徐州市張集水源地開采階段群孔抽水試驗及流場解析

董洪信 馬建勝 周凱

摘要：設計實施群孔抽水試驗和流場解析是評價水源地地下水資源可持續開發利用的前提條件。本文基于徐州市張集水源地詳勘階段目的任務要求以及張集水源地具體的水文地質條件，設計、布置并實施了張集水源地開采階段裂隙巖溶水群孔干擾抽水試驗。群孔干擾抽水試驗自2005年9月13日9時至9月30日22時，歷時18天，主井抽水共計每日平均抽水量達8.60萬m3；根據試驗資料，繪制了水位降深動態歷時曲線和抽水前后水源地流場分布圖件。試驗結果表明：廢黃河斷裂帶為一強徑流帶，其水量主要來源于北部山區裂隙巖溶水和第四系孔隙水，研究區水量充足具有較大的開采前景。結論對裂隙巖溶水大型水源地地下水資源評價與科學管理具有重要的參考價值。

關鍵詞：群孔抽水試驗；流場解析；開采階段；張集水源地；徐州市

Multi-well pumping test and groundwater flow field analysis in Zhangji well field in Xuzhou city during exploitation period

Dong Hongxin，Li Youlong，Zou Kai

（Institute of Hydrogeological and Engineering Geological Investigation of Jiangsu Province，Huaian 223005，China）

Abstract：Designing and practising multi-well pumping test and groundwater flow field analysis are important preliminary conditions for assessment of sustainable exploitation.in a well field Based on the aims and assignments in the phase of detailed reconnaissance in Zhangji wells field in Xuzhou City，as well as its characteristics of hydrogeology，we design and arrange the pumping test in the fracture-karst aquifer in Zhangji well field. The test was started at 9：00 on the 13-th and ended at 22：00 on 30-th in September 2005，lasting 18 days in all. There are 8 6000 m3 water was drew out every day in all in the main wells；based on the data of the pumping test，we draw the water table-time plots and the plots of the distribution of the flow in the field before and after pumping test. The results of the tests show that：（1）the old Yellow River faults in the study area are stronger zone for groundwater runoff recharged from mountain area of the north and Quaternary（Q）aquifer；（2）there are plenty of groundwater and good perspective for exploitation in Zhangji well field. Conclusions are of important value for the evaluation and administration of groundwater resources in the large-type wells fields.

Key words：Multi-well pumping test；groundwater flow field analysis；exploitation period；Zhangji well field；Xuzhou City

由于地下介質的非均質性，設計實施群孔抽水試驗以及利用抽水試驗結果對地下水貯存規律和運動特征的評價是一項重要的基礎工作，對水源地可持續利用具有重要指導意義（Maréchal JC，2008；Straface S，2007；Yeh TCJ，2000）。徐州市是位于我國北方的一個重要的工業化城市。由于缺乏科學評價，加上不合理的開采，市區內已經出現地下水位下降、抽水井流量減小、水質惡化、地面塌陷等環境地質問題（劉建立等，2000；錢家忠等，2003；錢家忠等，2003；吳劍鋒等，2000）。特別是近年來干旱嚴重，微山湖水位年年下降，供水無法保證；加之微山湖水、大運河河水受到污染：突發性嚴重污染事件一再發生，地面水廠曾被迫數度停產，不僅造成城市供水緊張，也帶來嚴重的社會問題。因此，在徐州市外圍尋找和開發新的地下水源迫在眉睫。

張集水源地位于徐州市東南25km。在水源地勘察階段，曾做過群孔抽水試驗，取得了初步結論（錢家忠等，2003）；本文工作為水源地開采階段。目的是通過群孔抽水試驗，利用數值法評價張集水源地允許開采量。為此我們研究、設計并實施了群孔干擾抽水試驗。

