抽水試驗在水文地質勘查中的應用
——以清遠民典改擴建項目為例

黃國東

（廣東煤炭地質二〇一勘探隊，廣東 清遠 511500）

1 工程概況

清遠市民典金屬塑料有限公司年拆解回收廢舊五金塑料5 萬t 建設項目，建設性質為C42 廢棄資源綜合利用業，廠區占地面積22190 m2，總建筑面積10796 m2。

2 工作任務

根據《環境影響評價技術導則 地下水環境》（HJ 610—2016）二級評價的工作技術要求，這次針對場址的水文地質勘察的主要任務包括查明以下內容：1）氣象、水文、土壤和植被狀況。2）地層巖性、地質構造、地貌特征與礦產資源。3）包氣帶巖性、結構、厚度、分布及垂向滲透系數等。4）含水層巖性、分布、結構、厚度、埋藏條件、滲透性、富水程度等、隔水層（弱透水層）的巖性、厚度以及滲透性等；5）地下水類型、地下水補徑排條件。6）地下水水位、水質、水溫以及地下水化學類型。7）泉的成因類型，出露位置、形成條件及泉水流量、水質、水溫，開發利用情況。8）集中供水水源地和水源井的分布情況（包括開來層的成井密度、水井結構、深度以及開采歷史）。9）地下水現狀監測井的深度、結構以及成井歷史、使用功能。10）地下水環境現狀值或地下水污染對照值。

3 工程量布置

根據工程技術要求，這次共布設10 個勘察鉆孔，鉆孔編號為ZK1～ZK10，其中鉆孔ZK2、ZK4、ZK5、ZK6、ZK7、ZK8、ZK9 為工程勘察鉆孔，ZK1、ZK3、ZK10、ZK8 為水文地質鉆孔。這次地質鉆探的目的是查明場區巖土層分布情況，透水性及富水程度，鉆孔位置如圖1 所示。

圖1 勘察鉆孔平面布置圖

4 工作方法和工作量

根據技術要求，這次工作方法主要包括收集資料、野外調查、工程地質鉆探、水文地質鉆探及相關水文地質試驗等。

4.1 收集資料

主要收集已有的氣象水文、區域地質、水文地質、環境地質以及工程地質等資料。

4.2 水文地質調查

水文地質調查使用地形底圖比例尺為1 ∶10000，成圖比例尺為1 ∶10000。采用路線穿越法和追索法進行調查，采用GPS 結合地形地物進行定位。對地表水體及地下水點（井、泉）進行調查并做記錄。

4.3 水文地質鉆探

完成水文地質調查和地質測繪，查明主要地質界線、斷裂構造、地形地貌后，又進行水文地質鉆探，流程如下：①鉆孔孔徑。鉆孔開口孔徑為127 mm，鉆至基巖（中～微風化巖層）變為108 mm，采用PVC 套管或濾管直徑110 mm。②孔斜。水文地質鉆孔的孔斜小于1.5°。③沖洗液。使用清水作為鉆進沖洗液。④巖芯采取率。黏性土、完整基巖實際采取率為86%，風化以及破碎基巖實際采取率為75%。⑤在鉆進過程中，對地下水位進行簡易地觀測，并及時作好記錄。⑥鉆孔完畢后及時洗井，根據地層巖性、鉆孔結構、孔管材料和設備情況采用活塞洗井后，井內沉砂不上升或基本不上升，井水不出現混濁現象，以滿足洗井質量檢驗標準為準則。⑦洗井工作結束后，按照每天早、晚各一次的頻率對地下水位進行不間斷觀測，直至地下水位穩定為止。

4.4 抽水試驗

抽水試驗的主要目的是查明鉆孔揭露含水層的滲透性和富水性，測定有關水文地質參數。①進行了2～3 個降深的穩定流抽水試驗。②靜止水位每小時測定一次，3 次所測水位值相同，即為靜止水位。③相應的流量和動水位趨于穩定后的延續時間為8 h。④動水位和涌水量同時觀測，開泵后每5 min～10 min 觀測一次，然后視穩定趨勢改為15 min 或30 min 觀測一次。⑤抽水試驗結束后，進行恢復水位觀測，以1 min、3 min、5 min、10 min、15 min、30 min……按順序觀測，直到完全恢復為止。

