抽水试验在确定水文地质参数中的应用

抽水试验在确定水文地质参数中的应用

李秉伟

（辽宁省北票市水资源办公室，辽宁北票122100）

［摘 要］本文以北票市金禄矿业有限公司取水井抽水试验为例，介绍利用抽水试验确定涌水量Q及渗透系数K值、影响半径R值的工作方法，。

［关键词］抽水试验；水文地质；参数确定

1 项目概况

北票市金禄矿业有限公司现有地下水取水井3眼，其中有1眼50 m基岩深井和1眼深25.1 m沉圈大口井位于东官河东岸，2眼井相距140 m，串联供水；另1眼深19 m沉圈大口井位于东官河西岸，枯水季节东岸2眼取水井水量不足时启用，补充生产用水。

根据企业发展需要，北票市金禄矿业有限公司拟新增年设计生产5万t的铁矿石加工磁选铁精粉项目，设计生产期300 d，年需水量15万m3，日用水500 m3。取水水源为地下水，采用沉圈大口井、基岩深井2眼自备井同时取水。为验证查明其是否能够保障企业正常生产用水以及对周边地下水环境的影响，对其进行抽水试验工作，确定涌水量Q及渗透系数K值、影响半径R值，为企业取水许可的审批提供技术依据。

2 项目区区域地质及水文地质概况

2.1 地层与岩性

第四系地层：分析区内的地形、地貌，主要为低山丘陵及其相间的河谷平地，这种地貌形态严格控制了堆积物的分布规律，即低山丘陵鞍部及钭坡上为残积或残坡积物，山前、山麓地带为坡洪积物。河谷两侧为冲积或冲洪积物。

上更新统坡积—坡洪积层黄土状亚粘土，亚砂土，主要分布在小巴沟河西，扭头沟东部，组成了山前洪积扇。出露标高300～400 m。覆盖厚5～15 m。

全新统冲积—洪积层分布于河流一级阶地、二级阶地上。表层为耕土，覆盖厚0.5～1.0 m，中下部为中粗砂、夹砾、卵石，大小混杂，胶结蔬松。内夹薄层粉砂土，覆盖厚度3～22 m。

全新统冲积—冲洪积层呈条带状，广泛分布于现代河床及河漫滩上，复盖厚度15～25 m。在漫滩顶部，普遍复盖粉细砂与砾石，厚度0.5 m左右，现代河床分布粗砂与砾卵石。底部为中粗砂与砂卵石,厚10～25 m。

前第四系地层：为燕山旋回，第四期细粒花岗岩，局部出露第三期石英二长岩。炮手到西仓大面积出露太古界建平群小塔子沟组黑云母角闪钭长片麻岩。

2.2 含水层的分布规律及其特征

分析区内含水层分布及其特征严格受地形、地貌、岩性构造等因素的控制。依据前人钻探资料和此次抽水实验成果分析，将分析、论证区含水层分为3种类型：

1）强富水的河谷阶地漫滩砂砾石含水层

主要分布在山咀至小巴沟一带，沿东官河两岸呈条带状展布。含水层主要为冲积砂砾石、卵石层。透水性好，厚5～10 m。水位埋深14～15 m。根据以往钻孔抽水实验，涌水量30～50 m3/h。

2）中等富水的山前洪积扇裙亚粘土砂砾石含水层

主要分布在小巴沟村西、北、西仓、山咀一带，含水层厚度变化大，由后缘至前缘覆盖厚度由薄逐渐变厚，一般厚10～20 m。水位埋深15～17 m，涌水量10～20 m3/h。

3）弱富水的太古界变质岩含水岩系

主要出露在山咀至小巴沟一带，为太古界变质岩，变质、风化作用强烈，岩石表层风化破碎，裂隙发育，涌水量5～10 m3/h。

2.3 地下水的形成及补给来源

区内陆下水的形成主要受降雨、地形、地貌、含水层厚度的控制。地下水的来源主要依靠大气降雨入渗补给形成地下水。

河谷两岸是低山丘陵区，由于植被不发育，岩石差异性大，地形坡度陡，大气降雨只能沿风化裂隙入渗形成地下水，入渗补给能力有限。

山前扇裙发育了第四系松散堆积物，成因有坡积、坡洪积。地下水在垂直方向上接受大气降雨的入渗补给。在水平方向上接受基岩山区的补给，形成地下水的径流区。

河谷区是孔隙比较大的中粗砂、砾卵石层，含水层较厚，垂直方向上易接受大气降雨的入渗补给，水平方向上接受山区山前扇裙地下水的补给。该区是地下水的高集区，也是地下水的排泄区。

