興仁縣巴鈴富水區(qū)巖溶水的資源量評價分析

張 琳，祝 念

(貴州省地質工程勘察院，貴州 貴陽550008)

興仁縣巴鈴富水區(qū)巖溶水的資源量評價分析

張 琳，祝 念

(貴州省地質工程勘察院，貴州 貴陽550008)

貴州地處西南巖溶石山中心，碳酸鹽巖廣布，巖溶天窗、豎井、落水洞等巖溶個體形態(tài)發(fā)育，地表水缺乏，地下水開發(fā)顯得尤為重要。本文以巴鈴富水區(qū)資源量評價開發(fā)利用分析為例，以大井法等方法計算其可開采資源量，用降水入滲補給法驗證其補給量的保證程度，并對地下水質量進行評價，在水質與水量得到保證的前提下實施鉆探開發(fā)，以便為同類巖溶水文地質條件下的巖溶水開發(fā)起到一定借鑒作用。

巖溶;富水區(qū);大井法;地下水開發(fā)

貴州地處西南巖溶石山中心，全省碳酸鹽巖分布面積12.96萬 km2，由于巖溶個體形態(tài)發(fā)育，地表水嚴重漏失，造成地表巖溶干旱缺水十分嚴重，而地下水資源卻相當豐富。因此開發(fā)地下水資源就成為貴州找水任務的重中之重。巴鈴鎮(zhèn)是興仁縣的重要集鎮(zhèn)之一，十二五期間是重大的煤化工基地，城鎮(zhèn)的發(fā)展及煤化工基地的建設為水源開發(fā)提出了更高的要求。而巴鈴鎮(zhèn)地處巖溶富水區(qū)，開發(fā)利用條件好，開發(fā)后可作為巖溶富水區(qū)典型之例。

1 區(qū)域地質概況及地下水系統(tǒng)特征

區(qū)內出露的主要地層由老至新分別為:三疊系中下統(tǒng)嘉陵江組(T1－2j)，巖性為灰?guī)r、白云巖時偶夾白云質灰?guī)r、泥質灰?guī)r、泥灰?guī)r，含裂隙—溶洞水。三疊系中統(tǒng)關嶺組(T2g)，巖性為白云巖、泥質白云巖、白云質灰?guī)r夾泥灰?guī)r及泥質灰?guī)r，底部為“綠豆巖”，含溶洞—裂隙水。三疊系中統(tǒng)楊柳井組(T2y)巖性為灰?guī)r、白云質灰?guī)r、泥巖，含裂隙—溶洞水。三疊系上統(tǒng)賴石科組(T3ls)，巖性為泥灰?guī)r、粉砂質泥灰?guī)r，含基巖裂隙水。

工作區(qū)構造特點是以旋扭式構造型式為主，兼有北西、北東及北北東向構造。受區(qū)域構造的影響，工作區(qū)斷層較為發(fā)育，主要有小坪寨斷層(F1):位于工作區(qū)東部小坪寨，為平移斷層，走向為 60°，傾向為 150°，傾角為 85°，長約 7.5 km;其北西盤向南西方向運動，南東盤向北東方向運動;巴鈴斷層(F2):位于巴鈴鎮(zhèn)集鎮(zhèn)，其走向為330°，傾向為240°，傾角為70°，長約3 km，該斷層對本區(qū)地下水排泄起一定的控制作用。受該逆斷層控制，沿斷層面兩側有較多泉點分布;菜子凼斷層(F3):位于巴鈴鎮(zhèn)東側，為平移斷層，走向為70°，傾向為160°，長約3 km;其北西盤向南西方向運動，南東盤向北東方向運動。

水源地受地表水文網、地層巖性控制，富水區(qū)邊界主要有地表分水嶺及細碎屑巖隔水層。南部以三疊系上統(tǒng)賴石科組(T3ls)泥灰?guī)r及粉砂質泥灰?guī)r為隔水邊界，東部及北西部為地表分水嶺為隔水邊界，北東部為三疊系中統(tǒng)關嶺組(T2g)粘土巖為隔水邊界。其西側發(fā)育逆斷層，為水源地排泄區(qū)。上述條件圈定了富水區(qū)系統(tǒng)邊界特征。

2 富水區(qū)地下水資源量評價

2.1 方法選擇

工作區(qū)富水條件較為多變，分布面積較大，構成了井位分布較為復雜的平面形狀，且工作程度較少，為計算方便，故采用“大井法”作為可采資源量評價方法之一;同時，根據(jù)工作區(qū)水文地質條件具有不均勻性的特點以及已作成井抽水試驗，直接根據(jù)抽水資料采用“單位儲存法”進行推算其可采資源量。

