珠海市湾仔雷公石壁饮用天然矿泉水勘查设计

2010-10-27何庆鹏广东省珠海工程勘察院

中国科技信息 2010年4期

何庆鹏广东省珠海工程勘察院

何庆鹏广东省珠海工程勘察院

通过水文地质勘查，判断含水层的富水性，主要研究由含水层补给的各种地下水露头的出水量及其动态变化；查明各含水层水位，确定各含水层的初见水位和稳定水位，确定各含水层之间的水力联系；测定含水层的水文地质参数，监测的内容包括：对采用的原始数据、计算方法、计算选用的参数，以及计算结果的准确性、合理性、可靠性等作出评定。确定群井开采水源地允许开采量；为矿泉水开采设计提供依据。

1、工程简介

珠海市湾仔雷公石壁水源地属于珠海饮用水源保护区，位于与澳门一河之隔的湾仔雷公石壁山畔，与专供澳门饮用水的竹仙洞水库、银坑水库为同一水源地，目前开发范围不到一半，极具开发价值。珠海永隆饮品有限公司，拟在珠海市湾仔雷公石壁谷篸一带2.38km2小区范围内进行饮用天然矿泉水勘查工作，以查明小区内的水文地质条件，对矿泉水井进行动态监测，掌握矿泉水资源天然动态和开采动态变化规律；依据丰水期、平水期和枯水期的水质分析结果进行评价；根据水源地群井干扰抽水试验资料，确定群井开采水源地允许开采量；为矿泉水开采设计提供依据。

2、水文地质勘查的目的与任务

2.1 目的：

在珠海市湾仔雷公石壁谷篸一带2.38km2小区范围内寻找和评价可作为天然饮用矿泉水的地下水源，为勘查小区提供矿泉水找水方向和开采设计规划提供依据，评价抽水对周围环境的影响，并为取水工程的设计、地下矿泉水水资源的保护与管理提供一般的水文地质资料。

2.2 主要任务：

2.2.1 初步查明小区范围内地层岩性、构造、地貌等因素对小区水文地质条件的影响，着重分析研究控制地下水的形成、分布的主导因素和条件，划分含水层、组、带及地下水的类型，确定具体的开采层位和开采地段；

2.2.2 对小区内主要含水层，特别是基岩裂隙含水层的岩性、厚度、埋深、分布范围及其空间变化特征等进行研究，通过对地表水及地下水的开采量、蒸发量等，搜集泉和受季节影响较大的地下水动态变化资料，对地下水补给、径流、储存、排泄作出评价。

2.2.3 依据丰水期、平水期和枯水期进行水井抽水采样，按水质分析结果，对小区水化学特征作出评价；

2.2.4 计算地下水量，提出允许开采量，评价地下水水质；

2.2.5 评价抽水对周围环境的影响，确定合理的开采水量和抽水方案；

2.2.6 提出新建矿泉水水源地的建议和水源卫生防护措施。

3、水文地质勘探工作内容

水文地质勘查工作内容包括：水文地质测绘、水文地质勘探、水文地质（现场）试验、地下水动态（长期）观测、室内试验分析鉴定和室内资料整理工作六个部分。

3.1 水文地质测绘调查

3.1.1 收集与熟悉区内现有的自然地理、地貌、地质及水文地质资料；

3.1.2 观察地层的空隙及其含水性，确定含水层和隔水层的岩性结构、厚度、分布、破碎情况及其变化；

3.1.3 判断含水层的富水性，主要研究由含水层补给的各种地下水露头的出水量及其动态变化；

3.1.4 分析断裂构造的水文地质特征；

3.1.5 观察地貌、自然地理、地层构造等对地下水补给、运动、排泄的控制情况及主要含水层间的水力联系，以及地下水与地表水间的联系；

3.1.6 研究区内地下水的化学成分及地下水污染情况；

3.1.7 掌握区内现有地下水供水或排水设施的工作情况。

雷公石壁谷篸地矿泉水水源地位于珠海市西南侧的湾仔镇，距区内道路2.5km.小区由烧猪石、雷公石壁和谷篸地三座山峰及其山脊线与山间谷口组成，地貌类型为山间谷地。谷中林木繁茂，植被发育，地形地貌保持完好。本次勘查侧重勘查山间谷地地层构造等对地下水补给、运动、排泄的控制情况，研究其中地下水的补径排条件，地下水位及流量的变化关系。

