荊沙線紀(jì)山車站水源勘察

倪章勇

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

荊沙線紀(jì)山車站水源勘察

倪章勇

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

荊沙線紀(jì)山車站位于泥巖地區(qū)、地下水貧乏區(qū)。通過對(duì)區(qū)域水文條件、地層及構(gòu)造的分析，認(rèn)為站區(qū)黏土層和泥巖之間可能局部存在第四系早期的圓礫土沉積層，圓礫土層和平原區(qū)含水層具有良好水力聯(lián)系，為良好的含水層。利用電法物探找到了這種特殊的儲(chǔ)水構(gòu)造，經(jīng)鉆探揭露了這種構(gòu)造，并經(jīng)過開采性抽水試驗(yàn)，證明了這種水力聯(lián)系，滿足了供水要求，也為泥巖地區(qū)找水提供了經(jīng)驗(yàn)。

車站 供水 水文地質(zhì) 物探 抽水試驗(yàn)

荊沙線紀(jì)山車站位于湖北省荊州市北部，為一中型給水站，站中心里程DK57+400，機(jī)車牽引類型為電氣化。需水量50 m3/d，主要供該站生活、生產(chǎn)用水。

1 自然地理?xiàng)l件

氣象:屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均氣溫在13.9～21.6 ℃，多年平均降水量1 097.1 mm，蒸發(fā)量803.2 mm，最大積雪深度為9 cm，年平均雷暴日數(shù)為26.8 d。

水系:屬長(zhǎng)江水系，長(zhǎng)江在車站南側(cè)40 km處流向東。

地形地貌:壟崗起伏平原，壟崗與崗間谷地相間，呈不連續(xù)帶狀，崗地高程一般40～100 m，相對(duì)高差為10～15 m，崗頂開闊平緩，崗坡緩斜一般為5°～10°，主要為水田、魚塘、旱地和林地。

2 構(gòu)造及地質(zhì)

構(gòu)造:在地質(zhì)構(gòu)造上，本區(qū)主要為新生代沉積帶江漢凹陷的一部分—江陵凹陷，除凹陷邊緣有中生代紅層和古生代灰?guī)r、砂巖分布外，其余均為新生代地層所覆。第四系地層在紫荊嶺、響嶺向沙市一帶增厚，至江陵第四系地層厚度達(dá)到150 m。站區(qū)地震烈度為6度。

地質(zhì):根據(jù)鉆孔顯示(如圖1)，站區(qū)地表為第四系上更新統(tǒng)(Q3)沖洪積黏土，厚度15～30 m，下伏第三系(N)泥巖、泥質(zhì)砂巖。

圖1 車站工程地質(zhì)縱斷面

3 水文地質(zhì)條件

本站處于壟崗傾斜平原，即長(zhǎng)江沖洪積平原往低山丘陵區(qū)的過渡地帶，水文地質(zhì)分區(qū)為水量貧乏區(qū)(如圖2)，有充沛的降水，并形成了眾多的河流和湖泊，但河流和湖泊對(duì)傾斜平原地下水補(bǔ)給有限。

圖2 水文地質(zhì)分區(qū)

3.1 孔隙潛水

主要含水層為第四系粉質(zhì)黏土，底部為上中更新統(tǒng)黏土及泥巖，總厚度較小，水量較小，表現(xiàn)為上層滯水，水位一般0.5～5 m，受大氣降水及地表水補(bǔ)給，隨季節(jié)變化較大。

3.2 基巖裂隙水

基巖裂隙水主要分布于壟崗與崗間谷地相間區(qū)，主要賦存于第三系泥巖、泥質(zhì)砂巖的節(jié)理裂隙及風(fēng)化層中，含水層為風(fēng)化、構(gòu)造所形成的裂隙帶，水量較小，溝谷、洼地附近水量略大。一般風(fēng)化影響帶內(nèi)為層狀碎屑巖類孔隙、裂隙潛水，下部為碎屑巖類層間承壓水，由于成巖度低，一般泥巖為半固結(jié)狀態(tài)，局部砂巖略有固結(jié)，多為松散狀態(tài)，有一定的水量，但含水量不均，主要補(bǔ)給來源為大氣降水、湖泊河流越流及側(cè)向徑流補(bǔ)給，主要以泉水形式向深切溝谷排泄。

