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        青海省格爾木河沖洪積扇地下水水文地質(zhì)參數(shù)的選取

        2023-11-09 03:09:30王建輝祁澤學(xué)寇海聰
        水利技術(shù)監(jiān)督 2023年10期
        關(guān)鍵詞:穩(wěn)定流洪積扇單孔

        王建輝,祁澤學(xué),寇海聰

        (1.青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局,青海 西寧 810007;2.青海省環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,青海 西寧 810007)

        研究區(qū)格爾木市位于干旱的柴達(dá)木盆地西南緣,區(qū)內(nèi)地下水主要接受格爾木河的入滲補(bǔ)給。隨著格爾木河上游各個(gè)梯級(jí)電站的修建,下游水文地質(zhì)條件發(fā)生了相應(yīng)的變化,以往獲取水文地質(zhì)參數(shù)所利用的鉆孔多是基于小口徑的抽水試驗(yàn)而來(lái),且計(jì)算方法單一,計(jì)算的水文地質(zhì)參數(shù)不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)現(xiàn)狀地下水資源。因此,為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)該地的地下水資源量,我單位通過(guò)青海省格爾木河沖洪積扇地下水資源勘查項(xiàng)目,實(shí)施了基本覆蓋整個(gè)沖洪積扇的大口徑水文地質(zhì)鉆孔,通過(guò)最新實(shí)施的鉆孔并做相應(yīng)的抽水試驗(yàn)獲取了準(zhǔn)確的水文地質(zhì)參數(shù),為地下水資源評(píng)價(jià)提供了基礎(chǔ)支撐。

        1 水文地質(zhì)條件

        研究區(qū)主要位于昆侖山前格爾木河傾斜平原中前部,如圖1所示,地下水位埋深10~130m之間,沉積了巨厚的第四系松散沉積物,為大厚度潛水區(qū),從而為地下水賦存提供了良好的空間。多年的勘探資料顯示,中、上更新統(tǒng)為冰磧、冰水、沖洪積地層,巖性主要為砂卵礫石、泥質(zhì)砂礫石,巖層顆粒普遍較粗,松散,相應(yīng)的孔隙度、給水度也大,在接受地表水的垂直滲漏補(bǔ)給后,成為地下水分布和賦存的主要部位。

        圖1 計(jì)算斷面位置圖

        在縱(南北)向上,自基巖山區(qū)至細(xì)土平原,地下水水量、水質(zhì)、埋藏條件發(fā)生了一系列變化,表現(xiàn)在巖性顆粒由粗變細(xì),即由砂卵礫石層逐漸變?yōu)樯暗[石、中粗砂、粉細(xì)砂、粘土層。含水層也由沖洪積傾斜平原的單層大厚度結(jié)構(gòu)變?yōu)闆_洪積細(xì)土平原及其以北地區(qū)的多層薄層結(jié)構(gòu),地下水賦存形式由潛水向承壓—自流水過(guò)渡,含水層富水性由強(qiáng)至弱,徑流條件由好變差,水化學(xué)作用也由溶濾到積聚。水位埋深由洪積扇頂部的大于100m到戈壁前緣的不足10m,至細(xì)土帶平原溢出地表,形成沼澤和泉集河,向下游徑流,最終注入鹽湖消耗于蒸發(fā)。

        在橫(東西)向變化上,從沖洪積扇軸部到扇間洼地,地下水隨著地貌、巖相的變化具有由富變貧,透水性能也由好變差的特點(diǎn)。

        2 水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算

        通過(guò)抽水試驗(yàn)確定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),利用多種方法計(jì)算滲透系數(shù)(K),經(jīng)分析對(duì)比選用合理的滲透系數(shù)(K),并由此計(jì)算相應(yīng)的影響半徑(R)、導(dǎo)水系數(shù)(T)以及給水度(μ),具體參數(shù)計(jì)算如下:

        2.1 滲透系數(shù)(K)的確定

        研究區(qū)進(jìn)行的抽水試驗(yàn)可分為兩種類(lèi)型,單孔抽水試驗(yàn)及帶觀測(cè)孔的抽水試驗(yàn),共完成了單孔抽水試驗(yàn)15組,其中帶單觀測(cè)孔的孔組抽水試驗(yàn)2組,采用穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流兩種理論方法計(jì)算滲透系數(shù)(K)。

