孟村縣地下水壓采專用井抽水試驗數(shù)據分析

□張 雷

抽水試驗是查明含水層特征的主要手段，通過對孟村縣15眼地下水壓采專用井（潛水完整井6眼、承壓完整井9眼）進行單孔穩(wěn)定流抽水試驗，確定含水層組的水文地質參數(shù)（滲透系數(shù)k、影響半徑R）、單井出水量、單位涌水量，根據水位降深和涌水量選擇水泵型號，通過抽水試驗來評價水源地的可開采量等，為制定科學合理的地下水開采方案提供依據。

利用水泵把流向垂直井內地下水汲取到井外，使井內水位下降，而井壁外含水層中地下水在降落漏斗范圍內，由于水頭差作用連續(xù)不斷地流入井內，逐漸在井壁周圍形成一個以井軸為中心的由小到大穩(wěn)定的降落漏斗，取得水位降深與出水量均達到相對穩(wěn)定過程段的觀測資料，求得水文地質參數(shù)。孟村縣地下水壓采專用井分布見圖1。

圖1 孟村縣地下水壓采專用井分布圖

1.孟村縣水文地質概況

孟村縣地質屬華北沉降帶的次一級構造單元，為新華夏構造體系。水文地質條件依據物探、鉆探和大量機井資料分析，地下水主要貯存于第四系松散地層中，水文地質條件復雜，地下水含水層為多層結構的含水巖系，由上而下可分為4個含水組。

2.孟村縣地下水壓采專用井抽水試驗

孟村縣開鑿的15眼壓采井貫穿于第Ⅰ～第Ⅳ含水組，井深分別為40m、350m、480m及 600m，井管為無縫鋼管，井徑273mm。

2.1 壓采井抽水試驗的過程

抽水試驗開始前，首先現(xiàn)場記錄壓采井的相關資料，包括（井深、井徑、材質、管徑、潛水泵的功率、靜水位埋深、取水段深度、濾管長度等）；采用單井無觀測孔的穩(wěn)定流抽水試驗，只做一次最大降深的抽水試驗；抽水孔的水位和流量同時進行觀測，觀測頻次為由密到疏，一般在抽水開始后第 1、3、5、10、20、30、45、60、75、90min進行觀測，以后每隔30min觀測一次，穩(wěn)定后可延至1h觀測一次，當抽水孔的水位和流量均達到穩(wěn)定后，根據《供水水文地質勘察規(guī)范》（GB50027-2001）中規(guī)定：“中砂、細砂和粉砂含水層再延長觀測16h”；停泵后應立即觀測恢復水位，觀測時間間隔與抽水試驗要求基本相同，若連續(xù)3h水位不變，或水位呈單向變化，連續(xù)4h內每小時水位變化不超過1cm，或者水位升降與自然水位變化相一致時，即可停止觀測。

2.2 抽水試驗設備及用具

2.2.1 抽水設備

考慮到抽水井埋深和降深大、精度要求高、井徑足夠大，承壓井抽水使用了深井潛水泵，潛水井抽水選用了小功率的潛水泵。

2.2.2 測水用具

在抽水試驗中，量測水位采用了人工下線法及電測水位計、萬用表水位計；流量監(jiān)測采用超聲波流量計，同時采用水溫表和氣溫表輔以水溫、氣溫觀測。

3.抽水試驗數(shù)據整理分析

試驗數(shù)據分析，需編制有關曲線圖表，指導并檢查試驗情況，確定試驗數(shù)據的準確性。

3.1 繪制出水量、動水位與時間關系過程曲線（Q、S～t曲線圖）

抽水開始前，按設計要求，把圖紙的使用比例尺和圖式，以及坐標軸代表的項目安排好，便于抽水開始即可得到實測的 Q、S、t值，及時、準確地標在圖紙上，并連結相應關系的各點，即繪成Q、S～t曲線圖。此文中按不同含水組的壓采井，分別了選取位于孟村縣正南方向的新縣40m潛水井Q、S～t曲線圖圖2、緊鄰孟村縣城南后張沙350m承壓井Q、S～t曲線圖圖3、孟村縣東北方向西南莊480m承壓井Q、S～t曲線圖圖4、緊鄰孟村縣城北王御史600m承壓井Q、S～t曲線圖圖5為例。