3.3 供水意義分析

第一含水層為孔隙潛水，含水層為粉質(zhì)黏土，弱含水性，下部為老黏土，具中等膨脹性，為隔水層，水量較小，不能滿足車站水量要求；而且受降雨影響比較大，雨季充沛，旱季干涸，不能給車站提供穩(wěn)定的水源。取地表湖泊水進(jìn)行水質(zhì)分析，鐵離子一般大于0.3 mg/L，水質(zhì)不能滿足飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，供水意義不大。

第二含水層為基巖裂隙水，埋深較大，水質(zhì)一般為HCO3-Ca·Mg·Na型，礦化度一般小于1 g/L，水質(zhì)較好。但由于以泥巖為主，泥質(zhì)砂巖夾層狀，局部表現(xiàn)為透鏡體，分布也不均勻。經(jīng)估算，若鉆孔深度120 m，含水層厚度按照20 m估計(jì)，預(yù)計(jì)涌水量小于30 m3/d。

經(jīng)過分析，站區(qū)的地下水難以滿足車站的供水要求。需要繼續(xù)調(diào)查研究，否則只能舍棄采取地下水的供水方案。

4 水源井的位置選擇

4.1 區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查

對(duì)車站附近進(jìn)行了詳細(xì)的水文地質(zhì)調(diào)查，共完成調(diào)繪10 km2，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，站區(qū)部分河溝地表水均流向了南側(cè)的廟湖、長(zhǎng)湖，而村民的小壓井出水量存在很大的差別，部分出水量較大，且具有承壓性。

如圖1，車站位于壟崗起伏地段，但車站南側(cè)20 km即為長(zhǎng)江沖積平原，地形開闊平坦，高程一般20～40 m，相對(duì)高差1～5 m。

沖積平原上部為粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，構(gòu)成其隔水層，含水層主要為下部的粗圓礫土、卵石層，充填有細(xì)砂以及中粗砂，總厚度一般大于100 m，沉積層未見底，水量豐富，為承壓含水層，但承壓力不大。一般水位為0.2～2.0 m，均為負(fù)水頭，鉆孔最大可能水量小于1 000～5 000 m3/d，主要補(bǔ)給方式為長(zhǎng)江的越流補(bǔ)給、上游的地下徑流補(bǔ)給。

水質(zhì)一般為HCO3-Ca·Mg·Na型，礦化度一般小于1 g/L，水質(zhì)良好。

沖洪積平原地下水位較豐富、穩(wěn)定，是較好的供水水源地，但是距離太遠(yuǎn)。由于長(zhǎng)江沖積平原粗圓礫土層很厚，沉積時(shí)間長(zhǎng)，從第四系中更新統(tǒng)(Q2)至第四系全新統(tǒng)(Q4)，沉積范圍很廣，因此可以推斷，紀(jì)山局部地段可能存在早期沉積的圓礫土夾層，且為尖滅段(如圖3)，如果確實(shí)存在這種儲(chǔ)水構(gòu)造，那么紀(jì)山和平原區(qū)就有良好的水力聯(lián)系，水量完全滿足要求。

4.2 水文地質(zhì)物探

黏土跟粗圓礫土、卵石層電阻率差異很大，故采用高密度電法查找儲(chǔ)水構(gòu)造，采用對(duì)稱四極電阻率測(cè)深法。在紀(jì)山站兩側(cè)以勘探線的形式布置工作量，勘探線布置形式為“川”字形，測(cè)點(diǎn)間距10 m。通過解譯，各條剖面存在連續(xù)和不連續(xù)的低阻異常帶，且其中一個(gè)剖面有較厚且連續(xù)性好的低阻異常帶，推測(cè)為圓礫土含水層。

