蘇北東部地區(qū)地下水滲透系數(shù)分析

邱懷松

（江蘇連云港地質(zhì)工程勘察院，江蘇連云港222023）

1 自然概況

該工業(yè)區(qū)地處江蘇省東北部，屬暖溫帶海洋性季風(fēng)氣候，全年寒暑變化顯著，四季分明，年平均氣溫14.0℃，最高氣溫可達(dá)40℃，最低氣溫為-19.5℃。年降水量為920.0mm，年蒸發(fā)量1 250mm。該區(qū)屬濱海相沉積地貌，地勢整體較平坦，總面積約18.7km2?？辈旆秶鷥?nèi)主要為廠區(qū)、農(nóng)田及荒地。工業(yè)區(qū)水系屬淮河流域沂沭泗水系，主要排洪河道新沂河、新沭河等，區(qū)內(nèi)分布多條貫通溝河，近東西走向。

2 場地地層

根據(jù)評價區(qū)勘察的水文地質(zhì)鉆孔揭示，該區(qū)主要地層為：（1）全新統(tǒng)人工填土灰褐色，稍濕，松散，土質(zhì)不均，主要成分黏性土，局部為風(fēng)化巖碎屑及少量建筑垃圾。地下水主要為包氣帶含水層。（2）全新統(tǒng)沖積灰黃色可塑黏土、粉質(zhì)黏土為主，夾粉土、粉砂薄層；厚1.20～4.60m，上部主要為包氣帶層，下部主要為潛水賦水層。（3）全新統(tǒng)海相層灰色飽和流塑淤泥為主，大部分地區(qū)上覆有薄層粉質(zhì)黏土或填土，局部地段出露地表，厚15.90～22.60m，平均18.85m；河流相粉土、砂薄層呈透鏡體狀分別，厚度小于5m，此層為潛水賦水層。（4）上更新統(tǒng)沖洪積層以黏性土及粉土層為主，夾粉砂薄層；黏性土為隔水層（弱透水層）；粉砂層為孔隙承壓水層。

3 水文地質(zhì)條件

勘察區(qū)地下水主要為氣包帶水、松散巖類孔隙水。

包氣帶層是指地表與潛水面之間的地帶，根據(jù)勘探資料，包氣帶厚度0.60～2.80m，巖性為填土和黏土。潛水賦存于上部黏土和淤泥層中，厚18.1～25.2m，平均21.6m，單井涌水量小于10m3/d，水位隨微地貌形態(tài)而異，標(biāo)高1.39～2.26m，隨季節(jié)變化，雨季水位上升，旱季下降，年變化幅度約0.80m。大氣降水是潛水主要補給來源；排泄方式主要為大氣蒸發(fā)和向下游徑流排泄。水流方向由西南向東北。

根據(jù)水質(zhì)分析，地下水化學(xué)類型為Cl-Na·Mg 型水，弱堿性，水質(zhì)差，為鹽水。

4 水文地質(zhì)試驗

評價區(qū)對水文地質(zhì)鉆孔及附屬觀測孔選取2 組潛水含水層微水試驗（抽水）及2 組包氣帶滲水試驗及其他試驗，為該項目的環(huán)境影響評價提供基礎(chǔ)資料。

4.1 滲水試驗

4.1.1 試驗方法及要求

包氣帶土層的滲透系數(shù)通過滲水試驗獲得，滲水試驗均采用單環(huán)法，選擇試驗?zāi)繕?biāo)層位，挖一個圓形試坑至預(yù)定深度，再在坑底挖一直徑50cm，深20cm 的試坑，修平坑底，并確保試驗土層不被擾動。在試坑中安裝直徑為37.75cm，高20cm的鐵壞，使其與試坑緊密接觸，外部用黏土填實，確保四周不漏水，準(zhǔn)備就緒待試驗。

由于黏性土滲水量不大，試驗中采用500mL 的量杯進(jìn)行計量。試驗開始即向鐵環(huán)內(nèi)注入高10cm 的水，并保持在10cm高度上，觀測記錄時間和注水量，觀測時間間隔前段為5min，后段為15min、30min。觀測時間間隔根據(jù)現(xiàn)場實際試驗情況可加密。當(dāng)觀測的注入水量Q 固定不變時試驗即可結(jié)束。在試驗過程中，試驗水頭波動幅度不得大于±0.5cm，流量觀測精度應(yīng)達(dá)到 0.1cm3。

4.1.2 參數(shù)計算

本次試驗根據(jù)地表包氣帶不同巖性，選擇典型的試驗點，選取了2 組試驗結(jié)果。假定地下水的運動是層流，且水力比降等于1，按式（1）可計算試驗土層的滲透系數(shù)：

