確定布井安全距離的實(shí)驗(yàn)分析

劉偉才

(滄州水文水資源勘測(cè)局， 河北 滄州 061000)

確定布井安全距離的實(shí)驗(yàn)分析

劉偉才

(滄州水文水資源勘測(cè)局， 河北 滄州 061000)

在滄州市規(guī)劃區(qū)西北部將要開(kāi)發(fā)的龍岸清華小區(qū)開(kāi)鑿了一組共9眼淺層地下水井，用抽水試驗(yàn)的方法確定抽水井和建筑物的安全距離。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在試驗(yàn)區(qū)特定的水文地質(zhì)條件下，單井抽水的最大影響半徑為55.1m；結(jié)合以往資料確定抽水井距離建筑物的安全距離為大于18m。

地下水井； 抽水實(shí)驗(yàn)； 影響半徑； 安全距離

1 引 言

城市街道縱橫，建筑物密布，各種公共服務(wù)設(shè)施更是關(guān)系到人們的日常生活起居，因此，在城市建筑群中抽取地下水，安全問(wèn)題是第一位的。在滄州市規(guī)劃區(qū)西北部將要開(kāi)發(fā)的龍岸清華小區(qū)開(kāi)鑿了一組共9眼淺層地下水井，為了確定井與井、井與建筑物的安全距離，用抽水試驗(yàn)的方法加以分析確定。

2 測(cè)定實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 測(cè)定方法

滄州市規(guī)劃區(qū)西北部將要開(kāi)發(fā)的龍岸清華小區(qū)開(kāi)鑿了一組共9眼淺層地下水井，其中一眼為抽水井，其余為觀測(cè)井，井深全部為25m。抽水井管徑為450mm，觀測(cè)井為φ4英寸PVC管。觀測(cè)井距抽水井的距離分別為9.80m、14.83m、17.85m、19.75m、21.72m、24.55m、39.55m和52.15m。抽水試驗(yàn)用三種不同出水能力的水泵，額定出水量分別為6m3/h、10m3/h和16m3/h，實(shí)測(cè)出水量分別為5m3/h、8.5m3/h與10.5m3/h。通過(guò)3次抽水試驗(yàn)測(cè)定穩(wěn)定降深，得到相應(yīng)情況下的抽水影響半徑，繼而確定抽水井和建筑物的安全距離。

2.2 單井抽水影響半徑的確定

分別于7月11日、7月14日、7月16日進(jìn)行抽水實(shí)驗(yàn)，3次試驗(yàn)抽水井穩(wěn)定降深分別為8.92m、14.09m和15.41m。同時(shí)8眼觀測(cè)井(編號(hào)為孔1～孔8)的降深見(jiàn)表1。

表1 抽水實(shí)驗(yàn)觀測(cè)井降深

從3次抽水試驗(yàn)穩(wěn)定降深可以看出：距離抽水井越近的觀測(cè)井，其降深越大，也就是說(shuō)井抽水時(shí)形成一個(gè)明顯的水位降落漏斗，當(dāng)距離增加到某一臨界數(shù)值時(shí)，該處的水位則不再發(fā)生變化，即不受井抽水的影響，這個(gè)臨界值即為相應(yīng)情況下的抽水影響半徑。

單井抽水時(shí)，在其影響范圍內(nèi)形成一個(gè)水位降落漏斗，這個(gè)漏斗的最大半徑即為影響半徑。在特定的水文地質(zhì)條件下，影響半徑的大小主要取決于提水工具取水能力的大小。水泵額定出水量大，抽水時(shí)影響的范圍就大，反之就小。

抽水試驗(yàn)時(shí)根據(jù)抽水井和觀測(cè)井的觀測(cè)資料用下列方程式計(jì)算影響半徑：

(1)

(2)

式中K——滲透系數(shù)； logR——影響半徑；S0、S1——抽水井、第一個(gè)觀測(cè)井井中水位降深；

r0、r1——抽水井的半徑和第一個(gè)觀測(cè)井到抽水井的距離；

H0——含水層厚度。

本次試驗(yàn)計(jì)算了8個(gè)觀測(cè)井抽水的影響半徑，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 抽水試驗(yàn)影響半徑計(jì)算結(jié)果

分析表2中數(shù)值可以看出：

a. 觀測(cè)井距離抽水井越近，所計(jì)算的影響半徑越小，而且計(jì)算得到的影響半徑與觀測(cè)井到抽水井的距離比較接近。

b. 抽水試驗(yàn)采用三種不同出水量的水泵，理論上講應(yīng)該是水泵出水量越大，形成的降落漏斗面積越大，影響半徑就越大，但表2中數(shù)據(jù)并不呈現(xiàn)這樣的規(guī)律，大多數(shù)情況下，實(shí)測(cè)出水量為8.5m3/h的第二次抽水試驗(yàn)，其影響半徑大于另兩次抽水試驗(yàn)的計(jì)算結(jié)果。分析其原因，地下水在含水層中向井的滲透運(yùn)動(dòng)是緩慢的，其距離也是有一定限度的，因此，即使水泵出水能力再大，水的集聚會(huì)供應(yīng)不上，造成影響半徑計(jì)算數(shù)值反而不如充分供水時(shí)的影響半徑大。

c. 理論上講，在同一次抽水試驗(yàn)中，其影響半徑應(yīng)該是個(gè)確定的數(shù)值，不應(yīng)受觀測(cè)孔距離抽水井大小的影響，但由表2計(jì)算結(jié)果可以看出，影響半徑計(jì)算結(jié)果與觀測(cè)孔到抽水井的距離呈正相關(guān)，原因有待進(jìn)一步研究。考慮到井的出水量的可靠性問(wèn)題，宜以水泵最大出水量時(shí)的最大影響半徑為影響半徑，因此，在與這次抽水試驗(yàn)相應(yīng)的水文地質(zhì)條件下，單井抽水的影響半徑為55.1m。

