某地區水源井抽水對鐵路客運專線的影響分析

孫 林

(中國鐵路設計集團有限公司，天津 300142)

1 水源地規劃背景

鐵路工程線路通過的水源地設計規劃8眼井(編號S1～S8)，設計井深100 m，井徑300 mm，設計降深16.5～20.3 m，單井涌水量1 200 m3/d，8眼井總出水量為8 000 m3/d，井間距離680～1 850 m，地面標高1 087～1 123 m，水位標高1 077～1 093 m，遠期規劃四眼井，近期規劃3眼井，備用1眼井。水源地的補給資源量為20 253 m3/d，現狀開采量1 992 m3/d，規劃開采量8 000 m3/d，水源地的總的開采量小于補給量。S4、S5規劃井，水位埋深高于隔水頂板6.5～7 m，具有承壓水性質，抽水后，動水位位于隔水頂板以下。各抽水井的相關抽水參數如表1所示。

表1 水源地抽水井相關參數

2 水源井井位與線路的位置關系

水源井分布于線路的左右兩側，井位與線路的位置關系如圖1所示，各水源井的距線路的垂直距離如表2所示。

表2 水源井距離線路垂直距離

圖1 水源井與線路位置關系

3 水源地水文地質情況

3.1 淺層水

淺層承壓含水巖組：含水介質為第四系上更新統細砂、中粗砂夾黏土互層，底板埋深34～51 m，地面標高1 090～1 123 m，水位埋深10～25 m，水位標高1 065～1 095 m，靜止水位高于含水層頂板1.5～7 m，具承壓水性質，上部隔水層較厚17～26 m，以粉土、黏土為主，主要含水層分布在31～51 m之間，共分布三層，最大厚度20 m。

3.2 中層水

中層水承壓含水巖組：含水介質為第四系中更新統中砂、中粗砂及黏性土夾層，底板埋深95～130 m，總厚度60～90 m。含水層分布5～8層，一般厚度1～3 m，最大厚度9 m，含水層總厚度10～20 m，水位埋深23～25 m，水位標高1 065～1 072 m，降深15～22.5 m，主要含水層分布在60～66.5 m，80～87 m以及90～95 m。

4 抽水影響半徑R的理論計算

4.1 計算公式

(1)當抽水后井內的水位低于含水層頂板時，應采用承壓-潛水完整井裘布依流量公式[1]：

(1)

式中：Q為抽水井流量(m3/d)；K為滲透系數(m/d)；M為含水層厚度(m)；H0為承壓水水頭(m)；hw為抽水后井中水頭(m)，大小為H0-Sw；rw為井半徑(m)；R為影響半徑(m)。

(2)當抽水后井內的水位仍高于含水層頂板時，應采用承壓完整井裘布依流量公式[1]：

(2)

式中：Q為抽水井流量；K為滲透系數；M為含水層厚度；Sw為井中水位降；rw為井的半徑；R為影響半徑。

(3)抽取承壓水的影響半徑R計算公式為：

(3)

4.2 計算結果

S4和S5井抽水后水位低于含水層頂板，因此采用承壓-潛水完整井裘布依流量公式即式(1)；其它水源井采用承壓完整井裘布依公式流量計算公式即式(2)。已知S4、S5井的水位埋深高于隔水頂板6.5 m和7 m，且S4，S5井的含水層厚度分別為27.9 m和28.5 m，且水位降深分別為10.8 m和16 m，可得到S4、S5井的承壓水頭H0和抽水后的水頭hw(表3)。

表3 S4、S5井的承壓水頭H0和抽水后的水頭hw m

分別將表1和表3數據代入式(1)和式(3)進行迭代計算，可計算得到S4和S5水源井的滲透系數K和影響半徑R；同理，將表1和表3數據代入式(2)和式(3)，進行迭代計算可得到S1～S3、S6～S8水源井的滲透系數K和影響半徑R(表4)。

表4 水源井抽水影響半徑R理論計算結果

5 經驗方法確定水源井影響半徑

YS 5215-2000 J 103-2001《抽水試驗規程》和工程地質手冊(第四版)中根據含水層顆粒粒徑大小經驗確定抽水井影響半徑R經驗值，如表5所示。

由于該地區水源地含水層以粗砂為主，根據表5，經驗確定水源井的影響半徑為300～400 m。

表5 根據顆粒粒徑確定影響半徑R經驗值

6 結論

(1)理論計算結果顯示，S1～S8水源井的影響半徑小于300 m，而距離線路最近的水源井S4到線路的垂直距離為370 m，理論計算結果顯示，水源井不會對線路造成影響。

(2)經驗方法結果顯示，根據含水層顆粒粒徑大小確定影響半徑經驗值為200～400 m，則S4號井將可能會對線路產生一定的影響。

(3)值得注意的是，文中理論計算方法的條件是假設地下含水層為均勻介質，地下水具有定水頭補給邊界，因此理論計算結果會存在一定的誤差。綜合文章計算結果，出于安全考慮認為水源井的影響半徑為400 m。所以，初步判斷S4水源井有可能對鐵路線路產生影響。建議在鐵路運營期間，停止使用S4抽水井。