興仁縣巴鈴富水區巖溶水的資源量評價分析

張 琳，祝 念

(貴州省地質工程勘察院，貴州 貴陽550008)

興仁縣巴鈴富水區巖溶水的資源量評價分析

張 琳，祝 念

(貴州省地質工程勘察院，貴州 貴陽550008)

貴州地處西南巖溶石山中心，碳酸鹽巖廣布，巖溶天窗、豎井、落水洞等巖溶個體形態發育，地表水缺乏，地下水開發顯得尤為重要。本文以巴鈴富水區資源量評價開發利用分析為例，以大井法等方法計算其可開采資源量，用降水入滲補給法驗證其補給量的保證程度，并對地下水質量進行評價，在水質與水量得到保證的前提下實施鉆探開發，以便為同類巖溶水文地質條件下的巖溶水開發起到一定借鑒作用。

巖溶;富水區;大井法;地下水開發

貴州地處西南巖溶石山中心，全省碳酸鹽巖分布面積12.96萬 km2，由于巖溶個體形態發育，地表水嚴重漏失，造成地表巖溶干旱缺水十分嚴重，而地下水資源卻相當豐富。因此開發地下水資源就成為貴州找水任務的重中之重。巴鈴鎮是興仁縣的重要集鎮之一，十二五期間是重大的煤化工基地，城鎮的發展及煤化工基地的建設為水源開發提出了更高的要求。而巴鈴鎮地處巖溶富水區，開發利用條件好，開發后可作為巖溶富水區典型之例。

1 區域地質概況及地下水系統特征

區內出露的主要地層由老至新分別為:三疊系中下統嘉陵江組(T1－2j)，巖性為灰巖、白云巖時偶夾白云質灰巖、泥質灰巖、泥灰巖，含裂隙—溶洞水。三疊系中統關嶺組(T2g)，巖性為白云巖、泥質白云巖、白云質灰巖夾泥灰巖及泥質灰巖，底部為“綠豆巖”，含溶洞—裂隙水。三疊系中統楊柳井組(T2y)巖性為灰巖、白云質灰巖、泥巖，含裂隙—溶洞水。三疊系上統賴石科組(T3ls)，巖性為泥灰巖、粉砂質泥灰巖，含基巖裂隙水。

工作區構造特點是以旋扭式構造型式為主，兼有北西、北東及北北東向構造。受區域構造的影響，工作區斷層較為發育，主要有小坪寨斷層(F1):位于工作區東部小坪寨，為平移斷層，走向為 60°，傾向為 150°，傾角為 85°，長約 7.5 km;其北西盤向南西方向運動，南東盤向北東方向運動;巴鈴斷層(F2):位于巴鈴鎮集鎮，其走向為330°，傾向為240°，傾角為70°，長約3 km，該斷層對本區地下水排泄起一定的控制作用。受該逆斷層控制，沿斷層面兩側有較多泉點分布;菜子凼斷層(F3):位于巴鈴鎮東側，為平移斷層，走向為70°，傾向為160°，長約3 km;其北西盤向南西方向運動，南東盤向北東方向運動。

水源地受地表水文網、地層巖性控制，富水區邊界主要有地表分水嶺及細碎屑巖隔水層。南部以三疊系上統賴石科組(T3ls)泥灰巖及粉砂質泥灰巖為隔水邊界，東部及北西部為地表分水嶺為隔水邊界，北東部為三疊系中統關嶺組(T2g)粘土巖為隔水邊界。其西側發育逆斷層，為水源地排泄區。上述條件圈定了富水區系統邊界特征。

2 富水區地下水資源量評價

2.1 方法選擇

工作區富水條件較為多變，分布面積較大，構成了井位分布較為復雜的平面形狀，且工作程度較少，為計算方便，故采用“大井法”作為可采資源量評價方法之一;同時，根據工作區水文地質條件具有不均勻性的特點以及已作成井抽水試驗，直接根據抽水資料采用“單位儲存法”進行推算其可采資源量。

