洮儿河扇形地含水层抽水试验设计

1、洮儿河扇形地含水层抽水试验设计1前言抽水试验是通过从钻孔或水井中抽水，来定量、评价含水层富水性，测定含水层水文地 质参数和判断某些水文地质条件的一种野外试验工作。抽水试验的目的为：确定含水层及越流层的水文地质参数：渗透系数K、导水系数丁、给水度冬弹性释 水系数质、导压系数a、弱透水层渗透系数履、越流系数如越流因素B、影响半径R等。通过测定井孔涌水量及其与水位下降(降深)之间的关系，分析确定含水层的富水 程度、评价井孔的出水能力。为取水工程设计提供所需的水文地质数据，如影响半径、单井出水量、单位出水量、 井间干扰出水量、干扰系数等，依据降深和流量选择适宜的水泵型号。确定水位下降漏斗的形状、大小及

2、其随时间的增长速度；直接评价水源地的可开采 量。查明某些手段难以查明的水文地质条件，如确定各含水层间以及与地表水之间的水 力联系、边界的性质及简单边界的位置、地下水补给通道、强径流带位置等。2气象与水文条件2.1气象条件白城市属温带大陆性季风气候，除盛夏短时间内受海洋季风影响外，全年绝大部分时间 降水系统来自西风带，特殊的地理环境形成了本地光照充足，降水变率大，旱多涝少的气 候特点。白城市四季分明，冬长夏短，降水集中在夏季，雨热同期，春季干燥多风，十年九 春旱，夏季炎热多雨，雨热不均；秋季温和凉爽且短暂；冬季干冷，雨雪较少。年平均降水 量为399.9毫米，其中作物生长季5-9月降水量为355.

3、6毫米，占全年降水量的88%，部 分满足作物的水分需求；热量资源丰富，年平均气温5.2C，10r活动积温平均为2996.2C.d，无霜期平均为144天，初霜日平均为9月27日；光照资源充足，年平均日照 时数为2915小时(1961年至2000年间)，风能、太阳能开发潜力大。2.2水文条件白城市水域宽广，有主要河流9条。嫩江由镇赉县丹岱乡十家子屯入境，在大安市四 棵树屯流出，境内江长184公里。洮儿河由洮北区岭下乡半拉山入境，流经洮北区、洮南 市、镇赉县、大安市，由月亮湖注入嫩江，境内河长285.83公里。还有霍林河、蛟流河、 那金河、呼尔达河、二龙涛河、额木太河、文牛格尺河。低洼地带散布着湖泡

4、百余个，提供 了养殖、灌溉之利。主要有月亮湖、新荒泡，牛心套保泡、哈尔挠泡、洋沙泡、四家泡、老鸹窝泡、莫什海泡、郭家店泡、莫莫格泡、鹅头泡、小西米泡、新平安泡、西二龙泡、他拉 红泡、小香海泡等。总水域面积3 029平方公里，占幅员12.49%，占全省水域面积31.06%， 居全省各市（州）之首。其中，可养殖水面101 214.3公顷，占全省可养殖水面37.58%， 居全省各市（州）之首。3地质及水文地质条件3.1地形地貌试验区在地貌上属于松辽平原西部山前倾斜平原，按成因为冲洪积一冰水平原（图1、 表1），位于洮儿河扇形地中部。洮儿河、蛟流河流经扇形地中部，使地表水与地下水的水 力联系极其密切。

5、吉林省西部 地貌分区图卜半上iiKJjfi2HH就D:!00吉林省西部 地貌分区图卜半上iiKJjfi2HH就D:!0035H km图1吉林省西部地貌分区图表1 吉林省西部地区地貌分区表成因类型成因形态代号地面高程/m地表岩性分布位置及其特征西部山前倾 斜平原（|5）冲洪积-冰 水平原I 5-1140220q3砂砾石及q4黏性土，Q1砂砾石主要为洮儿河扇形地扇间台地分布于山前相邻的扇形地之 间冲洪积-湖 积平原I 4-1180200Q2黄土状土分布于长岭县城一带中部低平原（1）冲积湖积I 4-2140190Q3黄土状土及q4风成砂Q3分布于前郭县等地Q主要分布于诵榆西部及长岭等地4平原I 4-

