李榮偉

（1.保定市水利水電勘測設(shè)計院，河北保定 071051；2.保定市江河水利咨詢監(jiān)理有限公司，河北保定 071051）

保定市一畝泉水源地水文地質(zhì)條件分析與評價

李榮偉1，2

（1.保定市水利水電勘測設(shè)計院，河北保定 071051；2.保定市江河水利咨詢監(jiān)理有限公司，河北保定 071051）

通過對區(qū)域水文地質(zhì)條件、地質(zhì)鉆探、物探和水文地質(zhì)抽水、單井回灌、滲坑入滲、示蹤試驗等資料的綜合分析，對保定市一畝泉水源地水文地質(zhì)條件進行了系統(tǒng)研究，查明了地層巖性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)及地層滲透性等基本參數(shù)，為地下水回灌方案設(shè)計提供了可靠依據(jù)。研究結(jié)果表明，入滲場80m深度內(nèi)揭露含水層7～8層，含水層巖性主要為卵礫石，滲透性較好，是較理想的入滲場地；回灌水有利于補給第1～2含水組，回灌水向西南方向流失及向下部3～4含水組滲流的可能性很?。蝗霛B場垂直滲透系數(shù)為37.16～39.79m/d，單井影響半徑為199.53m。

水文地質(zhì)條件；水源地；地下水回灌；一畝泉

由于城市人口劇增，水資源的供需矛盾正日益突出，地下水回灌是直接擴大地下水資源的最有效手段，也是解決當前許多地區(qū)水資源不足和改善水圈的一個重要途徑［1-4］。

一畝泉水源地位于保定市西郊一畝泉村附近，是保定市城市地下水主要供水水源，由于長期大量超采地下水，形成了一畝泉水源地漏斗，至今漏斗面積已達183km2，漏斗中心水位埋深61m。疏干含水層厚度10.53～18.13m，以卵礫石為主，粗砂次之。一畝泉地下水漏斗的形成為儲存地下水資源創(chuàng)造了良好的存儲空間——地下水庫，保定市已經(jīng)實施的王快水庫與西大洋水庫連通工程，為回灌一畝泉地下水提供了充足水源［5-6］。

1 研究區(qū)基本地質(zhì)條件

西部基巖山區(qū)為中生代薊縣系灰?guī)r或白云質(zhì)灰?guī)r，東部為第四系沉積物。第四系厚度由西向東增厚，山前地帶第四系厚度50～100m，到東部大馬坊—尹莊—龐村一帶達350m。山前地帶沿北向東方向發(fā)育多條NE—NNE向斷裂構(gòu)造，控制了本區(qū)地貌單元。

本區(qū)為漕河、界河第四系松散沉積物，呈扇狀分布于山前地帶，分為漕河沖洪積扇中等富水區(qū)（Ⅱ1）、界河沖洪積扇強富水區(qū)（Ⅱ2）、蒲陽河中等富水區(qū)（Ⅱ3）。一畝泉水源區(qū)位于Ⅱ2區(qū)，區(qū)內(nèi)由上至下分為4個含水巖組：

第1含水巖組：有0～1個含水層，厚度1～5m，呈透鏡體狀分布，底板埋深小于26m，含水層巖性為中砂、細砂。目前該含水層已疏干。

第2含水巖組：底板埋深60～120m，有4～5個含水層，單層厚度一般5～10m，含水層總厚度35～45m。含水層巖性由扇頂部向東部前緣變細，由砂礫石卵石逐漸過渡到含礫石粗中砂。

第3含水組：沖洪積扇頂部含水層基本缺失，在扇區(qū)中下部有4～7個承壓層含水層，單層厚度2～10m，總厚度20～30m，底板埋深150～200m，含水層巖性以壓密的含礫粗砂為主，頂板隔水層厚度5～15m。

第4含水組：沖洪積扇的中下部有7～10層承壓含水層，總厚度35～40m，底板埋深340～380m，含水層巖性為固結(jié)的粗砂、中砂、細砂，富水性差，單位出水量小于1.5m3/h·m，隔水層厚度10～20m。

