傍河地下水源地輻射井井位優化方法淺析

蘆建軍，劉棟臣，于文龍

（1.寧夏水投清水河城鄉供水有限公司，寧夏 吳忠 751100；2.中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222）

研究工程主要采用輻射井、大口徑管井取水，經匯集后通過加壓泵站和輸水線路沿清水河川逆流而上，沿線工程供水范圍（涉及同心縣、海原縣和固原市的原州區、西吉縣、彭陽縣）內的城鄉生活和工業供水。

根據設計報告的設計方案輻射井呈線狀沿黃河均勻布置，井間距1 km，管井根據二期運行情況在輻射井之間布置。 水源地勘察報告結論表明黃河為多泥沙河流，水文地質條件復雜，不同區域滲透系數相差較大， 施工初期第一口試驗輻射井未對井位優化調整，單井穩定出水量為3800 m3/d，遠小于勘察報告單井平均出水量7000 m3/d 的預期。通過合理的井位優化，提出更適合本項目的選井原則。

1 傍河水源地和輻射井的特點

傍河水源地是將取水建筑物布置在河岸地區、依靠激發河水側滲漏補給的地下水水源地［1］，其水源主要來自河流的補給。 傍河地下水源地與河流之間存在著密切的水文聯系， 地下水與河流的水質和水位變化密切相關。傍河地下水源地具有水質優良、水量豐富、 水動力利用、 環境友好和生態保護等優點，是重要的地下水資源開發利用方式。

輻射井是由一口大口徑的集水井(豎井)和自集水井向周圍含水層任一方向、 高程打進的多條水平輻射管所組成， 地下水沿水平輻射管匯集至集水井中［2］。輻射井作為開采淺層地下水，保障工業、城市用水和農業灌溉排水及調控地下水位的理想井型，與常規井相比，具有出水量大、壽命長、管理費用低、維修方便、便于集中管理等優點［3］。

2 輻射井位置選擇原則

輻射井位置在原有布置基礎上進行調整， 綜合考慮河流特征、選井位時間、地質條件、水質狀況、河道綜合利用等因素的影響， 以達到獲得不間斷供水和較好水質的目的。

2.1 利用河流特征選擇井位

輻射井井位初步選擇建議優先考慮以下地點：①彎曲河段的水深、 岸陡、 泥沙量少的凹岸 （沖刷岸），建議選在頂沖點下游；②順直河段建議選擇靠近主流岸邊、河床穩定、水流較深、流速較快的地方，建議選在河流最窄處； ③分岔河段建議選在深水主河道，選在具有穩定河床、靠近主流并有足夠水深的地段。

不建議的地點：彎曲河段的凸岸及三角洲地段；河道的“牛軛”河段；分岔河道的分岔段及下游容易沉積的匯合段； 河谷收縮的上游河段和河谷展寬的下游河段。

由于黃河含大量泥沙，以上特征則更明顯。因為在水動力作用下細顆粒更容易在淤積岸形成淤積現象，地層滲透系數普遍偏小。

2.2 利用枯水期選擇井位

由于黃河兩岸成因條件復雜， 凸岸與凹岸分辨難度大，特別是在豐水期水位上漲，無法識別主河床具體位置，根據經驗尋找有利井位更加困難。因此應盡量在枯水期選擇井位， 或利用枯水期谷歌影像圖詳細分辨，以利于選擇最佳井位。

2.3 利用地質條件選擇井位

盡量避開相對早期、 尤其是含側向物質來源的沉積物，選擇現代河床相的砂卵礫石、砂礫石厚度穩定、透水性較強的含水層。盡量選擇上部砂卵石層厚度較大的河段。

2.4 選擇水質較好地段井位

本項目主要是靠充分激發黃河側向補給， 使得黃河水“轉化”為地下水，黃河水作為工程區地下水的主要補給來源， 黃河水的水質對于井位的選擇無本質區別，但是工程區內地下水水質較差，因此選擇的位置越靠近黃河， 開采地下水形成的水力坡降越大，激發黃河的補給越大，開采地下水的水質越好，水量也越大。

為避免生產和生活污水排入河流的影響， 井位應選擇在污水排放口上游， 盡量避開河流中的回流區和死水區。

2.5 利用河道特征選擇井位

部分水產養殖地點是通過改造水深較淺的河道形成，如該河道以前曾為黃河主河道，隨著洪水到來短時間攜帶大量固體顆粒將河道淤堵， 則該位置附近也是出水量較好的地段。 但是水產養殖等不應對取水點造成威脅， 建議水源地范圍內禁止開展水產養殖等活動。

2.6 利用地下水動力學解析法選擇井位［4］

利用地下水動力學解析法求解由地下水動力學問題轉化成的數學表達式或方程。 以地下水降深為指標，計算在設計的開采方案下輻射井出水量，以此作為一個井位選擇的參考依據， 采用的公式通常包括理論公式法和經驗公式法。

2.7 利用數值模擬方法選擇井位［5，6］

基于數值模擬的方法， 以擬合校正過的水源地地下水流模型為基礎，通過模擬開采井在不同位置處不同流量下的降深及影響半徑，以及不同位置處的最大可開采量，綜合對比分析確定開采井的最優位置。

2.8 通過“一井一探一試”的原則確定具體井位

（1）對水文地質鉆孔與抽水試驗成果進行分析，初步判斷擬定井位是否合適， 實現挖掘水源地最大能力，經濟效益最優的目的。

（2）抽水井屬于隱蔽工程，獲得抽水井水文地質信息非常重要，同時也是項目竣工驗收的基礎資料。

（3）分析先導孔編錄、抽水試驗等相關水文地質信息， 研究先導孔抽水試驗水文地質參數與生產井抽水水文地質參數及出水量等之間的相互關系，為后期施工及生產運行提供基礎資料依據。

3 工程效果分析

除9#輻射井選擇凸岸（淤積）的中部，用以驗證河流特征對輻射井出水量影響外， 通過以上選位原則對原有設計方案輻射井位置進行調整后， 輻射井單井出水量有了顯著提高。輻射井井位置如圖1，單井出水量情況匯總如表1。

表1 輻射井出水量情況統計

圖1 輻射井井位置圖

表1 抽水試驗成果顯示， 除有意違背利用河道特征選擇井位的原則布設的9#輻射井單井出水量為6005 m3/d 外，其余通過選位原則對原有設計方案輻射井位置進行微調整后的輻射井單井出水量顯著提高，井位優化后的單井出水量均大于7000 m3/d。

4 結語

（1）本文以河流特征、利用枯水期選擇、利用地質條件、選擇水質較好地段、利用河道特征、利用地下水動力學解析法、利用數值模擬方法和通過“一井一探一試”等8 條作為原則，在合理布設輻射井間距的前提下優化輻射井位置。

（2）按照本文的井位選擇原則，優化輻射井位置，不僅能夠提高單井出水量，減少輻射井的數量，降低取水成本，節約工程投資，且能夠為水源地避免各種不良環境地質的產生發揮重要作用。