5 區域地質條件

5.1 地層

場地及周邊區域出露的地層，從老到新依次為泥盆系天子嶺組（Dt）；泥盆系帽子峰組（DCm）；石炭系大賽壩組（Cds）；三疊系小坪組（Tx）；白堊系三水組（Ks）；第四系小市組（Qxs）；第四系大灣鎮組（Qdw）。

5.2 構造

處東桂湘贛褶皺帶的粵中拗褶束與湘粵拗褶束交接部位、粵桂隆起邊緣，為華南褶皺系的一部分。同時也是佛岡—豐良緯向構造帶與吳川—四會新華夏斷裂帶的交匯復合部位，由于不同構造體系的發育、迭加并且海西—印支以及燕山早期大規模巖漿侵入活動，因此區境內的地質構造較為復雜。

6 場區包氣帶滲透性能

根據野外實地調查及鉆孔成果揭露，場區內土層主要為人工填土層、沖洪積地層和殘坡積土層，場地地下水水位埋深3.32m～3.84m，地下水水位以上包氣帶土層主要為人工填土層和沖洪積土層，其中上層人工填土層，巖性較為復雜，主要由粉質黏土、少量碎石和砂礫組成，厚度為2.80m～4.70m，其透水性較不均勻，夾碎石和砂礫層透水性較好，粉質黏土段透水性較差。下部沖洪積地層巖性主要為淤泥質粉質，黏土厚度為0.90m～6.30m，透水性差[1]。

為了更好地了解場區包氣帶巖土體的滲透性能，這次野外水文地質鉆探共采取5 件填土層土樣（3 件粉質黏土樣和2 件砂礫層樣）和6 件沖洪積（淤泥質粉質黏土層）土樣，送實驗室進行土工試驗，測定其垂直滲透系數，結果見表1。

表1 實驗室土工試驗測定滲透系數

根據這次水文地質鉆孔揭露的情況，第四系土層厚度較厚，根據室內試驗結果，場地內人工填土層（粉質黏土土層）垂直滲透系數1.75E-05～3.24E-05cm/s，平均滲透系數2.50E-05cm/s；人工填土層（砂礫層）垂直滲透系數6.29E-03～2.17E-02cm/s，平均滲透系數1.40E-02cm/s；沖洪積土層（淤泥質粉質黏土土層）垂直滲透系數3.87E-07～6.52E-05cm/s，平均滲透系數2.74E-06cm/s。

根據《環境影響評價技術導則地下水環境》（HJ 610—2016）天然包氣帶防污性能分級依據，得出場地包氣帶防污性能以弱～中等為主。

7 水文地質特征

7.1 地下水類型

根據清遠市民典金屬塑料有限公司場地地下水賦存條件、含水層水力性質和水力特征，將擴建場地地下水劃分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水2 種類型。其中，第四系孔隙水主要分布于第四系人工填土層和沖洪積地層；基巖裂隙水主要分布于白堊系三水組粉砂巖和頁巖強～中風化帶。

7.1.1 松散巖類孔隙水

主要含水層為人工填土層和沖洪積地層，巖性為中砂，含砂粉質黏土等，含水層厚度為10.0m～15.90m。根據抽水試驗結果，該層含水層平均滲透系數k=4.46E-03cm/s（E是指數，代表10 的多少次方），單井涌水量為131.41m3/d～182.56m3/d，富水性中等。

7.1.2 基巖裂隙水

主要賦存于白堊系三水組組粉砂巖與頁巖強～中風化裂隙中，為紅層裂隙水，一般泉流量<0.2 l/s。

7.2 地下水補給、徑流、排泄

7.2.1 地下水補給

場區地下水主要靠降雨和地表滯水滲入補給，本區雨量充沛，可以為地下水的補給提供豐富來源。場地地下水以大氣降雨垂直入滲補給為主，其次場區外圍東南側和南側有河流及池塘等地表水也可為地下水提供補給來源。