        2.1.1單孔抽水試驗(yàn)

        (1)穩(wěn)定流方法

        水文地質(zhì)參數(shù)選用潛水非完整井、潛水完整井的解析公式與影響半徑R的經(jīng)驗(yàn)公式聯(lián)立,用試算法求K。

        (1)

        公式選自GB 55027—2001《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》,該公式適用于潛水非完整井,單孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn),過(guò)濾器位于含水層中部,前文所述,含水層厚度大于200m,其中本次計(jì)算采用的有效含水層厚度為水位以下至孔底段,根據(jù)鉆孔的水位和孔深各孔的含水層厚度不一致。滲透系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

        表1 穩(wěn)定流方法計(jì)算滲透系數(shù)(K)值結(jié)果表

        根據(jù)前人多次實(shí)踐證明,穩(wěn)定流計(jì)算的滲透系數(shù)K值均偏小,一般不采用該種方法計(jì)算出的數(shù)值。

        (2)非穩(wěn)定流方法

        單孔非穩(wěn)定流計(jì)算采用了主孔直線(xiàn)法、主孔水位恢復(fù)法、庫(kù)伯—雅各布直線(xiàn)圖解法進(jìn)行了計(jì)算,見(jiàn)表2。

        表2 單孔非穩(wěn)定流方法計(jì)算滲透系數(shù)(K)值結(jié)果表

        計(jì)算公式:

        (2)

        (3)

        (4)

        式中,T—導(dǎo)水系數(shù),m2/d;s'—剩余降深,m;i—直線(xiàn)段斜率;t'—恢復(fù)時(shí)間,min;其余變量含義同上。

        2.1.2帶觀測(cè)孔抽水試驗(yàn)

        (1)穩(wěn)定流計(jì)算方法

        ①利用帶觀測(cè)孔的抽水試驗(yàn)資料計(jì)算滲透系數(shù)(K),采用潛水非完整井公式計(jì)算,結(jié)果見(jiàn)表3。

        表3 帶單觀測(cè)孔公式計(jì)算滲透系數(shù)(K)成果表

        (5)

        式中,Sw—抽水井降深,m;S1—觀測(cè)井降深,m;

        r1—抽水井到觀測(cè)井之間的距離,m;rw—抽水井濾水管半徑,m;l—濾水管長(zhǎng)度,m;其余變量含義同上。

        該公式選自《供水水文地質(zhì)手冊(cè)》第二冊(cè),水文地質(zhì)計(jì)算第28頁(yè)(地質(zhì)出版社,1977年),該式適用于潛水非完整井,帶一個(gè)孔的抽水試驗(yàn)。

        (2)非穩(wěn)定流計(jì)算方法

        利用觀測(cè)孔的抽水試驗(yàn)資料分別采用庫(kù)珀—雅各布直線(xiàn)法、泰斯水位恢復(fù)法、泰斯法,利用加拿大滑鐵盧水文地質(zhì)公司AquiferTest抽水試驗(yàn)軟件進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

        表4 滲透系數(shù)(K)值計(jì)算成果表

        計(jì)算公式:直線(xiàn)圖解法與水位恢復(fù)法同不帶觀測(cè)孔非穩(wěn)定流計(jì)算公式相同。

        (6)

        式中,W(μ)—井函數(shù);μ—井函數(shù)自變量(與時(shí)間、距離及導(dǎo)壓系數(shù)有關(guān));其余變量含義同上。

        由于區(qū)內(nèi)第四系厚度較大,本次施工的鉆孔均為非完整井,由于穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流兩種理論計(jì)算的結(jié)果出入較大,所以對(duì)K值需分析研究后選取計(jì)算采用值,其取值遵循以下原則。

