王楠

寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)工程院 寧夏銀川 750000

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源的需求逐年增加，尤其是西北地區(qū)，常年干旱少雨，而寧夏作為西北內(nèi)陸省份，水資源十分貧乏。全區(qū)地表水資源8.89×108m3，地下水資源25.3×108m3，而寧夏全區(qū)水資源人均可用量為893m3，根據(jù)聯(lián)合國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，人均水資源低于1000m3屬于重度缺水，為進(jìn)一步論證關(guān)于在衛(wèi)寧平原建設(shè)水源地采用大口徑管井的群井取水的可能性，在中衛(wèi)市宣和鎮(zhèn)徐莊村北側(cè)、濱河路南側(cè)，距離黃河180m出布置2眼大口徑管井。通過(guò)對(duì)抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析以及采用多種計(jì)算方式校核、模擬分析，獲取了該地區(qū)的滲透系數(shù)，為建設(shè)衛(wèi)寧平原水源地取水方式提供數(shù)據(jù)支撐[1]。

1 工程概況

擬建西海固地區(qū)脫貧引水工程水源工程位于黃河右岸中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)與中寧縣之間，擬在七星渠引水口（申灘）至清水河入河口的黃河河漫灘及一級(jí)階地范圍內(nèi)建設(shè)水源地，其東西方向長(zhǎng)約25km，南北方向?qū)捈s0.5—2.0km，面積約30km2。從該水源地取水，經(jīng)匯集后通過(guò)4級(jí)加壓泵站和207公里輸水線(xiàn)路沿清水河川逆流而上，在終端與中南部水源工程的中莊調(diào)節(jié)水庫(kù)相連，起點(diǎn)取水設(shè)計(jì)水位1203.00m，終端入南郊水廠(chǎng)設(shè)計(jì)水位1880m，凈揚(yáng)程677m，總揚(yáng)程約800m。

2 抽水試驗(yàn)滲透系數(shù)K參數(shù)計(jì)算

2.1 均質(zhì)含水層滲透系數(shù)計(jì)算

本次抽水試驗(yàn)抽水層位為潛水，抽水井為完整井，為穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。將含水層概化為均質(zhì)無(wú)限含水層，進(jìn)行水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算。

（1）滲透系數(shù)計(jì)算公式的選取

滲透系數(shù)K的計(jì)算一般采用兩種方法，一種是選用主井潛水完整井的裘布依公式（式1-1）計(jì)算，另一種選用帶觀(guān)測(cè)井的蒂姆公式（式1-2）計(jì)算。

式中：K為含水層滲透系數(shù)，單位m/d；Q為管井出水量，單位m3/d；R為影響半徑，單位m；H為潛水含水層厚度，單位m；S為降深，單位m；r為抽水孔半徑，單位m。

式中：K為含水層滲透系數(shù)，單位m/d；Q為管井出水量，單位m3/d；H為潛水含水層厚度，單位m；r1，r2為抽水孔至觀(guān)測(cè)孔的距離，單位m；S1，S2為觀(guān)測(cè)孔降深，單位m。

在采用裘布依公式計(jì)算過(guò)程中，消除水躍值的影響才能獲得更加精確的水文地質(zhì)參數(shù)。水躍值經(jīng)驗(yàn)公式較多，經(jīng)常采用的是拉莫夫潛水井水躍值經(jīng)驗(yàn)公式（式1-3）計(jì)算。

式中：△h為水躍值，單位m；S為抽水孔內(nèi)水位降深，單位m；K為含水層滲透系數(shù)，單位m/d；

F=2πr0h0，其中r0、h0、分別為濾水管的半徑及有效高度；a為濾水管結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對(duì)于完整井，網(wǎng)狀和礫石濾水管的a值為15～25，穿孔、縫隙及金屬絲濾水管的a值為6～8，對(duì)于不完整井，水躍值較完整井大，可將a值乘以1.25～1.50系數(shù)。

以黃河灘地兩眼大口徑管井抽水試驗(yàn)為依據(jù)，驗(yàn)證裘布依公式和蒂姆公式在衛(wèi)寧平原的適用性以及在松散含水層中的可適用性。根據(jù)2#、3#井現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算滲透系數(shù)如下：

由表1可知，滲透系數(shù)受水躍值的影響很大，并且利用裘布依公式計(jì)算滲透系數(shù)，變量多，不確定因素多。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，當(dāng)2#、3#井達(dá)到最大降深出水量穩(wěn)定時(shí)，其周?chē)乃ζ露却笥?.25，此時(shí)井內(nèi)的滲流場(chǎng)的勢(shì)分布已經(jīng)不符合裘布依公式的假定條件，因此結(jié)果不準(zhǔn)確。