3.2 水文地质勘探

在水文地质测绘的基础上，为进一步查明主要含水层（段）和断裂构造富水带等的水文地质特征和水文地质条件，设计和布置一定数量的水文地质勘探钻孔，并根据“以探为主，探采结合”的原则，可将部分钻孔建井供后期使用或留做长期观测孔之用。勘查工程布置图如图1。

图1

3.2.1 主要任务：

a.揭露地下水，确定含水层位，并查明含水层（体）的岩性、结构及埋藏深度，以及含水层和隔水层的上述特征的变化规律；

b.查明各含水层水位，确定各含水层的初见水位和天然（稳定）水位，确定各含水层之间的水力联系；

c.测定含水层的水文地质参数；

d.进行地下水动态观测，了解地下水的补排条件，及其动态变化；

e.采取岩心或岩土样作岩土的水理性质和物理力学性质实验，取水样作水质分析，测水温；

f.结合开采地下水，施工勘探生产井。

3.2.2 主要工作内容：

a.根据区内现有地质、水文地质资料结合现场情况，针对场地地质条件确定勘探钻孔数量、位置和钻孔深度、口径等技术参数及抽水试验方案；

b.组织钻机进行钻进，钻进过程中进行初检水位、涌水量等的观测，采取土样进行水理性质实验；

c.钻探施工完毕后，对钻孔进行清孔工作，以清除孔壁泥浆、岩屑等杂物；

d.根据钻探岩心确定含水层（带），设计和下井管、过滤管进行多孔抽水试验工作，未抽水孔作为观测孔，以取得矿泉水储量、允许降深等可靠的水文地质计算参数；

e.取水样进行水质分析以了解区内矿泉水的化学特征；

f.抽水试验停止后，进行恢复水位的观测工作；

g.根据抽水试验取得的资料进行矿泉水储量的计算，确定合理的开采方案、选择抽水设备和设计安装设备，确定供水井成井工艺。

根据珠海永隆饮品有限公司提出的施工技术要求，确定在珠海市湾仔雷公石壁谷篸地一带2.38km2小区水源地范围内，布设探采结合井3～6口；孔深控制在100m；钻探方案采用：开孔口径为250mm，本段钻探深度30m；往下变径为146mm，本段钻探深度20m；再往下变径为127mm和110mm，本段钻探深度控制在50m。成井方案设计为：井管采用146mm无缝钢管，井管长度30m（含过滤管），下至完整稳定基岩内；以下为基岩稳定探井。钻孔柱状图与成井结构如图2。

3.3 水文地质（现场）试验

水文地质试验以抽水试验为主，抽水试验是在实际井孔中进行抽水和观测，以研究井的涌水量与水位降深的关系及其抽水延续时间的关系；求得含水层及越流层的水文地质参数；研究降落漏斗的形状、大小及扩展过程；研究含水层之间及含水层与地表水体之间的水力联系；确定含水层（或含水体）边界位置及性质；进行开采或疏干的模拟，以确定井间距、开采降深、合理井径等设计井群时所需的技术参数。水源地水文地质剖面图如图3。

采取多孔稳定流抽水试验，主要工作内容：

3.3.1 测量抽水试验前后的孔深，核查抽水段深度、层位、孔是否坍塌、沉淀和淤塞；

3.3.2 观测天然水位、动水位及恢复水位，主孔和观测孔的水位应同时观测；

3.3.3 观测流量，流量与水位应同时观测；

3.3.4 观测记录气温、水温；

3.3.5 在抽水试验过程中，连续多次采取水样作化学和细菌分析；

3.3.6 对抽水试验取得的观测数据进行整理，绘制流量、降深与时间的关系曲线等。

根据珠海市湾仔雷公石壁谷篸地矿泉水水源地水文地质条件，确定采用单孔抽水试验；抽水试验层段，应以主要开采矿泉水含水层为目的层；抽水试验的水位降深，不得大于井内水柱高度的1／3，并能保证水质达标成分稳定条件下的出水能力；抽水稳定延续时间不少于48h；抽水试验过程中，应连续多次采取水样，测定水中矿泉水水质界限指标达标成份的含量变化。

3.4 矿泉水动态观测

矿泉水动态观测主要针对井孔进行一定时期的地下水位、水量、水温等项目的长期观测，以评价矿泉水资源，计算有远景意义的矿泉水动储量和开采储量，并对计算地区的矿泉水资源作出开发利用的远景评价。

