濟寧市山前平原巖溶水水源地抽水試驗分析

陳國浩 孟翠翠 陳 碩 陳翔宇 張海廷

（濟寧市水文局 濟寧 272000）

1 引言

濟寧市位于山東省西南腹地，處于沂山低山丘陵與山東省西南部黃泛平原交接地帶。濟寧市山前平原巖溶水水源地主要為郭里集單斜子系統內分布的電解鋁廠、尹家溝、石橋、唐村、北亢、謝莊、黃路屯、雙村和兩城水源地。郭里集單斜子系統位于鄒縣的西南，東依嶧山、西鄰南陽湖、南接獨山湖，主要包括鄒城市郭里鎮、石墻鎮、太平鎮、唐村鎮、北宿鎮、嶧山鎮及微山縣馬坡鎮、兩城鎮等部分地區。嵐曹高速、京臺高速、G104、G327、S104、S345、S342 從區內或區外通過，有縱貫南北的鐵路和貫穿南四湖的京杭大運河，交織成網的公路把鐵路與水路連成一體，溝通了與全國各地的聯系，交通十分便利。濟寧市山前平原巖溶水水源地為濟寧市城市生活及大中型企業生活生產用水提供了優質的水源，為城市及地方發展做出了極大的貢獻。對水源地的水文排布規律進行研究，可為更合理地利用水源地水源提供科學依據。水源地地理位置見圖1。

2 水源地基本條件

2.1 水源地地質概況

郭里集單斜子系統的東、南部為低山丘陵，西、北部為山前傾斜平原。地勢東高西低，西側魯橋臨湖地帶地勢最低洼，地面標高在35m 左右，南部及東部丘陵區，一般標高200～350m，最高點在嶧山，標高為545.2m。

依據地貌成因和地貌形態組合，區內地貌共分為兩大類、八種成因類型：（1）低山丘陵，分布在系統的東部邊界之處、分散在南部；基巖埋藏較淺，山頂直接裸露，巖性為花崗巖為主，質地堅硬，多形成尖峭的地貌形態；坡麓地帶，風化較嚴重，表層多為殘積物覆蓋；谷底堆積較薄的洪積物、坡積物等。（2）山前傾斜平原：坡面沖積平原、沖積洪積平原、沖積平原。

圖1 地理位置示意圖

2.2 水源地水文概況

郭里集單斜子系統為兗州凸起巖溶含水系統的一部分，裸露或隱伏分布著大面積的寒武—奧陶系碳酸鹽巖，具有獨立的地下水補、徑、排、存儲條件，類型屬于獨立完整的巖溶地下水系統。根據巖溶水的補給、徑流、排泄及區域存儲特點，可進一步劃分為南、北兩個相對獨立的水文地質單元，也就是說兗西斷塊和郭里集單斜兩個子單元。兩個水文地質單元在接莊—鄒城一帶連為一體，它們之間既有相對獨立性，又有相連的整體性。

郭里集單斜子系統位于兗州凸起巖溶含水系統的南部，為一向北和北西傾斜的單斜蓄水構造，總面積約521.75km2，其中南端山區裸露面積約246.75km2。上覆孔隙含水層由潛水—微承壓水處理；潛在的巖溶含水層是承壓的?？紫逗畬优c巖溶含水層之間存在弱滲透層。郭里集單斜子系統中的水源是一個巖溶含水層組，隱藏在第四系之下。它主要為奧陶系馬家溝群碳酸鹽巖含水層，其次是上覆的第四系松散層孔隙水含水層。第四系厚度在52～65m 左右，其底部巖性主要為粘土層及富水性差的混粒砂，厚度在15m左右，在水源地附近形成較連續的相對隔水層，第四系孔隙水水位標高在33m 左右，巖溶水水位標高在13m 左右。

3 抽水試驗

為了確定水源的地下水含水層滲透系數、探查水源流長特征和各含水層之間的水力聯系。于2017年4月26日至5月31日，在山前平原的巖溶水源地進行了單孔抽水試驗以及群孔干擾抽水試驗，持續36d，其中抽水33d，靜水位及恢復水位觀測3d，抽水層為隱伏裂隙巖溶含水層。抽水試驗共設抽水主井7 眼，本次抽水過程主要經歷了三個階段：

3.1 單孔抽水試驗（2017年4月25～26日）

在實驗之前，測量監測井的靜水位，然后對抽水主井進行抽水試驗，并在觀察孔上進行靜水位觀測。單孔抽水試驗共持續16h，沉降時間為15h，恢復時間為9h。

根據該公式，可計算出本次抽水井影響半徑和含水層滲透系數：

式中：R—抽水影響半徑，m；

S—降深，m；

M—含水層厚度，m；

r—抽水孔半徑，m；

K—含水層滲透系數，m/d；

Q—涌水量，m3/d；

試驗期間的抽水流速為6888m3/d，單位水流入量為1916.528 m3/（d·m）。抽水前靜水位埋深24.616m，水位減少3.594m。依據計算公式（1），計算得出抽水井的含水層滲透系數為59.208m/d，影響半徑為276.545m，導水系數為2236.878 m2/d。

3.2 群孔干擾抽水試驗（2017年4月26日～5月31日）

在實驗過程中，對抽水主井進行抽水，同時對監測井水位進行監測。對抽水主井進行抽水的同時，監測抽水井的動水位和流速，同時進行移動水位和流量監測。在抽水之后的第1min、2min、3min、4min、6min、10min、15min、20min、25min、30min、40min、50min、60min、80min、100min、120min 各觀測一次，每30min 進行一次測試，直至泵送結束。三次測量的數據是相同的，或者4h 內水位差不超過2cm，這即為穩定水位。在穩定期每半小時測定一次。通過對監測井的水位監測，在群孔抽水試驗前期及抽水后期，第四系孔隙水流場沒有發生明顯變化，水源中的地巖溶地下水從南向北徑流，巖溶地下水流向漏斗中心。

3.3 關停所有水泵，進行水位恢復觀測（2017年5月29日10 點35 分），結束恢復水位觀測（5月31日）

執行恢復水位監測時按照1min、2min、2min、3min、3min、4min、5min、7min、8min、10min、15min 的時間間隔觀測，以后每隔30min 觀測一次，直至穩定。監測結果表明，監測水位在10 天后恢復，第四系孔隙地下水對裂隙巖溶地下水具有補充作用。第四系孔隙地下水對裂縫型巖溶地下水的回流通常延遲約10 天左右。

4 結論

（1）單孔抽水試驗結果表明：濟寧市山前平原巖溶水源地含水層滲透系數為59.208m/d，抽水井的沖擊半徑為276.545m，導水系數為2236.878m2/d。根據抽水井的影響半徑，可為濟寧市山前平原巖溶水源地的保護提供理論依據。

（2）群孔干擾抽水試驗結果表明：水源地巖溶水的補給來源是大氣降水的補給、農田灌溉的補給、地表水的補給和側向徑流供給，還有第四系孔隙水補充巖溶水。

（3）濟寧市山前平原巖溶水源地的徑流方向為自南向北徑流，在局部地段巖溶地下水向漏斗中心徑流。排泄方式主要是西北角的人工采礦和側向徑流。

（4）群孔抽水試驗的前期和后期抽水階段，第四系孔隙水流場沒有發生明顯變化，第四系孔隙地下水對裂隙巖溶地下水具有越流補給作用，補給時間一般滯后10d 左右■