青海省格爾木河沖洪積扇地下水水文地質參數的選取

王建輝，祁澤學，寇海聰

(1.青海省環境地質勘查局，青海 西寧 810007；2.青海省環境地質重點實驗室，青海 西寧 810007)

研究區格爾木市位于干旱的柴達木盆地西南緣，區內地下水主要接受格爾木河的入滲補給。隨著格爾木河上游各個梯級電站的修建，下游水文地質條件發生了相應的變化，以往獲取水文地質參數所利用的鉆孔多是基于小口徑的抽水試驗而來，且計算方法單一，計算的水文地質參數不能準確評價現狀地下水資源。因此，為準確的評價該地的地下水資源量，我單位通過青海省格爾木河沖洪積扇地下水資源勘查項目，實施了基本覆蓋整個沖洪積扇的大口徑水文地質鉆孔，通過最新實施的鉆孔并做相應的抽水試驗獲取了準確的水文地質參數，為地下水資源評價提供了基礎支撐。

1 水文地質條件

研究區主要位于昆侖山前格爾木河傾斜平原中前部，如圖1所示，地下水位埋深10～130m之間，沉積了巨厚的第四系松散沉積物，為大厚度潛水區，從而為地下水賦存提供了良好的空間。多年的勘探資料顯示，中、上更新統為冰磧、冰水、沖洪積地層，巖性主要為砂卵礫石、泥質砂礫石，巖層顆粒普遍較粗，松散，相應的孔隙度、給水度也大，在接受地表水的垂直滲漏補給后，成為地下水分布和賦存的主要部位。

圖1 計算斷面位置圖

在縱(南北)向上，自基巖山區至細土平原，地下水水量、水質、埋藏條件發生了一系列變化，表現在巖性顆粒由粗變細，即由砂卵礫石層逐漸變為砂礫石、中粗砂、粉細砂、粘土層。含水層也由沖洪積傾斜平原的單層大厚度結構變為沖洪積細土平原及其以北地區的多層薄層結構，地下水賦存形式由潛水向承壓—自流水過渡，含水層富水性由強至弱，徑流條件由好變差，水化學作用也由溶濾到積聚。水位埋深由洪積扇頂部的大于100m到戈壁前緣的不足10m，至細土帶平原溢出地表，形成沼澤和泉集河，向下游徑流，最終注入鹽湖消耗于蒸發。

在橫(東西)向變化上，從沖洪積扇軸部到扇間洼地，地下水隨著地貌、巖相的變化具有由富變貧，透水性能也由好變差的特點。

2 水文地質參數計算

通過抽水試驗確定的基礎數據，利用多種方法計算滲透系數(K)，經分析對比選用合理的滲透系數(K)，并由此計算相應的影響半徑(R)、導水系數(T)以及給水度(μ)，具體參數計算如下：

2.1 滲透系數(K)的確定

研究區進行的抽水試驗可分為兩種類型，單孔抽水試驗及帶觀測孔的抽水試驗，共完成了單孔抽水試驗15組，其中帶單觀測孔的孔組抽水試驗2組，采用穩定流和非穩定流兩種理論方法計算滲透系數(K)。

2.1.1單孔抽水試驗

(1)穩定流方法

水文地質參數選用潛水非完整井、潛水完整井的解析公式與影響半徑R的經驗公式聯立，用試算法求K。

(1)

公式選自GB 55027—2001《供水水文地質勘察規范》，該公式適用于潛水非完整井，單孔穩定流抽水試驗，過濾器位于含水層中部，前文所述，含水層厚度大于200m，其中本次計算采用的有效含水層厚度為水位以下至孔底段，根據鉆孔的水位和孔深各孔的含水層厚度不一致。滲透系數計算結果見表1。

表1 穩定流方法計算滲透系數(K)值結果表

根據前人多次實踐證明，穩定流計算的滲透系數K值均偏小，一般不采用該種方法計算出的數值。

(2)非穩定流方法

單孔非穩定流計算采用了主孔直線法、主孔水位恢復法、庫伯—雅各布直線圖解法進行了計算，見表2。

表2 單孔非穩定流方法計算滲透系數(K)值結果表

計算公式：

(2)

(3)

(4)

式中，T—導水系數，m2/d；s＇—剩余降深，m；i—直線段斜率；t＇—恢復時間，min；其余變量含義同上。

2.1.2帶觀測孔抽水試驗

(1)穩定流計算方法

①利用帶觀測孔的抽水試驗資料計算滲透系數(K)，采用潛水非完整井公式計算，結果見表3。

表3 帶單觀測孔公式計算滲透系數(K)成果表

(5)

