廣東省大唐國際雷州發(fā)電廠地下水抽水試驗分析與評價

［關鍵詞］抽水試驗；水文地質參數(shù)；分析評價

隨著社會用電需求持續(xù)高速增長，電能替代，建設電廠是當務之急。大唐國際雷州發(fā)電廠建設規(guī)模為2x1000MW級的大型燃煤電廠，為了求取電廠廠址及其附近中深層含水層的滲透系數(shù)、影響半徑、涌水量等水文地質參數(shù)，收集前人關于本區(qū)域地質、水工環(huán)地質調查研究成果及資料，合理利用及分析本區(qū)的氣象水文及工程可行性研究報告等資料的基礎上，進行了野外綜合水文地質調查、鉆探施工、完成抽水試驗并取水樣送檢分析，判定含水層的水文地質參數(shù)，評價含水層富水程度及出水能力，通過水質分析確定本區(qū)地下水水質，為資源評價與取水構筑物設計提供依據(jù)[1]。

1. 區(qū)域地質概況及水文地質概況

1.1地質概況

大唐國際雷州發(fā)電廠所在區(qū)域處于雷瓊自流盆地西南部。第三紀以來，沉積了一套厚達三千多米的第三、四系松散—半固結內陸湖盆—海陸交互相巖層，其間由于火山活動，致使火山巖夾于沉積層中或噴溢地表覆蓋于松散沉積層之上形成巖被。孔隙發(fā)育的松散砂土、半固結砂礫巖類及孔洞裂隙發(fā)育的火山巖為區(qū)內主要的含水層。據(jù)區(qū)域地質資料，本區(qū)基底由白堊、寒武紀地層或中生代侵入巖構成，基底形態(tài)凹凸不平，埋深受構造控制。地下水的賦存主要受控于新生代以來的構造變動和沉積物的固結程度及沉積環(huán)境，而含水層的厚度、巖性、粒度、補逕排條件是富水性的決定因素。

1.2地下水類型及富水性

根據(jù)含水介質，本區(qū)內的地下水可分成孔隙水（松散巖類）和裂隙水（火山巖孔洞）兩大類，其中孔隙水（松散巖類）根據(jù)含水層的水位變化埋藏深度、水文特征及地下水開采又可劃分為淺層孔隙潛水—微承壓水、中層承壓水、深層承壓水。各含水層埋深厚度見表1。

1.2.1 裂隙水（火山巖孔洞）

火山巖孔（裂）隙、洞穴是裂隙水（火山巖孔洞）主要的存水通道。更新世時期，地殼板塊的擠壓或拉扯，火山活動過于頻繁，造成火山發(fā)生多次噴發(fā)，導致玄武巖氣孔化、巖石風化產(chǎn)生裂隙，多層巖石重復出現(xiàn)從而形成了多層含水層。依賦存特征可分為孔洞裂隙水、風化裂隙水、孔隙水、管狀水或脈狀水等，前兩者較為普遍，后兩者則分布局限，一般情況下不作細分統(tǒng)稱為孔洞裂隙水。水位埋深依地形而異，一般3～30 m，水位埋深gt;30 m者僅分布于個別火山錐及附近地段。富水性貧乏-中等，很不均一，受制于火山巖的孔洞裂隙發(fā)育程度、巖性、厚度及補給條件，與火山噴發(fā)性質、期次也密切相關。

1.2.2 松散巖類孔隙水

①淺層孔隙潛水-微承壓水

砂堤砂地孔隙潛水主要分布于西部海岸的砂堤砂地，含水層巖性為中細砂、亞砂土、貝殼中粗砂等，厚2～8m，民井出水量100～254 m3/d。砂堤砂地含水層多覆蓋于湛江組砂礫含水層之上，聯(lián)合組成潛水含水層組。

湛江組潛水—微承壓水含水層以湛江組上部的砂層為主，一般由2～4 個小層組成。巖性主要為粗砂，次為中、細砂，厚4.8～14.5 m，頂板埋深5～14 m不等。水位埋深一般為3～6 m。由于含水層常埋于湛江組雜色黏土之下，地下水多以微承壓水形式賦存，富水性中等。

