柳林縣黃河提水工程水源地取水方案評(píng)價(jià)

尹晉忠

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

柳林縣黃河提水工程水源地取水方案評(píng)價(jià)

尹晉忠

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

文中在大量現(xiàn)場(chǎng)勘察、水文地質(zhì)試驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)工程區(qū)地質(zhì)條件的分析，采用多種方法對(duì)水文地質(zhì)參數(shù)和大口井涌水量以及大口井取水方案的可行性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，進(jìn)而確定了柳林縣黃河提水工程水源取水方案，為工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供地質(zhì)依據(jù)。

黃河；提水；抽水試驗(yàn)；大口井；出水量

1 工程概況

柳林縣黃河提水工程是為了解決柳林縣高紅工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)、生活用水的長(zhǎng)期供水水源短缺問(wèn)題而興建的水利工程，供水水源位于軍渡村下游約2.5 km的黃河左岸灘地上，設(shè)計(jì)取水量為1.12 m3/s，即96 768 m3/d，經(jīng)一級(jí)泵站、沉沙池、二級(jí)泵站、隧洞及三川河倒虹等工程建筑物，到達(dá)高紅工業(yè)園區(qū)蓄水池，供水線路長(zhǎng)度5.5 km。

工程沿線經(jīng)過(guò)呂梁山脈梁峁?fàn)铧S土丘陵區(qū)，地面最大高程956 m，位于工程沿線山頂；最低高程638 m左右，位于黃河灘地上，高差318 m。在工程尾部輸水線路以倒虹建筑物形式跨過(guò)三川河，三川河河谷斷面呈“U”型，河底高程703 m左右。

取水方案采用大口井取水方案和直接取黃河水方案進(jìn)行比選，取水方案是直接影響本工程的成敗和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的關(guān)鍵。

2 工程區(qū)地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

工程取水水源地位于軍渡村下游約2.5 km的黃河左岸河漫灘上，地形較平緩，地面高程638.81～639.4 m，供水水源地為黃河左岸灘地上的一狹長(zhǎng)地帶，長(zhǎng)1.7 km，寬僅80～250 m，南側(cè)緊靠陡峻的黃河岸邊基巖邊坡，坡高24 m，坡度近于直立，坡頂為沿黃公路。該處黃河河谷寬240 m，黃河主流位于河谷右側(cè)。

2.2 地層巖性

本區(qū)北側(cè)緊靠山坡坡腳處堆積有人工堆積物，巖性為砂巖、泥巖碎塊石。中部為第四系全新統(tǒng)洪沖積物，巖性為級(jí)配不良礫、卵石混合土。下部基巖為三疊系下統(tǒng)劉家溝組紫紅色砂巖夾薄層紫紅色泥巖。

第四系全新統(tǒng)洪沖積的級(jí)配不良礫、卵石混合土層是本工程水源地主要的含水層，該層結(jié)構(gòu)松散，卵礫石磨圓度較好，主要成分為砂巖、灰?guī)r等，厚3.0～6.7 m。據(jù)室內(nèi)篩分試驗(yàn)，卵石含量為10.5%～15.9%，平均值13.2%，礫石含量為43.8%～54.5%，平均值為49.15%，砂粒含量27.6%～44.4%，平均值為36.0%，粉黏粒含量1.3%～2.0%，平均值為1.65%，不均勻系數(shù)Cu為34.4～109.2，平均值為71.8，曲率系數(shù)Cc為0.3～0.6，平均值為0.45。據(jù)鉆孔動(dòng)力觸探（錐貫）試驗(yàn)成果，其錘擊數(shù)為12～24擊，平均值為17.7擊，經(jīng)桿長(zhǎng)修正后擊數(shù)為10.6～20.0擊，平均值為15.2擊。

2.3 水文地質(zhì)

勘察期間屬黃河枯水期，地下水位埋深2.0～4.0 m，水位高程638.1～638.4 m，屬潛水，地下水總體兩岸補(bǔ)給黃河，且地下水與黃河水聯(lián)系緊密，隨黃河水位的漲落而升降。

工程區(qū)內(nèi)主要接受大氣降水補(bǔ)給，根據(jù)地下水的賦存條件，區(qū)內(nèi)主要地下水類(lèi)型為碎屑巖類(lèi)裂隙水及松散巖類(lèi)孔隙水。

3 水源地大口井取水方案評(píng)價(jià)

按照設(shè)計(jì)方案，本工程水源取水方案考慮大口井取水方案和直接引黃河水方案。針對(duì)大口井取水方案，水文地質(zhì)勘察工作布置了3個(gè)抽水井和3個(gè)觀測(cè)孔，進(jìn)行了3次單孔抽水試驗(yàn)和1次群孔抽水試驗(yàn)。

