利用開采性抽水試驗評價地下水允許開采量

李愛平，張國飛，苗建軍，劉志強

(1.內蒙古自治區城鎮建設水文中心，內蒙古 呼和浩特 010000;2.通遼市水利勘測設計院，內蒙 通遼 028000)

地下水允許開采量的計算是地下水資源評價的核心問題，其評價方法多種多樣。對于中小型水源地地下水資源評價，特別是水文地質條件復雜地區，若在短期內不易查清補給條件而又急需作出評價結果時，相比其他評價方法而言，利用開采性抽水試驗方法來確定水源地地下水允許開采量會收到事半功倍的效果。

1 基 本理 論［1，2］

開采性抽水試驗其原理是根據計算區擬定的開采方案，按照設計的開采降深和開采量進行一至數月開采性抽水，抽水降落漏斗應能擴展到計算區的天然邊界，根據抽水結果確定允許開采量。根據抽水水位穩定狀況，可分為穩定流和非穩定流兩種類型。

1.1 穩定流狀態

按設計需水量進行長期抽水時，主井或井群中心點的動水位等于或小于設計降深時，呈現出穩定流狀態，并且觀測井的水位也能保持穩定狀態，其穩定狀態均達到規范要求，而且在停抽后，水位又能較快的恢復到原始水位，這表明實際抽水量小于或等于開采時的補給量，按設計需水量進行開采是有補給保證的，此時，實際抽水量就等于允許開采量。若將抽水量作為設計需水量，水源地地下水完全是有保障的。

1.2 非穩定流狀態

在長期抽水過程中，主井及觀測井的水位一直持續緩慢下降，停止抽水后，水位雖有恢復，但始終達不到初始水位，說明抽水量大于補給量，消耗了含水層中的儲存量。計算補給量的方法是選擇抽水后期，主井與觀測井出現同步等幅下降時的抽水試驗資料，建立水量均衡關系式，求出補給量。此時，若沒有其他消耗時，任一抽水段內產生水位降深的水均衡關系式為:

由此可見，抽水量有兩部分組成，即開采條件下的補給量和含水層消耗的儲存量。選擇水位等幅下降階段若干個時段資料，就可利用消元法計算出補給量和 μF值。為了檢驗所求補給量的可靠性，可利用水位恢復階段的資料計算補給量進行檢驗，水位恢復時，ΔS/Δt為水位回升速度，計算時取負號。水位恢復時計算補給量的公式為:

同時，也可將抽水階段水均衡關系式(1)式與水位恢復階段水均衡關系式(2)式聯立，消去μF值，直接求解補給量Q補。

2 實例

水源地位于內蒙古赤峰市寧城縣天義鎮北部池家窩鋪附近，老哈河一級階地地區，區內地勢平坦，第四系孔隙潛水分布廣，水位埋藏淺，一般為2.66～5.30 m之間，含水層厚度大，厚度一般35～49 m之間，水量豐富，富水性大，含水層由第四系砂、砂礫石、砂卵石組成。根據抽水試驗成果得知，400 mm口徑下的單位涌水量 50～90 m3/h·m，滲透系數58.43 ～76.34 m/d，影響半徑 150 m，pH 值 7.06 ～8.08，礦化度 0.27 ～0.55 g/L，水化學類型 HCO3—Ca型。

2.1 水源地布井方案

根據區內水文地質條件，水源地選擇在距老哈河河岸400 m 附近，坐標:X=440 887.01—441 258.34，Y=461 273 0.77—461 296 3.33，面積約 0.1 km2。水源地共布井 3眼，即 T1、T2和 T3，孔徑 600 mm，管徑 400 mm，設計井深 55 m，中心觀測孔1眼。水源地布井示意見圖1。

圖1 水源地布井示意圖

2.2 開采性抽水試驗

本次開采性抽水試驗共計井數16眼，其中抽水井3眼(T1、T2和 T3)，觀測井13眼，三眼井總抽水量25 392 m3/d，試驗時間共計40 d，其中抽水階段30 d，水位恢復階段10 d。由于抽水時間短，后期動水位始終處于緩慢下降狀態(后期呈擬穩定狀態)，說明抽水量大于補給量，消耗了含水層中的儲存量。因此，水源地地下水允許開采量采用非穩定狀態下的開采試驗法計算。根據開采試驗法的適用條件，選擇主井與觀測井同步等幅下降時的抽水試驗資料。為了直觀，利用中心觀測孔時間—降深曲線來計算地下水允許開采量，中心觀測孔時間—降深曲線見圖2。水位下降及上升選擇曲線中直線部分，見表1。

圖2 中心觀測孔時間－降深曲線

表1 水源地抽水試驗觀測數據

將上表數據代入(1)和(2)式，得到:

聯立二式，消去 μF，求解得知:

本次任務是通過開采試驗法評價新增2萬 m3/d開采量的可行性，水源地允許開采量為20 209 m3/d，由此可見，規劃開采量2萬 m3/d是完全有保障的。

為了說明抽水井之間的相互干擾情況，采用抽水后期擬穩定狀態下的降深值，計算主井流量干擾及降深干擾，結果見表2。由表可知，三個開采井T1、T2和T3流量干擾和降深干擾均小于20%，說明水源地地下水補給條件好，徑流通道暢通，降深小，影響范圍小，各單孔之間相互干擾小，長期供水是有保障的［3］。

表2 主井流量干擾及降深干擾計算結果

3 結語

利用開采性抽水試驗方法來評價水源地允許開采量，抽水試驗抽水量接近設計開采量，相應的流量與降深也最直觀地體現在以后實際運作時相應的數值上［3］。因此，開采性抽水試驗成為水源地建立與否的驗證手段，尤其對于短時間內作出評價及水文地質條件復雜地區而言。利用開采性抽水試驗評價水源地允許開采量準確、可靠，但需要花費人力、物力較大。

［1］供水水文地質手冊［M］.北京:地質出版社.1977.

［2］曹劍鋒，遲寶明，王文科等.專門水文地質學［M］.北京:科學出版社.2008:143－144.

［3］何寶林.群孔干擾抽水試驗在評價水量中的應用［J］.西部探礦工程.2004，3:91 －92.