2.2 大井法計算可采資源量

工作分布面積不規則的成井在開采后，其外圍逐漸形成一個統一的降落漏斗。理論上可將形狀不規則成井系統所圈的面積看成是一個理想“大井”的面積，此時，整個鉆井系統的出水量就相當于“大井”的出水量，成井半徑用“大井”的引用半徑代替，影響半徑用“大井”的引用半徑代替。

2.2.1 計算公式

根據工作區水文地質條件，采用潛水非層流穩定流完整井計算公式如下:

式中:K為含水層滲透系數(m/d);H為抽水前潛水層厚度(m);h0為井內動水位(m);r0為大井引用半徑(m);d為井至供水或隔水邊界的距離，供水邊界為減，隔水邊界用加(m)。

2.2.2 參數的確定

1)含水層滲透系數(K)的確定

含水層滲透系數根據成井抽水試驗資料確定，采用2010年4月興仁縣巴鈴鎮小坪寨成井(CK16)抽水試驗相關數據，采用以下公式進行計算:

式中:K為滲透系數(m/d);R為影響半徑(m);Q為涌水量(1 431.03 m3/d);H 為含水層厚度(71.40 －30.00=41.40 m);Sw為水位降深值(9.40 m);r為抽水井有效半徑(0.109 5 m)。

計算得:滲透系數，K=5.161 3 m/d

2)H、h0的確定

與上同，采用2010年4月興仁縣巴鈴鎮小坪寨成井(CK16)抽水試驗相關數據得:H=27.1 m，h0=25.8 m。

3)大井引用半徑(r0)的確定

大井的引用半徑r0可用以下經驗公式確定

式中:F為鉆井分布范圍圈定的面積，或者以降落漏斗的封閉等水位線所有圈定的最大范圍之面積。

根據工作區條件，F=50 000 m2，則 r0=126.34 m

4)井至供水或隔水邊界的距離(d)的確定

根據工作區實際條件，圈定d1=2 000 m;d2=3 500 m

2.2.3 可采資源量計算

將上述各項參數代入公式(a)，

得 Q=1.31萬 m3/d

2.2.4 保證程度的驗證

大井法計算極為簡單，但尚需用補給量來驗證其保證程度。工作區補給來源主要為大氣降水，故采用降雨入滲補給法計算其補給量。

1)計算公式

式中:Q為降雨入滲補給量(m3/d);α為降雨入滲系數;F為接受降雨滲入的面積(m2);P為不同保證率下降雨量(m)。

2)各參數選取

(1)降雨入滲系數，參照同地區同地層類比，取0.251;

(2)接受降雨滲入的面積(F)，根據工作區水文地質條件，實際取 35.5 km2，即 35.5 ×106m2。

3)不同保證率下降雨量(P)

椐興仁縣氣象站多年年降水量序列資料，從中選擇出一個完整的降水周期，按下式對年降水量序列進行概率統計檢驗:

式中:A為保證率;m為周期內降水量按大小排列的序號;n為氣象資料年限數;為多年平均降水量(mm);Pi為年降水量(mm);δ為均方差;CV為變差系數;CS為偏態系數;Ki為年降水量模比系數

檢驗結果年降水量服從正態分布。據此，采用皮爾遜Ⅲ型分布作為概率模型，進行理論頻率曲線選配。不同保證率計算結果見表1。

表1 巴鈴不同保證率降水量計算結果

4)補給量計算

將上述參數代入公式(e)得水文地質單元內50%保證率降水量條件下，地下水天然補給量為3.39萬 m3/d，75%保證率時為2.95萬 m3/d，95%保證率時為2.36萬 m3/d。

在95%保證率時其補給量遠大于大井法計算得的Q=1.31萬m3/d。故采用大井法計算得的可采資源量是可靠的。

2.3 單位儲存法計算可采資源量

在需水量很大，地下水徑流量很小而含水層厚度又較大的區段，可采用較長時間的大于徑流量的開采試驗抽水確定其可采資源量。利用枯季抽水試驗，在抽水試驗進行一段時間t0后，含水層的水位下降與抽水時間近乎呈直線關系，此時抽水量Q由地下水的徑流量Qg及消耗的含水層貯存量VCT二部分水量組成。

