三维地质应用于水井勘查及水量预测的实践

李锡均，何付明，王应贵

(1.云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650021；2.普洱市水利水电勘测设计研究院，云南 普洱 665000)

1 工程背景

农村饮水安全脱贫攻坚战，确保2019年底前实现贫困人口饮水安全保障是我们每个水利人的职责和任务，特别是高寒山区，没有水源点或水源点因地表水汇入而被污染的地区，采用打深井取水方式解决饮水安全的是最佳的、最高效和最直接的方式之一。

大寨子乡雨霏村属于昭阳区，位于海拔3000多米的高寒山区，其中8组饮水取水点处于地表水与地下水汇流区，而周围未采取任何安全防护措施，饮水水质严重不达标，耕种季节百姓使用农药、化肥等导致农药、化肥等超标问题及大肠杆菌等细菌超标问题；6组上半坡饮水取水点百姓各自取水，电线私搭乱建，存在严重的安全隐患；6组下半坡饮水点附近有大量的阔叶林，存在大量的蟃虫、大肠肝菌等对人体不利的微生物，严重影响水质安全。

根据上述大寨子乡雨霏村各种饮水安全问题，一次性解决6组、7组、8组186户769人的饮水安全问题，深井采水是最快和最有效的办法。

2 区域地质分析

2.1 地形地貌特征

昭阳区地处云贵高原西北部，地势呈西高东低，为滇中凹部的东北端，有较完整的高原地貌。两大山系横亘境内，东为乌蒙山脉西延伸尾端，山势磅礴，高峰林立；西为横断山脉凉山山系分支东伸边缘，山高坡陡，海拔悬殊。大山包乡独石包包海拔为3364m，为境内最高点，大寨子乡茅坡海拔为494m，是境内最低处。昭阳区坝区占33.6%，山区占64.3%，江边河谷地带占2.1%。

深孔取水井位于金沙江东岸的山顶，属构造剥蚀高山地貌。

2.2 区域地质、含水层及水文地质特征概况

水井区出露的地层岩性为二叠系峨嵋组上段(P2β3)为深灰、灰绿色的致密的杏仁状玄武岩，底部凝灰岩，厚度为262～832m；中段(P2β2)为深灰色斑状玄武岩夹致密、杏仁状玄武岩，厚度为124～511m，玄武岩节理裂隙较发育，且以柱状节理为主要特征，处于向斜轴偏南翼，从附近出露的泉点(W1)，以相对隔水层-凝灰岩为排泄出露，远处出露的泉点(W2)，以相对隔水层-页岩为排泄出露。本区为典型的向斜储水构造，为含风化裂隙潜水—承压水，地下水平均径流模量M0=3.3L/(s·km2)，富水性中等。

3 水井设计及实施

3.1 三维地质模型的创建

随着三维可视技术的发展，基于地质体三维重构与可视化表达的三维地质建模技术也日趋发展成熟，三维可视化模型正逐步替代传统的平剖面图纸，三维可视化可以直观形象地表达出水井所处的地层和与相对隔水层的关系，一些很难用言语清晰描述的问题，可以直接借助于BIM模型进行交流和沟通。

根据区域地质、水文地质资料及踏勘资料创建三维地质模型，确立水井位置和初步确定水井的深度，如图1所示。

图1 三维地质模型

根据三维地质可视化特点，可直观地表达水井与相对隔水层关系，如图2所示。

图2 水井与相对隔水层关系图

3.2 水井结构设计和实施

根据区域地质资料、踏勘和三维地质模型，确立取水井(ZK1)位置在雨霏村村委会牛棚子村进村道路边，地理坐标为东经103°18′20.30198″，北纬27°30′39.53130″，海拔高程为2996.66m，设计井深为350m。井径结构采用分段设计：0～10m，采用φ225mm的孔径，下φ219mm井口管；10～200m采用φ175mm的孔径，0～200m下φ168mm的套管，作为井泵段，φ168mm的套管下好后，拔出井口管；200～330m采用φ130m的孔径，下φ127mm的筛管，作为取水段；330～350m采用φ108m的孔径，作为沉砂段。

采用DT400型钻机配备DWQ1100XH空气压缩机进行钻孔。当钻进至80多米时，钻孔就开始涌水；至120m左右，钻孔返水量较大，根据简易抽水试验得到出水量为80～100m3/d；为了得到更大的出水量和完成原设计井深，继续实施钻进，随着深度的加深，返回量逐渐减少，当孔深达到300m左右时，钻进突然不返水；孔深至350m时已成干孔，稳定24h也测不到孔内水位。

钻进至设计孔深350m，而孔内无水位，为进一步论证其原因和钻孔是否加深等问题，组织有关专家进行踏勘论证，采用物探手段进一步论证其原因。

3.3 野外踏勘论证

出现上述情况后，施工单位高度重视，组织相关专家进行野外踏勘，经过多天的踏勘，根据附近泉点的出露情况，综合本区的区域地质和水文地区情况，切典型剖面(如图3所示)进行分析，当孔深达到300m左右时，孔深已至凝灰岩相对隔水层，随之孔深的加深，P2β2地层的揭露，气孔状玄武岩的柱状节理裂隙更加发育，导致地下水下泄已不能形成稳定水位，加之下伏基岩为栖霞茅口组灰岩与白云岩，其岩溶较发育，更不易形成稳定的地下水位，直至800～1000m范围内的P1l页岩相对隔层才能形成稳定的地下水，附近W2泉水点充分证实这一点(W2泉水点排泄底面为P1l页岩)。当然在栖霞茅口组灰岩与白云岩中，也能找到稳定的岩溶水，但岩溶水的发育规律较复杂，找到岩溶水对本项目不适用(其造价远超预算)，故在此不再多加论述岩溶水问题。

图3 典型地质剖面图

分析典型地质剖面和综合各位专家的意见，考虑造价等诸多因素，水井不再加深，另选位置来完成项目任务，图4中ZK2就是另选的位置。从剖面上分析完全吻合三维地质模型的结论。

图4 物探成果分析图

3.4 物探论证

进一步论证本区相对稳定的含水层及地下水汇水区，进行物探剖面(如图4所示)测定，从物探分析成果，表明典型地质剖面和三维地质模型的结论是一致的。

4 结论

文章通过三维地质模型在水井勘查及水量预测中的应用，三维地质模型技术的仿真、直观、高效的特点更加突显，在水利水电规划和水利工程及其各行业的勘察设计和建设中，可提高设计质量与效率。因此应用三维技术来改造传统的水利及水利勘察设计，实现水利水电工程及其他建设工程的数字化、可视化、智能化，是我们工程勘察设计者及管理者、决策者梦寐的追求和共同的愿望。