式中，K 為試驗土層的滲透系數(shù)，cm/min；Q 為水的注入流量，cm3/min；F 為鐵環(huán)的底面積，cm2，本次試驗數(shù)量單位為1 000cm2。

包氣帶土層的滲透性與巖性（包括包含物、密實度等）有關(guān)，巖性松散且包含較多的包氣帶土層的滲透系數(shù)較大，反之土層較密實且土質(zhì)較均滲透系數(shù)較小。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，滲透系數(shù) K 為 2.38×10-4～1.42×10-3cm/s（0.014 28～0.085 20cm/min），平均值6.89×10-4cm/s（0.041 33cm/min）。滲水試驗計算的滲透系數(shù)差異相對較大，考慮到評價區(qū)范圍較大，建議各項水文地質(zhì)參數(shù)取平均值，即滲透系數(shù)K 取6.89×10-4cm/s（0.041 33cm/min）。

4.2 微水試驗

4.2.1 試驗方法及要求

微水試驗是一種瞬時向井中注入或抽取一定量的水，通過觀測井水位變化情況求得井附近含水層滲透系數(shù)以及其他水文地質(zhì)參數(shù)的方法。

抽水設(shè)備采用自吸泵，使井內(nèi)水位降深瞬間達(dá)到最大值，然后觀測水位恢復(fù)情況，水位測量使用電子水位計。觀測時間按0.5min、1min、2min、3min、4min、6min、8min、10min、12min、15min、20min、30min、40min、50min、60min…進(jìn)行，試驗初期可加密觀測水位，使曲線在每個對數(shù)周期內(nèi)有8～10 個點，并保證觀測準(zhǔn)確，以便繪制出曲線上曲率大的部分，水位觀測至水位基本穩(wěn)定為止。利用水位觀測數(shù)據(jù)計算水文地質(zhì)參數(shù)，并進(jìn)行對比分析，最終確定潛水含水層的水文地質(zhì)參數(shù)[1]。

4.2.2 參數(shù)計算

潛水含水層富水性較差，可采用Bouwer 和Rice（1976）提出的公式：

式中，K 為試驗土層的滲透系數(shù)，m/d；rc為濾管半徑，m；Rc為有效半徑，m；rw為水井半徑，m；Lk為濾管過濾眼段長度，m；y0為最大水位差，m；yt為t 時刻的水位差，m。

井未貫穿整個含水層厚度時：

井貫穿整個含水層厚度時：

式中，A、B、C 均為無量綱參數(shù)，是 Lk/rw的函數(shù)，H 為濾管底端至初始水位距離，m；D 為潛水含水層厚度，m。

實際計算過程中，首先求得水位變化值yt，然后在半對數(shù)坐標(biāo)紙上作yt-t 關(guān)系曲線，yt為對數(shù)坐標(biāo)。經(jīng)過數(shù)據(jù)點畫出一條合適的直線，據(jù)此直線任選t 值及相應(yīng)yt，計算（1/t）ln(y0/y）t值。然后根據(jù)井與含水層是部分相通還是全部相通確定A、B、C 值。若部分相通，據(jù)Lk/rw確定A、B 值；若完全相通，則確定C值，由此可計算ln（Rc/rw）值，進(jìn)而可求得滲透系數(shù)K。

綜上所得，潛水含水層的滲透系數(shù)K 為8.33×10-6～1.27×10-5cm/s（0.007 2～0.011 0m/d），平均值 1.05×10-5cm/s（0.009 1m/d）；導(dǎo)水系數(shù) T 為 0.015 1～0.031 6cm2/s（0.131～0.274m2/d），平均值0.023 4cm2/s（0.202m2/d）；給水度 μ 為 0.029～0.051，平均值0.040。微水試驗計算的滲透系數(shù)差異較小，能代表該含水層的特性，建議各項水文地質(zhì)參數(shù)取平均值，即滲透系數(shù)K 取1.05×10-5cm/s（0.009 1m/d）、導(dǎo)水系數(shù) T 取 0.023 4cm2/s（0.202m2/d）、給水度μ 取0.040。經(jīng)與地區(qū)經(jīng)驗對比微水試驗計算的有關(guān)參數(shù)符合地區(qū)經(jīng)驗，能代表該含水層的特性。

5 結(jié)語

水文地質(zhì)勘察手段多樣，滲水、微水試驗作為地下水環(huán)境質(zhì)量定量評價的依據(jù)之一，需在均質(zhì)土壤中進(jìn)行，地下水環(huán)境質(zhì)量定量評價還需結(jié)合其他水文試驗進(jìn)行，以便更準(zhǔn)確取得地下水對環(huán)境的污染情況，為促進(jìn)我國經(jīng)濟的發(fā)展起到相應(yīng)作用。