2.2 大井法計算可采資源量

工作分布面積不規(guī)則的成井在開采后，其外圍逐漸形成一個統(tǒng)一的降落漏斗。理論上可將形狀不規(guī)則成井系統(tǒng)所圈的面積看成是一個理想“大井”的面積，此時，整個鉆井系統(tǒng)的出水量就相當于“大井”的出水量，成井半徑用“大井”的引用半徑代替，影響半徑用“大井”的引用半徑代替。

2.2.1 計算公式

根據(jù)工作區(qū)水文地質條件，采用潛水非層流穩(wěn)定流完整井計算公式如下:

式中:K為含水層滲透系數(shù)(m/d);H為抽水前潛水層厚度(m);h0為井內動水位(m);r0為大井引用半徑(m);d為井至供水或隔水邊界的距離，供水邊界為減，隔水邊界用加(m)。

2.2.2 參數(shù)的確定

1)含水層滲透系數(shù)(K)的確定

含水層滲透系數(shù)根據(jù)成井抽水試驗資料確定，采用2010年4月興仁縣巴鈴鎮(zhèn)小坪寨成井(CK16)抽水試驗相關數(shù)據(jù)，采用以下公式進行計算:

式中:K為滲透系數(shù)(m/d);R為影響半徑(m);Q為涌水量(1 431.03 m3/d);H 為含水層厚度(71.40 －30.00=41.40 m);Sw為水位降深值(9.40 m);r為抽水井有效半徑(0.109 5 m)。

計算得:滲透系數(shù)，K=5.161 3 m/d

2)H、h0的確定

與上同，采用2010年4月興仁縣巴鈴鎮(zhèn)小坪寨成井(CK16)抽水試驗相關數(shù)據(jù)得:H=27.1 m，h0=25.8 m。

3)大井引用半徑(r0)的確定

大井的引用半徑r0可用以下經驗公式確定

式中:F為鉆井分布范圍圈定的面積，或者以降落漏斗的封閉等水位線所有圈定的最大范圍之面積。

根據(jù)工作區(qū)條件，F(xiàn)=50 000 m2，則 r0=126.34 m

4)井至供水或隔水邊界的距離(d)的確定

根據(jù)工作區(qū)實際條件，圈定d1=2 000 m;d2=3 500 m

2.2.3 可采資源量計算

將上述各項參數(shù)代入公式(a)，

得 Q=1.31萬 m3/d

2.2.4 保證程度的驗證

大井法計算極為簡單，但尚需用補給量來驗證其保證程度。工作區(qū)補給來源主要為大氣降水，故采用降雨入滲補給法計算其補給量。

1)計算公式

式中:Q為降雨入滲補給量(m3/d);α為降雨入滲系數(shù);F為接受降雨滲入的面積(m2);P為不同保證率下降雨量(m)。

2)各參數(shù)選取

(1)降雨入滲系數(shù)，參照同地區(qū)同地層類比，取0.251;

(2)接受降雨滲入的面積(F)，根據(jù)工作區(qū)水文地質條件，實際取 35.5 km2，即 35.5 ×106m2。

3)不同保證率下降雨量(P)

椐興仁縣氣象站多年年降水量序列資料，從中選擇出一個完整的降水周期，按下式對年降水量序列進行概率統(tǒng)計檢驗:

式中:A為保證率;m為周期內降水量按大小排列的序號;n為氣象資料年限數(shù);為多年平均降水量(mm);Pi為年降水量(mm);δ為均方差;CV為變差系數(shù);CS為偏態(tài)系數(shù);Ki為年降水量模比系數(shù)

檢驗結果年降水量服從正態(tài)分布。據(jù)此，采用皮爾遜Ⅲ型分布作為概率模型，進行理論頻率曲線選配。不同保證率計算結果見表1。

表1 巴鈴不同保證率降水量計算結果

4)補給量計算

將上述參數(shù)代入公式(e)得水文地質單元內50%保證率降水量條件下，地下水天然補給量為3.39萬 m3/d，75%保證率時為2.95萬 m3/d，95%保證率時為2.36萬 m3/d。

在95%保證率時其補給量遠大于大井法計算得的Q=1.31萬m3/d。故采用大井法計算得的可采資源量是可靠的。

2.3 單位儲存法計算可采資源量

在需水量很大，地下水徑流量很小而含水層厚度又較大的區(qū)段，可采用較長時間的大于徑流量的開采試驗抽水確定其可采資源量。利用枯季抽水試驗，在抽水試驗進行一段時間t0后，含水層的水位下降與抽水時間近乎呈直線關系，此時抽水量Q由地下水的徑流量Qg及消耗的含水層貯存量VCT二部分水量組成。

