成井工艺或试验操作的原因影响了回灌效果。

b. 在中等富水地段,含水层岩性大多为砂、卵砾石,粗颗粒含量较富水区有所减少,抽水试验时渗透系数在4.22～16.51 m/d之间,回灌试验时渗透系数在1.285～7.38m/d之间,单宽回灌量和单宽涌水量的比值在69.5～72.8之间,其抽灌试验渗透系数之比在2.24～3.28之间。

c. 在弱富水地段,含水层岩性为中细砂,ZK6孔抽灌试验结果:抽水试验时渗透系数为0.85m/d,回灌试验时渗透系数为0.55m/d。由于渗透系数太小,在生产和生活中,弱富水地段回灌的意义不大。

5.2抽灌试验影响因素分析

本次采用自然重力回灌法进行回灌试验。根据抽灌试验结果,回灌量的大小主要受以下因素影响:

a. 在抽灌井结构相同或相近的情况下,含水层回灌能力和含水层的富水性有关,含水层富水性越好, 同等条件下单宽涌水量和单宽回灌量越大。

b. 含水层回灌能力和渗透系数正相关,渗透系数愈大,愈容易回灌。渗透系数衰减是含水层回灌能力下降的主要原因。渗透系数大,不仅使抽水能力增强,也会加大回灌井的回灌能力,反之,亦然。

c. 含水层回灌能力和岩性有关,含水层颗粒越粗,越容易回灌[5-7]。

d. 本次试验系重力回灌试验,至于在真空回灌条件下的试验和压力回灌条件下的试验,其试验情况并不清楚,因此仍不能通过对比确定理想的回灌方法。

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