抽水試驗在水文地質(zhì)勘查中的應(yīng)用
——以清遠民典改擴建項目為例

黃國東

（廣東煤炭地質(zhì)二〇一勘探隊，廣東 清遠 511500）

1 工程概況

清遠市民典金屬塑料有限公司年拆解回收廢舊五金塑料5 萬t 建設(shè)項目，建設(shè)性質(zhì)為C42 廢棄資源綜合利用業(yè)，廠區(qū)占地面積22190 m2，總建筑面積10796 m2。

2 工作任務(wù)

根據(jù)《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 地下水環(huán)境》（HJ 610—2016）二級評價的工作技術(shù)要求，這次針對場址的水文地質(zhì)勘察的主要任務(wù)包括查明以下內(nèi)容：1）氣象、水文、土壤和植被狀況。2）地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地貌特征與礦產(chǎn)資源。3）包氣帶巖性、結(jié)構(gòu)、厚度、分布及垂向滲透系數(shù)等。4）含水層巖性、分布、結(jié)構(gòu)、厚度、埋藏條件、滲透性、富水程度等、隔水層（弱透水層）的巖性、厚度以及滲透性等；5）地下水類型、地下水補徑排條件。6）地下水水位、水質(zhì)、水溫以及地下水化學(xué)類型。7）泉的成因類型，出露位置、形成條件及泉水流量、水質(zhì)、水溫，開發(fā)利用情況。8）集中供水水源地和水源井的分布情況（包括開來層的成井密度、水井結(jié)構(gòu)、深度以及開采歷史）。9）地下水現(xiàn)狀監(jiān)測井的深度、結(jié)構(gòu)以及成井歷史、使用功能。10）地下水環(huán)境現(xiàn)狀值或地下水污染對照值。

3 工程量布置

根據(jù)工程技術(shù)要求，這次共布設(shè)10 個勘察鉆孔，鉆孔編號為ZK1～ZK10，其中鉆孔ZK2、ZK4、ZK5、ZK6、ZK7、ZK8、ZK9 為工程勘察鉆孔，ZK1、ZK3、ZK10、ZK8 為水文地質(zhì)鉆孔。這次地質(zhì)鉆探的目的是查明場區(qū)巖土層分布情況，透水性及富水程度，鉆孔位置如圖1 所示。

圖1 勘察鉆孔平面布置圖

4 工作方法和工作量

根據(jù)技術(shù)要求，這次工作方法主要包括收集資料、野外調(diào)查、工程地質(zhì)鉆探、水文地質(zhì)鉆探及相關(guān)水文地質(zhì)試驗等。

4.1 收集資料

主要收集已有的氣象水文、區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)以及工程地質(zhì)等資料。

4.2 水文地質(zhì)調(diào)查

水文地質(zhì)調(diào)查使用地形底圖比例尺為1 ∶10000，成圖比例尺為1 ∶10000。采用路線穿越法和追索法進行調(diào)查，采用GPS 結(jié)合地形地物進行定位。對地表水體及地下水點（井、泉）進行調(diào)查并做記錄。

4.3 水文地質(zhì)鉆探

完成水文地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)測繪，查明主要地質(zhì)界線、斷裂構(gòu)造、地形地貌后，又進行水文地質(zhì)鉆探，流程如下：①鉆孔孔徑。鉆孔開口孔徑為127 mm，鉆至基巖（中～微風化巖層）變?yōu)?08 mm，采用PVC 套管或濾管直徑110 mm。②孔斜。水文地質(zhì)鉆孔的孔斜小于1.5°。③沖洗液。使用清水作為鉆進沖洗液。④巖芯采取率。黏性土、完整基巖實際采取率為86%，風化以及破碎基巖實際采取率為75%。⑤在鉆進過程中，對地下水位進行簡易地觀測，并及時作好記錄。⑥鉆孔完畢后及時洗井，根據(jù)地層巖性、鉆孔結(jié)構(gòu)、孔管材料和設(shè)備情況采用活塞洗井后，井內(nèi)沉砂不上升或基本不上升，井水不出現(xiàn)混濁現(xiàn)象，以滿足洗井質(zhì)量檢驗標準為準則。⑦洗井工作結(jié)束后，按照每天早、晚各一次的頻率對地下水位進行不間斷觀測，直至地下水位穩(wěn)定為止。

