劉軍偉

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司 山西太原 030024）

0 引言

杏園窯溝水源置換工程位于天鎮(zhèn)縣新平堡鎮(zhèn)，工程設(shè)計利用杏園窯溝河水及淺層水水源置換下游井采地下水，解決人畜吃水和灌溉問題，關(guān)井壓采，保護和涵養(yǎng)地下水資源。水源地可供水量是否滿足設(shè)計需水量要求，是確定工程供水規(guī)模及是否可行的前提。

1 水源地地質(zhì)條件

杏園窯溝為西洋河右岸的一級支流，河谷底寬120～350 m，谷底地形較為平緩。兩岸主要為巖質(zhì)岸坡，岸坡坡度30°～50°，河谷斷面呈“U”型。主河槽兩側(cè)發(fā)育Ⅰ級堆積階地，階面高出河床1～5 m，主要由低液限粉土和卵石混合土組成。

本區(qū)段地下水接受大氣降水補給，地下水類型為變質(zhì)巖類裂隙水和松散巖類孔隙水。變質(zhì)巖類裂隙水主要賦存于風(fēng)化帶中，一般富水性中等，補給河谷松散巖類孔隙水或以泉水形式補給河水。松散巖類孔隙水含水層主要為河床第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土、混合土卵石、級配不良礫等，富水性較好。其接受大氣降水、變質(zhì)巖類裂隙水和地表水補給，向下游徑流排泄。該類地下水埋藏淺，具有統(tǒng)一的地下水位，河谷內(nèi)地下水埋深為0～2.5 m。

2 供水能力分析計算

2.1 取水方式

水源地區(qū)段河谷相對較窄，河谷卵石混合土、混合土卵石層在上游、中游和下游三處擬選取水位置鉆孔揭露厚度12.0～19.0 m，其厚度由河谷上游向下游逐漸增厚。河谷覆蓋層厚度較薄且為強透水層。本工程結(jié)合河道生態(tài)美化綜合治理，設(shè)計采用截潛流集水廊道的形式取水，設(shè)計取水流量0.148 m3/s。

2.2 河床基流觀測

杏園窯溝谷兩岸大多基巖裸露，豐水期河谷兩岸的較大沖溝有泉水出露或雨后較長時間有水流向河谷，河谷常年流水。在擬取水河谷段上游、中游、下游處設(shè)直角三角堰進(jìn)行地表基流觀測，基流流量分別為0.12 m3/s、0.07 m3/s、0.05 m3/s。中游距離上游觀測位置約1.3 km，下游距離中游觀測位置約0.9 km。中游、下游觀測流量較上游減小的主要是下游河谷逐漸變寬，部分河水下潛入滲河谷覆蓋層。

2.3 淺層含水層滲透系數(shù)確定

為確定取水河谷段地層滲透性及地下水位情況，在擬取水河段進(jìn)行了抽水試驗，抽水井、觀測孔位置垂直河向直線布置，見抽水試驗位置圖1。根據(jù)現(xiàn)場抽水試驗資料，依據(jù)《水利水電工程鉆孔抽水試驗規(guī)程》、《供水水文地質(zhì)手冊》和《工程地質(zhì)手冊》，采用潛水完整井單孔、多孔、多孔鄰河和恢復(fù)水位公式進(jìn)行滲透系數(shù)計算。計算成果詳見表1。其中公式1、公式2、公式3 選自《水利水電工程鉆孔抽水試驗規(guī)程》，公式4 選自《供水水文地質(zhì)手冊》。

圖1 抽水試驗位置圖

裘不依公式

費爾格伊米爾（鄰河）公式

費爾格伊米爾（鄰河、1 個觀測孔）公式

鄰河、1 個觀測孔公式

式中：k——滲透系數(shù)，m/d；

Q——出水量，m3/h；

S——抽水井降深，m；

S1——觀測孔降深，m，1# 觀測孔為0.47 m，2#觀測孔為0.25 m；

R——影響半徑，m，采用公式計算；

r——抽水井過濾器半徑，m，取值0.148 5 m；

r1——距觀測孔距離，m；距1#觀測孔12.4 m，距2#觀測孔34.0 m；

H——潛水含水層厚度，m，取值15.7 m；

b——鄰河抽水井距河岸邊水平距離，m，b＜2H，b=20 m。

表1 水井抽水試驗計算成果表

根據(jù)水井、觀測孔孔位布置及水文地質(zhì)條件，采用相關(guān)計算公式滲透系數(shù)為19.9～33.0 m/d，具強透水性，平均值為27.7 m/d，且公式2（費爾格伊米爾鄰河）適用條件與本區(qū)水文地質(zhì)條件最接近，故建議滲透系數(shù)取值27.7 m/d。

2.4 水資源量計算

根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水補給、排泄、徑流動態(tài)平衡，采用大氣降水入?yún)⒎ê烷_采系數(shù)法、達(dá)西斷面法分別計算地下水補給量和徑流排泄量如下：

1）天然補給量計算

區(qū)內(nèi)主要接受大氣降水補給，現(xiàn)根據(jù)流域集水區(qū)入滲量估算地下水補給量，計算采用大氣降水入滲系數(shù)法公式5。

式中：Q——地下水入滲補給量，m3/d；

α——入滲系數(shù)，河谷區(qū)為卵石混合土等松散堆積層，兩岸為低液限黏（粉）土和表層風(fēng)化變質(zhì)巖，據(jù)本區(qū)水資源調(diào)查評價相關(guān)資料，按地層出露面積取加權(quán)平均值0.22；

ω——年降水量，mm，取本區(qū)多年平均降水量434.0 mm；

A——上游匯水面積，km2，取值55.9 km2。

經(jīng)計算，該區(qū)段地下水補給量為15 435 m3/d，即0.179 m3/s。

2）可截潛流水量計算

（1）開采系數(shù)法

式中：Q可采——地下水可開采量，m3/d；

Q補給——地下水入滲補給量，m3/d，根據(jù)公式5計算結(jié)果取值15 435 m3/d；

ρ——可開采系數(shù)，據(jù)可開采條件、地下水位埋深、單井出水量，取值0.85。

經(jīng)計算，采用開采系數(shù)法地下水可開采量為13 120 m3/d，即0.152 m3/s。

（2）達(dá)西斷面法

杏園窯河常年有基流，河床覆蓋層中地下水徑流量采用達(dá)西斷面法計算如下：

式中：Q——地下水徑流量，m3/d；

k——滲透系數(shù)，m/d，取值27.7 m/d；

M——含水層厚度，m，根據(jù)鉆孔揭露，由左至右河谷覆蓋層和強風(fēng)化巖層厚度依次為15.0 m、21.0 m、21.5 m、16.2 m，取平均厚度18.4 m；

B——過水?dāng)嗝鎸挾?，m，下游河谷底寬250 m、中游河谷底寬260 m，考慮河谷兩側(cè)強風(fēng)化層并取小值255 m；

μ——水力坡度，根據(jù)河床縱坡取值0.075。

經(jīng)計算，地下水徑流量為9 748 m3/d，即0.113 m3/s。根據(jù)河床基流觀測流量，取用下游處小值流量0.05 m3/s，若采用全斷面截潛流取水，則流量為0.163 m3/s。

3 結(jié)語

綜上分析計算，采用開采系數(shù)法計算地下水可開采量為0.152 m3/s，采用達(dá)西斷面法計算全斷面截潛流量為0.163 m3/s。采用全斷面截潛流集水廊道取水，可滿足設(shè)計取水量要求。