蘇北東部地區地下水滲透系數分析

邱懷松

（江蘇連云港地質工程勘察院，江蘇連云港222023）

1 自然概況

該工業區地處江蘇省東北部，屬暖溫帶海洋性季風氣候，全年寒暑變化顯著，四季分明，年平均氣溫14.0℃，最高氣溫可達40℃，最低氣溫為-19.5℃。年降水量為920.0mm，年蒸發量1 250mm。該區屬濱海相沉積地貌，地勢整體較平坦，總面積約18.7km2。勘察范圍內主要為廠區、農田及荒地。工業區水系屬淮河流域沂沭泗水系，主要排洪河道新沂河、新沭河等，區內分布多條貫通溝河，近東西走向。

2 場地地層

根據評價區勘察的水文地質鉆孔揭示，該區主要地層為：（1）全新統人工填土灰褐色，稍濕，松散，土質不均，主要成分黏性土，局部為風化巖碎屑及少量建筑垃圾。地下水主要為包氣帶含水層。（2）全新統沖積灰黃色可塑黏土、粉質黏土為主，夾粉土、粉砂薄層；厚1.20～4.60m，上部主要為包氣帶層，下部主要為潛水賦水層。（3）全新統海相層灰色飽和流塑淤泥為主，大部分地區上覆有薄層粉質黏土或填土，局部地段出露地表，厚15.90～22.60m，平均18.85m；河流相粉土、砂薄層呈透鏡體狀分別，厚度小于5m，此層為潛水賦水層。（4）上更新統沖洪積層以黏性土及粉土層為主，夾粉砂薄層；黏性土為隔水層（弱透水層）；粉砂層為孔隙承壓水層。

3 水文地質條件

勘察區地下水主要為氣包帶水、松散巖類孔隙水。

包氣帶層是指地表與潛水面之間的地帶，根據勘探資料，包氣帶厚度0.60～2.80m，巖性為填土和黏土。潛水賦存于上部黏土和淤泥層中，厚18.1～25.2m，平均21.6m，單井涌水量小于10m3/d，水位隨微地貌形態而異，標高1.39～2.26m，隨季節變化，雨季水位上升，旱季下降，年變化幅度約0.80m。大氣降水是潛水主要補給來源；排泄方式主要為大氣蒸發和向下游徑流排泄。水流方向由西南向東北。

根據水質分析，地下水化學類型為Cl-Na·Mg 型水，弱堿性，水質差，為鹽水。

4 水文地質試驗

評價區對水文地質鉆孔及附屬觀測孔選取2 組潛水含水層微水試驗（抽水）及2 組包氣帶滲水試驗及其他試驗，為該項目的環境影響評價提供基礎資料。

4.1 滲水試驗

4.1.1 試驗方法及要求

包氣帶土層的滲透系數通過滲水試驗獲得，滲水試驗均采用單環法，選擇試驗目標層位，挖一個圓形試坑至預定深度，再在坑底挖一直徑50cm，深20cm 的試坑，修平坑底，并確保試驗土層不被擾動。在試坑中安裝直徑為37.75cm，高20cm的鐵壞，使其與試坑緊密接觸，外部用黏土填實，確保四周不漏水，準備就緒待試驗。

由于黏性土滲水量不大，試驗中采用500mL 的量杯進行計量。試驗開始即向鐵環內注入高10cm 的水，并保持在10cm高度上，觀測記錄時間和注水量，觀測時間間隔前段為5min，后段為15min、30min。觀測時間間隔根據現場實際試驗情況可加密。當觀測的注入水量Q 固定不變時試驗即可結束。在試驗過程中，試驗水頭波動幅度不得大于±0.5cm，流量觀測精度應達到 0.1cm3。

4.1.2 參數計算

本次試驗根據地表包氣帶不同巖性，選擇典型的試驗點，選取了2 組試驗結果。假定地下水的運動是層流，且水力比降等于1，按式（1）可計算試驗土層的滲透系數：

式中，K 為試驗土層的滲透系數，cm/min；Q 為水的注入流量，cm3/min；F 為鐵環的底面積，cm2，本次試驗數量單位為1 000cm2。

包氣帶土層的滲透性與巖性（包括包含物、密實度等）有關，巖性松散且包含較多的包氣帶土層的滲透系數較大，反之土層較密實且土質較均滲透系數較小。根據統計結果，滲透系數 K 為 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）。滲水試驗計算的滲透系數差異相對較大，考慮到評價區范圍較大，建議各項水文地質參數取平均值，即滲透系數K 取6.89×10-4cm/s（0.041 33cm/min）。

4.2 微水試驗

4.2.1 試驗方法及要求

微水試驗是一種瞬時向井中注入或抽取一定量的水，通過觀測井水位變化情況求得井附近含水層滲透系數以及其他水文地質參數的方法。

抽水設備采用自吸泵，使井內水位降深瞬間達到最大值，然后觀測水位恢復情況，水位測量使用電子水位計。觀測時間按0.5min、1min、2min、3min、4min、6min、8min、10min、12min、15min、20min、30min、40min、50min、60min…進行，試驗初期可加密觀測水位，使曲線在每個對數周期內有8～10 個點，并保證觀測準確，以便繪制出曲線上曲率大的部分，水位觀測至水位基本穩定為止。利用水位觀測數據計算水文地質參數，并進行對比分析，最終確定潛水含水層的水文地質參數[1]。

4.2.2 參數計算

潛水含水層富水性較差，可采用Bouwer 和Rice（1976）提出的公式：

式中，K 為試驗土層的滲透系數，m/d；rc為濾管半徑，m；Rc為有效半徑，m；rw為水井半徑，m；Lk為濾管過濾眼段長度，m；y0為最大水位差，m；yt為t 時刻的水位差，m。

井未貫穿整個含水層厚度時：

井貫穿整個含水層厚度時：

式中，A、B、C 均為無量綱參數，是 Lk/rw的函數，H 為濾管底端至初始水位距離，m；D 為潛水含水層厚度，m。

實際計算過程中，首先求得水位變化值yt，然后在半對數坐標紙上作yt-t 關系曲線，yt為對數坐標。經過數據點畫出一條合適的直線，據此直線任選t 值及相應yt，計算（1/t）ln(y0/y）t值。然后根據井與含水層是部分相通還是全部相通確定A、B、C 值。若部分相通，據Lk/rw確定A、B 值；若完全相通，則確定C值，由此可計算ln（Rc/rw）值，進而可求得滲透系數K。

綜上所得，潛水含水層的滲透系數K 為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）；導水系數 T 為 0.015 1～0.031 6cm2/s（0.131～0.274m2/d），平均值0.023 4cm2/s（0.202m2/d）；給水度 μ 為 0.029～0.051，平均值0.040。微水試驗計算的滲透系數差異較小，能代表該含水層的特性，建議各項水文地質參數取平均值，即滲透系數K 取1.05×10-5cm/s（0.009 1m/d）、導水系數 T 取 0.023 4cm2/s（0.202m2/d）、給水度μ 取0.040。經與地區經驗對比微水試驗計算的有關參數符合地區經驗，能代表該含水層的特性。

5 結語

水文地質勘察手段多樣，滲水、微水試驗作為地下水環境質量定量評價的依據之一，需在均質土壤中進行，地下水環境質量定量評價還需結合其他水文試驗進行，以便更準確取得地下水對環境的污染情況，為促進我國經濟的發展起到相應作用。