利用开采性抽水试验评价地下水允许开采量

李爱平，张国飞，苗建军，刘志强

(1.内蒙古自治区城镇建设水文中心，内蒙古 呼和浩特 010000;2.通辽市水利勘测设计院，内蒙 通辽 028000)

地下水允许开采量的计算是地下水资源评价的核心问题，其评价方法多种多样。对于中小型水源地地下水资源评价，特别是水文地质条件复杂地区，若在短期内不易查清补给条件而又急需作出评价结果时，相比其他评价方法而言，利用开采性抽水试验方法来确定水源地地下水允许开采量会收到事半功倍的效果。

1 基 本理 论［1，2］

开采性抽水试验其原理是根据计算区拟定的开采方案，按照设计的开采降深和开采量进行一至数月开采性抽水，抽水降落漏斗应能扩展到计算区的天然边界，根据抽水结果确定允许开采量。根据抽水水位稳定状况，可分为稳定流和非稳定流两种类型。

1.1 稳定流状态

按设计需水量进行长期抽水时，主井或井群中心点的动水位等于或小于设计降深时，呈现出稳定流状态，并且观测井的水位也能保持稳定状态，其稳定状态均达到规范要求，而且在停抽后，水位又能较快的恢复到原始水位，这表明实际抽水量小于或等于开采时的补给量，按设计需水量进行开采是有补给保证的，此时，实际抽水量就等于允许开采量。若将抽水量作为设计需水量，水源地地下水完全是有保障的。

1.2 非稳定流状态

在长期抽水过程中，主井及观测井的水位一直持续缓慢下降，停止抽水后，水位虽有恢复，但始终达不到初始水位，说明抽水量大于补给量，消耗了含水层中的储存量。计算补给量的方法是选择抽水后期，主井与观测井出现同步等幅下降时的抽水试验资料，建立水量均衡关系式，求出补给量。此时，若没有其他消耗时，任一抽水段内产生水位降深的水均衡关系式为:

由此可见，抽水量有两部分组成，即开采条件下的补给量和含水层消耗的储存量。选择水位等幅下降阶段若干个时段资料，就可利用消元法计算出补给量和 μF值。为了检验所求补给量的可靠性，可利用水位恢复阶段的资料计算补给量进行检验，水位恢复时，ΔS/Δt为水位回升速度，计算时取负号。水位恢复时计算补给量的公式为:

同时，也可将抽水阶段水均衡关系式(1)式与水位恢复阶段水均衡关系式(2)式联立，消去μF值，直接求解补给量Q补。

2 实例

水源地位于内蒙古赤峰市宁城县天义镇北部池家窝铺附近，老哈河一级阶地地区，区内地势平坦，第四系孔隙潜水分布广，水位埋藏浅，一般为2.66～5.30 m之间，含水层厚度大，厚度一般35～49 m之间，水量丰富，富水性大，含水层由第四系砂、砂砾石、砂卵石组成。根据抽水试验成果得知，400 mm口径下的单位涌水量 50～90 m3/h·m，渗透系数58.43 ～76.34 m/d，影响半径 150 m，pH 值 7.06 ～8.08，矿化度 0.27 ～0.55 g/L，水化学类型 HCO3—Ca型。

2.1 水源地布井方案

根据区内水文地质条件，水源地选择在距老哈河河岸400 m 附近，坐标:X=440 887.01—441 258.34，Y=461 273 0.77—461 296 3.33，面积约 0.1 km2。水源地共布井 3眼，即 T1、T2和 T3，孔径 600 mm，管径 400 mm，设计井深 55 m，中心观测孔1眼。水源地布井示意见图1。

图1 水源地布井示意图

2.2 开采性抽水试验

本次开采性抽水试验共计井数16眼，其中抽水井3眼(T1、T2和 T3)，观测井13眼，三眼井总抽水量25 392 m3/d，试验时间共计40 d，其中抽水阶段30 d，水位恢复阶段10 d。由于抽水时间短，后期动水位始终处于缓慢下降状态(后期呈拟稳定状态)，说明抽水量大于补给量，消耗了含水层中的储存量。因此，水源地地下水允许开采量采用非稳定状态下的开采试验法计算。根据开采试验法的适用条件，选择主井与观测井同步等幅下降时的抽水试验资料。为了直观，利用中心观测孔时间—降深曲线来计算地下水允许开采量，中心观测孔时间—降深曲线见图2。水位下降及上升选择曲线中直线部分，见表1。

图2 中心观测孔时间－降深曲线

表1 水源地抽水试验观测数据

将上表数据代入(1)和(2)式，得到:

联立二式，消去 μF，求解得知:

本次任务是通过开采试验法评价新增2万 m3/d开采量的可行性，水源地允许开采量为20 209 m3/d，由此可见，规划开采量2万 m3/d是完全有保障的。

为了说明抽水井之间的相互干扰情况，采用抽水后期拟稳定状态下的降深值，计算主井流量干扰及降深干扰，结果见表2。由表可知，三个开采井T1、T2和T3流量干扰和降深干扰均小于20%，说明水源地地下水补给条件好，径流通道畅通，降深小，影响范围小，各单孔之间相互干扰小，长期供水是有保障的［3］。

表2 主井流量干扰及降深干扰计算结果

3 结语

利用开采性抽水试验方法来评价水源地允许开采量，抽水试验抽水量接近设计开采量，相应的流量与降深也最直观地体现在以后实际运作时相应的数值上［3］。因此，开采性抽水试验成为水源地建立与否的验证手段，尤其对于短时间内作出评价及水文地质条件复杂地区而言。利用开采性抽水试验评价水源地允许开采量准确、可靠，但需要花费人力、物力较大。

［1］供水水文地质手册［M］.北京:地质出版社.1977.

［2］曹剑锋，迟宝明，王文科等.专门水文地质学［M］.北京:科学出版社.2008:143－144.

［3］何宝林.群孔干扰抽水试验在评价水量中的应用［J］.西部探矿工程.2004，3:91 －92.