洮兒河扇形地含水層抽水試驗設(shè)計

1、洮兒河扇形地含水層抽水試驗設(shè)計1前言抽水試驗是通過從鉆孔或水井中抽水，來定量、評價含水層富水性，測定含水層水文地 質(zhì)參數(shù)和判斷某些水文地質(zhì)條件的一種野外試驗工作。抽水試驗的目的為：確定含水層及越流層的水文地質(zhì)參數(shù)：滲透系數(shù)K、導水系數(shù)丁、給水度冬彈性釋 水系數(shù)質(zhì)、導壓系數(shù)a、弱透水層滲透系數(shù)履、越流系數(shù)如越流因素B、影響半徑R等。通過測定井孔涌水量及其與水位下降(降深)之間的關(guān)系，分析確定含水層的富水 程度、評價井孔的出水能力。為取水工程設(shè)計提供所需的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，如影響半徑、單井出水量、單位出水量、 井間干擾出水量、干擾系數(shù)等，依據(jù)降深和流量選擇適宜的水泵型號。確定水位下降漏斗的形狀、大小及

2、其隨時間的增長速度；直接評價水源地的可開采 量。查明某些手段難以查明的水文地質(zhì)條件，如確定各含水層間以及與地表水之間的水 力聯(lián)系、邊界的性質(zhì)及簡單邊界的位置、地下水補給通道、強徑流帶位置等。2氣象與水文條件2.1氣象條件白城市屬溫帶大陸性季風氣候，除盛夏短時間內(nèi)受海洋季風影響外，全年絕大部分時間 降水系統(tǒng)來自西風帶，特殊的地理環(huán)境形成了本地光照充足，降水變率大，旱多澇少的氣 候特點。白城市四季分明，冬長夏短，降水集中在夏季，雨熱同期，春季干燥多風，十年九 春旱，夏季炎熱多雨，雨熱不均；秋季溫和涼爽且短暫；冬季干冷，雨雪較少。年平均降水 量為399.9毫米，其中作物生長季5-9月降水量為355.

3、6毫米，占全年降水量的88%，部 分滿足作物的水分需求；熱量資源豐富，年平均氣溫5.2C，10r活動積溫平均為2996.2C.d，無霜期平均為144天，初霜日平均為9月27日；光照資源充足，年平均日照 時數(shù)為2915小時(1961年至2000年間)，風能、太陽能開發(fā)潛力大。2.2水文條件白城市水域?qū)拸V，有主要河流9條。嫩江由鎮(zhèn)賚縣丹岱鄉(xiāng)十家子屯入境，在大安市四 棵樹屯流出，境內(nèi)江長184公里。洮兒河由洮北區(qū)嶺下鄉(xiāng)半拉山入境，流經(jīng)洮北區(qū)、洮南 市、鎮(zhèn)賚縣、大安市，由月亮湖注入嫩江，境內(nèi)河長285.83公里。還有霍林河、蛟流河、 那金河、呼爾達河、二龍濤河、額木太河、文牛格尺河。低洼地帶散布著湖泡

4、百余個，提供 了養(yǎng)殖、灌溉之利。主要有月亮湖、新荒泡，牛心套保泡、哈爾撓泡、洋沙泡、四家泡、老鴰窩泡、莫什海泡、郭家店泡、莫莫格泡、鵝頭泡、小西米泡、新平安泡、西二龍泡、他拉 紅泡、小香海泡等。總水域面積3 029平方公里，占幅員12.49%，占全省水域面積31.06%， 居全省各市（州）之首。其中，可養(yǎng)殖水面101 214.3公頃，占全省可養(yǎng)殖水面37.58%， 居全省各市（州）之首。3地質(zhì)及水文地質(zhì)條件3.1地形地貌試驗區(qū)在地貌上屬于松遼平原西部山前傾斜平原，按成因為沖洪積一冰水平原（圖1、 表1），位于洮兒河扇形地中部。洮兒河、蛟流河流經(jīng)扇形地中部，使地表水與地下水的水 力聯(lián)系極其密切。