4.4 抽水試驗

抽水試驗的主要目的是查明鉆孔揭露含水層的滲透性和富水性，測定有關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)。①進行了2～3 個降深的穩(wěn)定流抽水試驗。②靜止水位每小時測定一次，3 次所測水位值相同，即為靜止水位。③相應(yīng)的流量和動水位趨于穩(wěn)定后的延續(xù)時間為8 h。④動水位和涌水量同時觀測，開泵后每5 min～10 min 觀測一次，然后視穩(wěn)定趨勢改為15 min 或30 min 觀測一次。⑤抽水試驗結(jié)束后，進行恢復(fù)水位觀測，以1 min、3 min、5 min、10 min、15 min、30 min……按順序觀測，直到完全恢復(fù)為止。

5 區(qū)域地質(zhì)條件

5.1 地層

場地及周邊區(qū)域出露的地層，從老到新依次為泥盆系天子嶺組（Dt）；泥盆系帽子峰組（DCm）；石炭系大賽壩組（Cds）；三疊系小坪組（Tx）；白堊系三水組（Ks）；第四系小市組（Qxs）；第四系大灣鎮(zhèn)組（Qdw）。

5.2 構(gòu)造

處東桂湘贛褶皺帶的粵中拗褶束與湘粵拗褶束交接部位、粵桂隆起邊緣，為華南褶皺系的一部分。同時也是佛岡—豐良緯向構(gòu)造帶與吳川—四會新華夏斷裂帶的交匯復(fù)合部位，由于不同構(gòu)造體系的發(fā)育、迭加并且海西—印支以及燕山早期大規(guī)模巖漿侵入活動，因此區(qū)境內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜。

6 場區(qū)包氣帶滲透性能

根據(jù)野外實地調(diào)查及鉆孔成果揭露，場區(qū)內(nèi)土層主要為人工填土層、沖洪積地層和殘坡積土層，場地地下水水位埋深3.32m～3.84m，地下水水位以上包氣帶土層主要為人工填土層和沖洪積土層，其中上層人工填土層，巖性較為復(fù)雜，主要由粉質(zhì)黏土、少量碎石和砂礫組成，厚度為2.80m～4.70m，其透水性較不均勻，夾碎石和砂礫層透水性較好，粉質(zhì)黏土段透水性較差。下部沖洪積地層巖性主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)，黏土厚度為0.90m～6.30m，透水性差[1]。

為了更好地了解場區(qū)包氣帶巖土體的滲透性能，這次野外水文地質(zhì)鉆探共采取5 件填土層土樣（3 件粉質(zhì)黏土樣和2 件砂礫層樣）和6 件沖洪積（淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層）土樣，送實驗室進行土工試驗，測定其垂直滲透系數(shù)，結(jié)果見表1。

表1 實驗室土工試驗測定滲透系數(shù)

根據(jù)這次水文地質(zhì)鉆孔揭露的情況，第四系土層厚度較厚，根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果，場地內(nèi)人工填土層（粉質(zhì)黏土土層）垂直滲透系數(shù)1.75E-05～3.24E-05cm/s，平均滲透系數(shù)2.50E-05cm/s；人工填土層（砂礫層）垂直滲透系數(shù)6.29E-03～2.17E-02cm/s，平均滲透系數(shù)1.40E-02cm/s；沖洪積土層（淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土土層）垂直滲透系數(shù)3.87E-07～6.52E-05cm/s，平均滲透系數(shù)2.74E-06cm/s。

根據(jù)《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則地下水環(huán)境》（HJ 610—2016）天然包氣帶防污性能分級依據(jù)，得出場地包氣帶防污性能以弱～中等為主。

7 水文地質(zhì)特征

7.1 地下水類型

根據(jù)清遠市民典金屬塑料有限公司場地地下水賦存條件、含水層水力性質(zhì)和水力特征，將擴建場地地下水劃分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水2 種類型。其中，第四系孔隙水主要分布于第四系人工填土層和沖洪積地層；基巖裂隙水主要分布于白堊系三水組粉砂巖和頁巖強～中風化帶。

7.1.1 松散巖類孔隙水

主要含水層為人工填土層和沖洪積地層，巖性為中砂，含砂粉質(zhì)黏土等，含水層厚度為10.0m～15.90m。根據(jù)抽水試驗結(jié)果，該層含水層平均滲透系數(shù)k=4.46E-03cm/s（E是指數(shù)，代表10 的多少次方），單井涌水量為131.41m3/d～182.56m3/d，富水性中等。

7.1.2 基巖裂隙水

主要賦存于白堊系三水組組粉砂巖與頁巖強～中風化裂隙中，為紅層裂隙水，一般泉流量<0.2 l/s。

7.2 地下水補給、徑流、排泄

7.2.1 地下水補給

場區(qū)地下水主要靠降雨和地表滯水滲入補給，本區(qū)雨量充沛，可以為地下水的補給提供豐富來源。場地地下水以大氣降雨垂直入滲補給為主，其次場區(qū)外圍東南側(cè)和南側(cè)有河流及池塘等地表水也可為地下水提供補給來源。