工程取水水源地位于軍渡村下游約2.5 km的黃河左岸河漫灘上，場(chǎng)地地面高程638.81～639.4 m，地形平坦寬闊，東西長(zhǎng)1 700 m，南北寬80～250 m。場(chǎng)地北側(cè)距黃河水邊60 m，距黃河主流200 m，場(chǎng)地南側(cè)緊鄰沿黃公路。

3.1 黃河灘水源地水文地質(zhì)條件

本工程供水水源地黃河左岸灘地為一狹長(zhǎng)地帶，長(zhǎng)1.7 km，寬80～250 m，取水方案采用大口井取水方案和直接取黃河水方案。

黃河灘水源地覆蓋層為第四系全新統(tǒng)洪沖積低液限粉土層，結(jié)構(gòu)松散，土質(zhì)較均勻，厚0～1.0 m；其下巖性為級(jí)配不良礫、卵石混合土，厚度5.7～6.8 m。場(chǎng)地地下水類(lèi)型主要為松散巖類(lèi)孔隙水，地下水賦存于級(jí)配不良礫及卵石混合土層中。覆蓋層下伏基巖為三疊系下統(tǒng)劉家溝組淺紅色砂巖夾紫紅色泥巖，屬于相對(duì)隔水層。

勘察期間，抽水孔附近覆蓋層地下水位高程637.0～637.25 m，埋深 1.65～2.0 m，段內(nèi)黃河水水位高程636.9 m左右，勘察期間黃河水位有一定變幅，水源地附近黃河水位變幅在1.0m左右。水源地處地下水位受黃河水位的影響較大，隨著黃河水位的漲落而變化。

3.2 含水層滲透性評(píng)價(jià)

根據(jù)設(shè)計(jì)意圖，主要對(duì)覆蓋層級(jí)配不良礫、卵石混合土含水層進(jìn)行了勘察試驗(yàn)。為了得到覆蓋層滲透系數(shù)，布置抽水試驗(yàn)井3個(gè)，觀測(cè)孔3個(gè)，各孔均打到基巖面，以基巖為相對(duì)隔水底界，進(jìn)行了單井抽水試驗(yàn)3段，群井抽水試驗(yàn)1段，均屬于完整井抽水試驗(yàn)。

1）單井抽水試驗(yàn)

單井抽水試驗(yàn)時(shí)，是在所有抽水井及觀測(cè)孔完成之后進(jìn)行的，抽水井及觀測(cè)孔布置時(shí)參考附近地段河灘抽水試驗(yàn)資料，其影響半徑約80 m，故布置時(shí)抽水井之間及抽水井與相鄰觀測(cè)孔之間間距按70 m以內(nèi)控制，實(shí)際間距平行黃河河流方向69～73 m，垂直黃河河流方向56～71 m。

根據(jù)各井試驗(yàn)情況、單井抽水時(shí)出水量為78.24～218.64 m3/d，平均值為140.64 m3/d。滲透系數(shù)K計(jì)算采用穩(wěn)定流單孔完整井的抽水試驗(yàn)公式，得出滲透系數(shù)為4.1～16.0 m/d，水源地滲透系數(shù)按3個(gè)抽水井滲透系數(shù)的平均值，即9.2 m/d，屬中等-強(qiáng)透水層。

2）群井抽水試驗(yàn)

群井抽水試驗(yàn)是在所有單孔抽水試驗(yàn)完成之后進(jìn)行的，群孔抽水試驗(yàn)時(shí)，各抽水井水位埋深較單井抽水期間均有降低，最大降深S取3個(gè)抽水井最大降深平均值，即3.75 m，含水層厚度H按3個(gè)抽水井含水層厚度平均值，即4.34 m。卵石混合土、混合土卵石含水層滲透系數(shù)為5.78～10.25 m/d，平均值9.5 m/d，屬中等透水層。

綜上所述，對(duì)單孔抽水及群孔抽水試驗(yàn)進(jìn)行比較，單孔抽水試驗(yàn)滲透系數(shù)為9.2 m/d，群孔抽水試驗(yàn)滲透系數(shù)9.5 m/d，二者比較接近，說(shuō)明計(jì)算結(jié)果較為可靠，考慮到群井抽水計(jì)算時(shí)的假定條件與實(shí)際有一定差異，故采用單孔抽水試驗(yàn)結(jié)果，即9.2 m/d。