7.2.2 地下水徑流

地下水的徑流受地形條件影響，場地內地下水總體由南東向北西徑流。覆蓋型巖溶水因大部分被第四系覆蓋，降雨不能很快地直接補給地下水，巖溶水具有動態變化小，流量相對較穩定、地下水位埋藏較淺、徑流較緩慢等特點。

7.2.3 地下水排泄

場地及周邊人為開采地下水較少，因此，場地地下水排泄的主要方式為滲入河流、潛流排泄、消耗于蒸發和植物蒸騰，場地分布的基巖裂隙水以垂直循環為主，徑流途徑短，補給區與排泄區接近一致，通過泉的形式就近排泄于溝谷中補給地表水[2]。

7.3 地下水動態變化特征

地下水動態變化受降雨量的影響，一般5—8 月（豐水期），地下水位較高，11 月—豎年3 月（枯水期），地下水位較低，根據調查，場地及周邊地下水年變化幅度為1m～4 m。2017 年8 月勘察期間地下水位3.32 m～3.84 m，地下水水位及水量受季節影響。

7.4 地下水與周邊地表水水力聯系

場地處地下水類型以松散巖類孔隙水為主，通過降雨入滲獲得補給，并向北西側及低洼處徑流排泄，部分側向補給下游的松散巖類孔隙水含水層。場地及周邊地表水較發育，場地外圍東南側和南側分布有池塘，地表水與地下水、孔隙水與裂隙水有明顯的水力聯系。

7.5 場區及周邊地下水開發利用情況

場地及周邊地貌類型以侵蝕剝蝕殘丘和沖積平原為主，經調查，場地及附近地下水的開采程度一般，無集中式飲用水源。調查區南側居民點分布較多，居民以集中供水自來水（地表水）作為主要生活飲用用水，部分村民開采地下水作為生活用水（衣服、洗地等）和農業用水（澆菜），不飲用。

經調查，周邊未發現由于過量抽取地下水而形成的地下漏斗或地面塌陷等不良地質現象，所以場區周邊地下水不存在超采、水資源浪費及城市供水存在安全隱患等問題。

7.6 地下水水化學特征

這次水文地質勘察對場地及周邊共計采取水樣3 組，分析其地下水水化學特征，各組地下水物理性質好，無色、透明、無嗅、無味。

7.7 地下水腐蝕性評價

勘察期間于ZK3、ZK4、ZK8 采取地下水樣3 件，在ZK6、ZK8 采取地下水位以上土樣2 件，按《巖土工程勘察規范》（GB50021—2001）（2009 年版）有關評價方法及標準判定。

首先，我按照學生們學習基礎水平的不同，將學生們分成了A、B、C三個學習小組，然后針對各組學生們學習情況的不同，采取不同的教學方法和教學評價方式。如：在三組學生之中，C組學生的學習基礎和理解能力較差，所以在教學該組學生時我以繪制分數線段圖的形式幫助學生們感受分數和小數之間的關系，精講細講，力求學生能聽懂。在教學評價時也多用“嗯，很棒呦，但是這里還要注意一下”之類的鼓勵性話語。

7.7.1 環境類型水對混凝土結構腐蝕評價

場地環境類型：Ⅱ類；硫酸鹽（SO42-）含量0.84mg/L～29.35mg/L，腐蝕性等級：微腐蝕性；鎂鹽（Mg2+）含量5.30mg/L～10.35mg/L，腐蝕性等級：微腐蝕性；銨鹽（NH4+）含量0.12mg/L～1.90mg/L；苛性堿（OH-）含量0mg/L，腐蝕性等級：微腐蝕性；總礦化度122.35～164.39mg/L，腐蝕性等級：微腐蝕性。

結論：環境類型水對混凝土結構具微腐蝕性。

7.7.2 受地層滲透性影響的水對混凝土結構腐蝕性評價

場地地層滲透性類型：B 型；pH 值5.98～7.50，腐蝕性等級：微腐蝕性。侵蝕性CO2含量0.00～51.08mg/L，腐蝕性等級：微～弱腐蝕性；HCO3-含量1.17～3.02mmoL/L，腐蝕性等級：微等腐蝕性。

