大型抽水试验在藏东高原水源地勘探中的应用

王建国，于文泉，杨 闪

(华北有色工程勘察院有限公司，河北 石家庄，050021)

大型抽水试验在藏东高原水源地勘探中的应用

王建国，于文泉，杨 闪

(华北有色工程勘察院有限公司，河北 石家庄，050021)

以藏东某矿山供水水源地为例，探讨大型抽水试验在高原基岩地下水水源地勘探中的应用。通过枯水期及丰水期两次大流量抽水试验，对地下水含水系统造成强烈的震动，研究了区内大气降水、地表水、地下水“三水转换”关系、地下水水位动态和流场变化特征，在查明水源地水文地质条件的基础上，采用开采试验法预测了水源地地下水允许开采量为3.00×104m3/d，认为水源地地下水允许开采量有足够资源保证，水源地运行后，不会发生危害性环境地质现象。

群孔抽水试验；水源地勘探；地下水系统；允许开采量

大型抽水试验是采用大流量、长时间、大降深的抽水，旨在对研究区地下水系统造成强烈的震动，达到暴露水文地质条件的目的，已在地质勘探研究中得到了广泛的应用，并取得了显著成果[1-6]。但实际生产中大多采用单井抽水试验，其弊端是引起的地下水变幅较小，反应的水文单元在广度和深度方面都很有限[7]，为提高地下水资源评价的准确性和可靠程度，在较高级别水资源评价中往往要求进行专门的大型抽水试验。本文以玉龙铜矿供水水源地勘探为例，探讨了在藏东高原岩溶区应用大型开采性抽水试验研究水文地质特征及评价地下水资源的方法。

1 水文地质条件概述

研究区西面、北面、南面为地表分水岭，觉高曲河流横贯中部，为当地最低侵蚀基准面，东面分布着上三叠统甲丕拉组砂页岩相对隔水边界，构成一个完整的水文地质单元。主要含水层为上三叠统波里拉组灰岩岩溶裂隙含水层组，其透水性、富水性分布不均一，钻孔单位涌水量0.19～54.5 L/s·m，渗透系数0.09～192.0 m/d。

区内气候为大陆性温带半干旱高寒山地气候，多年平均降水量500.3 mm(1984～2011年)，降水多集中于6～9月。觉高曲河流受降水和冰雪融水控制，常年有水。拟建水源地一带，觉高曲河枯水期间流量仍有0.51 m3/s。地下水主要补给方式为大气降水和地表水渗漏补给，径流受地形和构造控制形成不同泉域，地下水与地表水交替运动频繁。见图1。

区内能否建立大中型的集中供水水源地，取决于地下水资源量的多少和可控程度。因此，勘探通过大型抽水试验，达到充分暴露地下水系统的内在矛盾，查明水文地质条件，研究地下水流场的演变规律、地下水的可控性及激发资源量情况，最终确定地下水允许开采量，并判定开采地下水对环境的影响状况。

图1 研究区水文地质略图

2 抽水试验设计

本次采取大流量抽水试验，其目的一是研究开采条件下灰岩地下水漏斗的扩展形态，以验证水源地地下水的静储量；二是研究供水井对泉水、地表水、第四系地下水的可控程度，研究其转化规律；三是大流量抽水尽可能最大程度截取河水，验证激发河流补给资源量。抽水试验主要钻孔布设于研究区地下水集中排泄区——觉高曲泉群附近，该地段岩溶极其发育，成井条件好，供水井沿觉高曲两岸展布，可较好地袭夺泉水排泄量，变地下水分散消耗为集中开采。

2.1 群孔抽水试验系统布设

本次抽水试验抽水孔选择DK01～DK09等9个勘探钻井，并根据抽水量和钻井出水情况，控制抽水井的数量。观测系统主要利用灰岩钻孔、第四系钻孔、泉点、河流，共布设观测点42个，垂向上控制了地表水、第四系地下水、不同深度灰岩地下水，形成了三维立体空间观测系统。水位观测采用GPRS2009无线远程水位自动监测系统，各抽水井抽水量观测采用EMFM HFD 3000型电磁流量计，避免了人为误差，保证了观测数据的准确性和连续性，提高了数据观测精度。

