柳林县供水项目水源地覆盖层渗透系数的计算方法

2011-04-23王松

山西水利科技 2011年4期

王松

（山西省水利水电勘测设计研究院太原 030024）

1 地质概述

黄河滩水源地覆盖层为第四系全新统洪冲积层，岩性地表表层为低液限粉土，结构松散，土质较均匀，厚0～1.0 m；其下岩性为级配不良砾、卵石混合土，厚度5.7～6.8 m.根据筛分试验，级配不良砾、卵石混合土层颗粒组成为：卵石含量为10.5%～15.9%，平均值为13.2%，砾石含量为43.8%～54.5%，平均值为49.15%，砂粒含量27.6%～44.4%，平均值为36.0%，粉黏粒含量1.3%～2.0%，平均值为1.65%，不均匀系数Cu为34.4～109.2，平均值为71.8，曲率系数Cc为0.3～0.6，平均值为0.45，结构松散～中密，卵砾石主要成分为长石砂岩、灰岩等，呈次圆～磨圆状。场地地下水类型主要为松散岩类孔隙水，地下水赋存于级配不良砾及卵石混合土层中。

覆盖层下伏基岩为三叠系下统刘家沟组浅红色砂岩夹紫红色泥岩，地下水类型为碎屑岩类裂隙水，主要赋存于砂岩中。

2 确定渗透系数

本次试验在松散岩类含水层中布置抽水试验井3个，水井深度8.2～10.1 m；布置观测井4个，井深11.6～12.2 m（见图1）；各井均打到基岩面，以基岩为相对隔水底界，进行了单井抽水试验9段，群井抽水试验1段，均属于完整井抽水试验。试验结果见表1.

图1 抽水试验井位置示意图注：ZKc为抽水井，ZKg、S为观测井

表1 单井及群井抽水试验成果见表

1）单井抽水试验

单井抽水试验时，是在所有抽水井及观测井完成之后进行的。抽水井及观测井间距：平行黄河河流方向69～73 m，垂直黄河河流方向56～71 m.试验期间，平行黄河河流方向抽水井的上游或下游观测井水位有较小变化，垂直黄河河流方向抽水井的观测井水位不变化，说明水源地覆盖层渗透性呈不均匀性，平行黄河流向渗透性强于垂直黄河流向渗透性，由此根据不同方向的观测井，分别计算。

根据单井抽水试验结果，渗透系数K计算采用稳定流单井完整井的抽水试验公式1［1］；影响半径R估算在观测井没有变化时采用公式 2［1］，在观测井有变化时采用公式 3［2］。

式中：Q—出水量，m3/d；

K—渗透系数，m/d；

S—降深，m；

R—影响半径，m；

r、rw—抽水井井半径，m；

r1—抽水井、观测井间距离，m；

H—静止水位高度或潜水层厚度，m；

Sw——抽水井降深，m；

S1——观测井降深，m.

各井试验情况、渗透系数计算过程及结果见表2～表4.单井抽水时出水量为78.24～218.64 m3/d，平均值为140.64 m3/d.渗透系数取值时，各抽水井渗透系数取各计算成果的平均值，则ZKc10-2号井渗透系数取7.6 m/d，ZKc10-3号井渗透系数取4.1 m/d，ZKc10-4号井渗透系数取16.0 m/d.水源地渗透系数按三个抽水井渗透系数的平均值，即9.2 m/d，属中等～强透水层。

表2 抽水井计算一览表（采用公式1、2）

表3 抽水井计算一览表（采用公式1、3）

表4 抽水井渗透系数统计表

2）群井抽水试验

群井抽水试验是在所有单井抽水试验完成之后进行的，群井抽水试验时，各抽水井水位埋深较单井抽水期间均有降低，平均降了0.6 m.抽水时，ZKc10-2号井出水量有明显减小，其余两井出水量与单井抽水期间基本一致。群井抽水期间，三个井外侧的观测井中水位绝大部分有明显下降，其中西侧的ZKg10-5、ZKg10-6号观测井影响半径较远，可达110～115 m，南侧的S-1号观测井反映影响半径较小，为56 m左右，东南侧的ZKg10-1号观测井与三个井最近距离约71 m，未见水位下降。群井抽水与单井比较，其影响范围明显扩大，最大扩展了40多m，说明群井抽水时，必须考虑干扰影响，布井时即使井距大于单井抽水时的影响半径，群井抽水时井之间也会互相干扰。

为估算抽水试验区渗透系数，复核单井抽水渗透性结果，将三个单井包围的范围假想为一个大口井，半径按同面积圆换算，即25.1 m，三个抽水井位置呈三角形，根据表1进行渗透系数估算，最大出水量Q按三个抽水井最大出水量之和，即404.88 m3/d，最大降深S取三个抽水井最大降深平均值，即3.75 m，含水层厚度H按三个抽水井含水层厚度平均值，即4.34 m.采用公式1、3估算，结果见表5.

根据表5，群井抽水时，卵石混合土、混合土卵石含水层渗透系数为5.78～10.25 m/d，平均值8.9 m/d，属中等透水层。