本區(qū)地下水流向天然狀態(tài)下，由西北流向東南，由于一畝泉水源地開采漏斗的形成，漏斗區(qū)周圍地下水均向漏斗中心區(qū)滲流補給如圖1所示。

圖1 地下水流場

利用地質(zhì)勘探鉆孔資料，對山前沖洪積扇一條橫向及四條縱向剖面進行了分析，典型剖面如圖2所示，初步查明了地下回灌空間地層巖性的分布規(guī)律。設(shè)計地下庫容為回灌點2001年6月地下水位標高以上最上部采空的連續(xù)穩(wěn)定的卵礫石層。地表范圍北起王各莊、兩漁，東至要莊、一畝泉江城一帶，南至蘇家營、西茍村，西至抱陽、新增莊一帶，面積151km2。Ⅱ—Ⅱ′、Ⅲ—Ⅲ′、Ⅳ—Ⅳ′、Ⅴ—Ⅴ′五條剖面線上部疏干卵礫石層平均厚度分別為5.4，5.3，10.6，6.5m。

圖2 地質(zhì)剖面圖Ⅰ—Ⅰ

2 淺地震和電測深物理勘察

利用淺層地震勘探及直流電測深法查明地下100m以內(nèi)地層結(jié)構(gòu)巖性，共布設(shè)淺層地震測線4條，電測深測線2條（如圖3）。

圖3 物探及水文地質(zhì)試驗布置示意圖

2.1 淺層地震勘探

為了解區(qū)內(nèi)地震地質(zhì)條件及有效波、干擾波的發(fā)育情況，在正式工作前做了現(xiàn)場噪聲試驗。通過分析確定采集參數(shù)：偏移距60m，檢波點距3m，炮間距12m，采樣間隔0.5ms，記錄長度512ms，接收排列采用24道，3次覆蓋，采用錘重300kg的液壓吊車做震源，采用單邊激發(fā)的觀測系統(tǒng)。

在vista5.5數(shù)據(jù)處理軟件支持下完成地震數(shù)據(jù)處理。經(jīng)速度分析，時間為150.0，200.0ms時，該工區(qū)地層地震速度分別為1000.0，1200.0m/s。地震勘測綜合分析可知，4條地質(zhì)剖面T1反射波較連續(xù)，地震勘測起點北巷北—順民村一線，砂卵石底界由120m～75m～70m逐漸由深至淺過渡，砂卵石層分布連續(xù)、穩(wěn)定，在砂卵石層下部為砂層，分布連續(xù)、穩(wěn)定，如圖4所示。

圖4 淺層地震時間剖面圖

2.2 直流電阻率測深法

直流電阻率測深法以不同巖石之間的電阻率差異為基礎(chǔ)，建立人工電流場，并以不同的極距觀測同一測點在不同深處巖層的視電阻率，通過研究地電斷面，查明地質(zhì)結(jié)構(gòu)或者解決與深度有關(guān)的地質(zhì)問題。本次電測深法采用對稱四極裝置。供電電極距與測量地極距參數(shù)選擇為5∶1，物探勘測儀器選用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所研制生產(chǎn)的WDJD-2多功能數(shù)字直流激電儀。

視電阻率ρs計算公式為：

式中ρs為視電阻率（Ω·Μ）；k裝置系數(shù)；△U為MN測量電極間的電位差（V）；I為AB供電電極的供電電流（A）。

由電測深剖面（如圖5、圖6）可見，0～120m深度范圍內(nèi)電阻率值在變化范圍為50～340Ω·M，共劃分為3個層位。第1層0～25m為粉質(zhì)粘土（電阻率小于60Ω·Μ），西南部（北巷北—新增莊西南約400m段）粘性土厚度較大，埋深25m；新增莊村—北伍侯村之間粘性土厚度變薄，底界埋深2m；再向東南方向粘性土厚度又逐步增加。第2層埋深25～110m，以砂卵石為主（電阻率80～120Ω·Μ），分布連續(xù)穩(wěn)定，新增莊—北伍侯段內(nèi)出現(xiàn)卵石層透鏡體。第3層110m以下為粗砂層（電阻率60～80Ω·Μ）。

圖5 電測深剖面1

圖6 電測深剖面2

地震勘探與電測深勘探方法取得的砂卵石底界面基本吻合，但由于埋深100m以上地層松散，波速低，密度小，層與層之間波阻抗差異小，使反射波找不到反射界面，因此僅劃分出了砂卵石的底界面，沒有更細致的劃分地層。