6、3135150q4黏性土4分布于霍林河古河道泛滥地带，沼泽化及盐碱化发育3.2地质条件试验区在地质构造上属于松辽盆地，中生代地层较发育，其中侏罗系为粉砂岩、泥岩及 火山岩并夹有薄层煤；白垩系厚度巨大，地层包括以砾岩、砂岩、泥页岩等组成的多个旋回层，埋藏有丰富的石油资源；地层岩性下粗上细，上部及顶部主要为泥页岩，厚度大，分布 连续，构成区域隔水底板。新生界地层见表2。洮儿河扇形地第四纪松散层厚度一般1040 m， 主要为中上更新统砂砾石、砂卵石。表2吉林省西部新生代地区地层简表界系统阶（组）成因类型符号接触关系厚度/m地层岩性及分布风积堆积以淡黄色细砂和中砂为主，松散稍密，局部表层为Q4eo10

7、70黑褐色亚粘土、亚砂土。广泛分布于通榆、长岭、 镇责以及前郭、扶余等地，构成沙垄、沙丘全新统湖沼堆积QJ+011由黏性土、淤泥质土、泥炭、淤泥质细砂组成，普 遍具有腥臭味，分布于前郭灌区的南部第冲积湖沼堆积Q al+fl15黄色亚粘土、亚砂土、淤泥质土，局部下部有12m 的细砂层。分布于洮儿河、霍林河、嫩江的旧河道上部为黏性土、淤泥质土，下部为淤泥质砂、细砂、新冲积Q：侵蚀0- 32中粗砂、砾石，二元结构明显，呈条带状分布于江河的漫滩及一级阶地上顾由黄土状土及粘性土、细砂、中粗砂组成，上细下四更乡冲积Q3030粗特征明显。黄土状土具大孔隙及柱状节理，常与新屯砂层互层出现，底部中粗砂质地纯净，

8、层理发育统组冲洪积Q al+pl3g侵蚀520砂砾石、砾卵石。分布于洮儿河及霍林河扇形地。生中更新统荒山 组冲洪 积Qal+Pl060上部为黄土状土，具大孔隙和垂直节理，下部以细 砂、中粗砂、砾石为主，局部与黏性土互层。分布 于二松两岸高台地系冲湖 积在低平原区主要为淤泥质土（湖积）；在二松右岸与细大青Q严1050砂、中粗砂及砂砾石互层出现（冲湖积）。分布于低平沟组原及二松右岸冲洪积Q al+pl侵蚀1025灰、灰黄色砂砾石、砾卵石，分布于扇形地的底部。界下更新统白土山组冰水堆积Q1bfgl不整合0100以灰白色砂砾石为主（在左岸高台地顶部呈红色）， 夹有含黏性土，分选差，含高岭土，微具胶结。

9、主 要分布于左岸丘陵状台地及低平原下部泰康组岩性为黄绿色、灰绿色泥岩、砂质泥岩、砂岩、砂上第上新 统N t0140砾岩，上细下粗，具有明显韵律。厚度变化较大。该组大部分被第四系覆盖。仅分布于松辽盆地西北三部地区。系中新 统大岩性由泥岩、砂质泥岩、砂岩、含砾砂岩和砂砾岩安Nd0100组成，上细下粗，韵律性较明显，厚度变化较大。组不整合主要分布于松辽盆地中部，西部变薄，东缘缺失备注：下伏为白垩系泥岩、砂岩及砂砾岩，其中泥岩厚度巨大，构成区域隔水底板。第三系泰康组的归 属问题，目前尚未统一，有一种意见将其归属为第三系至下更新统（N-Q1）。2.1含水层性质与赋水条件吉林省西部地区为一个完整的地下水系

10、统，根据含水层特点又可分为第四系孔隙含水层 系统、第三系孔隙裂隙含水层系统和白垩系裂隙孔隙含水层系统。洮儿河扇形地是吉林省白城市附近的大型山前扇形地，面积2 800 km2。该扇形地从镇 西向南东方向呈扇状撒开，地形由扇顶向扇前倾斜，坡度由大逐渐变小；地层岩性由中更新 统、上更新统砾卵石组成（构成强透水层），厚度1040 m，中部厚度大，向两侧边缘厚 度变小，大部地段砾卵石几乎裸露于地表;地表为不连续分布的黏性土，厚度多数小于2 m， 到扇形地前缘黏性土连续分布，厚度增大至210 m；下伏基岩为泥岩，构成区域隔水底板。大量的勘察、试验、观测、调查资料表明，该扇形地砾卵石层分布广、厚度大，具有强