5、吉林省西部 地貌分區(qū)圖卜半上iiKJjfi2HH就D:!00吉林省西部 地貌分區(qū)圖卜半上iiKJjfi2HH就D:!0035H km圖1吉林省西部地貌分區(qū)圖表1 吉林省西部地區(qū)地貌分區(qū)表成因類型成因形態(tài)代號地面高程/m地表巖性分布位置及其特征西部山前傾 斜平原（|5）沖洪積-冰 水平原I 5-1140220q3砂礫石及q4黏性土，Q1砂礫石主要為洮兒河扇形地扇間臺地分布于山前相鄰的扇形地之 間沖洪積-湖 積平原I 4-1180200Q2黃土狀土分布于長嶺縣城一帶中部低平原（1）沖積湖積I 4-2140190Q3黃土狀土及q4風成砂Q3分布于前郭縣等地Q主要分布于誦榆西部及長嶺等地4平原I 4-

6、3135150q4黏性土4分布于霍林河古河道泛濫地帶，沼澤化及鹽堿化發(fā)育3.2地質(zhì)條件試驗區(qū)在地質(zhì)構(gòu)造上屬于松遼盆地，中生代地層較發(fā)育，其中侏羅系為粉砂巖、泥巖及 火山巖并夾有薄層煤；白堊系厚度巨大，地層包括以礫巖、砂巖、泥頁巖等組成的多個旋回層，埋藏有豐富的石油資源；地層巖性下粗上細，上部及頂部主要為泥頁巖，厚度大，分布 連續(xù)，構(gòu)成區(qū)域隔水底板。新生界地層見表2。洮兒河扇形地第四紀松散層厚度一般1040 m， 主要為中上更新統(tǒng)砂礫石、砂卵石。表2吉林省西部新生代地區(qū)地層簡表界系統(tǒng)階（組）成因類型符號接觸關(guān)系厚度/m地層巖性及分布風積堆積以淡黃色細砂和中砂為主，松散稍密，局部表層為Q4eo10

7、70黑褐色亞粘土、亞砂土。廣泛分布于通榆、長嶺、 鎮(zhèn)責以及前郭、扶余等地，構(gòu)成沙壟、沙丘全新統(tǒng)湖沼堆積QJ+011由黏性土、淤泥質(zhì)土、泥炭、淤泥質(zhì)細砂組成，普 遍具有腥臭味，分布于前郭灌區(qū)的南部第沖積湖沼堆積Q al+fl15黃色亞粘土、亞砂土、淤泥質(zhì)土，局部下部有12m 的細砂層。分布于洮兒河、霍林河、嫩江的舊河道上部為黏性土、淤泥質(zhì)土，下部為淤泥質(zhì)砂、細砂、新沖積Q：侵蝕0- 32中粗砂、礫石，二元結(jié)構(gòu)明顯，呈條帶狀分布于江河的漫灘及一級階地上顧由黃土狀土及粘性土、細砂、中粗砂組成，上細下四更鄉(xiāng)沖積Q3030粗特征明顯。黃土狀土具大孔隙及柱狀節(jié)理，常與新屯砂層互層出現(xiàn)，底部中粗砂質(zhì)地純凈，

8、層理發(fā)育統(tǒng)組沖洪積Q al+pl3g侵蝕520砂礫石、礫卵石。分布于洮兒河及霍林河扇形地。生中更新統(tǒng)荒山 組沖洪 積Qal+Pl060上部為黃土狀土，具大孔隙和垂直節(jié)理，下部以細 砂、中粗砂、礫石為主，局部與黏性土互層。分布 于二松兩岸高臺地系沖湖 積在低平原區(qū)主要為淤泥質(zhì)土（湖積）；在二松右岸與細大青Q嚴1050砂、中粗砂及砂礫石互層出現(xiàn)（沖湖積）。分布于低平溝組原及二松右岸沖洪積Q al+pl侵蝕1025灰、灰黃色砂礫石、礫卵石，分布于扇形地的底部。界下更新統(tǒng)白土山組冰水堆積Q1bfgl不整合0100以灰白色砂礫石為主（在左岸高臺地頂部呈紅色）， 夾有含黏性土，分選差，含高嶺土，微具膠結(jié)。