2.2 抽水试验

在“教师推荐好书”活动中，每两周由语文教师为学生推荐一本好书。老师们推荐的好书有《了不起的狐狸爸爸》《小猪叽哩咕噜》《猜猜我有多爱你》《蛋糕哪儿去了》等，而且老师们所推荐的这些好书在我们“小书吧”中都能找到。结合部编教材一上第二单元“和大人一起读”内容，教师推荐《童谣100首》，并在课堂上和学生一起读，引导学生回家请爸爸妈妈一起读，并向身边的长辈学读他们小时候的童谣，把学会的童谣在班级里教大家来读。学生们读得开心，学得积极，教得认真。

抽水试验分枯水季节及丰水季节两次进行。

第一次抽水试验抽水井为DK03、DK05、DK06、DK08、DK09，从2011年5月31日开始至7月22日结束，历时53天。5月31日至6月5日为抽水前初始水位观测阶段。6月6日至7月12日为抽水阶段。6月6日8时开泵，7月12日8时停泵，抽水试验持续进行36 d，抽水量为4.5～4.7×104m3/d，7月12日至7月22日为停泵后水位恢复观测阶段。

第二次抽水试验区内2011年3月-2012年2月实测降水量为450.11 mm，昌都气象站同期降水量为405 mm，属枯水年，每年2月份，冰雪融化尚未开始，为枯水期，因此，2012年2月启动第二次抽水试验，抽水井为DK03、DK06、DK08 。从2月18日至24日为初始流场观测阶段，2月24日至3月20日为试验阶段，抽水历时32 d。 抽水量为3.48×104m3/d，抽水3 d后，主井水位趋于稳定；3月2日上午增开DK09抽水孔，加大抽水量，进行试抽水试验，抽水量为4.44×104m3/d，水位持续下降，难以达到稳定状态，随后关闭DK09。两次试验，抽水孔单井出水量在321.1～418.2 m3/h之间。

图2 抽水试验等降深曲线图

3 试验结果分析

3.1 地下水位、流场变化特征分析

两次抽水试验均对研究区地下水系统产生了强烈的震动，在水源地一带形成了以水源地为中心，呈不规则形，一定规模的地下水降落漏斗，地下水降落漏斗主要沿玉龙沟、觉垌沟方向延展，见图2，表1。

表1 抽水井及观测(井)孔地下水位下降情况表

由本次抽水试验形成的流场、水位降深情况，可分析拟建水源地含水层及地下水有如下特征：

(1)地下水降落漏斗呈现不规则形状，主要沿觉垌沟、玉龙沟、觉高曲延展，且水源地北东及东地下水水力坡度较陡，说明灰岩含水层透水性不均一，水源地主要来水方向为南部觉垌沟及西部觉高曲一带。

(2)两次抽水试验单井出水量大，其中第一次试验主井降深18.25～25.83 m，第二次主井降深1.7～6.7 m，两次试验主井降深均不大，说明拟建水源地地下水降深空间是足够的。

(3)第二次枯水期抽水量3.48×104m3/d，观测孔水位降深远小于第一次抽水试验降深，且流场很快达到稳定，说明研究区3.0×104m3/d的水资源量是有保证的。

3.2 大气降水、地表水、地下水“三水”关系分析

区内地表水、第四系地下水、灰岩地下水互补关系复杂，加之青藏高原独特的降水及冰雪消融， “三水”之间的相互关系分析对研究水源地地下水补给条件、确定水源地允许开采量至关重要。

3.2.1 地表水、地下水关系分析

天然条件下，拟建水源地西觉垌沟口一带第四系地下水位高于河水水位约2.59 m，低于灰岩地下水水位1.34 m，水源地第四系水位高于河水水位1.55 m，低于灰岩地下水位0.16 m。灰岩地下水补给第四系水、河水。群孔抽水试验时，3个第四系孔水位在大抽水期间水位持续下降，其中QG08、QG09孔分别于6月19日、6月8日干涸，QG07第四系地下水位最大降深达4.73 m，见表2。