3 水文地質(zhì)試驗

3.1 水文地質(zhì)抽水試驗

北伍侯入滲場布設(shè)勘查水文地質(zhì)孔兩眼，既作為勘查孔，又作為抽水試驗和回灌試驗井，并作為預(yù)留回灌井。井深80m，孔徑650mm，成井管材采用球墨鑄鐵管或鋼管。

抽水井和觀測孔成井結(jié)構(gòu)相同。水文地質(zhì)孔采用CZ-100沖擊鉆成井，開孔直徑650mm，終孔直徑650mm，采用325mm螺旋鋼管和圓孔墊筋纏絲過濾器，成井深度80m，填礫規(guī)格8～12mm磨圓礫石。觀測井孔徑630mm，成井材料為鋼筋水泥管材，直徑350mm，填礫規(guī)格8～12mm磨圓礫石。各孔均進行了洗井和抽水試驗。

抽水試驗歷時20h，如圖7所示，抽水設(shè)備為進3寸、出4寸深井泵，電機功率15kW，水泵下入深度75m。使用電測水位記測量水位、YKS-V流速流量儀測試。抽水試驗結(jié)果表明，新增莊3號井靜水位埋深56.02m，動水位62.44m，水位降深6.42m，水量40m3/h北伍侯1號井靜水位埋深57.52m，動水位58.98m，水位降深1.42m，水量44m3/h，抽水4min后2號觀測井出現(xiàn)反應(yīng)（如圖8），穩(wěn)定水位降深值0.15m。

圖7 抽水試驗歷時曲線

圖8 北伍侯2號井觀測水位歷時曲線

根據(jù)抽水試驗和本區(qū)水文地質(zhì)條件選用式（3）計算水文地質(zhì)參數(shù)：

式中K為含水層滲透系數(shù)（m/d）；Q為抽水井出水量（m3/h）；m為含水層厚度（m）。

影響半徑R的求取，當單井抽水時：式中R為抽水井影響半徑（m）；Q為單井抽水量（m3/h）；H為含水層厚度（m）；S為水位降深值（m）；ti為觀測孔水位降深（m）；ri為觀測孔距離抽水井距離（m）；r0為抽水孔半徑（m）。

經(jīng)計算，新增莊抽水試驗滲透系數(shù)為28.34m/d，單井出水量和K值偏小，分析其原因是由于鉆井中投入粘土較多，雖洗井對試驗存在一定影響。北伍侯1號井抽水試驗滲透系數(shù)為37.16m/d，單井影響半徑為199.53m，抽水試驗基本反映了現(xiàn)狀條件下的地下水滲透性能，試驗結(jié)果具有代表性。

3.2 單井回灌試驗

對新增莊3號井、北伍侯村1號井完成了整井和分段回灌試驗，回灌試驗歷時30h或33h?；毓喾椒ú捎米匀蝗霛B、渠道引水回灌，采用三角堰板測試回灌量。經(jīng)回灌試驗證明，采用孔徑650mm，井管直徑325mm，圓孔墊筋纏絲過濾器，單井回灌量在42.12～74.0m3/h之間，可保持回灌水完全回灌，井內(nèi)水位穩(wěn)定，回灌水不溢出?；毓嗔康拇笮∨c成井結(jié)構(gòu)，如孔直徑、管直徑、濾水管長度、孔隙率、礫料規(guī)格等有關(guān)。洗井效果直接關(guān)系到回灌量大小。

3.3 滲坑入滲試驗

在擬選入滲場地開挖3個入滲試坑，為防止坍塌，四壁采用磚墻襯砌。滲坑底部揭露了下伏卵礫石層，具備滲水試驗條件。一般要求入滲池底面積5～10m2，本次試驗入滲池底面積均為25m2，具有較好的代表性。

觀測資料顯示如圖9所示，北伍侯1號滲坑內(nèi)水頭高度穩(wěn)定在1.37m，入滲量為27.28m3/h；北伍侯2號滲坑內(nèi)水頭高度穩(wěn)定在1.57m，入滲量為13.75m3/h；新增莊3號滲坑內(nèi)水頭高度穩(wěn)定在1.10m，入滲量60.08m3/h。

圖9 滲坑入滲歷時曲線

從入滲試驗情況分析，水量、水頭穩(wěn)定，入滲試驗成果較可靠。入滲速度和地層巖性有關(guān)，入滲規(guī)律基本上是由西向東入滲量減小。由于2號滲坑揭露的卵石層很少，其附近巖性變化較大，導致出現(xiàn)異常情況。1號滲坑附近地層巖性具有代表性，故以之作為推薦值，入滲量折合為26.16m3/d·m2。