9、主 要分布于左岸丘陵狀臺地及低平原下部泰康組巖性為黃綠色、灰綠色泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖、砂上第上新 統(tǒng)N t0140礫巖，上細下粗，具有明顯韻律。厚度變化較大。該組大部分被第四系覆蓋。僅分布于松遼盆地西北三部地區(qū)。系中新 統(tǒng)大巖性由泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖、含礫砂巖和砂礫巖安Nd0100組成，上細下粗，韻律性較明顯，厚度變化較大。組不整合主要分布于松遼盆地中部，西部變薄，東緣缺失備注：下伏為白堊系泥巖、砂巖及砂礫巖，其中泥巖厚度巨大，構(gòu)成區(qū)域隔水底板。第三系泰康組的歸 屬問題，目前尚未統(tǒng)一，有一種意見將其歸屬為第三系至下更新統(tǒng)（N-Q1）。2.1含水層性質(zhì)與賦水條件吉林省西部地區(qū)為一個完整的地下水系

10、統(tǒng)，根據(jù)含水層特點又可分為第四系孔隙含水層 系統(tǒng)、第三系孔隙裂隙含水層系統(tǒng)和白堊系裂隙孔隙含水層系統(tǒng)。洮兒河扇形地是吉林省白城市附近的大型山前扇形地，面積2 800 km2。該扇形地從鎮(zhèn) 西向南東方向呈扇狀撒開，地形由扇頂向扇前傾斜，坡度由大逐漸變??；地層巖性由中更新 統(tǒng)、上更新統(tǒng)礫卵石組成（構(gòu)成強透水層），厚度1040 m，中部厚度大，向兩側(cè)邊緣厚 度變小，大部地段礫卵石幾乎裸露于地表;地表為不連續(xù)分布的黏性土，厚度多數(shù)小于2 m， 到扇形地前緣黏性土連續(xù)分布，厚度增大至210 m；下伏基巖為泥巖，構(gòu)成區(qū)域隔水底板。大量的勘察、試驗、觀測、調(diào)查資料表明，該扇形地礫卵石層分布廣、厚度大，具有強

11、 大的儲水能力和透水能力，其中含有豐富的地下水，補給充沛，徑流通暢，形成了強大的地 下流場，到扇形地前緣由于地形趨于平緩且有巨厚的中更新統(tǒng)黏性土層阻水（類似于地下壩） 而成為一個規(guī)模巨大的天然地下水庫（見圖2）。單滴水耿碰隘本文地砌區(qū)腿州平界統(tǒng)嶺建岫”4）捋，涌水 t Wfflf 圖2白城市洮兒河扇形地水文地質(zhì)略圖扇形地含水層巖性為沖洪積的砂礫卵石，顆粒粗大，細顆粒充填物很少，厚度較大，且 常與河流有密切的水力聯(lián)系，水位埋深淺（一般小于10 m），含水層厚度一般為1040 m； 從扇頂?shù)缴鹊那熬?，地下水由潛水逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒊袎核?；上部無弱透水層覆蓋或蓋層很薄， 有利于大氣降水入滲和地表水滲漏補給

12、；富水性最強，是最具開采利用價值的含水層系統(tǒng)， 降深為1 m時單井涌水量多數(shù)為1 0003 000 m3/d，在金祥、保平鄉(xiāng)一帶地下水富水性最佳， 單井涌水量可達3 0005 000 m3/d。從扇頂?shù)角熬?，含水層厚度由小變大再變小，顆粒由粗 變細，地下水位埋深由大（310 m）變小（13 m ），在環(huán)形的前緣地帶形成地下水溢出帶； 地下水力坡度由大變小，地下徑流由強變?nèi)?，水化學類型由單一（為HCO3-CaMg型）變復 雜（HCO3-CaNa、HCO3-NaCa 型），礦化度由?。ㄐ∮?0.5 g/L）變大（0.51.0 g/L）。扇形地地下水水量十分豐富，且水質(zhì)優(yōu)良，目前已成為白城市、洮南市

