蒙古國塔木察格水源地地下水資源評價

張長文 張文平

摘? 要：蒙古國塔木察格地區(qū)缺水嚴(yán)重，中國石油大慶塔木察格公司將在此石油勘探開發(fā)，需要大量水資源。文章詳細研究范圍區(qū)域的地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，分析了地下水的補給、徑流及排泄條件，確定該水源地為疏干型水源地。文章根據(jù)現(xiàn)場抽水資料，獲取了研究區(qū)的水文地質(zhì)參數(shù)。為滿足現(xiàn)場5年的石油勘探生產(chǎn)用水要求，文章使用解析法確定地下水允許開采量，預(yù)測開采5年后的最大水位降深，分析允許開采量保證程度。

關(guān)鍵詞：水資源評價;解析法;預(yù)測

中圖分類號：TU991.11 文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）10-0059-02

Abstract： There is a serious water shortage in the Tamuchage area of Mongolia， where PetroChina Daqing Tamuchage Company will explore and develop oil， which will require a large number of water resources. In this paper， the geological and hydrogeological conditions of the area are studied in detail， the recharge， runoff and discharge conditions of groundwater are analyzed， and it is determined that the water source is a drainage water source. Based on the field pumping data， the hydrogeological parameters of the study area are obtained in this paper. In order to meet the water requirements of oil exploration and production for five years， the paper uses analytical method to determine the allowable exploitation of groundwater， predicts the maximum water level drop after five years of exploitation， and analyzes the guarantee degree of allowable exploitation.

Keywords： water resources evaluation; analytical method; prediction

1 概述

蒙古國塔木察格是一個蘊藏豐富石油資源的地區(qū)，中國石油大慶塔木察格公司于2005年收購該區(qū)塊，進行石油勘探開發(fā)。在勘探開發(fā)過程中需要大量水資源，但本地區(qū)水資源較匱乏，為滿足勘探開發(fā)需水要求，尋找供水水源地，受中國石油大慶塔木察格有限責(zé)任公司委托進行本次水資源勘探工作。

勘探工作主要目的：通過初步勘探工作，在區(qū)內(nèi)尋找最佳富水地段，為今后水源地開發(fā)提供理想耙區(qū);施工20口探采結(jié)合水井，滿足初步水文地質(zhì)勘探工作需要，還要滿足現(xiàn)場5年石油勘探生產(chǎn)的需水要求，每日需水量7000～8000m3;對整個工作區(qū)塊進行全面的水資源評價。

2 研究區(qū)水文地質(zhì)特征

2.1 含水層特征

研究區(qū)內(nèi)共發(fā)育三個含水層，其中第三系一層、白堊系兩層，含水層類型均為孔隙含水層。地下水類型主要為承壓水。各含水層特征自上而下分述如下：第①含水層，本含水層為第三系砂巖，發(fā)育較穩(wěn)定，分布范圍較廣。厚度在9-49m之間，頂板埋深在42-84m之間。含水層巖性主要為細砂巖-粗砂巖，雜色，滲透性中等、富水性中等、水力性質(zhì)為承壓水。第②含水層，本含水層為白堊系砂巖，發(fā)育較穩(wěn)定，分布范圍較廣。厚度在9-24m之間，頂板埋深在82-153m之間。含水層巖性主要為細砂巖，膠結(jié)中等，滲透性一般、富水性一般、水力性質(zhì)為承壓水。第③水層，本含水層為白堊系砂巖，發(fā)育非常穩(wěn)定，全區(qū)廣泛分布。厚度在12-31m之間，頂板埋深在168-225m之間。含水層巖性主要為細砂巖，膠結(jié)中等，滲透性一般、富水性一般、水力性質(zhì)為承壓水。

2.2 地下水補給、徑流、排泄條件

（1）地下水補給條件：本區(qū)大氣降水少，氣候干旱，地下水的主要補給來源為地下水側(cè)向徑流補給，直接大氣降水補給量很少。在開采條件下，由于地下水位的降低，形成降落漏斗，有利于周圍地下水向開采區(qū)補給。

（2）地下水徑流條件：本區(qū)含水層分布均勻，含水層厚度變化不是很大，為無限補給。地下水流坡度平緩，水力坡度為1.54×10-3，地下水徑流條件中等。

（3）地下水排泄條件：本區(qū)地下水總體流向為南西-北東向，南西為補給區(qū)、北東為排泄區(qū)（匯水區(qū)）。

3 地下水資源評價方法

根據(jù)本區(qū)水文地質(zhì)條件，地下水資源評價主要采用解析方法。

3.1 水文地質(zhì)條件概化

根據(jù)區(qū)域構(gòu)造，研究區(qū)內(nèi)無斷層及其它隔水邊界，故將研究區(qū)含水層邊界條件概化為無限含水層。據(jù)此邊界條件，首先擬定各井開采量、設(shè)計開采并布局，然后利用水位消減法，通過井群干擾計算其各開采井降深。如降深值超過設(shè)計要求，則重新調(diào)整開采量，直至滿足設(shè)計要求。

3.2 水文地質(zhì)參數(shù)計算

本次抽水試驗方法為穩(wěn)定流抽水試驗和非穩(wěn)定流抽水試驗兩種方法;抽水試驗的類型為單孔抽水試驗;抽水層段為第三系和白堊系混合抽水;本次水文地質(zhì)參數(shù)計算利用穩(wěn)定流及非穩(wěn)定流抽水試驗成果，采用單孔穩(wěn)定流抽水試驗的裘布依公式、經(jīng)驗公式法和單孔非穩(wěn)定流的直線解析法、水位恢復(fù)法及群孔完整井非穩(wěn)定流干擾抽水等多種計算方法，選用合理公式進行水文地質(zhì)參數(shù)計算。