7.2.2 地下水徑流

地下水的徑流受地形條件影響，場地內(nèi)地下水總體由南東向北西徑流。覆蓋型巖溶水因大部分被第四系覆蓋，降雨不能很快地直接補給地下水，巖溶水具有動態(tài)變化小，流量相對較穩(wěn)定、地下水位埋藏較淺、徑流較緩慢等特點。

7.2.3 地下水排泄

場地及周邊人為開采地下水較少，因此，場地地下水排泄的主要方式為滲入河流、潛流排泄、消耗于蒸發(fā)和植物蒸騰，場地分布的基巖裂隙水以垂直循環(huán)為主，徑流途徑短，補給區(qū)與排泄區(qū)接近一致，通過泉的形式就近排泄于溝谷中補給地表水[2]。

7.3 地下水動態(tài)變化特征

地下水動態(tài)變化受降雨量的影響，一般5—8 月（豐水期），地下水位較高，11 月—豎年3 月（枯水期），地下水位較低，根據(jù)調(diào)查，場地及周邊地下水年變化幅度為1m～4 m。2017 年8 月勘察期間地下水位3.32 m～3.84 m，地下水水位及水量受季節(jié)影響。

7.4 地下水與周邊地表水水力聯(lián)系

場地處地下水類型以松散巖類孔隙水為主，通過降雨入滲獲得補給，并向北西側(cè)及低洼處徑流排泄，部分側(cè)向補給下游的松散巖類孔隙水含水層。場地及周邊地表水較發(fā)育，場地外圍東南側(cè)和南側(cè)分布有池塘，地表水與地下水、孔隙水與裂隙水有明顯的水力聯(lián)系。

7.5 場區(qū)及周邊地下水開發(fā)利用情況

場地及周邊地貌類型以侵蝕剝蝕殘丘和沖積平原為主，經(jīng)調(diào)查，場地及附近地下水的開采程度一般，無集中式飲用水源。調(diào)查區(qū)南側(cè)居民點分布較多，居民以集中供水自來水（地表水）作為主要生活飲用用水，部分村民開采地下水作為生活用水（衣服、洗地等）和農(nóng)業(yè)用水（澆菜），不飲用。

經(jīng)調(diào)查，周邊未發(fā)現(xiàn)由于過量抽取地下水而形成的地下漏斗或地面塌陷等不良地質(zhì)現(xiàn)象，所以場區(qū)周邊地下水不存在超采、水資源浪費及城市供水存在安全隱患等問題。

7.6 地下水水化學(xué)特征

這次水文地質(zhì)勘察對場地及周邊共計采取水樣3 組，分析其地下水水化學(xué)特征，各組地下水物理性質(zhì)好，無色、透明、無嗅、無味。

7.7 地下水腐蝕性評價

勘察期間于ZK3、ZK4、ZK8 采取地下水樣3 件，在ZK6、ZK8 采取地下水位以上土樣2 件，按《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021—2001）（2009 年版）有關(guān)評價方法及標準判定。

首先，我按照學(xué)生們學(xué)習(xí)基礎(chǔ)水平的不同，將學(xué)生們分成了A、B、C三個學(xué)習(xí)小組，然后針對各組學(xué)生們學(xué)習(xí)情況的不同，采取不同的教學(xué)方法和教學(xué)評價方式。如：在三組學(xué)生之中，C組學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和理解能力較差，所以在教學(xué)該組學(xué)生時我以繪制分數(shù)線段圖的形式幫助學(xué)生們感受分數(shù)和小數(shù)之間的關(guān)系，精講細講，力求學(xué)生能聽懂。在教學(xué)評價時也多用“嗯，很棒呦，但是這里還要注意一下”之類的鼓勵性話語。

7.7.1 環(huán)境類型水對混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕評價

場地環(huán)境類型：Ⅱ類；硫酸鹽（SO42-）含量0.84mg/L～29.35mg/L，腐蝕性等級：微腐蝕性；鎂鹽（Mg2+）含量5.30mg/L～10.35mg/L，腐蝕性等級：微腐蝕性；銨鹽（NH4+）含量0.12mg/L～1.90mg/L；苛性堿（OH-）含量0mg/L，腐蝕性等級：微腐蝕性；總礦化度122.35～164.39mg/L，腐蝕性等級：微腐蝕性。

結(jié)論：環(huán)境類型水對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性。

7.7.2 受地層滲透性影響的水對混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕性評價

場地地層滲透性類型：B 型；pH 值5.98～7.50，腐蝕性等級：微腐蝕性。侵蝕性CO2含量0.00～51.08mg/L，腐蝕性等級：微～弱腐蝕性；HCO3-含量1.17～3.02mmoL/L，腐蝕性等級：微等腐蝕性。

