給水?dāng)U建工程地下水水位預(yù)測及影響范圍

佟玲玲，劉金德

(牡丹江水文局，黑龍江牡丹江157000)

0 引言

虎林市虎林鎮(zhèn)給水?dāng)U建二期工程為虎林鎮(zhèn)南水源的擴(kuò)建工程，根據(jù)水源地的水文地質(zhì)條件和鉆孔抽水試驗(yàn)資料以及地下水補(bǔ)給量計(jì)算成果，采用分別在潛水與承壓水含水層開采［1］。

水源地設(shè)計(jì)開采20 a，潛水最大允許降深含水層的1/3為12 m，承壓水位不超過含水層頂板為40 m。根據(jù)給水?dāng)U建二期工程可行性報(bào)告提出的開采井布設(shè)方案，新增4眼管井，其中1眼備用，布設(shè)于現(xiàn)有水源井西側(cè)，于現(xiàn)有井平行。井管徑Φ400 mm，井深70 m，井間距430～540 m。

二期擴(kuò)建后，南水源地總井?dāng)?shù)為9眼(8用1備)，其中承壓井7眼(6用1備)，潛水井2眼。按單井日最大取水量為3 333 m3/d計(jì)算，合計(jì)日最大開采水量為3.0萬m3/d。

1 地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件

本區(qū)位于興凱湖—布列亞山地臺區(qū)，老爺嶺地塊，佳木斯隆起帶，虎林新斷陷中部，擬建水源地處于穆棱河漫灘及興凱湖低平原區(qū)，地下水的貯存條件與分布規(guī)律嚴(yán)格受其地貌、地層、地質(zhì)構(gòu)造的控制，亦受水文、氣象等諸多因素的制約與影響［2］。

新生代以來，本區(qū)沉積了大厚度的第四系松散堆積物，這些松散堆積物中有粉質(zhì)黏土、砂、礫砂，其中砂、礫砂為地下水的貯存提供了良好的儲水空間，由于砂、礫砂松散純凈，且孔隙大，一般厚度在60～70 m。最厚達(dá)75 m，為地下水的賦存與運(yùn)移創(chuàng)造了良好的條件［3］。

砂、礫砂上覆的粉土、粉質(zhì)黏土薄層，易接受大氣降水垂直補(bǔ)給，同時(shí)砂、礫砂孔隙水也接受穆棱河側(cè)向滲入補(bǔ)給與地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給。其排泄途經(jīng)主要是地下徑流，其次為地下水蒸發(fā)。

1.1 地下水類型及富水性

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)、地貌特征以及地下水賦存條件，論證區(qū)內(nèi)地下水上層為全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)向陽川組沖積層松散巖類孔隙潛水，下伏中更新統(tǒng)濃江組砂、礫砂孔隙承壓水［4-5］。

富水性主要與含水層巖性、厚度、顆粒、滲透性及上覆蓋巖性、厚度、地表水體的分布等關(guān)系密切，現(xiàn)分述如下:

1.1.1 孔隙潛水

第四系孔隙潛水含水層厚度36.13～40.53 m，水位埋深1.97～2.37 m，河谷漫灘區(qū)中富水性強(qiáng)，單井涌水量3 000～5 000 m3/d。

河谷平原區(qū)相對較弱，當(dāng)降深2.70～2.85 m，單井涌水量 2768.64～2800.08 m3/d，單位涌水量11.24～12.0 L/s·m，滲透系數(shù)28.71～56.31 m/d，影響半徑190.27～194.45 m。為低礦化弱酸性淡水［6］。

1.1.2 孔隙承壓水

第四系中更新統(tǒng)承壓水含水層厚度一般26.50 m，水位埋深 2.98～3.20 m，導(dǎo)水系數(shù)1708.12 m2/d，釋水系數(shù)3.01×10-3，給水度0.30，為低礦化弱酸—弱堿性淡水。

1.2 地下水的補(bǔ)給、徑流及排泄條件

區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)給、徑流及排泄條件，嚴(yán)格受其底層巖性、地貌、構(gòu)造及水文、氣象等諸多因素的控制和影響。本區(qū)地下水全新統(tǒng)沖積層松散巖類孔隙潛水有湖積砂孔隙潛水及沖積砂、礫砂孔隙潛水。兩者的補(bǔ)給、徑流及排泄條件有所不同［7］。

沖積砂、礫砂孔隙水分布于河谷平原區(qū)，其地形平坦開闊，表層雖有黏性土覆蓋，但其厚度小，一般≤2 m，地下水可直接接受大氣降水補(bǔ)給，是其主要補(bǔ)給來源，同時(shí)接受地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給。而沿河兩岸地帶地下水在豐水期又可接受河水的側(cè)向滲入補(bǔ)給［8］。

地下水交替較強(qiáng)烈，徑流條件好，以側(cè)向地下水徑流方式排泄與區(qū)外或枯

水期補(bǔ)給河水，另外，由于地下水水位埋深淺，蒸發(fā)排泄也是其主要的排泄方式。隨著工農(nóng)業(yè)及生活用水量的增加，在區(qū)外(河谷漫灘區(qū)北部)，人工開采也是其不可忽視的排泄方式之一。

