濟(jì)寧市山前平原巖溶水水源地抽水試驗(yàn)分析

陳國(guó)浩 孟翠翠 陳 碩 陳翔宇 張海廷

（濟(jì)寧市水文局 濟(jì)寧 272000）

1 引言

濟(jì)寧市位于山東省西南腹地，處于沂山低山丘陵與山東省西南部黃泛平原交接地帶。濟(jì)寧市山前平原巖溶水水源地主要為郭里集單斜子系統(tǒng)內(nèi)分布的電解鋁廠、尹家溝、石橋、唐村、北亢、謝莊、黃路屯、雙村和兩城水源地。郭里集單斜子系統(tǒng)位于鄒縣的西南，東依嶧山、西鄰南陽(yáng)湖、南接獨(dú)山湖，主要包括鄒城市郭里鎮(zhèn)、石墻鎮(zhèn)、太平鎮(zhèn)、唐村鎮(zhèn)、北宿鎮(zhèn)、嶧山鎮(zhèn)及微山縣馬坡鎮(zhèn)、兩城鎮(zhèn)等部分地區(qū)。嵐曹高速、京臺(tái)高速、G104、G327、S104、S345、S342 從區(qū)內(nèi)或區(qū)外通過(guò)，有縱貫?zāi)媳钡蔫F路和貫穿南四湖的京杭大運(yùn)河，交織成網(wǎng)的公路把鐵路與水路連成一體，溝通了與全國(guó)各地的聯(lián)系，交通十分便利。濟(jì)寧市山前平原巖溶水水源地為濟(jì)寧市城市生活及大中型企業(yè)生活生產(chǎn)用水提供了優(yōu)質(zhì)的水源，為城市及地方發(fā)展做出了極大的貢獻(xiàn)。對(duì)水源地的水文排布規(guī)律進(jìn)行研究，可為更合理地利用水源地水源提供科學(xué)依據(jù)。水源地地理位置見(jiàn)圖1。

2 水源地基本條件

2.1 水源地地質(zhì)概況

郭里集單斜子系統(tǒng)的東、南部為低山丘陵，西、北部為山前傾斜平原。地勢(shì)東高西低，西側(cè)魯橋臨湖地帶地勢(shì)最低洼，地面標(biāo)高在35m 左右，南部及東部丘陵區(qū)，一般標(biāo)高200～350m，最高點(diǎn)在嶧山，標(biāo)高為545.2m。

依據(jù)地貌成因和地貌形態(tài)組合，區(qū)內(nèi)地貌共分為兩大類(lèi)、八種成因類(lèi)型：（1）低山丘陵，分布在系統(tǒng)的東部邊界之處、分散在南部；基巖埋藏較淺，山頂直接裸露，巖性為花崗巖為主，質(zhì)地堅(jiān)硬，多形成尖峭的地貌形態(tài)；坡麓地帶，風(fēng)化較嚴(yán)重，表層多為殘積物覆蓋；谷底堆積較薄的洪積物、坡積物等。（2）山前傾斜平原：坡面沖積平原、沖積洪積平原、沖積平原。

圖1 地理位置示意圖

2.2 水源地水文概況

郭里集單斜子系統(tǒng)為兗州凸起巖溶含水系統(tǒng)的一部分，裸露或隱伏分布著大面積的寒武—奧陶系碳酸鹽巖，具有獨(dú)立的地下水補(bǔ)、徑、排、存儲(chǔ)條件，類(lèi)型屬于獨(dú)立完整的巖溶地下水系統(tǒng)。根據(jù)巖溶水的補(bǔ)給、徑流、排泄及區(qū)域存儲(chǔ)特點(diǎn)，可進(jìn)一步劃分為南、北兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，也就是說(shuō)兗西斷塊和郭里集單斜兩個(gè)子單元。兩個(gè)水文地質(zhì)單元在接莊—鄒城一帶連為一體，它們之間既有相對(duì)獨(dú)立性，又有相連的整體性。

郭里集單斜子系統(tǒng)位于兗州凸起巖溶含水系統(tǒng)的南部，為一向北和北西傾斜的單斜蓄水構(gòu)造，總面積約521.75km2，其中南端山區(qū)裸露面積約246.75km2。上覆孔隙含水層由潛水—微承壓水處理；潛在的巖溶含水層是承壓的。孔隙含水層與巖溶含水層之間存在弱滲透層。郭里集單斜子系統(tǒng)中的水源是一個(gè)巖溶含水層組，隱藏在第四系之下。它主要為奧陶系馬家溝群碳酸鹽巖含水層，其次是上覆的第四系松散層孔隙水含水層。第四系厚度在52～65m 左右，其底部巖性主要為粘土層及富水性差的混粒砂，厚度在15m左右，在水源地附近形成較連續(xù)的相對(duì)隔水層，第四系孔隙水水位標(biāo)高在33m 左右，巖溶水水位標(biāo)高在13m 左右。

3 抽水試驗(yàn)