13、城區(qū)及其所屬有 關(guān)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的主要供水水源，是白城熱電廠(在扇形地中部洮兒河左岸)和洮兒河灌區(qū)(主要在 扇形地前緣)的重要水源。2.2地下水補給、徑流與排泄條件西部山前傾斜平原孔隙潛水，主要補給來源為降水的垂直入滲，次為河道、渠道滲漏、 灌溉滲漏和山前側(cè)向徑流補給。由于含水層顆粒粗大，滲透性強，地下水徑流暢通，形成強 大的地下水流場。潛水主要向東南徑流并補給中部低平原區(qū)孔隙潛水、孔隙承壓水和孔隙裂 隙承壓水，在扇形地前緣形成地下水溢出帶；目前由于河水水量的減少和大量開采地下水， 前緣地下水溢出現(xiàn)象已基本消失。排泄途徑有泉、泄流、側(cè)向流出、蒸發(fā)及人工開采。2.3地下水動態(tài)特征地下水動態(tài)類型有降水入滲-

14、蒸發(fā)型、降水入滲徑流或蒸發(fā)型、開采型等。高水位出現(xiàn) 于89月，低水位出現(xiàn)于56月，年水位變化幅度0.51.0 m左右。前緣地帶大量開采地下 水用于農(nóng)田灌溉，已經(jīng)出現(xiàn)明顯的超采現(xiàn)象。2.4地下水化學特征地下水(孔隙潛水)水質(zhì)一般較好，pH為6.57.5,水化學類型主要為HCO3Ca、HCO3 CaMg、HCO3CaNa型，硬度小于300 mg/L，礦化度一般小于0.5 g/L，前緣局部可達0.51.0 g/L。由于含水層上覆黏性土層薄，防污與凈化能力差，中下游地段的地下水已經(jīng)受到不同 程度的污染。3技術(shù)要求3.1場地要求抽水試驗場地應(yīng)選擇在具有區(qū)域代表性的典型地段，試驗場地的水文地質(zhì)條件要能 夠

15、代表整個研究區(qū)域。盡量排除外力(如降水入滲、人工開采、地下排水等)影響。為防止抽出水的回滲，在預計抽水影響范圍內(nèi)的排水溝必須采取防滲措施。當表層 有3 m以上的粘土或亞粘土時，一般可直接挖溝排水。其他需要注意的問題。3.2抽水孔(主孔)技術(shù)要求(1 )孔徑：抽水孔試驗孔段的孔徑，應(yīng)根據(jù)含水層的性質(zhì)、滲透性和過濾器類型確定。 在松散含水層中，孔徑不宜小于168mm ；在基巖含水層中，孔徑不宜小于130mm。孔深：抽水試驗鉆孔的深度，一般要求達到揭露或打穿主要含水層。過濾器位置：在抽水試驗中，對于破碎的巖層，必須在孔內(nèi)安裝過濾器。過濾器應(yīng) 安置于實驗目的含水層位置。水泵：抽水試驗用的水泵類型，應(yīng)根

16、據(jù)地下水位埋深、過濾器直徑和孔內(nèi)可能的最 大涌水量選擇。地下水位較淺時，宜采用離心式水泵；地下水位較深、涌水量較大時，可選 用深井泵或潛水泵；地下水位較深、涌水量較小時，可選用拉桿式水泵。當過濾器直徑影響 到抽水量增大時，可選用大于進水管口徑的水泵，但不得大于二級。3.3觀測孔技術(shù)要求3.3.1觀測孔的布置方向以抽水孔為原點，宜布設(shè)1-2條觀測線。1條觀測線時，應(yīng)垂直于地下水流方向布置；2條觀測線時，應(yīng)分別垂直和平行于地下水流方向布置。對于巖性巖相變化較大的松散含水 層和裂隙含水巖體，應(yīng)布置兩條觀測線。一條沿巖性巖相變化大的方向或者透水性強的方向 布置，另一條應(yīng)與前一條垂直布置。3.3.2觀測

17、孔的數(shù)量每條觀測線上的觀測孔不宜少于3個；水文地質(zhì)條件復雜或有特殊要求時，可根據(jù)需要 適當增加。用于求參的抽水試驗若用S-lgt曲線求參，每條觀測線上僅布置1個孔，若用S-lgr曲 線求參，每條觀測線可布置13個孔，但多數(shù)是取3個。用于判定水力聯(lián)系及邊界性質(zhì)的 抽水試驗，觀測孔不應(yīng)少于2個。3.3.3觀測孔距離對于承壓含水層，為避免抽水時產(chǎn)生三維流和紊流的影響，觀測孔至抽水孔的距離 宜按照下水原則布置：R1=M R2=1.5M R3.178R 式中：M承壓含水層厚度，米；R影響半徑，米；RR2、R3抽水孔距觀測孔1、2、3的距離。對潛水含水層，在下降漏斗曲面水力坡度小于0.025的范圍內(nèi)，上述