式中:Q為抽水量(m3/d);Qg為地下水徑流量(m3/d);VCT為T時間內消耗的貯存量值(m3);T為水位呈直線下降的時間間隔(d)。

式中:qCT為單位貯存量，即在抽水井影響范圍內含水層水位每下降1 m所消耗的貯存量(m3);hCT為在T時間間隔內含水層水平下降的平均值(m)。

由于抽水時間為2010年4月，工作區(qū)已有近8個月未降雨，故其地下徑流量很小，即Qg≈0，則(g)式可寫為:

根據(jù)小坪寨成井抽水資料得 Q=1 431.03 m3/d;T=1.33 d，hCT=0.1 m。計算得:

地下水可采資源量根據(jù)下式計算:

由于Qg≈0，則(i)式可寫為:

式中:Q可為地下水可采資源量(m3/d);TH為枯水期時間(d);hCTmax為枯水期終允許的最大水位消耗值(m)。根據(jù)工作區(qū)多年降雨資料及小坪寨成井抽水試驗分析得TH=174 d，hCTmax=102.7 m。

計算得Q可=1.12萬 m3/d

根據(jù)雨季偶測抽水數(shù)據(jù)求取地下水可采資源量安全系數(shù)η。

若雨季抽水量為Q豐，抽水時間為t豐，在此期間水位回升值為Δh，則t豐時間內地下水總補給量Vn應為:

每日地下水補給量Qn則為:

根據(jù)小坪寨成井豐水期一次偶測資料代入上式(Q豐=1 650.84 m3/d、t豐=2 d，Δh=3.51 m)，得:

Qn=3.5 萬 m3/d

根據(jù)公式(j)及(l)計算出一年內所需的地下水補給時間tn(d):

則地下水可采資源量的安全系數(shù)η為:

式中:t′n為一年內地下水接受補給的實際天數(shù)(d)，根據(jù)工作區(qū)多年降雨資料，t′n取 191 d，得 η =191/116.83=1.64

安全系數(shù)η在1.3～2.0之間，則說明計算結果 Q可=1.12萬 m3/d較為可靠，真實。

采用“大井法”及“單位儲存法”計算得工作區(qū)可采資源量(Q可)分別為 1.31萬 m3/d及 1.12萬 m3/d，兩種方法計算得結果較為接近，單位儲存法忽略地下水徑流量，僅考慮地下水儲存量，在年際補給充分的條件下計算得的資源量更為合理，故取Q可=1.12萬 m3/d作為工作區(qū)地下水可采資源量。

3 地下水資源水質評價

地下水質量評價選取工作區(qū)內成井、巖溶泉及地下河取樣檢測共6組進行評價，其中成井水樣2組、地下河出口水樣1組，巖溶泉水樣3組。水質分析包括全分析、特殊分析、氰酚分析以及細菌學(細菌總數(shù)、大腸桿菌總數(shù))分析，分析項目共28項。根據(jù)水樣中檢測物質含量，按《地下水質量標準》(GB14848－93)要求，對區(qū)內地下水的質量進行了評價。分析結果如表2。

表2 工作區(qū)地下水資源評價結果

根據(jù)取樣分析數(shù)據(jù)，得出評價:水源水質達Ⅱ類的5處，Ⅲ類1處，地下水水質良好。

4 結語

通過對區(qū)內水文地質特征分析，配合巖石地層特征、構造組合特征等綜合分析，劃分出了巴鈴鎮(zhèn)地區(qū)富水塊段。采用“大井法”及“單位儲存法”共同計算并驗證地下水可開采資源量，其結果較為真實。為設計布井和成功開采地下水，提供了良好的基礎條件。

同時，該方法的成功應用，也可為同類巖溶水文地質條件下巖溶水開發(fā)利用起到一定借鑒作用。

［1］地質礦產部水文地質工程技術方法研究隊.水文地質手冊.北京.地質出版社.1983.

［2］中國地質調查局.中國西南地區(qū)巖溶地下水資源開發(fā)與利用.北京.地質出版社.2006.

［3］貴州省地質調查院.貴州巖溶地下水開發(fā)與經濟技術評價.貴州.

［4］劉澤強.水文地質手冊.北京.中國地質出版社.2006.

［5］陳萍，巴特爾.貴州巖溶地下水開發(fā)與經濟技術評價.貴州地質.2008，25(1).

P641.134

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1004－1184(2012)03－0040－03

2012－03－09

張琳(1983－)，女，河北保定人，助理工程師，主要從事水文地質調查工作。