中更新統(tǒng)濃江組砂、礫砂孔隙承壓水的補(bǔ)給來源主要是接受鄰區(qū)的側(cè)向徑流補(bǔ)給，接受上覆孔隙潛水的越流補(bǔ)給。該承壓水主要以向鄰區(qū)地下徑流的方式排泄［9］。

水文地質(zhì)參數(shù)的確定根據(jù)單井穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。

1.2.1 滲透系數(shù)K的確定

1.2.1.1 潛水

根據(jù)單孔抽水試驗(yàn)利用穩(wěn)定流計(jì)算公式計(jì)算，采用裘布依公式為:

式中:K1號孔為1次降深;K3號孔為2次降深抽水試驗(yàn)，其值采用單孔抽水試驗(yàn)的滲透系數(shù)最大值的平均值為44.43 m/d。

1.2.1.2 承壓水

根據(jù)帶有一個觀測孔的單孔抽水試驗(yàn)利用穩(wěn)定流計(jì)算和非穩(wěn)定流兩種方法計(jì)算。

穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)采用裘布依公式為:

式中:K值為63.41m/d。

1.2.2 影響半徑

潛水采用經(jīng)驗(yàn)公式(庫薩金公式)R=2S(HK)1/2計(jì)算，其中H值為45.33 m，在開采條件下，潛水最大允許開采降深按含水層的1/3為12 m計(jì)算，影響半徑為1 077.07 m。

2 地下水水位預(yù)測

地下水水位預(yù)測包括兩個部分:潛水井地下水水位預(yù)測和承壓井地下水水位預(yù)測。

2.1 潛水井地下水水位預(yù)測

根據(jù)區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件，潛水補(bǔ)給量、開采方案等因素，潛水井開采井采用干擾井群法計(jì)算降深，降深采用水位疊加理論計(jì)算公式，水位疊加裘布衣穩(wěn)定流計(jì)算公式為:

式中:Q1、Q2為各井開采量，m3/d;R為影響半徑，m，取1 077.07 m;K為滲透系數(shù)，m/d，取44.43 m/d;H為含水層厚度，m，采用平均值為35.33 m;ri為各開采井距離，m，1號井至2號井間距410 m。

將各項(xiàng)參數(shù)代入上式，計(jì)算得1號深井降深為1.13 m，2號井降深為1.13 m，現(xiàn)有2眼井的降深遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于潛水允許降深。

2.2 承壓井地下水水位預(yù)測

根據(jù)區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件，承壓水補(bǔ)給量、開采方案等因素，承壓水開采井采用干擾井群法計(jì)算降深，降深采用水位疊加理論計(jì)算公式，群井開采狀態(tài)下，地下水為非穩(wěn)定流運(yùn)動［10］。

因此，承壓井采用非穩(wěn)定流干擾井計(jì)算降深，計(jì)算公式為:

式中:Si為各種井水位降深，m;ri為各種井距離，m，詳見承壓井距離表1;T為導(dǎo)水系數(shù)，m2/d;Qi為各種井設(shè)計(jì)開采量，m3/d;t為設(shè)計(jì)開采年數(shù)(20 a)7 300 d。

承壓井按前述開采方案，開采井在開采末期最大降深19.40 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到含水層頂板，計(jì)算成果見表2、表3。

表1 承壓井井間距表 m

表2 承壓井開采末期水位降深表 m

表3 水源地各時(shí)段最大水位降深表

預(yù)測結(jié)果可知，承壓開采井運(yùn)行1 a，對水源地附近的承壓水頭下降速率變化最大，承壓水開采井最大降深16.15 m，改變了區(qū)內(nèi)承壓水流場，使承壓水補(bǔ)給能力增強(qiáng)。

1 a后承壓水水頭下降速率逐漸變緩，水源地運(yùn)行20 a后，承壓水開采井最大降深為19.40 m，遠(yuǎn)未達(dá)到含水層頂板。預(yù)測表明，該區(qū)域承壓水井開采20 a是安全的，取水是有保證的。

3 地下水開采影響范圍

將承壓開采井群概化為一眼大井，以23331 m3/d的水量開采，以預(yù)測承壓開采井中心水位降深為大井的降深，采用庫薩金公式預(yù)測水源地開采 1、5、10、15、20 a后的影響范圍。

計(jì)算公式為:

式中:R為影響半徑，m;S為水位降深，m;K為滲透系數(shù)，m/d。

計(jì)算后R值取2～5倍。參考區(qū)域含水層巖性情況下影響半徑的經(jīng)驗(yàn)值(經(jīng)驗(yàn)值見表4)與采用公式計(jì)算的影響半徑倍比關(guān)系，本次取4倍，計(jì)算結(jié)果見表5。

表4 松散巖土影響半徑(R)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值

表5 承壓井開采影響范圍預(yù)測表

預(yù)測結(jié)果可知，承壓開采井運(yùn)行1 a，對水源地附近承壓水頭影響范圍為1 286 m，5 a影響范圍1 425 m，10 a影 響 范 圍 1 485 m，15 a影響范圍1 520 m，20 a影響范圍為1 545 m。

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