②中層承壓水

區(qū)內廣泛分布，中層承壓水是目前開發(fā)利用的主要水源，含水層由望樓港組、燈樓角組和湛江組砂性土組成，在30～200 m深度內可揭露3～8個含水層，其上與淺層水含水層往往有2～25 m 黏性土隔水層分開，其下常有3～70 m厚的粉砂質黏性土與深層承壓水含水層相隔，局部地段隔水層缺失，形成與上、下含水層直接溝通的越流補給“天窗”。含水層巖性以礫石、粗砂為主，由含礫粗砂、中砂組成；含水層總厚度30～136 m 不等，單層厚度3～38 m。水位埋深受地形地貌控制，總體上由高地向沿海低地遞減，地面標高小于5 m 的沿海低地局部目前仍可自流。地面標高大于20 m的地區(qū)由淺至深（含水層）水位標高逐層下降，而標高20 m以下地區(qū)中層承壓水含水層水位標高則自上而下逐層遞增。同一含水層，地面標高越大水位埋深越大。根據(jù)湛江市1∶10萬雷州市區(qū)域水文地質海康港一烏石一覃斗等地段，單井出水量5000～10000 m3/d（統(tǒng)一按濾水管直徑219 mm和降深5 m計算），富水性好。

③深層承壓水

區(qū)內廣泛分布。含水層由角尾組、下洋組、燈樓角組、望樓港組海相砂層組成，于200～500 m深度內一般可揭露3～10個含水層，總厚度40～188 m，單層厚2～11 0m不等，巖性為礫石、砂礫和粗、中、細砂及半固結的粗、中、細砂巖。水位標高：火山巖臺地區(qū)從高臺地向低臺地逐漸遞減；平原區(qū)從平原中心向沿海漸降；地面標高小于10 m的局部低地目前仍可自流。單孔出水量5000～10000 m3/d，富水性。

2. 水文地質鉆探孔

2.1水文地質鉆孔的結構

本次施工一個抽水試驗井和兩個觀測井，井深分別為230.63 m、230.77 m、188.05 m，共649.45 m。

（1）主要抽水孔：鉆探采用350mm開孔口徑，下部采用300 mm開孔口徑。在鉆孔深度為0～102m的時候下φ219 mm 鋼管；鉆孔深度為102～218m 的時候下φ165 mm鋼管。

（2）普通觀測孔：鉆探采用350mm開孔口徑，下部采用300 mm開孔口徑。全孔φ127mm鋼管。

2.2鉆孔抽水試驗方法

本次在垂直地下水流向上布置2個觀測孔，觀測孔距主孔分別為50 m、80 m，進行三個落程，每個落程穩(wěn)定延續(xù)時間約10 小時。

抽水試驗時，動水位的深度及出水量的觀測時間，應在抽水試驗開始后的30 分鐘內每隔5 分鐘各測量一次，往后每隔30分鐘或者是60分鐘觀測一次；每隔2～4小時同步測量一次水溫、氣溫。

恢復水位的觀測：若抽水試驗結束或試驗過程中由于其他因素導致水泵停止運作，應馬上進行恢復水位深度的觀測。觀測時間間距一般為1、5、10、15、20、30分鐘觀測一次，往后每隔30 分鐘觀測一次，直至完全恢復。

