苏北东部地区地下水渗透系数分析

邱怀松

（江苏连云港地质工程勘察院，江苏连云港222023）

1 自然概况

该工业区地处江苏省东北部，属暖温带海洋性季风气候，全年寒暑变化显著，四季分明，年平均气温14.0℃，最高气温可达40℃，最低气温为-19.5℃。年降水量为920.0mm，年蒸发量1 250mm。该区属滨海相沉积地貌，地势整体较平坦，总面积约18.7km2。勘察范围内主要为厂区、农田及荒地。工业区水系属淮河流域沂沭泗水系，主要排洪河道新沂河、新沭河等，区内分布多条贯通沟河，近东西走向。

2 场地地层

根据评价区勘察的水文地质钻孔揭示，该区主要地层为：（1）全新统人工填土灰褐色，稍湿，松散，土质不均，主要成分黏性土，局部为风化岩碎屑及少量建筑垃圾。地下水主要为包气带含水层。（2）全新统冲积灰黄色可塑黏土、粉质黏土为主，夹粉土、粉砂薄层；厚1.20～4.60m，上部主要为包气带层，下部主要为潜水赋水层。（3）全新统海相层灰色饱和流塑淤泥为主，大部分地区上覆有薄层粉质黏土或填土，局部地段出露地表，厚15.90～22.60m，平均18.85m；河流相粉土、砂薄层呈透镜体状分别，厚度小于5m，此层为潜水赋水层。（4）上更新统冲洪积层以黏性土及粉土层为主，夹粉砂薄层；黏性土为隔水层（弱透水层）；粉砂层为孔隙承压水层。

3 水文地质条件

勘察区地下水主要为气包带水、松散岩类孔隙水。

包气带层是指地表与潜水面之间的地带，根据勘探资料，包气带厚度0.60～2.80m，岩性为填土和黏土。潜水赋存于上部黏土和淤泥层中，厚18.1～25.2m，平均21.6m，单井涌水量小于10m3/d，水位随微地貌形态而异，标高1.39～2.26m，随季节变化，雨季水位上升，旱季下降，年变化幅度约0.80m。大气降水是潜水主要补给来源；排泄方式主要为大气蒸发和向下游径流排泄。水流方向由西南向东北。

根据水质分析，地下水化学类型为Cl-Na·Mg 型水，弱碱性，水质差，为盐水。

4 水文地质试验

评价区对水文地质钻孔及附属观测孔选取2 组潜水含水层微水试验（抽水）及2 组包气带渗水试验及其他试验，为该项目的环境影响评价提供基础资料。

4.1 渗水试验

4.1.1 试验方法及要求

包气带土层的渗透系数通过渗水试验获得，渗水试验均采用单环法，选择试验目标层位，挖一个圆形试坑至预定深度，再在坑底挖一直径50cm，深20cm 的试坑，修平坑底，并确保试验土层不被扰动。在试坑中安装直径为37.75cm，高20cm的铁坏，使其与试坑紧密接触，外部用黏土填实，确保四周不漏水，准备就绪待试验。

由于黏性土渗水量不大，试验中采用500mL 的量杯进行计量。试验开始即向铁环内注入高10cm 的水，并保持在10cm高度上，观测记录时间和注水量，观测时间间隔前段为5min，后段为15min、30min。观测时间间隔根据现场实际试验情况可加密。当观测的注入水量Q 固定不变时试验即可结束。在试验过程中，试验水头波动幅度不得大于±0.5cm，流量观测精度应达到 0.1cm3。

4.1.2 参数计算

本次试验根据地表包气带不同岩性，选择典型的试验点，选取了2 组试验结果。假定地下水的运动是层流，且水力比降等于1，按式（1）可计算试验土层的渗透系数：

式中，K 为试验土层的渗透系数，cm/min；Q 为水的注入流量，cm3/min；F 为铁环的底面积，cm2，本次试验数量单位为1 000cm2。

包气带土层的渗透性与岩性（包括包含物、密实度等）有关，岩性松散且包含较多的包气带土层的渗透系数较大，反之土层较密实且土质较均渗透系数较小。根据统计结果，渗透系数 K 为 2.38×10-4～1.42×10-3cm/s（0.014 28～0.085 20cm/min），平均值6.89×10-4cm/s（0.041 33cm/min）。渗水试验计算的渗透系数差异相对较大，考虑到评价区范围较大，建议各项水文地质参数取平均值，即渗透系数K 取6.89×10-4cm/s（0.041 33cm/min）。

4.2 微水试验

4.2.1 试验方法及要求

微水试验是一种瞬时向井中注入或抽取一定量的水，通过观测井水位变化情况求得井附近含水层渗透系数以及其他水文地质参数的方法。

抽水设备采用自吸泵，使井内水位降深瞬间达到最大值，然后观测水位恢复情况，水位测量使用电子水位计。观测时间按0.5min、1min、2min、3min、4min、6min、8min、10min、12min、15min、20min、30min、40min、50min、60min…进行，试验初期可加密观测水位，使曲线在每个对数周期内有8～10 个点，并保证观测准确，以便绘制出曲线上曲率大的部分，水位观测至水位基本稳定为止。利用水位观测数据计算水文地质参数，并进行对比分析，最终确定潜水含水层的水文地质参数[1]。

4.2.2 参数计算

潜水含水层富水性较差，可采用Bouwer 和Rice（1976）提出的公式：

式中，K 为试验土层的渗透系数，m/d；rc为滤管半径，m；Rc为有效半径，m；rw为水井半径，m；Lk为滤管过滤眼段长度，m；y0为最大水位差，m；yt为t 时刻的水位差，m。

井未贯穿整个含水层厚度时：

井贯穿整个含水层厚度时：

式中，A、B、C 均为无量纲参数，是 Lk/rw的函数，H 为滤管底端至初始水位距离，m；D 为潜水含水层厚度，m。

实际计算过程中，首先求得水位变化值yt，然后在半对数坐标纸上作yt-t 关系曲线，yt为对数坐标。经过数据点画出一条合适的直线，据此直线任选t 值及相应yt，计算（1/t）ln(y0/y）t值。然后根据井与含水层是部分相通还是全部相通确定A、B、C 值。若部分相通，据Lk/rw确定A、B 值；若完全相通，则确定C值，由此可计算ln（Rc/rw）值，进而可求得渗透系数K。

综上所得，潜水含水层的渗透系数K 为8.33×10-6～1.27×10-5cm/s（0.007 2～0.011 0m/d），平均值 1.05×10-5cm/s（0.009 1m/d）；导水系数 T 为 0.015 1～0.031 6cm2/s（0.131～0.274m2/d），平均值0.023 4cm2/s（0.202m2/d）；给水度 μ 为 0.029～0.051，平均值0.040。微水试验计算的渗透系数差异较小，能代表该含水层的特性，建议各项水文地质参数取平均值，即渗透系数K 取1.05×10-5cm/s（0.009 1m/d）、导水系数 T 取 0.023 4cm2/s（0.202m2/d）、给水度μ 取0.040。经与地区经验对比微水试验计算的有关参数符合地区经验，能代表该含水层的特性。

5 结语

水文地质勘察手段多样，渗水、微水试验作为地下水环境质量定量评价的依据之一，需在均质土壤中进行，地下水环境质量定量评价还需结合其他水文试验进行，以便更准确取得地下水对环境的污染情况，为促进我国经济的发展起到相应作用。