式中:Q為抽水量(m3/d);Qg為地下水徑流量(m3/d);VCT為T時間內消耗的貯存量值(m3);T為水位呈直線下降的時間間隔(d)。

式中:qCT為單位貯存量，即在抽水井影響范圍內含水層水位每下降1 m所消耗的貯存量(m3);hCT為在T時間間隔內含水層水平下降的平均值(m)。

由于抽水時間為2010年4月，工作區已有近8個月未降雨，故其地下徑流量很小，即Qg≈0，則(g)式可寫為:

根據小坪寨成井抽水資料得 Q=1 431.03 m3/d;T=1.33 d，hCT=0.1 m。計算得:

地下水可采資源量根據下式計算:

由于Qg≈0，則(i)式可寫為:

式中:Q可為地下水可采資源量(m3/d);TH為枯水期時間(d);hCTmax為枯水期終允許的最大水位消耗值(m)。根據工作區多年降雨資料及小坪寨成井抽水試驗分析得TH=174 d，hCTmax=102.7 m。

計算得Q可=1.12萬 m3/d

根據雨季偶測抽水數據求取地下水可采資源量安全系數η。

若雨季抽水量為Q豐，抽水時間為t豐，在此期間水位回升值為Δh，則t豐時間內地下水總補給量Vn應為:

每日地下水補給量Qn則為:

根據小坪寨成井豐水期一次偶測資料代入上式(Q豐=1 650.84 m3/d、t豐=2 d，Δh=3.51 m)，得:

Qn=3.5 萬 m3/d

根據公式(j)及(l)計算出一年內所需的地下水補給時間tn(d):

則地下水可采資源量的安全系數η為:

式中:t′n為一年內地下水接受補給的實際天數(d)，根據工作區多年降雨資料，t′n取 191 d，得 η =191/116.83=1.64

安全系數η在1.3～2.0之間，則說明計算結果 Q可=1.12萬 m3/d較為可靠，真實。

采用“大井法”及“單位儲存法”計算得工作區可采資源量(Q可)分別為 1.31萬 m3/d及 1.12萬 m3/d，兩種方法計算得結果較為接近，單位儲存法忽略地下水徑流量，僅考慮地下水儲存量，在年際補給充分的條件下計算得的資源量更為合理，故取Q可=1.12萬 m3/d作為工作區地下水可采資源量。

3 地下水資源水質評價

地下水質量評價選取工作區內成井、巖溶泉及地下河取樣檢測共6組進行評價，其中成井水樣2組、地下河出口水樣1組，巖溶泉水樣3組。水質分析包括全分析、特殊分析、氰酚分析以及細菌學(細菌總數、大腸桿菌總數)分析，分析項目共28項。根據水樣中檢測物質含量，按《地下水質量標準》(GB14848－93)要求，對區內地下水的質量進行了評價。分析結果如表2。

表2 工作區地下水資源評價結果

根據取樣分析數據，得出評價:水源水質達Ⅱ類的5處，Ⅲ類1處，地下水水質良好。

4 結語

通過對區內水文地質特征分析，配合巖石地層特征、構造組合特征等綜合分析，劃分出了巴鈴鎮地區富水塊段。采用“大井法”及“單位儲存法”共同計算并驗證地下水可開采資源量，其結果較為真實。為設計布井和成功開采地下水，提供了良好的基礎條件。

同時，該方法的成功應用，也可為同類巖溶水文地質條件下巖溶水開發利用起到一定借鑒作用。

［1］地質礦產部水文地質工程技術方法研究隊.水文地質手冊.北京.地質出版社.1983.

［2］中國地質調查局.中國西南地區巖溶地下水資源開發與利用.北京.地質出版社.2006.

［3］貴州省地質調查院.貴州巖溶地下水開發與經濟技術評價.貴州.

［4］劉澤強.水文地質手冊.北京.中國地質出版社.2006.

［5］陳萍，巴特爾.貴州巖溶地下水開發與經濟技術評價.貴州地質.2008，25(1).

P641.134

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1004－1184(2012)03－0040－03

2012－03－09

張琳(1983－)，女，河北保定人，助理工程師，主要從事水文地質調查工作。