根据群孔抽水试验期间建立的水源地觉高曲河流上下游观测断面，下游河流流量比上游少约0.05 m3/s，说明抽水试验激发了河流渗漏补给灰岩含水层。由上可见，开采条件下灰岩地下水水位降低，形成地下水位降落漏斗，第四系水及河水补给灰岩地下水。

3.2.2 大气降水、地表水、地下水关系分析

青藏高原特有的地貌及气象条件使区内地表水产流模式及年内变化规律也存在独特的特征。6月至9月为雨季，河水流量增大，并随大气降水而暴涨暴落，雨季过后流量逐渐减小，至4、5月份，冰雪融化，部分入渗补给地下水，部分形成地表径流，河流水质变浑浊，流量日变幅较大，中午观测流量明显大于早晨。大气降水及冰雪融水对基岩地下水水位变化也有明显影响，如：第一次群孔抽水试验：2011年6月10日及6月24夜间降小雨，次日抽水试验井水位普遍上升0.03～0.15 m，7月3日降小中雨，抽水试验井水位普遍上升，其中抽水井DK06最大上升0.74 m，观测孔水位也上升约0.2 m。第二次抽水试验：2012年3月9日下午，气温升高，冰雪融化，河水上涨，水源地一带灰岩水位普遍上涨约30 cm。

表2 地表水、灰岩地下水、第四系地下水情况表

3.3 地下水补给资源量及可采资源量分析

3.3.1 地下水补给资源量

研究区属于一个比较完整的水文地质单元，地下水接受大气降水补给后，向觉高曲径流，受到地形条件影响，在地下水径流过程中，部分地下水溢出成泉，形成河流基流排出区外，属于全排型岩溶地下水系统。因此，选择2004年7月20日-2005年7月20日完整观测水文年对勘探区河流(G04河流观测断面)基流量进行分割，采用基流分割法求得排泄区觉高曲河流基流总量为1 579.95×104m3/a，则勘探区内岩溶地下水补给资源量为0.501 m3/s。见图3。

图3 觉高曲河流(G04)基流切割过程曲线图

3.3.2 地下水允许开采量

区内地下水多年平均补给资源量为4.33×104m3/d，为本区地下水可持续利用的资源量。工作区为高原牧区，当地居民民生活用水主要为天然泉点或地表水，地下水开采主要为玉龙铜矿C03开采井抽水量1.0×104m3/d，剩余资源量很大，尚有较大的开发潜力。

本次勘探在不同的枯水季节进行了两次群孔抽水试验，抽水试验水位稳定延续期均达到一个月之多，停抽后动水位较快恢复，满足开采性抽水试验规范要求。根据区内多年降水量频率统计分析， 2010年降水量为572.3 mm，降水频率为20.69%，第一次抽水试验于2011年6月份进行，稳定抽水量4.5～4.7×104m3/d，水源地附近水位降深14.62～21.46 m。2011年降水量396.1 mm，降水频率为82.76%，第二次抽水试验于2012年2月份进行，稳定抽水量3.48×104m3/d，水源地附近水位降深1.10～1.86 m。类比研究区多年降水变化规律，枯水年枯水期水源地地下水可开采资源量为3.48×104m3/d，降水频率为82.76%。综合判定，拟建水源地提供矿山3×104m3/d的用水量是有保证的，且不会对环境造成大的影响。

4 结语

通过丰水期和枯水期两期大型抽水试验，查明了地下水的主要补给来源和方向，验证了第四系地下水、河水、灰岩地下水不同状态下的补给关系。研究区地下水补给充沛，水源地运行可袭夺泉水流量、激发河流入渗补给量和地下水径流量。利用群孔抽水试验科学地评价了地下水的允许开采资源量，证实了拟建水源地3.0×104m3/d的开采资源量是有保证的，拟建水源地运行后不会发生危害性环境地质现象。

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2016-10-17

王建国(1977-)，男，河北阳原人，高级工程师，主要从事水资源评价、矿山水文地质研究和地质灾害评价治理等方面的工作。

P641.7

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1004-1184(2017)01-0049-03