3.3 大口井出水量估算

大口井出水量估算分兩種情況：水井距黃河距離大于影響半徑和水井距黃河距離小于影響半徑，分述如下：

1）水井距黃河距離大于影響半徑

當(dāng)大口井距黃河的距離大于抽水井影響半徑時(shí)，采用如下公式進(jìn)行估算。

式中：Q——大口井出水量，m3/d；

K——滲透系數(shù)，m/d；

S——降深，m，0.8倍含水層厚度，即3.9 m；

h0——靜止水位至井底高度，m；

R——影響半徑，m；

r——井半徑，m；

R′——影響半徑與井半徑之和，即R′=R+r，m；

H——靜止水位高度或潛水層厚度，m。

大口井的井深取上述3個(gè)抽水井的覆蓋層厚度的平均值6.7 m；滲透系數(shù)取試驗(yàn)值的平均值9.2 m/d；降深取3.9 m，靜止水位埋深取1.8 m。估算結(jié)果：大口井半徑為2.5 m時(shí)單井出水量216.21 m3/d，大口井半徑為5.0 m時(shí)單井出水量273.68 m3/d，大口井半徑為10.0 m時(shí)單井出水量364.81 m3/d。

2）水井距黃河距離小于影響半徑

當(dāng)水井距黃河距離小于影響半徑時(shí)，采用如下公式進(jìn)行估算。

式中：Q——大口井出水量，m3/d；

K——滲透系數(shù)，m/d；

S——降深，0.8倍含水層厚度，即3.9 m；

r——井半徑，m；

L——水井距黃河的距離，m；

L′——2L與r之和，m；

H——靜止水位高度或潛水層厚度，m。

大口井的井深取上述3個(gè)抽水井的井深平均值6.7 m；滲透系數(shù)取試驗(yàn)值的平均值9.2 m/d；降深取3.9 m，靜止水位埋深取1.8 m，為進(jìn)行比較，當(dāng)L分別取10 m、20 m和30 m時(shí)，大口井半徑為2.5 m時(shí)單井出水量分別為303.92 m3/d、235.70 m3/d和207.46 m3/d，大口井半徑為5.0 m時(shí)單井出水量分別為414.92 m3/d、303.92 m3/d和260.35 m3/d，大口井半徑為10.0 m時(shí)單井出水量分別為 607.85 m3/d、414.92 m3/d和343.18 m3/d。

從上述估算結(jié)果看，大口井的位置距離黃河越近，井出水量越大。但在河邊布置大口井時(shí)，為防止地表水的污染，建議大口井與河的間距可按10～20 m考慮。

3）大口井出水量分析

從上述兩種方法計(jì)算結(jié)果分析，結(jié)果相差不大，說(shuō)明該成果可靠性較大。水源地灘地呈長(zhǎng)條形，長(zhǎng)約1.7 km，寬僅80～250 m，如要考慮大口井，大口井宜主要布置在靠近黃河一側(cè)，故用大口井計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析時(shí)，可主要按照水井距黃河距離小于影響半徑的出水量計(jì)算結(jié)果分析。

4 水源地取水方案評(píng)價(jià)

本工程設(shè)計(jì)取水量為1.12 m3/s，即96 768 m3/d。

根據(jù)單井出水量估算結(jié)果，當(dāng)采用大口井半徑10 m，水井距黃河距離為20 m布置時(shí)，其單井出水量為414.92 m3/d，如達(dá)到設(shè)計(jì)需水量，需要布置234眼井。水源地長(zhǎng)1.7 km，寬僅80～250 m，難以布置這么多井，故采用大口井取水方案效果較差，難以滿足設(shè)計(jì)要求，主要原因是由于卵石混合土層厚度不大以及滲透性不太強(qiáng)所致。因此不建議采用大口井取水方案，應(yīng)采用直接取黃河水方案取水。

Assessment on Water Extraction Scheme from Water Resource Field for Liulin Yellow River Pumping Project

YIN Jin-zhong

On the basis of a large quantity of data obtained from on-the-scene exploration and hydrogeology tests，through analysis on the engineering geology condition of the project，and using several methods，the paper determines the project's hydrogeology parameters，calculates the water yield of large open wells，assesses the feasibility of water extraction scheme by using large open well.At last，the water extraction scheme of Liulin Yellow River Pumping Project is determined，and the geology basis for this project's design and operation is provided.

Yellow River；pumping water；pumping test；large open well；yield of water

TV671

B

2017-03-20

2017-03-27

尹晉忠（1965-），男，1989年中國(guó)地質(zhì)大學(xué)探工系，高級(jí)工程師。

1006-8139（2017）03-048-03