大型抽水試驗(yàn)在藏東高原水源地勘探中的應(yīng)用

王建國(guó)，于文泉，楊 閃

(華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊，050021)

大型抽水試驗(yàn)在藏東高原水源地勘探中的應(yīng)用

王建國(guó)，于文泉，楊 閃

(華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊，050021)

以藏東某礦山供水水源地為例，探討大型抽水試驗(yàn)在高原基巖地下水水源地勘探中的應(yīng)用。通過枯水期及豐水期兩次大流量抽水試驗(yàn)，對(duì)地下水含水系統(tǒng)造成強(qiáng)烈的震動(dòng)，研究了區(qū)內(nèi)大氣降水、地表水、地下水“三水轉(zhuǎn)換”關(guān)系、地下水水位動(dòng)態(tài)和流場(chǎng)變化特征，在查明水源地水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，采用開采試驗(yàn)法預(yù)測(cè)了水源地地下水允許開采量為3.00×104m3/d，認(rèn)為水源地地下水允許開采量有足夠資源保證，水源地運(yùn)行后，不會(huì)發(fā)生危害性環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象。

群孔抽水試驗(yàn)；水源地勘探；地下水系統(tǒng)；允許開采量

大型抽水試驗(yàn)是采用大流量、長(zhǎng)時(shí)間、大降深的抽水，旨在對(duì)研究區(qū)地下水系統(tǒng)造成強(qiáng)烈的震動(dòng)，達(dá)到暴露水文地質(zhì)條件的目的，已在地質(zhì)勘探研究中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了顯著成果[1-6]。但實(shí)際生產(chǎn)中大多采用單井抽水試驗(yàn)，其弊端是引起的地下水變幅較小，反應(yīng)的水文單元在廣度和深度方面都很有限[7]，為提高地下水資源評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和可靠程度，在較高級(jí)別水資源評(píng)價(jià)中往往要求進(jìn)行專門的大型抽水試驗(yàn)。本文以玉龍銅礦供水水源地勘探為例，探討了在藏東高原巖溶區(qū)應(yīng)用大型開采性抽水試驗(yàn)研究水文地質(zhì)特征及評(píng)價(jià)地下水資源的方法。

1 水文地質(zhì)條件概述

研究區(qū)西面、北面、南面為地表分水嶺，覺高曲河流橫貫中部，為當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面，東面分布著上三疊統(tǒng)甲丕拉組砂頁巖相對(duì)隔水邊界，構(gòu)成一個(gè)完整的水文地質(zhì)單元。主要含水層為上三疊統(tǒng)波里拉組灰?guī)r巖溶裂隙含水層組，其透水性、富水性分布不均一，鉆孔單位涌水量0.19～54.5 L/s·m，滲透系數(shù)0.09～192.0 m/d。

區(qū)內(nèi)氣候?yàn)榇箨懶詼貛О敫珊蹈吆降貧夂?，多年平均降水?00.3 mm(1984～2011年)，降水多集中于6～9月。覺高曲河流受降水和冰雪融水控制，常年有水。擬建水源地一帶，覺高曲河枯水期間流量仍有0.51 m3/s。地下水主要補(bǔ)給方式為大氣降水和地表水滲漏補(bǔ)給，徑流受地形和構(gòu)造控制形成不同泉域，地下水與地表水交替運(yùn)動(dòng)頻繁。見圖1。

區(qū)內(nèi)能否建立大中型的集中供水水源地，取決于地下水資源量的多少和可控程度。因此，勘探通過大型抽水試驗(yàn)，達(dá)到充分暴露地下水系統(tǒng)的內(nèi)在矛盾，查明水文地質(zhì)條件，研究地下水流場(chǎng)的演變規(guī)律、地下水的可控性及激發(fā)資源量情況，最終確定地下水允許開采量，并判定開采地下水對(duì)環(huán)境的影響狀況。

