孟村县地下水压采专用井抽水试验数据分析

□张 雷

抽水试验是查明含水层特征的主要手段，通过对孟村县15眼地下水压采专用井（潜水完整井6眼、承压完整井9眼）进行单孔稳定流抽水试验，确定含水层组的水文地质参数（渗透系数k、影响半径R）、单井出水量、单位涌水量，根据水位降深和涌水量选择水泵型号，通过抽水试验来评价水源地的可开采量等，为制定科学合理的地下水开采方案提供依据。

利用水泵把流向垂直井内地下水汲取到井外，使井内水位下降，而井壁外含水层中地下水在降落漏斗范围内，由于水头差作用连续不断地流入井内，逐渐在井壁周围形成一个以井轴为中心的由小到大稳定的降落漏斗，取得水位降深与出水量均达到相对稳定过程段的观测资料，求得水文地质参数。孟村县地下水压采专用井分布见图1。

图1 孟村县地下水压采专用井分布图

1.孟村县水文地质概况

孟村县地质属华北沉降带的次一级构造单元，为新华夏构造体系。水文地质条件依据物探、钻探和大量机井资料分析，地下水主要贮存于第四系松散地层中，水文地质条件复杂，地下水含水层为多层结构的含水岩系，由上而下可分为4个含水组。

2.孟村县地下水压采专用井抽水试验

孟村县开凿的15眼压采井贯穿于第Ⅰ～第Ⅳ含水组，井深分别为40m、350m、480m及 600m，井管为无缝钢管，井径273mm。

2.1 压采井抽水试验的过程

抽水试验开始前，首先现场记录压采井的相关资料，包括（井深、井径、材质、管径、潜水泵的功率、静水位埋深、取水段深度、滤管长度等）；采用单井无观测孔的稳定流抽水试验，只做一次最大降深的抽水试验；抽水孔的水位和流量同时进行观测，观测频次为由密到疏，一般在抽水开始后第 1、3、5、10、20、30、45、60、75、90min进行观测，以后每隔30min观测一次，稳定后可延至1h观测一次，当抽水孔的水位和流量均达到稳定后，根据《供水水文地质勘察规范》（GB50027-2001）中规定：“中砂、细砂和粉砂含水层再延长观测16h”；停泵后应立即观测恢复水位，观测时间间隔与抽水试验要求基本相同，若连续3h水位不变，或水位呈单向变化，连续4h内每小时水位变化不超过1cm，或者水位升降与自然水位变化相一致时，即可停止观测。

2.2 抽水试验设备及用具

2.2.1 抽水设备

考虑到抽水井埋深和降深大、精度要求高、井径足够大，承压井抽水使用了深井潜水泵，潜水井抽水选用了小功率的潜水泵。

2.2.2 测水用具

在抽水试验中，量测水位采用了人工下线法及电测水位计、万用表水位计；流量监测采用超声波流量计，同时采用水温表和气温表辅以水温、气温观测。

3.抽水试验数据整理分析

试验数据分析，需编制有关曲线图表，指导并检查试验情况，确定试验数据的准确性。

3.1 绘制出水量、动水位与时间关系过程曲线（Q、S～t曲线图）

抽水开始前，按设计要求，把图纸的使用比例尺和图式，以及坐标轴代表的项目安排好，便于抽水开始即可得到实测的 Q、S、t值，及时、准确地标在图纸上，并连结相应关系的各点，即绘成Q、S～t曲线图。此文中按不同含水组的压采井，分别了选取位于孟村县正南方向的新县40m潜水井Q、S～t曲线图图2、紧邻孟村县城南后张沙350m承压井Q、S～t曲线图图3、孟村县东北方向西南庄480m承压井Q、S～t曲线图图4、紧邻孟村县城北王御史600m承压井Q、S～t曲线图图5为例。

表1 孟村县抽水试验水文地质参数成果表

图2 新县40m潜水井Q、S～t曲线图

图3 张沙350m承压井Q、S～t曲线图

图4 西南庄480m承压井Q、S～t曲线图

从图2-5中可见，在正常情况下，开始抽水时的Q、S～t曲线表现为水位下降快和出水量较大，且不稳定。经一段时间后，水量与水位都渐渐趋向稳定状态，图上呈现出水位、涌水量与时间关系这两条曲线是平行的。必须指出，在现场绘图过程中，如果出现Q、S值不是相应地变化，要及时检查分析和处理。

3.2 水文地质参数的计算

通过抽水试验能计算出水文地质参数，主要为渗透系数K及影响半径R。因无观测孔，不能直接采用裘布依公式计算渗透系数K及影响半径R，而采用裘布依公式结合库萨金或吉哈尔特经验公式，然后用迭代法或试算法求解。在选用计算公式时，应充分考虑适用条件，分潜水完整井和承压完整井，公式如下：

潜水完整井K、R计算公式：

承压完整井K、R计算公式：

式中：Q―抽水流量，m3/d；

M一含水层厚度，m；

H―抽水前的原始水位，亦称静水位，m；

s―井内水位下降值，简称降深，m；

r一抽水井半径，m；

R―抽水补给半径或影响半径，m；

图5 王御史600m承压井Q、S～t曲线图

K―渗透系数，m/d。

此文选取15组机井的（潜水完整井6眼，承压完整井9眼）抽水试验数据，通过对孟村地区水文地质条件和试验数据资料以及采用的计算公式进行综合分析后，求出了一系列水文地质参数值，为水资源管理行业提供数值参考。孟村县不同含水组机井抽水试验水文地质参数成果见表1。

40m井深处于第Ⅰ含水组，为浅层含水组，由成井资料可知，该含水组砂层由黄色，棕色粉细砂伴有青灰色细砂组成，砂层颗粒细，顶板8～15m，底板40m，石桥乡60m，由南向北砂层厚度从20m降至10m左右。从表中数据可得，单位涌水量在0.1～1.5l/s·m左右，渗透系数在0.6～12.76m/d。

350 m井深处于第Ⅲ含水组，由成井资料可知，该含水组砂层由灰黄、黄色粉细砂组成，在含水砂层中伴有胶结砂和浆石之类，顶板在180～250m，底板在338～346m，可利用含水砂层变化很大，由西部的50～70m到东部30m左右。单层厚度由石桥、高河一线的7～9m渐降至辛店、自来屯一线的4～5m，层数为3～7层不等。从表中数据可得，单位涌水量在0.4～1.3l/s·m左右，渗透系数在1.5～6.5m/d左右，目前大部分机井开采该含水层。

480 m、600m井深处于第Ⅳ含水组，由成井资料可知，砂层厚度在60～100m左右，隔水层多为黏砂和黏土，砂层发育良好，富水性强，单位涌水量0.3～1.0l/s·m左右，渗透系数在 0.5～1.6m/d左右。

4.结语

一是由于单井抽水试验不能直接采用裘布依公式计算渗透系数k，需结合其他公式（吉哈尔特或库萨金公式），因此水文地质参数值为概略计算所得。

二是正式的稳定流抽水试验，一般要求进行3次不同水位降深（落程）的抽水，以确定Q-s间的关系，且各次降深的抽水连续进行。由于人力及时间的局限性，只做了一次最大降深的抽水试验，基本符合抽水试验的规范要求。

三是观测孔填砾与黏土封孔后，安装深井潜水泵以水泵最大出水量抽水洗井，抽水洗井至水清砂净后结束，如果洗井不彻底将会影响抽水试验的数据。