單井穩定流抽水試驗確定地下水允許開采量

韓志文

（四川省冶金地質勘查院，四川 成都 610000）

抽水試驗是以地下水井流理論為基礎，用抽水設備在鉆孔或水井中抽水以測定含水層滲透系數和孔井涌水量、水質和各含水層水力補給的水文地質試驗。穩定流抽水試驗是用水泵將水從鉆孔中取出來，使單位時間內的出水量和孔內水位同時達到穩定要求，通過試驗實測流量和降深值，結合含水層厚度和孔徑，計算含水層的滲透系數和影響半徑等水文地質參數[1]。來確定地下水的允許開采量，為水資源的開發和利用提供依據。

1 水文地質條件

研究區內出露地層主要有侏羅系下統珍珠沖組(J1z)、中下統自流井組(J1-2z）、中統新田溝組(J2x)、下沙溪廟組(J2xs)、上沙溪廟組(J2s)；新生界第四系松散堆積層(Qh)。

據鉆孔揭露：0～4.70m為第四系殘坡積層，透水層；4.70m～24.50m為侏羅系下沙溪廟組砂巖段，巖性為灰黃、褐灰色中一粗粒，厚層一塊狀長石石英砂巖，含裂隙水；24.50m～37.10m為侏羅系下沙溪廟組泥巖段，巖性為紫褐色、紫灰色泥巖，泥巖中見有壓性閉合裂隙，裂面光滑平整，該層泥巖為該礦泉水含水層的隔水頂板；井深37.10m～40.30m為侏羅系下沙溪廟組，巖性為灰綠色泥質砂巖，具有兩條張裂隙，裂面粗糙，無充填物，未見水蝕痕跡；井深40.30m至78m為侏羅系新田溝組的涼高山砂巖段，為該礦泉水的含水層，厚度37.70m，巖性為灰白色中至粗粒，厚至巨厚層狀石英砂巖，粒狀結構，塊狀構造，其中構造裂隙及層間裂隙較為發育[2]。其底部為78.0m～78.4m的鈣質膠結礫巖，為該礦泉水的隔水底板。

地下水可劃分為三種類型：松散堆積砂、礫石層孔隙水、紅層砂泥巖風化帶孔隙裂隙水、碳酸鹽巖裂隙溶洞水。

松散堆積砂、礫石層孔隙水：為砂礫卵石層，質地松散，透水性強，賦水條件好，在泉域內無該層分布，僅分布于區外釜溪河兩岸的階地平壩，山間溝谷附近。

紅層砂泥巖風化帶孔隙裂隙水：為泥巖夾砂巖，易風化，裂隙較為發育，地下水主要儲集于砂、泥巖的孔隙、裂隙中。

碳酸鹽巖裂隙溶洞水：為灰巖、泥質灰巖、含裂隙溶洞水，巖溶不發育，該類地下水主要儲集在碳酸鹽巖的裂隙中，因碳酸鹽巖中夾泥巖、頁巖等相對隔水層，地下水多從灰巖與泥巖的接觸處以泉的形式溢出。

據鉆孔揭露（圖1）：0m～4.70m為第四系殘坡積層，透水層；4.70m～24.50m為侏羅系下沙溪廟組砂巖段，巖性為灰黃、褐灰色中一粗粒，厚層一塊狀長石石英砂巖，含裂隙水；24.50m～37.10m為侏羅系下沙溪廟組泥巖段，巖性為紫褐色、紫灰色泥巖，泥巖中見有壓性閉合裂隙，裂面光滑平整，該層泥巖為該礦泉水含水層的隔水頂板；井深37.10m～40.30m為侏羅系下沙溪廟組，巖性為灰綠色泥質砂巖，具有兩條張裂隙，裂面粗糙，無充填物，未見水蝕痕跡；井深40.30m～78m為侏羅系新田溝組的涼高山砂巖段，為該礦泉水的含水層，厚度37.70m，巖性為灰白色中至粗粒，厚至巨厚層狀石英砂巖，粒狀結構，塊狀構造，其中構造裂隙及層間裂隙較為發育；底部78m～78.4m為鈣質膠結礫巖，為該礦泉水的隔水底板。

圖1 礦泉井井深結構圖

2 抽水試驗

抽水試驗設備采用20m3/h的潛水泵，采用單井無觀測孔抽水，水位觀測采用Micro-Diver地下水水位自動檢測儀，出水管采用民用自來水管，流量觀測采用民用水表。在正式抽水之前水廠停止生產三天，并觀測靜止水位為5.89m，盡水泵最大能力做一次最大的水位降深，初步了解降深值與涌水量的關系，以便正式抽水時合理選擇水位降深。

抽水試驗選擇在枯水期進行，為單井穩定流抽水試驗，抽水試驗歷時四天，分三次降深，為完整井抽水。每次降深的穩定時間不少于8小時，抽水試驗結束后觀測水位恢復至穩定。

3 滲透系數計算

此次抽水試驗按承壓井完整井公式計算含水層的滲透系數K和影響半徑R，公式如下：

式中：K—滲透系數，m/d；

Q—涌水量，m3/d；

S—水位降深，m；

r—抽水孔半徑，m；

H—含水層厚度，m；

利用上述公式，計算滲透系數和影響半徑，結果見抽水試驗成果表（表1）。

表1 抽水試驗成果表

礦泉井枯水期抽水試驗成果（圖2），從Q-S和q-s曲線看，為直線型，當屬承壓水，水位恢復和穩定較快，q=0.280L/s?m。由此反映，該礦泉水為水位、水量相對穩定的源遠流長、深部循環的承壓水。

圖2 抽水試驗成果圖

4 單井允許開采量的確定

根據國家標準及有關規定，對于單井開采，可利用抽水試驗資料，繪制Q=f（s）曲線，依據曲線類型確定水流方程，用內插法計算允許開采量，或依據鉆孔的水位、水量長期觀測資料，用相關分析方法計算允許開采量。

計算單井礦泉水允許開采量一般從兩方面考慮，其一是依據枯季抽水試驗曲線類型，確定最適合的水流計算方程；其二是井（孔）抽水水位降低值一般不宜過大，該礦泉水井為承壓含水層，抽水降深不得大于含水層頂板。按上述原則，結合實際情況確定礦泉水允許開采量：該礦泉水為深層承壓水，補給條件相對較差，抽水試驗大降深穩定較慢；枯水期抽水試驗最大降深15.87m，單位涌水量為0.279L/s.m。

該礦泉水井枯期抽水試驗（2019年11月）成果表明，抽水水動力關系Q-S曲線為直線型，根據GB8537-2018國家標準，采用枯水期的試驗成果，兼顧核實檢查資料進行計算，故采用下列直線方程式計算該礦泉井的允許開采量：

Q=86.4×q×Smax×0.90=86.40×0.279×15.87×0.9 0=344m3/d。

式中：Q：允許開采量；

86.4：換算系數；

q：枯期抽水試驗確定的單位出水量q=0.279L/S·m；

Smax：最大降深值。

根據每日的允許開采量確定全年的允許開采量約為12.56萬m3。

5 結論

該礦泉枯水期抽水試驗最大降深15.87m，單位涌水量為0.279L/s·m，每天允許開采量為344m3/d，年允許開采量約為12.56萬m3。