1.張集水源地地質、水文地質條件

張集水源地北以山脊線為界；東部和南部則分別以銅山縣與睢寧縣及安徽省的行政邊界，作為水源地的人為邊界；西部與潘塘盆地相接。總面積約356km2。水源地屬華北地層區徐州--宿縣地層小區。沉積地層以震旦系（Z）和寒武系（∈）的碳酸鹽巖（可溶巖）為主，并在低山丘陵區裸露；以黃泛沖積為主要成因的第四系（Q）砂粘土，廣泛分布在平原區，但厚度一般小于40m。

水源地位于徐州復式背斜東南翼的邵樓斷層以東部分。區內總體構造主要有平緩而開闊的復式褶皺以及斷裂構造。其中后期發育的NWW向張扭性斷層或斷裂帶如廢黃河斷裂帶是區內主要控水斷裂。

水源地地下水類型主要有裂隙巖溶水和孔隙水兩種類型。孔隙含水層厚度薄，水量不大，不能作為遠離城市的供水水源，故我們重點研究裂隙巖溶含水巖組。據初勘結果：研究區裂隙巖溶水水量豐富。現狀條件下，本區巖溶水補給來源有：大氣降水的直接入滲；地表水的滲漏；廢黃河漫灘第四系水的越流補給；灌溉回滲補給第四系水，間接補給巖溶水；區外地下水的側流補給。其中直接降水入滲補給、第四系孔隙水的垂向補給以及地表水的滲漏是主要的。廢黃河斷裂帶是一個強徑流帶，也是地下水的匯流帶。北部山丘區的裂隙巖溶水都匯流入該帶，并沿該帶流動，流向東南。但沿廢黃河斷裂帶，地下水開采不多。而南面的張集鎮附近及前謝一帶有一定數量的開采井和自流井。廢黃河斷裂帶的地下水一部分繼續向東南流，由人工開采排泄。研究區巖溶水的排泄主要有以下三種方式，即人工開采、自流溢出和側向排泄（Jiazhong Qian等，2009）。

2.群孔干擾抽水試驗

2.1 群孔抽水試驗的場地布置

場地布置的原則是：把主要的抽水井布置在廢黃河斷裂帶內，盡量利用現有的水井抽水，以減少勘察工作量，節約時間和經費。

結合張集水源地地質及水文地質條件，此次抽水實驗中，在研究區范圍內，總共布置了巖溶水抽水井32眼；水位觀測井共計44眼，其中巖溶水位觀測井39眼，孔隙水觀測井5眼。沿廢黃河斷裂帶，自西向東共計抽水主井15眼。各抽水井和觀測井井位詳見圖1。

依據勘探孔的布置原則，對研究區主要控水斷裂——廢黃河斷裂帶進行了重點勘察。沿斷裂帶自西向東布置的主要抽水井有8號至60號（按統一編號，以下同此），其中布置在廢黃河斷裂帶中西部的8號（鄧樓果園）、10號（鄧樓果園）、32號（東梁）、34號（西梁）為主要抽水井，這4口井抽水總量占廢黃河斷裂帶抽水總量的49.7%。另外，沿廢黃河斷裂帶還設置了一些裂隙巖溶水觀測孔和孔隙水觀測孔。其中67號井可作為東部邊界的控制點，69號點可作為西南邊界的控制點。

2.2 研究區的抽水量與分配

參加抽水主井32眼。據粗略計算：主井實際抽水約為8.60萬m3/d，其中廢黃河斷裂帶上15眼井出水量約7.86萬m3/d，占出水總量的91.4%，其余8.6%為工業用水和區內小水廠抽水。有關研究區總的抽水量狀況，見表1。

2.3 試驗資料的整理與分析

2.3.1 主要觀測孔水位降深歷時曲線

抽水主井和觀測井水位歷時降深曲線見圖2及圖3。由抽水試驗過程中各主抽水井水位歷時降深圖表（見圖2）可以看出，抽水試驗剛開始的一段時間（幾個小時至十幾個小時以內），水位呈下降趨勢，然后水位出現穩定時期，在開停泵階段，水位會出現驟降驟升的變化，一經停抽，水位會較快的回升，這說明巖溶水流動很快，附近區域導水系數很大。