結(jié)論：地層滲透性水對混凝土結(jié)構(gòu)具弱等腐蝕性。

（Cl-）含量6.85～36.20 mg/L，在干濕交替環(huán)境中腐蝕性等級：微腐蝕性。

結(jié)論：在干濕交替環(huán)境中地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。

8 抽水試驗

抽水試驗是用于探求含水層抽水流量和水位降深的關(guān)系；計算含水層的滲透系數(shù)、給水度、儲水系數(shù)等水文地質(zhì)參數(shù)；確定抽水時水位降落漏斗的影響范圍；查明地表水與地下水或不同含水層之間的水力聯(lián)系等，能夠為水文地質(zhì)勘查提供準確的數(shù)據(jù)資料。

為了查明鉆孔揭露含水層的滲透性和富水性，確定場區(qū)內(nèi)主要含水層的水文地質(zhì)參數(shù)，這次對ZK1、ZK3、ZK8 和ZK10 水文地質(zhì)勘察鉆孔進行了抽水試驗，根據(jù)環(huán)評水文地質(zhì)勘查要求并結(jié)合實際情況，這次主要針對松散巖類孔隙水進行了抽水試驗，含水層為填土層和沖洪積地層。試驗方法采用單孔抽水試驗。

在整個抽水試驗過程，均安排水文地質(zhì)技術(shù)人員輪值班，按《水利水電工程鉆孔水抽水試驗規(guī)程》要求對抽水孔的水位降深、流量等進行觀測記錄，在抽水穩(wěn)定延續(xù)時間里，取連續(xù)觀測資料，水位、涌水量波動相對誤差，基本達到規(guī)范要求，各種觀測數(shù)據(jù)準確可靠。抽水試驗的方法流程如下：①抽水試驗進行了2～3 個降深的穩(wěn)定流抽水試驗。②靜止水位每小時測定一次，三次所測水位值相同，即為靜止水位。③相應(yīng)的流量和動水位趨于穩(wěn)定后的延續(xù)時間為8h。④動水位和涌水量同時觀測，開泵后每5～10 min 觀測一次，然后視穩(wěn)定趨勢改為15min 或30min 觀測一次。⑤抽水試驗結(jié)束后，進行恢復(fù)水位觀測，以1、3、5、10、15、30min……按順序觀測，直至完全恢復(fù)為止。

根據(jù)井管結(jié)構(gòu)及含水層類型，根據(jù)試驗過程實際情況，松散巖類孔隙水選用了潛水完整井公式計算滲透系數(shù)K，用經(jīng)驗公式計算影響半徑R。潛水完整井計算公式如下。

計算滲透系數(shù)K如公式（1）所示。

影響半徑如公式（2）所示。

式中：K—滲透系數(shù)（m/d）；Q—流量（m3/d）；h—含水層抽水時厚度（m）；H—含水層自然時厚度（m）；R—影響半徑（m）；r—管井半徑（m）。

計算結(jié)果見表2。

表2 抽水試驗結(jié)果表

9 結(jié)論

經(jīng)過該項目抽水試驗和水文調(diào)查，得到如下結(jié)論：1）場區(qū)內(nèi)巖土層，從上向下依次為第四系人工填土層、沖洪積地層、殘坡積土層，白堊系三水組粉砂巖及頁巖層，泥盆系天子嶺組石灰?guī)r層。2）場區(qū)內(nèi)地下水類型主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。其中松散巖類孔隙水分布廣泛，為潛水，富水性貧乏；基巖裂隙水分布一般，為承壓水，富水性貧乏。地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性，地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性。土對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，土對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具微腐蝕性，土對鋼結(jié)構(gòu)具微腐蝕性。場地地下水水化學(xué)類型主要有型水；HCO3·Cl-Ca·Na、HCO3-Ca、HCO3-Mg·Ca 型水。3）場區(qū)內(nèi)包氣帶主要為上層人工填土層和沖洪積地層。場地內(nèi)人工填土層（粉質(zhì)黏土土層）垂直滲透系數(shù)1.75E-05～3.24E-05cm/s，平均滲透系數(shù)2.50E-05cm/s；人工填土層（砂礫層）垂直滲透系數(shù)6.29E-03～2.17E-02cm/s，平均滲透系數(shù)1.40E-02cm/s；沖洪積土層（淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土土層）垂直滲透系數(shù)3.87E-07～6.52E-05cm/s，平均滲透系數(shù)2.74E-06cm/s。