圖1 研究區(qū)水文地質(zhì)略圖

2 抽水試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次采取大流量抽水試驗(yàn)，其目的一是研究開采條件下灰?guī)r地下水漏斗的擴(kuò)展形態(tài)，以驗(yàn)證水源地地下水的靜儲(chǔ)量；二是研究供水井對(duì)泉水、地表水、第四系地下水的可控程度，研究其轉(zhuǎn)化規(guī)律；三是大流量抽水盡可能最大程度截取河水，驗(yàn)證激發(fā)河流補(bǔ)給資源量。抽水試驗(yàn)主要鉆孔布設(shè)于研究區(qū)地下水集中排泄區(qū)——覺高曲泉群附近，該地段巖溶極其發(fā)育，成井條件好，供水井沿覺高曲兩岸展布，可較好地襲奪泉水排泄量，變地下水分散消耗為集中開采。

2.1 群孔抽水試驗(yàn)系統(tǒng)布設(shè)

本次抽水試驗(yàn)抽水孔選擇DK01～DK09等9個(gè)勘探鉆井，并根據(jù)抽水量和鉆井出水情況，控制抽水井的數(shù)量。觀測(cè)系統(tǒng)主要利用灰?guī)r鉆孔、第四系鉆孔、泉點(diǎn)、河流，共布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)42個(gè)，垂向上控制了地表水、第四系地下水、不同深度灰?guī)r地下水，形成了三維立體空間觀測(cè)系統(tǒng)。水位觀測(cè)采用GPRS2009無線遠(yuǎn)程水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，各抽水井抽水量觀測(cè)采用EMFM HFD 3000型電磁流量計(jì)，避免了人為誤差，保證了觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和連續(xù)性，提高了數(shù)據(jù)觀測(cè)精度。

2.2 抽水試驗(yàn)

在“教師推薦好書”活動(dòng)中，每?jī)芍苡烧Z文教師為學(xué)生推薦一本好書。老師們推薦的好書有《了不起的狐貍爸爸》《小豬嘰哩咕?！贰恫虏挛矣卸鄲勰恪贰兜案饽膬喝チ恕返龋依蠋焸兯扑]的這些好書在我們“小書吧”中都能找到。結(jié)合部編教材一上第二單元“和大人一起讀”內(nèi)容，教師推薦《童謠100首》，并在課堂上和學(xué)生一起讀，引導(dǎo)學(xué)生回家請(qǐng)爸爸媽媽一起讀，并向身邊的長(zhǎng)輩學(xué)讀他們小時(shí)候的童謠，把學(xué)會(huì)的童謠在班級(jí)里教大家來讀。學(xué)生們讀得開心，學(xué)得積極，教得認(rèn)真。

抽水試驗(yàn)分枯水季節(jié)及豐水季節(jié)兩次進(jìn)行。

第一次抽水試驗(yàn)抽水井為DK03、DK05、DK06、DK08、DK09，從2011年5月31日開始至7月22日結(jié)束，歷時(shí)53天。5月31日至6月5日為抽水前初始水位觀測(cè)階段。6月6日至7月12日為抽水階段。6月6日8時(shí)開泵，7月12日8時(shí)停泵，抽水試驗(yàn)持續(xù)進(jìn)行36 d，抽水量為4.5～4.7×104m3/d，7月12日至7月22日為停泵后水位恢復(fù)觀測(cè)階段。

第二次抽水試驗(yàn)區(qū)內(nèi)2011年3月-2012年2月實(shí)測(cè)降水量為450.11 mm，昌都?xì)庀笳就诮邓繛?05 mm，屬枯水年，每年2月份，冰雪融化尚未開始，為枯水期，因此，2012年2月啟動(dòng)第二次抽水試驗(yàn)，抽水井為DK03、DK06、DK08 。從2月18日至24日為初始流場(chǎng)觀測(cè)階段，2月24日至3月20日為試驗(yàn)階段，抽水歷時(shí)32 d。 抽水量為3.48×104m3/d，抽水3 d后，主井水位趨于穩(wěn)定；3月2日上午增開DK09抽水孔，加大抽水量，進(jìn)行試抽水試驗(yàn)，抽水量為4.44×104m3/d，水位持續(xù)下降，難以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，隨后關(guān)閉DK09。兩次試驗(yàn)，抽水孔單井出水量在321.1～418.2 m3/h之間。