為了確定水源的地下水含水層滲透系數(shù)、探查水源流長(zhǎng)特征和各含水層之間的水力聯(lián)系。于2017年4月26日至5月31日，在山前平原的巖溶水源地進(jìn)行了單孔抽水試驗(yàn)以及群孔干擾抽水試驗(yàn)，持續(xù)36d，其中抽水33d，靜水位及恢復(fù)水位觀測(cè)3d，抽水層為隱伏裂隙巖溶含水層。抽水試驗(yàn)共設(shè)抽水主井7 眼，本次抽水過(guò)程主要經(jīng)歷了三個(gè)階段：

3.1 單孔抽水試驗(yàn)（2017年4月25～26日）

在實(shí)驗(yàn)之前，測(cè)量監(jiān)測(cè)井的靜水位，然后對(duì)抽水主井進(jìn)行抽水試驗(yàn)，并在觀察孔上進(jìn)行靜水位觀測(cè)。單孔抽水試驗(yàn)共持續(xù)16h，沉降時(shí)間為15h，恢復(fù)時(shí)間為9h。

根據(jù)該公式，可計(jì)算出本次抽水井影響半徑和含水層滲透系數(shù)：

式中：R—抽水影響半徑，m；

S—降深，m；

M—含水層厚度，m；

r—抽水孔半徑，m；

K—含水層滲透系數(shù)，m/d；

Q—涌水量，m3/d；

試驗(yàn)期間的抽水流速為6888m3/d，單位水流入量為1916.528 m3/（d·m）。抽水前靜水位埋深24.616m，水位減少3.594m。依據(jù)計(jì)算公式（1），計(jì)算得出抽水井的含水層滲透系數(shù)為59.208m/d，影響半徑為276.545m，導(dǎo)水系數(shù)為2236.878 m2/d。

3.2 群孔干擾抽水試驗(yàn)（2017年4月26日～5月31日）

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)抽水主井進(jìn)行抽水，同時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)井水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)抽水主井進(jìn)行抽水的同時(shí)，監(jiān)測(cè)抽水井的動(dòng)水位和流速，同時(shí)進(jìn)行移動(dòng)水位和流量監(jiān)測(cè)。在抽水之后的第1min、2min、3min、4min、6min、10min、15min、20min、25min、30min、40min、50min、60min、80min、100min、120min 各觀測(cè)一次，每30min 進(jìn)行一次測(cè)試，直至泵送結(jié)束。三次測(cè)量的數(shù)據(jù)是相同的，或者4h 內(nèi)水位差不超過(guò)2cm，這即為穩(wěn)定水位。在穩(wěn)定期每半小時(shí)測(cè)定一次。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)井的水位監(jiān)測(cè)，在群孔抽水試驗(yàn)前期及抽水后期，第四系孔隙水流場(chǎng)沒(méi)有發(fā)生明顯變化，水源中的地巖溶地下水從南向北徑流，巖溶地下水流向漏斗中心。

3.3 關(guān)停所有水泵，進(jìn)行水位恢復(fù)觀測(cè)（2017年5月29日10 點(diǎn)35 分），結(jié)束恢復(fù)水位觀測(cè)（5月31日）

執(zhí)行恢復(fù)水位監(jiān)測(cè)時(shí)按照1min、2min、2min、3min、3min、4min、5min、7min、8min、10min、15min 的時(shí)間間隔觀測(cè)，以后每隔30min 觀測(cè)一次，直至穩(wěn)定。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，監(jiān)測(cè)水位在10 天后恢復(fù)，第四系孔隙地下水對(duì)裂隙巖溶地下水具有補(bǔ)充作用。第四系孔隙地下水對(duì)裂縫型巖溶地下水的回流通常延遲約10 天左右。

4 結(jié)論

（1）單孔抽水試驗(yàn)結(jié)果表明：濟(jì)寧市山前平原巖溶水源地含水層滲透系數(shù)為59.208m/d，抽水井的沖擊半徑為276.545m，導(dǎo)水系數(shù)為2236.878m2/d。根據(jù)抽水井的影響半徑，可為濟(jì)寧市山前平原巖溶水源地的保護(hù)提供理論依據(jù)。

（2）群孔干擾抽水試驗(yàn)結(jié)果表明：水源地巖溶水的補(bǔ)給來(lái)源是大氣降水的補(bǔ)給、農(nóng)田灌溉的補(bǔ)給、地表水的補(bǔ)給和側(cè)向徑流供給，還有第四系孔隙水補(bǔ)充巖溶水。

（3）濟(jì)寧市山前平原巖溶水源地的徑流方向?yàn)樽阅舷虮睆搅鳎诰植康囟螏r溶地下水向漏斗中心徑流。排泄方式主要是西北角的人工采礦和側(cè)向徑流。

（4）群孔抽水試驗(yàn)的前期和后期抽水階段，第四系孔隙水流場(chǎng)沒(méi)有發(fā)生明顯變化，第四系孔隙地下水對(duì)裂隙巖溶地下水具有越流補(bǔ)給作用，補(bǔ)給時(shí)間一般滯后10d 左右■