地下兩層承壓水關(guān)系以及降壓對(duì)周邊環(huán)境影響分析

中國(guó)建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 200135

1 地質(zhì)水文條件

1.1 土質(zhì)條件

背景場(chǎng)地位于正常地層分布區(qū)，地基土分布較穩(wěn)定。在勘察深度180 m范圍內(nèi)的地基土均屬第四系河口、淺海、濱海、沼澤、湖澤相沉積層，主要由黏性土、粉性土、砂土組成。

按其沉積時(shí)代、成因類型及其物理力學(xué)性質(zhì)的差異可劃分為14 個(gè)主要層次，缺失第⑧層土，第⑦層砂土與第⑨層砂土直接相接。

1.2 水文條件

場(chǎng)地第一承壓含水層位于第⑦層砂土中，承壓水位一般隨季節(jié)、氣候、潮汐等因素呈周期性變化。正常情況下承壓水水位埋深為7.0～11.00 m。本場(chǎng)區(qū)由于缺失第⑧層黏性土，第二承壓含水層位于第⑨層砂土中，第一、第二承壓含水層（即第⑦層土、第⑨層土，以下簡(jiǎn)稱⑦層水和⑨層水）相互連通。

2 降水方案[1-3]

2.1 降水井布置

本次降水共布置11 口井，其中6 口為⑨層水降水井（3口作抽水井，3 口作為水位觀測(cè)井），5 口為⑦層水降水井，作為⑦層水位觀測(cè)，降水井布置見(jiàn)圖1。

圖1 降水井平面布置

2.2 降水安排

利用JJ2、JJ3、JJ5井抽水，持續(xù)48 h，其余井作為⑦層、⑨層水位觀測(cè)井，水位變化數(shù)據(jù)實(shí)行自動(dòng)化采集，將群井抽水試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)值代入三維滲流模型軟件反演求參。

2.3 數(shù)據(jù)分析

1）水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算。采用非穩(wěn)定流求參方法，應(yīng)用Aquifer Test試驗(yàn)分析軟件，并根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)的補(bǔ)給、排泄邊界條件、地下水類型、試驗(yàn)井的性質(zhì)、布井方式等一系列水文地質(zhì)條件，結(jié)合規(guī)范中有關(guān)計(jì)算公式的適用條件，進(jìn)行含水層水文地質(zhì)參數(shù)和相應(yīng)的等效影響半徑的分析與計(jì)算。水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算采用定流量、承壓含水層非穩(wěn)定流的Hantush-Jacob方法。

2）地下水滲流數(shù)值模擬。根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件，包括試驗(yàn)場(chǎng)地的靜止水位、地下水埋藏條件與分布特征、含水介質(zhì)的土性與滲透特征等，利用Modflow軟件，建立該地塊地下水滲流數(shù)值模型。對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)識(shí)別和驗(yàn)證后，利用該數(shù)值模型確定抽水試驗(yàn)期間地下水滲流場(chǎng)的時(shí)空分布規(guī)律。

3 承壓水變化情況分析

3.1 抽水期間水位變化

抽水期間，對(duì)⑨層水和⑦層水觀測(cè)井內(nèi)水位變化進(jìn)行同步的監(jiān)測(cè)，水位變化數(shù)據(jù)采用自動(dòng)采集儀獲取。各觀測(cè)井水位變化與時(shí)間關(guān)系曲線，見(jiàn)圖2。

圖2 觀測(cè)井水位埋深與時(shí)間關(guān)系曲線

通過(guò)對(duì)第⑨層水進(jìn)行持續(xù)抽水，在抽水約1 000 min后，⑨層水觀測(cè)井水位已基本穩(wěn)定。

3.2 三維數(shù)值反演分析

根據(jù)水位變化數(shù)據(jù)，在三維計(jì)算模型中設(shè)置抽水井，將抽水井涌水量代入三維數(shù)值模型中，進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，實(shí)測(cè)水位與數(shù)值模擬計(jì)算降深曲線對(duì)比分析，見(jiàn)圖3、圖4。從模擬分析結(jié)果看出，各觀測(cè)井點(diǎn)的數(shù)值模擬水頭降深和實(shí)測(cè)水頭降深規(guī)律基本一致，兩者的偏差很小，可滿足精度要求。

圖3 ⑨層水實(shí)測(cè)降深曲線與模擬降深曲線對(duì)比

圖4 ⑦層水實(shí)測(cè)降深曲線與模擬降深曲線對(duì)比

3.3 三維數(shù)據(jù)模擬結(jié)果分析

通過(guò)不斷調(diào)整優(yōu)化后的參數(shù)對(duì)模型重新計(jì)算，得到群井抽水階段試驗(yàn)場(chǎng)地及周圍環(huán)境的承壓水頭降深模擬結(jié)果。經(jīng)對(duì)比觀測(cè)證明，理論水位降深變化與實(shí)際抽水試驗(yàn)水位降深變化基本相符，說(shuō)明反演參數(shù)及模型能夠代表本場(chǎng)區(qū)的水文地質(zhì)特征。

3.4 ⑨層承壓水影響范圍分析

理論上在無(wú)限延伸的承壓含水層中不存在影響半徑，但習(xí)慣上引入穩(wěn)定流的影響半徑概念。根據(jù)各觀測(cè)孔水位降深和各觀測(cè)孔至抽水井中心的距離，繪成圖表，得到一條趨勢(shì)曲線（圖5），由曲線與坐標(biāo)軸相交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水平距離得出影響半徑，由圖看出⑨層抽水影響半徑大于500 m。

4 周邊環(huán)境沉降分析

4.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

圖5 推求影響半徑R的趨勢(shì)曲線

場(chǎng)區(qū)共布置21 個(gè)地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)和4 組深層土體監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每組深層土體監(jiān)測(cè)孔包括3 個(gè)土層的測(cè)點(diǎn)（3 個(gè)土層包括：④層、⑤層和⑥層），監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖6所示。

圖6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意

4.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

由監(jiān)測(cè)結(jié)果分析證明，⑨層水降壓期間，地表及深層土體監(jiān)測(cè)值均在±0.5 mm范圍內(nèi)正常波動(dòng)，對(duì)周邊環(huán)境影響非常小。

5 結(jié)語(yǔ)

1）通過(guò)⑦層與⑨層的承壓水位觀測(cè)，其靜止水位埋深基本相同，差異不明顯。

2）第⑨層含水層的滲透系數(shù)垂直向和水平向有較大差異，其主要原因是在第⑨1層中局部夾薄層粉性土、黏性土，夾層較多。

3）⑨層水降壓，由于水源補(bǔ)給充足，其水力坡度比較小，影響半徑比較遠(yuǎn)（達(dá)500 m）。

4）⑨層水降壓，其水位立即下降，幅度比較大；⑦層水位下降相對(duì)滯后，下降幅度相對(duì)比較小。水位恢復(fù)時(shí)，⑨層水降水井水位恢復(fù)較快，⑦層水降水井水位較慢。

5）對(duì)地表及不同埋深土層進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)⑨層水降壓對(duì)其影響不明顯。