11、 大的储水能力和透水能力，其中含有丰富的地下水，补给充沛，径流通畅，形成了强大的地 下流场，到扇形地前缘由于地形趋于平缓且有巨厚的中更新统黏性土层阻水（类似于地下坝） 而成为一个规模巨大的天然地下水库（见图2）。单滴水耿碰隘本文地砌区腿州平界统岭建岫”4）捋，涌水 t Wfflf 图2白城市洮儿河扇形地水文地质略图扇形地含水层岩性为冲洪积的砂砾卵石，颗粒粗大，细颗粒充填物很少，厚度较大，且 常与河流有密切的水力联系，水位埋深浅（一般小于10 m），含水层厚度一般为1040 m； 从扇顶到扇的前缘，地下水由潜水逐渐转变为微承压水；上部无弱透水层覆盖或盖层很薄， 有利于大气降水入渗和地表水渗漏补给

12、；富水性最强，是最具开采利用价值的含水层系统， 降深为1 m时单井涌水量多数为1 0003 000 m3/d，在金祥、保平乡一带地下水富水性最佳， 单井涌水量可达3 0005 000 m3/d。从扇顶到前缘，含水层厚度由小变大再变小，颗粒由粗 变细，地下水位埋深由大（310 m）变小（13 m ），在环形的前缘地带形成地下水溢出带； 地下水力坡度由大变小，地下径流由强变弱，水化学类型由单一（为HCO3-CaMg型）变复 杂（HCO3-CaNa、HCO3-NaCa 型），矿化度由小（小于 0.5 g/L）变大（0.51.0 g/L）。扇形地地下水水量十分丰富，且水质优良，目前已成为白城市、洮南市

13、城区及其所属有 关乡镇的主要供水水源，是白城热电厂(在扇形地中部洮儿河左岸)和洮儿河灌区(主要在 扇形地前缘)的重要水源。2.2地下水补给、径流与排泄条件西部山前倾斜平原孔隙潜水，主要补给来源为降水的垂直入渗，次为河道、渠道渗漏、 灌溉渗漏和山前侧向径流补给。由于含水层颗粒粗大，渗透性强，地下水径流畅通，形成强 大的地下水流场。潜水主要向东南径流并补给中部低平原区孔隙潜水、孔隙承压水和孔隙裂 隙承压水，在扇形地前缘形成地下水溢出带；目前由于河水水量的减少和大量开采地下水， 前缘地下水溢出现象已基本消失。排泄途径有泉、泄流、侧向流出、蒸发及人工开采。2.3地下水动态特征地下水动态类型有降水入渗-

14、蒸发型、降水入渗径流或蒸发型、开采型等。高水位出现 于89月，低水位出现于56月，年水位变化幅度0.51.0 m左右。前缘地带大量开采地下 水用于农田灌溉，已经出现明显的超采现象。2.4地下水化学特征地下水(孔隙潜水)水质一般较好，pH为6.57.5,水化学类型主要为HCO3Ca、HCO3 CaMg、HCO3CaNa型，硬度小于300 mg/L，矿化度一般小于0.5 g/L，前缘局部可达0.51.0 g/L。由于含水层上覆黏性土层薄，防污与净化能力差，中下游地段的地下水已经受到不同 程度的污染。3技术要求3.1场地要求抽水试验场地应选择在具有区域代表性的典型地段，试验场地的水文地质条件要能 够

15、代表整个研究区域。尽量排除外力(如降水入渗、人工开采、地下排水等)影响。为防止抽出水的回渗，在预计抽水影响范围内的排水沟必须采取防渗措施。当表层 有3 m以上的粘土或亚粘土时，一般可直接挖沟排水。其他需要注意的问题。3.2抽水孔(主孔)技术要求(1 )孔径：抽水孔试验孔段的孔径，应根据含水层的性质、渗透性和过滤器类型确定。 在松散含水层中，孔径不宜小于168mm ；在基岩含水层中，孔径不宜小于130mm。孔深：抽水试验钻孔的深度，一般要求达到揭露或打穿主要含水层。过滤器位置：在抽水试验中，对于破碎的岩层，必须在孔内安装过滤器。过滤器应 安置于实验目的含水层位置。水泵：抽水试验用的水泵类型，应根

16、据地下水位埋深、过滤器直径和孔内可能的最 大涌水量选择。地下水位较浅时，宜采用离心式水泵；地下水位较深、涌水量较大时，可选 用深井泵或潜水泵；地下水位较深、涌水量较小时，可选用拉杆式水泵。当过滤器直径影响 到抽水量增大时，可选用大于进水管口径的水泵，但不得大于二级。3.3观测孔技术要求3.3.1观测孔的布置方向以抽水孔为原点，宜布设1-2条观测线。1条观测线时，应垂直于地下水流方向布置；2条观测线时，应分别垂直和平行于地下水流方向布置。对于岩性岩相变化较大的松散含水 层和裂隙含水岩体，应布置两条观测线。一条沿岩性岩相变化大的方向或者透水性强的方向 布置，另一条应与前一条垂直布置。3.3.2观测