3.2.1 計算公式選擇

單孔、單孔帶觀測孔抽水試驗利用穩(wěn)定流及非穩(wěn)定流兩種計算公式計算滲透系數(shù)，計算公式如下：

單孔穩(wěn)定流承壓水完整孔計算公式：

單孔帶觀測孔穩(wěn)定流承壓水完整孔計算公式：

單孔非穩(wěn)定流承壓水完整孔直線法計算公式：

單孔非穩(wěn)定流承壓水完整孔恢復(fù)水位法計算公式：

3.2.2 參數(shù)確定

（1）含水層厚度：通過水井鉆探資料，本勘探區(qū)內(nèi)含水層計算厚度采用各孔平均值，取60.9m。計算面積為：21km×16km=336km2。

（2）天然水力坡度：根據(jù)地下水水位等值線圖顯示，工作區(qū)內(nèi)地下水天然水力坡度由西南向東北逐漸變小，本次計算采用平均值1.54×10-3。

（3）含水層彈性釋水系數(shù)（S）、給水度（u）：根據(jù)直線解析法和水位恢復(fù)法兩種方法計算結(jié)果對比，彈性釋水系數(shù)采用非穩(wěn)定流直線解析法成果的平均值2.37×10-3。給水度（μ）采用經(jīng)驗值0.03。

（4）壓力水頭高度：探采井的靜水位為各含水層的混合水位，本次計算壓力水頭高度以第②含水層頂板來計算，平均壓力水頭高度H=76.9m。

3.3 地下水資源量計算

3.3.1 儲存量

（1）承壓含水層彈性儲量：W彈=FμsH=3.36×108×2.37×10-3×76.9=6.1×107m3

（2）當(dāng)水頭降到含水層頂板時，含水層承壓轉(zhuǎn)為無壓時儲存量：W無=μ·F·M=0.03×3.36×108×60.9=6.13×108m3

3.3.2 地下水天然補給量

研究區(qū)內(nèi)地下水徑流方向由西南向東北。由于地表滲入、降水補給、越層補給，均很小，可忽略，本次地下水天然補給量只計算地下水側(cè)向徑流補給量一項。

Q=K·I·B·M=1.03m/d×1.54×10-3×16000m×60.9m=1546m3/d

3.4 地下水允許開采量的確定

3.4.1 開采最大設(shè)計降深

根據(jù)區(qū)域含水層邊界條件和埋藏條件，設(shè)計開采5年最大水位降深不超過第②含水層頂板，即開采最大設(shè)計降深應(yīng)小于最小壓力水頭高度。從各井點壓力水頭高度計算成果表可得到最小壓力水頭高度為52.3m，所以本次開采最大設(shè)計降深為50m。

3.4.2 單井設(shè)計出水量

日需水總量Q總=8000m3;設(shè)計井?dāng)?shù)L=20口;抽水時間T=24小時;

單井設(shè)計出水量Q≥Q總/LT=16.7m3/小時;最終單井設(shè)計出水量為20m3/小時

3.4.3 解析法計算滿足設(shè)計出水量條件下的水位降深

根據(jù)20口探采井分布特點、抽水情況，采用非穩(wěn)定流群井干擾抽水計算公式：

式中：Si-群井抽水時各抽水井的降深（m）;t-設(shè)計開采時間（d）;Ti-各井點的含水層導(dǎo)水系數(shù)（m2/d）;ri-各抽水井距干擾點的距離（m）;ai-各井點的含水層導(dǎo)壓系數(shù)（m2/d）;Qi-各井設(shè)計出水量，每井出水量為20m3/h

根據(jù)上述計算結(jié)果，單井設(shè)計開采量20m3/h，日需總開采量8000m3，開采5年時，最大水位降深為49.1m，滿足開采最大設(shè)計降深50m的要求。

4 結(jié)論

本文在對塔木察格地下水資源背景狀況充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，使用解析法對塔木察格地下水資源進行評價可得出以下結(jié)論：

（1）研究區(qū)主要含水層為下第三系和白堊系砂巖孔隙承壓含水層，其厚度較大、但富水性、滲透性及彈性釋水能力一般。

（2）計算地下水天然補給量1546m3/d，承壓含水層彈性儲存量6.1×107m3，承壓轉(zhuǎn)無壓潛水儲存量為6.13×108m3。

（3）勘探開采方案確定為在研究區(qū)布置4條水文地質(zhì)勘探線，在每條勘探線上各布置5個探采井，共布置20個探采井。

（4）采用解析法計算結(jié)果的對比分析，地下水允許開采量為 8000m3/d;預(yù)測開采5年后的最大水位降深均小于最大允許降深，通過允許開采量保證程度分析， 不會誘發(fā)由于地下水開采引起的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)問題并可滿足石油勘探生產(chǎn)供水需求。

參考文獻：

[1]水文地質(zhì)手冊（第二版）[M].地質(zhì)出版社，2012.

[2]供水水文地質(zhì)手冊（第三版）[M].

[3]張順聯(lián).地下水資源計算與評價[M].水利電力出版社，1992.

[4]曹萬金.地下水資源計算與評價[M].水利電力出版社，1987.