对矿泉水井进行动态监测，掌握矿泉水资源天然动态和开采动态变化规律。

监测的内容包括：水位、开采量、温度和水质，可每月观测2～3次，水源勘查阶段要求连续监测一个水文年以上，水质每年按丰水期、平水期和枯水期至少监测3次。绘制动态变化曲线图。

3.5 矿泉水水质评价

依据丰水期、平水期和枯水期的水质分析结果进行评价。饮用天然矿泉水按GB8537-2008规定，对感官要求、界限指标、限量指标、污染物指标和微生物要求等各项指标进行评价；矿泉水水质全分析测试报告，必须有国家级计量认证的两个以上测试单位的对应分析或外检数据。天然矿泉水水源的水质动态变化，界限指标含量变化不超过30%，水化学类型不得改变。水温变化不超过±1℃.

3.6 矿泉水允许开采量计算与评价

图2

图3

珠海市湾仔雷公石壁谷篸地群井开采的矿泉水水源，根据水源地水文地质条件和干扰抽水试验资料，建立水文地质模型，确定允许开采量。

对采用的原始数据、计算方法、计算选用的参数，以及计算结果的准确性、合理性、可靠性等作出评定。

根据天然矿泉水资源开采方案确定在保障水质稳定条件下的允许开采量，预测矿泉水水源地开采动态的趋势，论证矿泉水水源地允许开采量的保障程度。

天然矿泉水资源允许开采量，要求大于400m3/d。

3.7 评价抽水对周围环境的影响

抽取矿泉水时，合理开采和管理至关重要，如开采水量过大，开采地段、开采层次和时间上没有合理的布局和管理，将导致开采量长期大于补给量，造成地下水位持续和大幅度下降，使周围土层中含水量减少，浮托力减小，等于增加了附加荷重，使土产生固结、压缩，使周围地面发生沉降或不均匀沉降。因此，必须进行对周围环境的影响评价。

3.7.1 查明工程地质情况，包括地层分布，透水性，以及与水体的联系和水位变化情况，各层土体的渗透系数、土体孔隙比、压缩指标等；

3.7.2 查明周围地面和地下建筑物的情况，包括这些建筑物的基础形式，上部结构，在抽水区的位置和对差异沉降的适应能力；

3.7.3 确定抽水井的影响范围，可根据公式进行计算；

3.7.4 计算抽水后各土层有效应力的增量；

3.7.5 用分层总和法计算周围地面所产生的理论沉降量；

3.7.6 分析评价抽水对周围环境的影响；

3.7.7 确定井群抽水的合理开采量和抽水方案，抽水必然会形成降落漏斗，从而造成周围地面的沉降，但只要合理开采，可以把这类影响控制在周围环境可以承受的范围之内。

为防范抽水对周围环境的不良影响，对水源地应统筹兼顾，全面规划，合理开采；供水井设计和施工应根据周围土层的情况选用合适的滤网、成孔和回填滤料，防止抽水带走土层中的细颗粒；尽量避免单井大降深抽水，可改用井群抽水，适当放缓降落漏斗线的坡度，坡度越平缓，影响范围越大，而影响深度越小，使单井抽水对小面积环境的集中作用分散成井群抽水的大范围环境，从而减小产生不均匀沉降的不良影响。

3.8 勘查评价报告编写

本阶段主要是指最终资料整理，野外工作期间的当日资料整理、阶段资料整理工作将贯穿于整个矿泉水水文地质勘察之中。

3.8.1 在野外工作结束之后，首先对野外测绘、勘探、试验、动态观测及室内试验等资料进行全面、系统的校核、整理和验收，及时进行必要的野外补充工作以保证原始资料的全面、可靠及满足设计和规范要求；

3.8.2 修改、丰富报告大纲，确定图件和报告的编制原则；

3.8.3 正式编制图件和编写文字报告；勘查评价报告应满足天然矿泉水资源开发的基本要求；

3.8.4 按规定送审报告，根据评审意见进行修改和补充；

3.8.5 经复审通过后正式清绘复制，提交报告，资料归档保存。

勘查评价报告编写内容，应符合下列规定要求：

A1报告编写提纲

a.前言；

b.矿泉水水源地自然地理条件；

c.矿泉水水源地地质水文地质条件；