出水量的測量，孔板流量計，水位測量讀數(shù)精確到mm。

2.3 取樣與分析

本次水質分析為飲用水分析，按《水樣采集送檢技術規(guī)程》要求采樣1個。取樣在開泵1～2小時后取樣后粘標簽，填寫送樣單，注明化驗項目，送往化驗室。

3. 抽水試驗

本次施工水井3 眼，分別在其中一眼抽水試驗井（SK5）和兩眼觀測井（觀1、觀2）進行了抽水試驗。按三次抽水降深分別進行：①第一次抽水降深為7.84 m，抽水試驗持續(xù)的時間為110 小時，穩(wěn)定的時間為8小時，水泵停止后水位恢復至抽水前的水位時間為810小時35分鐘；②第二次抽水降深為15.20 m，抽水試驗持續(xù)的時間為110小時，穩(wěn)定的時間為8 小時，水泵停止后水位恢復至抽水前的水位時間為2 小時35 分鐘；③第三次抽水降深為21.30 m，抽水持續(xù)時間為111小時，穩(wěn)定的時間為8小時，水泵停止后水位恢復至抽水試驗前的水位時間為5小時5分鐘。本次抽水試驗成果及曲線分析數(shù)據(jù)見表2及圖1所示。

q＝f（s）曲線為一條由右往左傾斜的曲線，由此表明抽水的過程中，隨著井內的水位深度降深增大，單位涌水量逐漸變小。

4. 水文地質參數(shù)計算

本次水文地質參數(shù)計算是根據(jù)該區(qū)域地下水的水文地質條件及實地調查情況和抽水試驗數(shù)據(jù)獲取的綜合資料進行。本區(qū)段的滲透系數(shù)K及影響半徑R是本次的主要核心計算，能具體反映地下水透水情況和影響范圍。根據(jù)本次抽水試驗的觀測數(shù)據(jù)，把抽水試驗井作為1～2個承壓完整井。滲透系數(shù)K值利用裘布依公式采取兩個觀測孔的數(shù)值進行計算；計算的影響半徑R值[2]為選取有1個或2個觀測孔承壓完整井的條件下R值的計算公式以及吉哈爾特經(jīng)驗公式進行。

根據(jù)抽水試驗結果，抽水試驗井隨抽水降深（S）增大，單位涌水量（q）減少的特點，抽水試驗Q＝f（s）曲線的類型呈示指數(shù)曲線，曲線的形狀走向為承壓水的曲線特征。根據(jù)圖1抽水試驗Q—t、S—t的曲線及水位恢復的曲線顯示分析在抽水過程中，開始階段的試驗井地下水特征為水量大及水位深度下降快。經(jīng)過連續(xù)抽水一段時間，兩者均趨于穩(wěn)定，且在停止抽水后，水位恢復較快，說明本井地下水的補給條件好。

參照上面所列的公式及相關參數(shù)依次進行計算，得出該區(qū)域的平均滲透系數(shù)K 為13.02 m/d，影響半徑R 為769.9 m，計算結果見表3。

5. 水質

根據(jù)水質分析成果（見表4），本區(qū)地下水除鐵（TFe）、錳（Mg2+）含量略偏高外，其余均符合國家生活飲用水標準。另外地下水中的偏硅酸（H2SiO3 ）含量為31.80 mg/L，其質量濃度已經(jīng)滿足飲用天然礦泉水界限指標的規(guī)定（參考國家標準《飲用天然礦泉水》（GB8537－2018）[3]，可作為飲用天然礦泉水開發(fā)和利用。

6. 評價

本次進行了三次降深抽水試驗，降深為21.30m，出水量為22.222 L/s（1919.98 m3/d），平均單位涌水量為3.469 L/s.m。通過計算，得出本區(qū)段的地下水平均滲透系數(shù)K為13.02m/d，影響半徑R為769.9m。中層承壓水和深層承壓水富水性好，地下水開采量能滿足發(fā)電廠工作需求。根據(jù)水質分析成果表（見表4），本區(qū)地下水中含量略偏高的是鐵（TFe）、錳（Mg2+），其他水的質量分析結果均符合國家生活飲用水標準。地下水分析中的偏硅酸（H2SiO3 ）含量為31.80 mg/L，其質量濃度值也滿足國家飲用天然礦泉水界限指標的相關規(guī)定，經(jīng)過合理科學有效地開發(fā)利用可作為飲用天然礦泉水。通過本次抽水試驗，取得詳細的水文地質參數(shù)及含水層的富水性特征，并判定該區(qū)地下水的水質，為地下水資源評價與取水構筑物設計提供依據(jù)。