        ①由于穩(wěn)定流理論計(jì)算的參數(shù)明顯偏小,與實(shí)際出入較大,所以多選取與實(shí)際較接近的非穩(wěn)定流理論計(jì)算的參數(shù)。即單孔抽水試驗(yàn)資料一般選用水位恢復(fù)法、帶單觀測(cè)孔的孔組抽水試驗(yàn)選用觀測(cè)孔水位恢復(fù)法,如果帶一個(gè)以上觀測(cè)孔,則采用距離最近的觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出的結(jié)果。

        ②運(yùn)用同一種理論方法計(jì)算,同一鉆孔在不同落程之間計(jì)算的參數(shù)結(jié)果近于一致的,取大降深的計(jì)算值。

        ③運(yùn)用同一種理論方法計(jì)算,同一鉆孔在不同落程之間計(jì)算的參數(shù)結(jié)果相差較大的,分析原因后有選擇性地取舍。

        根據(jù)上述原則及所選用的計(jì)算公式,格爾木河沖洪積扇通過(guò)單孔、帶觀測(cè)孔計(jì)算的滲透系數(shù)及采用值見(jiàn)表5。

        表5 滲透系數(shù)(K)值計(jì)算成果表

        2.2 導(dǎo)水系數(shù)(T)的計(jì)算

        利用單孔和帶觀測(cè)孔的抽水試驗(yàn)資料分別采用庫(kù)珀—雅各布直線(xiàn)法、主/觀測(cè)孔泰斯水位恢復(fù)法,利用加拿大滑鐵盧水文地質(zhì)公司AquiferTest抽水試驗(yàn)軟件進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6,同滲透系數(shù)選擇原則一致,選取水位恢復(fù)法計(jì)算的導(dǎo)水系數(shù)。

        表6 導(dǎo)水系數(shù)(T)值計(jì)算成果表

        2.3 影響半徑(R)的確定

        帶觀測(cè)孔的單孔抽水試驗(yàn)做了兩組,其他均為單孔抽水試驗(yàn),采用主孔和觀測(cè)孔穩(wěn)定水位降深值,作圖法得出的結(jié)果明顯偏小,其主要原因是抽水孔的水躍值較大,所以潛水采用穩(wěn)定流理論中的庫(kù)薩金經(jīng)驗(yàn)公式確定影響半徑(R)值。

        (7)

        式中,變量含義同上。

        在上式中,影響半徑R值隨降深S和滲透系數(shù)的變化而變化,所以根據(jù)抽水試驗(yàn)按前表2所選取穩(wěn)定流理論滲透系數(shù)K值后,換算成降深為5m影響半徑R,見(jiàn)表7。

        表7 影響半經(jīng)(R)計(jì)算成果表

        2.4 給水度的確定(根據(jù)單孔抽水資料確定給水度)

        采用適用于K=0~600m/d中細(xì)砂以粗地層的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算給水度(μ)值,見(jiàn)表8。由表可見(jiàn),用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的給水度(μ)值與前人取值比較接近。

        (8)

        式中,變量含義同上。

        計(jì)算得出,格爾木河沖洪積扇平均給水度(μ)為0.262。

        3 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)基本覆蓋整個(gè)沖洪積扇的大口徑水文地質(zhì)鉆孔參數(shù)計(jì)算,查明了各參數(shù)在橫向及縱向上的變化規(guī)律:在縱(南北)向上,自基巖山區(qū)至細(xì)土平原水文地質(zhì)參數(shù)具有逐漸減小的特點(diǎn);在橫(東西)向變化上,從沖洪積扇軸部到扇間洼地,水文地質(zhì)參數(shù)隨著地貌、巖相的變化具有逐漸減小的特點(diǎn)。參數(shù)的確定是基于多種計(jì)算方法對(duì)比進(jìn)行的,取值準(zhǔn)確可靠。通過(guò)確定的水文地質(zhì)參數(shù),計(jì)算了格爾木河沖洪積扇地下水允許開(kāi)采量,并通過(guò)了青海省自然資源廳儲(chǔ)量評(píng)審中心的審查,各參數(shù)的確定對(duì)后續(xù)水文地質(zhì)相關(guān)的地下水位上升致災(zāi)、水源地合理布局的確定提供了基礎(chǔ)參數(shù)。

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