2.3 井與建筑物安全距離的確定

實(shí)踐證明，在短期抽水情況下，地層含水條件越差，則形成的水力坡度越陡，短時(shí)間內(nèi)的影響距離越小。通過(guò)在抽水實(shí)驗(yàn)過(guò)程中建筑變形監(jiān)測(cè)分析，在長(zhǎng)時(shí)間的抽水過(guò)程中隨著水位的下降，會(huì)對(duì)一定范圍內(nèi)的建筑物產(chǎn)生比較嚴(yán)重的影響，可導(dǎo)致建筑物變形。淺水井在抽水過(guò)程中所形成的水力坡度曲線在較陡處對(duì)建筑物的影響較明顯，會(huì)產(chǎn)生不均勻地面沉降；距離漸遠(yuǎn)水力坡度曲線變平緩，由水位下降所形成的地面沉降量較小且相對(duì)均勻，對(duì)建筑物危害明顯減小。

本次采用三種不同出水量的水泵做了3次不同落程的抽水試驗(yàn)，當(dāng)抽水井水位相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，說(shuō)明抽水系統(tǒng)達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，記錄抽水井和觀測(cè)孔的水位，然后停止抽水。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可繪制抽水停止時(shí)的水力坡度曲線，如下圖所示。

龍岸清華小區(qū)抽水試驗(yàn)水力坡度曲線圖

由上圖可以看出，3次抽水試驗(yàn)的水力坡度曲線較為一致，井距10m之內(nèi)，也就是抽水井至第一觀測(cè)孔區(qū)間呈現(xiàn)由陡變緩的趨勢(shì)；至15m第二個(gè)觀測(cè)孔處，水力坡度已成平緩趨勢(shì)；15m之后直至52m第八個(gè)觀測(cè)孔處，始終處于平緩趨勢(shì)。水力坡度陡，說(shuō)明受抽水影響明顯，在長(zhǎng)時(shí)間的抽水過(guò)程中隨著水位的下降，會(huì)對(duì)一定范圍內(nèi)的建筑物產(chǎn)生比較嚴(yán)重的影響，可導(dǎo)致建

筑物變形；距離漸遠(yuǎn)水力坡度曲線變平緩，由水位下降所形成的地面沉降量較小且相對(duì)均勻，對(duì)建筑物危害明顯減小。本次試驗(yàn)證明，建筑物距抽水井距離大于15m，處于一個(gè)安全的距離。

3 與以往成果的比較

本次抽水試驗(yàn)得到兩條結(jié)論：在試驗(yàn)區(qū)特定的水文地質(zhì)條件下，單井抽水的最大影響半徑是55.1m；抽水井距離建筑物的安全距離為大于18m。

通過(guò)收集，得到近年來(lái)市區(qū)淺層地下水的抽水試驗(yàn)資料共4次，其中單井抽水試驗(yàn)3次，有一個(gè)觀測(cè)孔的抽水試驗(yàn)1次，均為潛水完整井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，抽水試驗(yàn)井井深20～25m，其影響半徑最大的為74.0 m，最小的為43.1m，本次在龍岸清華小區(qū)進(jìn)行的抽水試驗(yàn)確定的影響半徑為55.1m，見(jiàn)表3。

表3 抽水試驗(yàn)單井抽水影響半徑對(duì)比

抽水井與建筑物的安全距離在《滄州市規(guī)劃區(qū)淺層地下水資源評(píng)價(jià)及合理開(kāi)發(fā)研究報(bào)告》與《滄州市區(qū)淺層地下水資源評(píng)價(jià)及開(kāi)發(fā)利用研究》中的分析成果均為大于18m，本次試驗(yàn)證明為15m，但考慮規(guī)劃區(qū)內(nèi)建筑物的高度和密度正處于一個(gè)快速增長(zhǎng)的過(guò)程，結(jié)合以前的研究成果，綜合分析，確定抽水井與建筑物的安全距離為大于18m。

[1] 龐炳義,等.滄州市區(qū)淺層地下水資源評(píng)價(jià)及開(kāi)發(fā)利用研究[R].滄州：2013.

[2] 周志芳,等.基于抽水試驗(yàn)資料確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào),1996,27(3).

[3] 趙琳琳,等.基于抽水試驗(yàn)的多種方法確定水文地質(zhì)參數(shù)[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2015,11(2).

Experimental analysis on safe distance of well distribution

LIU Weicai

(CangzhouHydrologyandWaterResourcesSurveyBureau,Cangzhou061000,China)

A total of nine shallow underground wells in one group are drilled in Longan Qinghua Living District in the Northwest of Cangzhou Planned Area. The method of water pumping for testing is adopted for determining the safe distance between the water pumping well and buildings. It is discovered through experiment that the maximum influence radius of single-well water pumping is 55.1m under specific hydrogeological conditions in the test area. Previous data are combined for determining that the safe distance between water pumping well and the building is larger than 18m.

underground well; water pumping experiment; influence radius; safe distance

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.02.020

TV221.2

A

2096-0131(2017)02- 0072- 03