抽水試驗(yàn)，當(dāng)消除水躍值時(shí)，計(jì)算出來(lái)的滲透系數(shù)往往要比未消除水躍值計(jì)算出來(lái)的大，并且是一個(gè)與井結(jié)構(gòu)、井內(nèi)水位降深、觀(guān)測(cè)孔距離等有關(guān)的隨機(jī)變量，與理論不相符合。

表2 2號(hào)主井蒂姆公式計(jì)算結(jié)果

表3 3號(hào)主井蒂姆公式計(jì)算結(jié)果

考慮到黃河河漫灘和觀(guān)測(cè)孔的相對(duì)位置，以及黃河對(duì)地下水的影響，可將帶有兩個(gè)觀(guān)測(cè)孔的蒂姆公式修正為垂直河岸方向和平行河岸方向。

式中：K為含水層滲透系數(shù)，單位m/d；Q為管井出水量，單位m3/d；H為潛水含水層厚度，單位m；r1，r2為抽水孔至觀(guān)測(cè)孔的距離，單位m；S1，S2為觀(guān)測(cè)孔降深，單位m；b為抽水孔距離河岸垂直距離。

2號(hào)主井選取距離平行河岸方向的1#、2#觀(guān)測(cè)孔和垂直近河岸的6#、7#觀(guān)測(cè)孔為計(jì)算基礎(chǔ)。

3號(hào)主井選取距離平行河岸方向的1#、2#觀(guān)測(cè)孔和垂直近河岸的6#、7#觀(guān)測(cè)孔為計(jì)算基礎(chǔ)。

由表2和表3可知，蒂姆修正公式考慮了實(shí)際傍河取水的水跡，計(jì)算結(jié)果顯示垂直河流近河方向滲透系數(shù)計(jì)算結(jié)果大于蒂姆公式計(jì)算結(jié)果，平行河流方向滲透系數(shù)稍小于蒂姆公式計(jì)算結(jié)果。因此2號(hào)、3號(hào)井滲透系數(shù)采用蒂姆公式修正值計(jì)算的平均值，即2號(hào)井滲透系數(shù)為8.07m/d，3號(hào)井滲透系數(shù)為11.2m/d。

綜合表1、表2、表3來(lái)看，將含水層概化為均質(zhì)無(wú)限含水層后，2號(hào)井裘布依公式計(jì)算結(jié)果為4.34m/d（消除水躍值），蒂姆公式修正兩個(gè)方向的計(jì)算結(jié)果為8.07m/d；3號(hào)井裘布依公式計(jì)算結(jié)果為5.20m/d（消除水躍值），蒂姆公式修正兩個(gè)方向的計(jì)算結(jié)果為11.2m/d。分析可知，在計(jì)算滲透系數(shù)的兩種方法中，主井潛水完整井的裘布依公式計(jì)算結(jié)果大約是帶觀(guān)測(cè)井的蒂姆公式的1/2[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

滲透系數(shù)K是水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算中很重要的一個(gè)參數(shù)，它的選用取值范圍受多重因素的影響。采用均質(zhì)無(wú)限含水層穩(wěn)定流模型計(jì)算有以下假設(shè)：①地下水流服從達(dá)西定律；②含水層按照均質(zhì)、各向同性考慮；③地下水主要接受黃河側(cè)向補(bǔ)給。考慮到實(shí)際地下水流向存在三維紊流的影響，K值的選取要謹(jǐn)慎，通過(guò)分析可知，平行黃河方向比垂直黃河方向的滲透系數(shù)小，主要與黃河水補(bǔ)給速度有關(guān)，滲透系數(shù)不單單是平行垂直方向兩個(gè)系數(shù)的平均值。從2#、3#管井抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，降深與滲透系數(shù)呈正相關(guān)，即降深越大，含水層滲透系數(shù)K越大。

在相關(guān)公式的選用上，帶兩個(gè)觀(guān)測(cè)井的修正蒂姆公式精確度要比主井潛水完整井的裘布依公式的高，并且?guī)в^(guān)測(cè)井的蒂姆公式能夠避開(kāi)主井降深變化引起的水躍值，從而在根本上消除水躍值對(duì)滲透系數(shù)的影響。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件允許的情況下，測(cè)量滲透系數(shù)K最好選用帶兩個(gè)觀(guān)測(cè)孔的方式。在前期論證可研試驗(yàn)階段，可以利用單井的裘布依公式粗略估算滲透系數(shù)，實(shí)際滲透系數(shù)約為裘布依公式計(jì)算的2倍。