在觀測井圖上（圖3），由3號井的水位歷時降深曲線可以看到：抽水試驗對北部山區的地下水水位影響不是很大，可見抽水影響的范圍不大；而且，北部山區富水較好，由于后期降水較多（表2），其水位呈現上升現象。67號為西部控制點，從其水位歷時降深來看，抽水一段時期后也是水位也是穩定的。從69、74號可以看出南部平原受抽水試驗的影響也較小，其中74號井由于接近張集附近的工業抽水井，其水位變化較明顯。從東部的觀測井（64號）的水位歷時降深圖可以看到，抽水試驗對東部的影響也不大。77號井為一第四系孔隙水觀測井，雖然處于張集鎮工業抽水井附近，其水位變化也很小，說明抽水對孔隙水影響較小；同時后期大量降雨的直接入滲補給也使水位變化較小。

2.3.2抽水試驗前后整個研究區流場變化

為了研究整個研究區地下水流場在群孔干擾抽水試驗前后以及抽水試驗過程中的變化狀況，我們根據觀測孔資料分別繪制了抽水前級抽水結束時刻研究區巖溶水等水位圖及相應的波面圖。

圖4及圖5基本反映了水源地范圍內巖溶地下水流場在群孔抽水前后水源地水位變化特征。具體表現為：

（1）研究區高水位分布于北部、東北部山區，以及南部一小部分山區。山區基巖裸露，分布有震旦系以及寒武系地層，裂隙巖溶發育，易于接受大氣降水補給，山脊分水嶺構成水源地的自然邊界。水源地西部邊界為基巖與紅層的分界線，為一隔水邊界。其余部分如西南部、東南部邊界為二類邊界，與研究區外存在互補關系。

（2）沿廢黃河斷裂帶布置有15口主井抽水。抽水量為7.86萬m3/d，占出水總量的91.4%。在如此抽水強度下，沿廢黃河斷裂帶僅在局部出現輕度降落漏斗（見圖4、圖5），而且巖溶水位等值線總體沿斷裂帶延伸，表明廢黃河斷裂帶為一強徑流帶，富水性好，從而驗證了該區水文地質條件的分析結果。

（3）從巖溶水等值線分布及其在抽水過程中的變化可以看出廢黃河斷裂帶的水量來源主要來自于其北部山區，還有第四系孔隙水的補給。而南部山區對研究區西南部如郭集、張集以及前謝一帶具有補給作用，從南部平原區各觀測井點的水位受抽水影響較小也可以看出這一點。但南部山區的補給強度弱于北部山區。例如，受局部分散式抽水影響，在前謝、張集鎮等地出現了小型降落漏斗。

（4）從地下水流場在群孔抽水試驗前后變化特征，可以看出：裂隙巖溶水水位變化不大，流場基本一致。表明開采區裂隙巖溶水補給充足，具有較大的開采前景。

3.結論

本文通過對徐州市張集水源地開采階段群孔干擾抽水試驗的研究，得出主要結論如下：①廢黃河斷裂帶抽水對南部平原和北部山區地下水影響不大；②抽水試驗查明了廢黃河斷裂帶的主要水量補給來源為北部山區和第四系孔隙水；③抽水試驗結果表明廢黃河斷裂帶為一強徑流帶和匯流帶；④結論提供了用數值法對水源地進行地下水資源評價所需要的技術資料，對裂隙巖溶水大型水源地地下水資源評價與科學管理具有重要的參考價值；⑤ 主要結論與勘察階段結論基本一致。

參考文獻

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基金項目：徐州市政府撥款項目。

作者簡介：董洪信（1964.2-），男（漢族），高級工程師，主要從事水文地質、工程地質、環境地質勘察研究工作。

（作者單位：1.江蘇省水文地質工程地質勘察院；

2.山東省第八地質礦產勘查院）