結論：地層滲透性水對混凝土結構具弱等腐蝕性。

（Cl-）含量6.85～36.20 mg/L，在干濕交替環境中腐蝕性等級：微腐蝕性。

結論：在干濕交替環境中地下水對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。

8 抽水試驗

抽水試驗是用于探求含水層抽水流量和水位降深的關系；計算含水層的滲透系數、給水度、儲水系數等水文地質參數；確定抽水時水位降落漏斗的影響范圍；查明地表水與地下水或不同含水層之間的水力聯系等，能夠為水文地質勘查提供準確的數據資料。

為了查明鉆孔揭露含水層的滲透性和富水性，確定場區內主要含水層的水文地質參數，這次對ZK1、ZK3、ZK8 和ZK10 水文地質勘察鉆孔進行了抽水試驗，根據環評水文地質勘查要求并結合實際情況，這次主要針對松散巖類孔隙水進行了抽水試驗，含水層為填土層和沖洪積地層。試驗方法采用單孔抽水試驗。

在整個抽水試驗過程，均安排水文地質技術人員輪值班，按《水利水電工程鉆孔水抽水試驗規程》要求對抽水孔的水位降深、流量等進行觀測記錄，在抽水穩定延續時間里，取連續觀測資料，水位、涌水量波動相對誤差，基本達到規范要求，各種觀測數據準確可靠。抽水試驗的方法流程如下：①抽水試驗進行了2～3 個降深的穩定流抽水試驗。②靜止水位每小時測定一次，三次所測水位值相同，即為靜止水位。③相應的流量和動水位趨于穩定后的延續時間為8h。④動水位和涌水量同時觀測，開泵后每5～10 min 觀測一次，然后視穩定趨勢改為15min 或30min 觀測一次。⑤抽水試驗結束后，進行恢復水位觀測，以1、3、5、10、15、30min……按順序觀測，直至完全恢復為止。

根據井管結構及含水層類型，根據試驗過程實際情況，松散巖類孔隙水選用了潛水完整井公式計算滲透系數K，用經驗公式計算影響半徑R。潛水完整井計算公式如下。

計算滲透系數K如公式（1）所示。

影響半徑如公式（2）所示。

式中：K—滲透系數（m/d）；Q—流量（m3/d）；h—含水層抽水時厚度（m）；H—含水層自然時厚度（m）；R—影響半徑（m）；r—管井半徑（m）。

計算結果見表2。

表2 抽水試驗結果表

9 結論

經過該項目抽水試驗和水文調查，得到如下結論：1）場區內巖土層，從上向下依次為第四系人工填土層、沖洪積地層、殘坡積土層，白堊系三水組粉砂巖及頁巖層，泥盆系天子嶺組石灰巖層。2）場區內地下水類型主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。其中松散巖類孔隙水分布廣泛，為潛水，富水性貧乏；基巖裂隙水分布一般，為承壓水，富水性貧乏。地下水對混凝土結構具有弱腐蝕性，地下水對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有微腐蝕性。土對混凝土結構具微腐蝕性，土對混凝土結構中鋼筋具微腐蝕性，土對鋼結構具微腐蝕性。場地地下水水化學類型主要有型水；HCO3·Cl-Ca·Na、HCO3-Ca、HCO3-Mg·Ca 型水。3）場區內包氣帶主要為上層人工填土層和沖洪積地層。場地內人工填土層（粉質黏土土層）垂直滲透系數1.75E-05～3.24E-05cm/s，平均滲透系數2.50E-05cm/s；人工填土層（砂礫層）垂直滲透系數6.29E-03～2.17E-02cm/s，平均滲透系數1.40E-02cm/s；沖洪積土層（淤泥質粉質黏土土層）垂直滲透系數3.87E-07～6.52E-05cm/s，平均滲透系數2.74E-06cm/s。