表1 孟村縣抽水試驗水文地質參數(shù)成果表

圖2 新縣40m潛水井Q、S～t曲線圖

圖3 張沙350m承壓井Q、S～t曲線圖

圖4 西南莊480m承壓井Q、S～t曲線圖

從圖2-5中可見，在正常情況下，開始抽水時的Q、S～t曲線表現(xiàn)為水位下降快和出水量較大，且不穩(wěn)定。經一段時間后，水量與水位都漸漸趨向穩(wěn)定狀態(tài)，圖上呈現(xiàn)出水位、涌水量與時間關系這兩條曲線是平行的。必須指出，在現(xiàn)場繪圖過程中，如果出現(xiàn)Q、S值不是相應地變化，要及時檢查分析和處理。

3.2 水文地質參數(shù)的計算

通過抽水試驗能計算出水文地質參數(shù)，主要為滲透系數(shù)K及影響半徑R。因無觀測孔，不能直接采用裘布依公式計算滲透系數(shù)K及影響半徑R，而采用裘布依公式結合庫薩金或吉哈爾特經驗公式，然后用迭代法或試算法求解。在選用計算公式時，應充分考慮適用條件，分潛水完整井和承壓完整井，公式如下：

潛水完整井K、R計算公式：

承壓完整井K、R計算公式：

式中：Q―抽水流量，m3/d；

M一含水層厚度，m；

H―抽水前的原始水位，亦稱靜水位，m；

s―井內水位下降值，簡稱降深，m；

r一抽水井半徑，m；

R―抽水補給半徑或影響半徑，m；

圖5 王御史600m承壓井Q、S～t曲線圖

K―滲透系數(shù)，m/d。

此文選取15組機井的（潛水完整井6眼，承壓完整井9眼）抽水試驗數(shù)據，通過對孟村地區(qū)水文地質條件和試驗數(shù)據資料以及采用的計算公式進行綜合分析后，求出了一系列水文地質參數(shù)值，為水資源管理行業(yè)提供數(shù)值參考。孟村縣不同含水組機井抽水試驗水文地質參數(shù)成果見表1。

40m井深處于第Ⅰ含水組，為淺層含水組，由成井資料可知，該含水組砂層由黃色，棕色粉細砂伴有青灰色細砂組成，砂層顆粒細，頂板8～15m，底板40m，石橋鄉(xiāng)60m，由南向北砂層厚度從20m降至10m左右。從表中數(shù)據可得，單位涌水量在0.1～1.5l/s·m左右，滲透系數(shù)在0.6～12.76m/d。

350 m井深處于第Ⅲ含水組，由成井資料可知，該含水組砂層由灰黃、黃色粉細砂組成，在含水砂層中伴有膠結砂和漿石之類，頂板在180～250m，底板在338～346m，可利用含水砂層變化很大，由西部的50～70m到東部30m左右。單層厚度由石橋、高河一線的7～9m漸降至辛店、自來屯一線的4～5m，層數(shù)為3～7層不等。從表中數(shù)據可得，單位涌水量在0.4～1.3l/s·m左右，滲透系數(shù)在1.5～6.5m/d左右，目前大部分機井開采該含水層。

480 m、600m井深處于第Ⅳ含水組，由成井資料可知，砂層厚度在60～100m左右，隔水層多為黏砂和黏土，砂層發(fā)育良好，富水性強，單位涌水量0.3～1.0l/s·m左右，滲透系數(shù)在 0.5～1.6m/d左右。

4.結語

一是由于單井抽水試驗不能直接采用裘布依公式計算滲透系數(shù)k，需結合其他公式（吉哈爾特或庫薩金公式），因此水文地質參數(shù)值為概略計算所得。

二是正式的穩(wěn)定流抽水試驗，一般要求進行3次不同水位降深（落程）的抽水，以確定Q-s間的關系，且各次降深的抽水連續(xù)進行。由于人力及時間的局限性，只做了一次最大降深的抽水試驗，基本符合抽水試驗的規(guī)范要求。

三是觀測孔填礫與黏土封孔后，安裝深井潛水泵以水泵最大出水量抽水洗井，抽水洗井至水清砂凈后結束，如果洗井不徹底將會影響抽水試驗的數(shù)據。