圖3 推測(cè)水文地質(zhì)剖面

4.3 水文鉆探驗(yàn)證

根據(jù)物探資料，布置一個(gè)水文鉆孔，鉆孔深度52 m，鉆探后揭示情況如下。

①-1黏土：灰褐、黃褐色，硬塑，切面光滑，含白色團(tuán)塊、姜石，厚度31.4 m，隔水層，不含水。①-2粉土：褐黃色，稍密，土質(zhì)較均勻，厚1.3 m，相對(duì)隔水層，含毛細(xì)水。①-3細(xì)砂：黃褐，中密，飽和，以石英、長(zhǎng)石為主，含約30%卵石，一般粒徑5～8 cm，圓棱狀，母巖以砂巖為主，厚度3.7 m，透水性較高，含孔隙水，各向同性。①-4卵石土：黃褐色，密實(shí)，飽和，粒徑6～10 cm約占50%，最大約14 cm，充填細(xì)砂約20%，圓棱狀，母巖以砂巖、花崗巖為主，揭露厚度為1.3 m，透水性較高，含孔隙水，各向同性。

②第三系泥巖(N)：褐紅色，全-強(qiáng)風(fēng)化，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，巖芯呈土柱狀，相對(duì)隔水層不含水。

場(chǎng)區(qū)主要含水層為：①-3細(xì)砂、①-4卵石土，為承壓含水層。地下水以接受長(zhǎng)江河流補(bǔ)給為主，部分通過孔隙通道和土巖接觸帶補(bǔ)給臨近的水文地質(zhì)單元。由于補(bǔ)給來源穩(wěn)定，所以場(chǎng)區(qū)地下水位比較穩(wěn)定，水量充足，和之前的推測(cè)一致。

5 水量評(píng)價(jià)

為了評(píng)價(jià)水量，在鉆孔進(jìn)行了3次抽水試驗(yàn)，抽水試驗(yàn)延續(xù)時(shí)間均超過24 h，繪制了Q、S-t過程曲線，如圖4～圖6[1]。

由于Q-s曲線近似直線，并非疏干形，為穩(wěn)定流，故含水層并不是透鏡體或者老窖水，而是有穩(wěn)定的補(bǔ)給來源，證明了這種儲(chǔ)水構(gòu)造可以作為供水水源。

對(duì)于抽水試驗(yàn)的參數(shù)，采用如下公式進(jìn)行了計(jì)算

圖4 Q、S-t過程曲線

圖5 Q-s關(guān)系曲線

圖6 q-s關(guān)系曲線

式中:S—水位降深/m;Q—出水量/(m3/d);M—含水層厚度/m，取值M=5 m;K—滲透系數(shù)/(m/d);R—影響半徑/m;r—鉆孔半徑/m，取值r=0.055 m。

表1 抽水試驗(yàn)成果

K值計(jì)算結(jié)果如表1，取平均值K=5.73 m/d，在降深S=4.9 m時(shí)，涌水量已經(jīng)達(dá)到了88 m3/d，完全滿足車站需水要求，經(jīng)水質(zhì)化驗(yàn)分析，滿足飲用水要求。

本站的供水由鉆孔的平面位置決定，只有在局部存在圓礫土的地段鉆孔，才能找到足夠的水量，而鉆孔深度達(dá)到第三系泥巖即可。建議車站供水采用管井，位置為本鉆孔位置，擴(kuò)孔至直徑150 mm，當(dāng)降深2 m，涌水量達(dá)到50 m3/d．

6 結(jié)束語

紀(jì)山站附近地下水較為貧乏，通過分析區(qū)域水文地質(zhì)條件，認(rèn)為局部可能存在儲(chǔ)水構(gòu)造，而且和富水區(qū)存在良好的水力聯(lián)系，經(jīng)物探確定了儲(chǔ)水構(gòu)造的位置，鉆探驗(yàn)證了這種儲(chǔ)水構(gòu)造，抽水試驗(yàn)驗(yàn)證了這種水力聯(lián)系，得到的涌水量滿足車站的要求。

[1] 鐵道部第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院.鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京：中國鐵道出版社,2007:125-191

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WaterSourceInvestigationofJishanStationofJin-ShaRailway

NI Zhang-yong

2014-05-22

倪章勇(1981—)，男，2005年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)水文與水資源工程專業(yè)，工程師。

1672-7479(2014)05-0048-04

P641.7

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