式中，Sw—抽水井降深，m；S1—觀測井降深，m；

r1—抽水井到觀測井之間的距離，m；rw—抽水井濾水管半徑，m；l—濾水管長度，m；其余變量含義同上。

該公式選自《供水水文地質手冊》第二冊，水文地質計算第28頁(地質出版社，1977年)，該式適用于潛水非完整井，帶一個孔的抽水試驗。

(2)非穩定流計算方法

利用觀測孔的抽水試驗資料分別采用庫珀—雅各布直線法、泰斯水位恢復法、泰斯法，利用加拿大滑鐵盧水文地質公司AquiferTest抽水試驗軟件進行計算，計算結果見表4。

表4 滲透系數(K)值計算成果表

計算公式：直線圖解法與水位恢復法同不帶觀測孔非穩定流計算公式相同。

(6)

式中，W(μ)—井函數；μ—井函數自變量(與時間、距離及導壓系數有關)；其余變量含義同上。

由于區內第四系厚度較大，本次施工的鉆孔均為非完整井，由于穩定流和非穩定流兩種理論計算的結果出入較大，所以對K值需分析研究后選取計算采用值，其取值遵循以下原則。

①由于穩定流理論計算的參數明顯偏小，與實際出入較大，所以多選取與實際較接近的非穩定流理論計算的參數。即單孔抽水試驗資料一般選用水位恢復法、帶單觀測孔的孔組抽水試驗選用觀測孔水位恢復法，如果帶一個以上觀測孔，則采用距離最近的觀測數據計算出的結果。

②運用同一種理論方法計算，同一鉆孔在不同落程之間計算的參數結果近于一致的，取大降深的計算值。

③運用同一種理論方法計算，同一鉆孔在不同落程之間計算的參數結果相差較大的，分析原因后有選擇性地取舍。

根據上述原則及所選用的計算公式，格爾木河沖洪積扇通過單孔、帶觀測孔計算的滲透系數及采用值見表5。

表5 滲透系數(K)值計算成果表

2.2 導水系數(T)的計算

利用單孔和帶觀測孔的抽水試驗資料分別采用庫珀—雅各布直線法、主/觀測孔泰斯水位恢復法，利用加拿大滑鐵盧水文地質公司AquiferTest抽水試驗軟件進行計算，計算結果見表6，同滲透系數選擇原則一致，選取水位恢復法計算的導水系數。

表6 導水系數(T)值計算成果表

2.3 影響半徑(R)的確定

帶觀測孔的單孔抽水試驗做了兩組，其他均為單孔抽水試驗，采用主孔和觀測孔穩定水位降深值，作圖法得出的結果明顯偏小，其主要原因是抽水孔的水躍值較大，所以潛水采用穩定流理論中的庫薩金經驗公式確定影響半徑(R)值。

(7)

式中，變量含義同上。

在上式中，影響半徑R值隨降深S和滲透系數的變化而變化，所以根據抽水試驗按前表2所選取穩定流理論滲透系數K值后，換算成降深為5m影響半徑R，見表7。

表7 影響半經(R)計算成果表

2.4 給水度的確定(根據單孔抽水資料確定給水度)

采用適用于K=0～600m/d中細砂以粗地層的經驗公式計算給水度(μ)值，見表8。由表可見，用經驗公式計算的給水度(μ)值與前人取值比較接近。

(8)

式中，變量含義同上。

計算得出，格爾木河沖洪積扇平均給水度(μ)為0.262。

3 結語

通過對基本覆蓋整個沖洪積扇的大口徑水文地質鉆孔參數計算，查明了各參數在橫向及縱向上的變化規律：在縱(南北)向上，自基巖山區至細土平原水文地質參數具有逐漸減小的特點；在橫(東西)向變化上，從沖洪積扇軸部到扇間洼地，水文地質參數隨著地貌、巖相的變化具有逐漸減小的特點。參數的確定是基于多種計算方法對比進行的，取值準確可靠。通過確定的水文地質參數，計算了格爾木河沖洪積扇地下水允許開采量，并通過了青海省自然資源廳儲量評審中心的審查，各參數的確定對后續水文地質相關的地下水位上升致災、水源地合理布局的確定提供了基礎參數。