1號滲坑北、南側(cè)的1號、2水位觀測井距滲坑分別為63，28.8m，水位觀測井資料顯示如圖10所示，試驗初期12h內(nèi)觀測井地下水水位基本呈自然變化，入滲水主要是對包氣帶的補給作用；12h后飽水帶水對下部飽和帶地下水顯示補給作用。雖然北觀測井距入滲池遠于南井，但先于南井得到補給，試驗開始3.5h后水位上升0.58m，上升速度0.165m/h，說明入滲水向北方向徑流，水位上升達峰值后，以徑流方式排泄，水位呈緩慢速度下降。入滲試驗17h后，在水丘作用下，南側(cè)觀測井水位開始上升，3.5h上升幅度0.69m，升速0.197m/h。當南、北井都得到補給后，水位呈一定的自然規(guī)律變化。

圖10 水位降深歷時曲線

從入滲試驗情況分析，水量、水頭穩(wěn)定，入滲試驗成果較可靠。入滲速度和地層巖性有關(guān)，入滲規(guī)律基本上是由西向東入滲量減小。采用入滲池回灌后，能補給開采層地下水，但補給初期主要是對上部疏干的包氣帶含水層補給，形成地下水丘后、在水動力作用下才能對下部飽和帶地下水進行補給，對飽和帶的補給有相對的滯后作用，并受隔水層厚度及滲透性影響。

3.4 地下水示蹤試驗

3.4.1 試驗方法及示蹤劑選擇

地下水示蹤試驗廣泛應(yīng)用于水文地質(zhì)工作中，是一項較成熟的技術(shù)方法，其目的是查明地下水流向、求取水文地質(zhì)參數(shù)等。示蹤劑一般選用放射性同位素、熒光紅和易溶于水又不易被吸附的氯化鈉等指示劑。本次示蹤試驗從保護飲用水安全和便于檢測等方面考慮，選用氯化鈉（NaCl）作為示蹤劑。

3.4.2 檢測方法

由于氯化鈉是一種強電解質(zhì)，在水中極易溶解，地下水中增加了氯化鈉成分，其電阻率降低，而電導率增高。通過測試地下水中的電導率變化情況，獲得地下水流場和勢能特征。本次試驗采用中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境中心研制的C-ZK-2型水質(zhì)快速檢測儀和DDB-350型便攜式電導儀進行現(xiàn)場測試。測試方法：①將水質(zhì)快速檢測儀導線下入井中，直接讀取電導率和地下水溫度；②從井中抽取水樣，用便攜式電導儀進行現(xiàn)場測試，兩種方法互補。檢測頻率1次/30min，遇異常值加密檢測，檢測電導率的同時檢測水溫的變化情況。

3.4.3 示蹤劑的投入

根據(jù)現(xiàn)場情況有兩種投入方法：①將氯化鈉投入井中，另一眼井進行測試；②將氯化鈉投入入滲池中、加水溶解入滲地下水中，對入滲池兩邊的水井及附近水井進行測試。第1種投入方法有可能造成氯化鈉不易溶解、沉淀于井沉淀管中，而且投入示蹤劑附近僅有一眼觀測井，難于檢測；第2種方法，可保證示蹤劑的溶解，又可在入滲池兩邊水井進行檢測，有利于獲得勢能特征。故選用第2種方法投入，投入細粒氯化鈉100kg。

3.4.4 試驗過程及結(jié)果分析

根據(jù)示蹤劑濃度高峰出現(xiàn)時間，采用式（6）計算平均流速：

式中V為地下水平均流速（m/h）；S為示蹤劑投入源至觀測點距離（m）；t為觀測點高峰出現(xiàn)時間（h）。

在1號滲坑投入示蹤劑，檢測結(jié)果表明示蹤劑主要向北運移，如圖11所示，北側(cè)1號檢測井出現(xiàn)高峰值，而南側(cè)2號檢測井未出現(xiàn)高峰值。投入示蹤劑初期地下水中自然電導率值552μs，高峰值557μs，高峰值出現(xiàn)時間38h，地下水平均流速1.65m/h。