17、孔的数量每条观测线上的观测孔不宜少于3个；水文地质条件复杂或有特殊要求时，可根据需要 适当增加。用于求参的抽水试验若用S-lgt曲线求参，每条观测线上仅布置1个孔，若用S-lgr曲 线求参，每条观测线可布置13个孔，但多数是取3个。用于判定水力联系及边界性质的 抽水试验，观测孔不应少于2个。3.3.3观测孔距离对于承压含水层，为避免抽水时产生三维流和紊流的影响，观测孔至抽水孔的距离 宜按照下水原则布置：R1=M R2=1.5M R3.178R 式中：M承压含水层厚度，米；R影响半径，米；RR2、R3抽水孔距观测孔1、2、3的距离。对潜水含水层，在下降漏斗曲面水力坡度小于0.025的范围内，上述

18、布设距离亦适用。各观测孔水位下降要明显，最远观测孔水位下降应不小于10倍观测误差；相邻两观 测孔水位下降值的差不应小于0.1米。观测孔据抽水孔由近到远，由疏到密。在降深值小、有越流补给的细颗粒潜水含水 层完整孔抽水时，观测孔据主孔应近些，各孔间距应小些。3.3.4观测孔孔径和深度观测孔的孔径不宜小于5厘米；观测孔的过滤器应安置在实验目的含水层中。在均质无限含水层中，为减少过滤器 的阻力，其长度不宜过长，一般可采用0.5米，沉淀管长度不小于2米；观测孔孔深应深入实验目的层5-10米。非完整孔抽水时，过滤器设置深度应尽量达 到抽水孔过滤器的中部。3.4观测要求观测频率及精度应符合下列要求：(1)水

19、位观测宜按第 0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5、6、7、8、10、12、15、20、 25、30、40、50、60、75、90、105、120 min进行观测，以后每隔30 min观测一次，其余观测项目及精度要求可参照稳定流抽水试验要求进行；（2）抽水孔与观测孔水位必须同步观测；（3）水温、气温宜24h观测一次，读数应准确到0.5，观测时间应与水位观测时间相对应。（4）抽水结束后，或试验期间因故中断抽水时，应观测恢复水位，观测频率应与抽水时 一致，水位应恢复到接近抽水前的静止水位。3.5异常处理现象原因处理措施S不变，Q渐增或 骤增；Q不变，S 渐升或骤升1.地表水补给地下水

20、：小池塘补给 永久性河流补给2.排水的后补给；3. 岩溶通道进水断面扩大（出现浑水）； 4.抽水出砂量大，部分含水层被抽空， 增大了过水断面；5.洗孔不合要求，抽 水中途“泥浆皮”脱落（出现浑水）1.疏干小池塘水后，再转入正式抽水； 相对稳定四小时停抽，但应查明河流历年最 大最小和一般流量，以作抽水点开采水量的 评价依据；2.检查排水渠道，如有漏失，应 及时堵塞，或改变排水方向；3、4、5延长抽 水时间S不变，Q骤减或Q不变，S骤减1.由于含水层局部被抽空，顶部隔水土 层突然坍塌（出现浑水），将过滤器部 分“糊死：；2.补给源不足，水位连续 下降不恢复；3.含水层中细小颗粒或岩 溶裂隙中的充填

21、物淤塞过滤器；4.岩 溶、裂隙充填物大量坍塌（出现水浑）， 堵塞过水断面。1.停抽或延长抽水时间，直至Q、S和t关系 曲线与变化前相近时为止；2.经试抽确属此 因，不必转入正式抽水（可根据水位下降速 度反算井的最大出水量）3.将风管喷头直 接对准过滤器部分送风冲洗，抽水顺序由 小到大进行；4.向孔内送水送风，再抽水， 反复进行，至出水量正常；将空口封闭， 用压风机压入空气，使水气混合物冲向裂隙、 溶洞，使堵塞物稀散再抽水S与Q的相应变化无常1.抽水机械运转不正常；2.压风机抽水 时，风管喷头以上漏气；3.水泵送水时， 动水位以上之吸水管进气1.检查调整抽水机械；2.检查风管，重新上紧丝扣；3.检查密封吸水管S改变，而