3 抽水试验

3.1 设备的准备工作

抽水水泵为沈阳产深井潜水泵，额定流量50 m3/h，扬程130 m，石家庄恒源科技有限公司超声波流量计、地下水位智能观测仪器，手动观测水位100 m长导线，容量2 t储水箱，万能表等。

3.2 设备安装及测试方法

将潜水泵安装在大口井中，出水口前端安装超声波流量计，再将100 m导线接接探头垂入抽水井中，导线地面端接万能表，铜钎入地，通过大地传导与静水面构成通路，利用万能表及地下水位智能观测仪器共同观测降深，相互验证。在基岩深井中安装1台流量25 m3/h的潜水泵往大口井中注水，实现串联供水，采用超声波流量计及水箱容积法共同测量取水井的涌水量，互相验证。容积法水箱开始抽水时计量所需时间，抽水过程中，每1 h测量1次，记录小时涌水量的大小；超声波流量计从开始抽水时，分别以5，10，15，20，30，40，50 min和1 h为计量单位，观测记录单位时间涌水量。

3.3 抽水试验成果

取水井井深50 m，井径0.325 m，为机械管井。抽水试验启泵从上午8时开始，下午15时停泵结束，历经7 h，稳定时间6 h，稳定流量816 m3/d，静水位埋深17.8 m，稳定水位埋深24.3 m，稳定水位下降6.5 m。结合先期钻孔资料，现场试验和分析成果见表1，图1，2。深井潜水泵流量25 m3/h，扬程30 m。

表1 取水井抽水试验观测成果表m

注：8：00—14：00为抽水时水位变化观测值；14：01—15：00为恢复水位观测值。

抽水时水位变化观测值 恢复水位观测值时间8：00 8：05 8：10 8：15 8：20 8：30 8：40 8：50 9：00水位降深17.8 18.6 19.2 20.4 21.3 23.2 24.3 24.3 24.3时间9：15 9：30 10：00 10：30 11：00 12：00 13：00 14：00水位降深24.3 24.3 24.3 24.3 24.3 24.3 24.3 24.3时间14：01 14：04 14：08 14：18 14：33 14：40 15：00水位降深23.2 21.7 20.3 19.3 18.1 17.8 17.8

3.4 水文地质参数确定

根据抽水试验结果，依据经验公式计算分析区涌水量、影响半径、渗透系数等水文地质参数。

图1 北票市金禄矿业有限公司取水井抽水试验S-T曲线图

式中：Q——矿井涌水量，m3/h；K——基岩渗透系数，m/d；H——矿井含水层厚度，m；Sω——矿井疏干后水位降深，m；R——矿井影响半径，m；r——矿井半径，m。

把现场各记录原始数据代入公式（1—2）中，联立方程，利用试算法（逼近法）最终求得金禄矿业有限公司生产取水井正常取水前提下，涌水量Q为34 m3/h，影响半径R值为93.6 m，含水岩系渗透系数K值为7.1 m/d。取水井水文地质参数见表2。

图2 北票市金神妙矿业有限公司取水井抽水试验Q-T曲线图

表2 取水井水文地质参数成果表

抽水孔深/m第四系厚度/m含水层厚度/m静止水位/m涌水量/（m3·h）水位降深/m渗透系数/（m·d-1）影响半径/m 25.121.07.317.834.06.57.193.6

4 结语

地下水动力变化非常复杂，至今还在不断探索研究之中，利用抽水试验确定Q，K，R值是水文地质中常用的方法，具有一定的可靠性及简单实用性，但这种方法也有其局限性（不能确定给水度、导压系数、释水系数等），适用前提是假定含水层均质、相对等厚、无限、各项同性等，裘布衣稳定流理论才能够最好地成立，能够满足一般水文地质勘察工作，在地质条件复杂或技术要求较高的实际工作中，还应结合其他的一些理论、方法等，相互比较，相互印证，最终达到一个与实际结果最为接近的目的。

［参 考 文 献］

［1］袁开先，付丽华，徐先领.水文地质学［M］.北京：水利电力出版社，1984，6.

［2］李国庆，刘之平.水力学［M］.北京：中央广播电视大学出版社，2001，11.

［3］于义彬，谭炳卿.SL/322—2013，建设项目水资源论证导则［S］.北京：中国水利水电出版社，2014，3.

［4］GB50487—2008，水利水电工程地质勘察规范［S］.

［5］贵州地调，非稳定流抽水试验的理论及资料整理［J/OL］.《贵州地调》微信版.2015-01-05/2017-02-09.

［6］朱永琴，水文地质基础［J/OL］.《南江地质》微信版.2016-08-25/2017-02-09.

［中图分类号］P641.73

［文献标识码］B

［文章编号］1002—0624（2017）10—0037—03

［收稿日期]2017-03-20