圖11 示蹤試驗歷時曲線

示蹤試驗結(jié)果與本區(qū)水文地質(zhì)條件、水文地質(zhì)參數(shù)K值計算結(jié)果相吻合。試驗反映了投入示蹤劑后，初期主要是濃度的擴散（彌散）作用，而后隨地下水徑流。檢測結(jié)果表明，本區(qū)地下水主要是向北向徑流。周邊300m的其他井控制性監(jiān)測結(jié)果未出現(xiàn)異常值。

4 結(jié)語

根據(jù)工程地質(zhì)鉆孔、物探和水文地質(zhì)抽水試驗、單井回灌和滲坑入滲試驗、示蹤試驗等多項水文地質(zhì)試驗成果，取得以下結(jié)論：

（1）一畝泉水源區(qū)位于漕河、界河沖洪積扇區(qū)，含水層主要巖性為砂卵石、礫石粗砂，厚度大、分布連續(xù)、較穩(wěn)定。多年來地下水持續(xù)下降，水位埋深40～50m，地下含水層疏干量已達3.68億m3，具有良好的儲存調(diào)蓄空間。

（2）水文地質(zhì)勘察表明，北伍侯入滲場80m深度以內(nèi)揭露含水層7～8層，其含水層巖性主要為卵礫石，其次為中粗砂層，含水層顆粒粗，有一定分選性，滲透性較好，是較理想的入滲場地。

（3）從地質(zhì)孔勘查巖性剖面分析，回灌水有利于補給第1～2含水組，回灌水向西南方向流失及向下部3～4含水組滲流的可能性很小。

（4）北伍侯入滲場垂直滲透系數(shù)為37.16～39.79m/d，單井影響半徑為199.53m。單井回灌量42.12～74m3/h。滲坑單位面積滲水量26.16～58.32m3/d·m2。

本工程完工3年以來，地下水回灌正常，回灌期間區(qū)內(nèi)地下水位緩慢上漲，回灌實施情況與研究結(jié)論基本相符，說明區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件研究結(jié)論基本可靠，地下水回灌方法可行。

［1］崔秋蘋，張增勤，徐丹梅，等．滹沱河地下水庫建設(shè)條件分析［J］．水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2011，239（38）：30-34．

［2］李濤，鄧銘江，王于寶，等．臺蘭河山前地下水儲水構(gòu)造及地下水庫可行性研究［J］．水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2011，239（38）：19-23．

［3］蘭雙雙，遲寶明，姜紀沂．北方沿海中小流域地下水庫建設(shè)可行性研究［J］．水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2010，231（37）：40-44．

［4］李硯閣．地下水庫建設(shè)研究［M］．北京：中國環(huán)境科學出版社，2007．

［5］河北省環(huán)境地質(zhì)勘察院，保定市水利水電勘測設(shè)計院．保定市一畝泉水源地入滲場回灌水文地質(zhì)勘察研究報告［R］．2009．

［6］賈占軍，李榮偉．保定市一畝泉地下水回灌水文地質(zhì)條件分析［J］．水科學與工程技術(shù)，2012，172（4）：27-30．

Analysis on the Hydro-geological Conditions of Yimuquan Source Water

LI Rong-wei1，2
（1.Baoding Water Conservancy and Hydropower Investigation and Design Institute,Baoding 071051,China；2.Baoding River Water Conservancy Project Management and Consulting Co.,Ltd.,Baoding 071051,China）

By the comprehensive analysis of the data about regional hydro-geological conditions，geological drilling，geophysical prospecting，hydro-geological pumping，single well recharge pits，infiltration and tracer test，the hydro-geological conditions of Yimuquan source in Baoding city was studied，basic parameters were identified，such as permeability，formation lithology and geological structure.A reliable basis is provided for groundwater recharge design.The results show that there are 7～8 layer aquiclude within infiltration field in 80 meters depth，the lithology is mainly composed of gravel，the permeability is good，and it is an ideal infiltration field;the first and two aquifer is firstly supplied by reinjection water，the possibility of recharge water losing to the lower three or four aquifer is very small;the vertical permeability coefficient of infiltration field is 37.16～39.79m/d，the influence radius of single well is 199.53m.

hydro-geological condition；water head site；water recharge；Yimuquan source

TV221.2；P64

B

1672-9900（2014）03-0048-05

2014-12-24

李榮偉（1974-），男（漢族），甘肅隴西人，高級工程師，主要從事水利水電工程地質(zhì)勘察和研究工作，（Tel）18931261505。