圖2 抽水試驗(yàn)等降深曲線圖

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 地下水位、流場(chǎng)變化特征分析

兩次抽水試驗(yàn)均對(duì)研究區(qū)地下水系統(tǒng)產(chǎn)生了強(qiáng)烈的震動(dòng)，在水源地一帶形成了以水源地為中心，呈不規(guī)則形，一定規(guī)模的地下水降落漏斗，地下水降落漏斗主要沿玉龍溝、覺垌溝方向延展，見圖2，表1。

表1 抽水井及觀測(cè)(井)孔地下水位下降情況表

由本次抽水試驗(yàn)形成的流場(chǎng)、水位降深情況，可分析擬建水源地含水層及地下水有如下特征：

(1)地下水降落漏斗呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，主要沿覺垌溝、玉龍溝、覺高曲延展，且水源地北東及東地下水水力坡度較陡，說明灰?guī)r含水層透水性不均一，水源地主要來水方向?yàn)槟喜坑X垌溝及西部覺高曲一帶。

(2)兩次抽水試驗(yàn)單井出水量大，其中第一次試驗(yàn)主井降深18.25～25.83 m，第二次主井降深1.7～6.7 m，兩次試驗(yàn)主井降深均不大，說明擬建水源地地下水降深空間是足夠的。

(3)第二次枯水期抽水量3.48×104m3/d，觀測(cè)孔水位降深遠(yuǎn)小于第一次抽水試驗(yàn)降深，且流場(chǎng)很快達(dá)到穩(wěn)定，說明研究區(qū)3.0×104m3/d的水資源量是有保證的。

3.2 大氣降水、地表水、地下水“三水”關(guān)系分析

區(qū)內(nèi)地表水、第四系地下水、灰?guī)r地下水互補(bǔ)關(guān)系復(fù)雜，加之青藏高原獨(dú)特的降水及冰雪消融， “三水”之間的相互關(guān)系分析對(duì)研究水源地地下水補(bǔ)給條件、確定水源地允許開采量至關(guān)重要。

3.2.1 地表水、地下水關(guān)系分析

天然條件下，擬建水源地西覺垌溝口一帶第四系地下水位高于河水水位約2.59 m，低于灰?guī)r地下水水位1.34 m，水源地第四系水位高于河水水位1.55 m，低于灰?guī)r地下水位0.16 m?；?guī)r地下水補(bǔ)給第四系水、河水。群孔抽水試驗(yàn)時(shí)，3個(gè)第四系孔水位在大抽水期間水位持續(xù)下降，其中QG08、QG09孔分別于6月19日、6月8日干涸，QG07第四系地下水位最大降深達(dá)4.73 m，見表2。

根據(jù)群孔抽水試驗(yàn)期間建立的水源地覺高曲河流上下游觀測(cè)斷面，下游河流流量比上游少約0.05 m3/s，說明抽水試驗(yàn)激發(fā)了河流滲漏補(bǔ)給灰?guī)r含水層。由上可見，開采條件下灰?guī)r地下水水位降低，形成地下水位降落漏斗，第四系水及河水補(bǔ)給灰?guī)r地下水。

3.2.2 大氣降水、地表水、地下水關(guān)系分析

青藏高原特有的地貌及氣象條件使區(qū)內(nèi)地表水產(chǎn)流模式及年內(nèi)變化規(guī)律也存在獨(dú)特的特征。6月至9月為雨季，河水流量增大，并隨大氣降水而暴漲暴落，雨季過后流量逐漸減小，至4、5月份，冰雪融化，部分入滲補(bǔ)給地下水，部分形成地表徑流，河流水質(zhì)變渾濁，流量日變幅較大，中午觀測(cè)流量明顯大于早晨。大氣降水及冰雪融水對(duì)基巖地下水水位變化也有明顯影響，如：第一次群孔抽水試驗(yàn)：2011年6月10日及6月24夜間降小雨，次日抽水試驗(yàn)井水位普遍上升0.03～0.15 m，7月3日降小中雨，抽水試驗(yàn)井水位普遍上升，其中抽水井DK06最大上升0.74 m，觀測(cè)孔水位也上升約0.2 m。第二次抽水試驗(yàn)：2012年3月9日下午，氣溫升高，冰雪融化，河水上漲，水源地一帶灰?guī)r水位普遍上漲約30 cm。