18、布設(shè)距離亦適用。各觀測孔水位下降要明顯，最遠觀測孔水位下降應(yīng)不小于10倍觀測誤差；相鄰兩觀 測孔水位下降值的差不應(yīng)小于0.1米。觀測孔據(jù)抽水孔由近到遠，由疏到密。在降深值小、有越流補給的細顆粒潛水含水 層完整孔抽水時，觀測孔據(jù)主孔應(yīng)近些，各孔間距應(yīng)小些。3.3.4觀測孔孔徑和深度觀測孔的孔徑不宜小于5厘米；觀測孔的過濾器應(yīng)安置在實驗目的含水層中。在均質(zhì)無限含水層中，為減少過濾器 的阻力，其長度不宜過長，一般可采用0.5米，沉淀管長度不小于2米；觀測孔孔深應(yīng)深入實驗目的層5-10米。非完整孔抽水時，過濾器設(shè)置深度應(yīng)盡量達 到抽水孔過濾器的中部。3.4觀測要求觀測頻率及精度應(yīng)符合下列要求：(1)水

19、位觀測宜按第 0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5、6、7、8、10、12、15、20、 25、30、40、50、60、75、90、105、120 min進行觀測，以后每隔30 min觀測一次，其余觀測項目及精度要求可參照穩(wěn)定流抽水試驗要求進行；（2）抽水孔與觀測孔水位必須同步觀測；（3）水溫、氣溫宜24h觀測一次，讀數(shù)應(yīng)準確到0.5，觀測時間應(yīng)與水位觀測時間相對應(yīng)。（4）抽水結(jié)束后，或試驗期間因故中斷抽水時，應(yīng)觀測恢復水位，觀測頻率應(yīng)與抽水時 一致，水位應(yīng)恢復到接近抽水前的靜止水位。3.5異常處理現(xiàn)象原因處理措施S不變，Q漸增或 驟增；Q不變，S 漸升或驟升1.地表水補給地下水

20、：小池塘補給 永久性河流補給2.排水的后補給；3. 巖溶通道進水斷面擴大（出現(xiàn)渾水）； 4.抽水出砂量大，部分含水層被抽空， 增大了過水斷面；5.洗孔不合要求，抽 水中途“泥漿皮”脫落（出現(xiàn)渾水）1.疏干小池塘水后，再轉(zhuǎn)入正式抽水； 相對穩(wěn)定四小時停抽，但應(yīng)查明河流歷年最 大最小和一般流量，以作抽水點開采水量的 評價依據(jù)；2.檢查排水渠道，如有漏失，應(yīng) 及時堵塞，或改變排水方向；3、4、5延長抽 水時間S不變，Q驟減或Q不變，S驟減1.由于含水層局部被抽空，頂部隔水土 層突然坍塌（出現(xiàn)渾水），將過濾器部 分“糊死：；2.補給源不足，水位連續(xù) 下降不恢復；3.含水層中細小顆?；驇r 溶裂隙中的充填

21、物淤塞過濾器；4.巖 溶、裂隙充填物大量坍塌（出現(xiàn)水渾）， 堵塞過水斷面。1.停抽或延長抽水時間，直至Q、S和t關(guān)系 曲線與變化前相近時為止；2.經(jīng)試抽確屬此 因，不必轉(zhuǎn)入正式抽水（可根據(jù)水位下降速 度反算井的最大出水量）3.將風管噴頭直 接對準過濾器部分送風沖洗，抽水順序由 小到大進行；4.向孔內(nèi)送水送風，再抽水， 反復進行，至出水量正常；將空口封閉， 用壓風機壓入空氣，使水氣混合物沖向裂隙、 溶洞，使堵塞物稀散再抽水S與Q的相應(yīng)變化無常1.抽水機械運轉(zhuǎn)不正常；2.壓風機抽水 時，風管噴頭以上漏氣；3.水泵送水時， 動水位以上之吸水管進氣1.檢查調(diào)整抽水機械；2.檢查風管，重新上緊絲扣；3.檢查密封吸水管S改變，而