群孔抽水試驗(yàn)在內(nèi)蒙古干旱地區(qū)水資源評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

楊 閃 張 晶

(華北有色工程勘察院有限公司)

干旱地區(qū)降水量小而蒸發(fā)量大，地下水總資源量相對(duì)匱乏，對(duì)地下水的利用需要十分謹(jǐn)慎，因此對(duì)地下水資源量的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)顯得尤為重要。利用大型群孔抽水試驗(yàn)對(duì)地下水系統(tǒng)形成強(qiáng)烈擾動(dòng)，揭露含水層水文地質(zhì)條件，取得準(zhǔn)確計(jì)算參數(shù)，為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)地下水允許開采量提供依據(jù)[1-4]。

1 區(qū)域水文地質(zhì)條件

研究區(qū)由構(gòu)造剝蝕形成的波狀丘陵和坡地組成，南高北低。南北向大溝谷呈“人”字型貫穿全區(qū)，構(gòu)成一個(gè)完整的水文地質(zhì)單元。區(qū)內(nèi)屬典型的大陸性草原氣候，年均降水量241.8 mm，年平均蒸發(fā)量1 032.2 mm。區(qū)內(nèi)溝谷存有季節(jié)性河流，最大流量27.8 L/s，最小流量1.64 L/s，平均流量7.9 L/s。研究區(qū)水文地質(zhì)見圖1。

2 研究區(qū)地下水類型

研究區(qū)地下水劃分為以下3種類型：

(1)第四系松散巖類孔隙含水層組主要分布于溝谷地帶，巖性以含黏性土中粗砂及細(xì)砂為主，厚度一般為5～10 m，單位涌水量0.52 L/(s·m)，滲透系數(shù)1.46 m/d，含水層透水性及富水性在空間上分布極不均一。在主干溝谷下游地區(qū)，白堊系含水層水頭一般高出第四系水頭4～8 m。第四系在溝谷低洼處含水，在其他地段基本透水不含水。

(2)白堊系碎屑巖類裂隙—孔隙含水層組主要分布于西北部，含水層巖性為弱膠結(jié)的中粗砂巖、粉砂巖等，滲透系數(shù)0.035～12.600 m/d，單位涌水量0.31～4.85 L/(s·m)，一般含水層頂板埋深115～150 m，含水層補(bǔ)給條件較差，自南向北泥質(zhì)含量隨之增大，含水層逐漸尖滅。

圖1 研究區(qū)水文地質(zhì)

(3)火成巖類裂隙含水巖組廣泛分布于南部、東部中低山區(qū)。風(fēng)化帶發(fā)育厚度30.9～51.9 m，風(fēng)化裂隙較發(fā)育，水位埋深一般0.5～18.5 m，單位涌水量0.18～0.20 L/(s·m)，滲透系數(shù)0.015 m/d。

3 研究區(qū)地下水補(bǔ)給、徑流和排泄條件

研究區(qū)地下水以地表分水嶺為界形成一個(gè)完整的水文地質(zhì)單元，地下水運(yùn)動(dòng)以垂向交替運(yùn)動(dòng)為主，側(cè)向徑流為輔。地下水接受大氣降水入滲補(bǔ)給后，大部分地下水短途運(yùn)移就地排泄消耗，小部分向主干溝谷匯集。地下水在主干溝谷自南向北徑流，在北部含水層厚度變薄，尖滅段通過第三系越流或天窗補(bǔ)給第四系地下水，最終以潛水蒸發(fā)形式排泄。

4 群孔抽水試驗(yàn)結(jié)果與討論

群孔抽水試驗(yàn)布置抽水孔6個(gè)，觀測(cè)孔108個(gè)，其中管外孔6個(gè)，白堊系觀測(cè)孔59個(gè)，第四系觀測(cè)孔43個(gè)?？刂品秶媳遍L21 km，東西長14.5 km，面積236.33 km2，對(duì)范圍內(nèi)排水渠道進(jìn)行防滲處理。抽水試驗(yàn)歷時(shí)20 d，恢復(fù)階段73 d，各抽水孔流量和水位變化情況見表1。

表1 各抽水孔水量和相應(yīng)水位降深

通過表1和試驗(yàn)過程現(xiàn)象進(jìn)行分析：

(1)抽水量相對(duì)較大，對(duì)地下水系統(tǒng)震動(dòng)強(qiáng)烈，暴露了地下水系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律，主抽水孔水位降低13.36～14.15 m，降落漏斗南北長約30 km，東西寬3～8 km，影響范圍約240 km2。群孔抽水試驗(yàn)等降深曲線見圖2。

圖2 群孔抽水試驗(yàn)等降深曲線

(2)白堊系承壓水與第四系潛水水力聯(lián)系較好。群孔抽水試驗(yàn)期間溝谷附近第四系觀測(cè)孔水位出現(xiàn)了不同程度的下降(表2)，說明白堊系承壓水與第四系潛水之間存在密切的水力聯(lián)系。

表2 第四系觀測(cè)孔水位降深 m

5 地下水開采量評(píng)價(jià)

(1)排泄量法計(jì)算地下水補(bǔ)給資源量。根據(jù)研究區(qū)水文地質(zhì)條件，地下水排泄方式主要為潛水蒸發(fā)，其次為人工開采、側(cè)向徑流和地表基流。根據(jù)

Q排=Q蒸+Q開+Q徑+Q基.

通過排泄量法計(jì)算，地下水補(bǔ)給資源量為18 334.95 m3/d。

(2)數(shù)值法計(jì)算地下水補(bǔ)給資源量。群孔抽水試驗(yàn)抽水量大、降深大、影響范圍廣，給地下水系統(tǒng)以強(qiáng)烈震動(dòng)，充分暴露了地下水系統(tǒng)各種內(nèi)在規(guī)律。對(duì)數(shù)值模型邊界作流量邊界處理，將含水層概化為兩層越流含水系統(tǒng)，第四系含水層為潛水二維非穩(wěn)定流，基巖為承壓-無壓含水層，二者以越流的形式發(fā)生水力聯(lián)系。根據(jù)第四系地下水和基巖地下水?dāng)?shù)學(xué)摸型，利用數(shù)值法對(duì)群孔抽水試驗(yàn)資料進(jìn)行反復(fù)擬合，通過模型識(shí)別，建立的水文地質(zhì)數(shù)學(xué)模型符合客觀實(shí)際，水文地質(zhì)參數(shù)、降雨入滲系數(shù)、邊界流入流出量等符合實(shí)際，數(shù)值法計(jì)算區(qū)內(nèi)地下水補(bǔ)給資源量為18 091.59 m3/d。

(3)通過比較地下水排泄量法和數(shù)值法計(jì)算結(jié)果可以看出，兩種方法計(jì)算結(jié)果基本吻合，地下水資源計(jì)算以數(shù)值法計(jì)算結(jié)果為準(zhǔn)，研究區(qū)地下水補(bǔ)給量為18 091.59 m3/d。

6 結(jié) 論

通過查明研究區(qū)水文地質(zhì)條件，分析地下水與第四系淺層水的補(bǔ)給關(guān)系，利用群孔抽水試驗(yàn)通過數(shù)值模擬確定地下水補(bǔ)給量為18 091.59 m3/d。當(dāng)水源地地下水開采量為7 000 m3/d時(shí)，可滿足當(dāng)?shù)啬撩裾Ｉ钚枰?，不?huì)造成災(zāi)害性地質(zhì)現(xiàn)象。