表2 地表水、灰?guī)r地下水、第四系地下水情況表

3.3 地下水補(bǔ)給資源量及可采資源量分析

3.3.1 地下水補(bǔ)給資源量

研究區(qū)屬于一個(gè)比較完整的水文地質(zhì)單元，地下水接受大氣降水補(bǔ)給后，向覺高曲徑流，受到地形條件影響，在地下水徑流過程中，部分地下水溢出成泉，形成河流基流排出區(qū)外，屬于全排型巖溶地下水系統(tǒng)。因此，選擇2004年7月20日-2005年7月20日完整觀測(cè)水文年對(duì)勘探區(qū)河流(G04河流觀測(cè)斷面)基流量進(jìn)行分割，采用基流分割法求得排泄區(qū)覺高曲河流基流總量為1 579.95×104m3/a，則勘探區(qū)內(nèi)巖溶地下水補(bǔ)給資源量為0.501 m3/s。見圖3。

圖3 覺高曲河流(G04)基流切割過程曲線圖

3.3.2 地下水允許開采量

區(qū)內(nèi)地下水多年平均補(bǔ)給資源量為4.33×104m3/d，為本區(qū)地下水可持續(xù)利用的資源量。工作區(qū)為高原牧區(qū)，當(dāng)?shù)鼐用衩裆钣盟饕獮樘烊蝗c(diǎn)或地表水，地下水開采主要為玉龍銅礦C03開采井抽水量1.0×104m3/d，剩余資源量很大，尚有較大的開發(fā)潛力。

本次勘探在不同的枯水季節(jié)進(jìn)行了兩次群孔抽水試驗(yàn)，抽水試驗(yàn)水位穩(wěn)定延續(xù)期均達(dá)到一個(gè)月之多，停抽后動(dòng)水位較快恢復(fù)，滿足開采性抽水試驗(yàn)規(guī)范要求。根據(jù)區(qū)內(nèi)多年降水量頻率統(tǒng)計(jì)分析， 2010年降水量為572.3 mm，降水頻率為20.69%，第一次抽水試驗(yàn)于2011年6月份進(jìn)行，穩(wěn)定抽水量4.5～4.7×104m3/d，水源地附近水位降深14.62～21.46 m。2011年降水量396.1 mm，降水頻率為82.76%，第二次抽水試驗(yàn)于2012年2月份進(jìn)行，穩(wěn)定抽水量3.48×104m3/d，水源地附近水位降深1.10～1.86 m。類比研究區(qū)多年降水變化規(guī)律，枯水年枯水期水源地地下水可開采資源量為3.48×104m3/d，降水頻率為82.76%。綜合判定，擬建水源地提供礦山3×104m3/d的用水量是有保證的，且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成大的影響。

4 結(jié)語

通過豐水期和枯水期兩期大型抽水試驗(yàn)，查明了地下水的主要補(bǔ)給來源和方向，驗(yàn)證了第四系地下水、河水、灰?guī)r地下水不同狀態(tài)下的補(bǔ)給關(guān)系。研究區(qū)地下水補(bǔ)給充沛，水源地運(yùn)行可襲奪泉水流量、激發(fā)河流入滲補(bǔ)給量和地下水徑流量。利用群孔抽水試驗(yàn)科學(xué)地評(píng)價(jià)了地下水的允許開采資源量，證實(shí)了擬建水源地3.0×104m3/d的開采資源量是有保證的，擬建水源地運(yùn)行后不會(huì)發(fā)生危害性環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象。

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2016-10-17

王建國(guó)(1977-)，男，河北陽原人，高級(jí)工程師，主要從事水資源評(píng)價(jià)、礦山水文地質(zhì)研究和地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)治理等方面的工作。

P641.7

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1004-1184(2017)01-0049-03