柳林县黄河提水工程水源地取水方案评价

尹晋忠

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

柳林县黄河提水工程水源地取水方案评价

尹晋忠

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

文中在大量现场勘察、水文地质试验资料的基础上，通过对工程区地质条件的分析，采用多种方法对水文地质参数和大口井涌水量以及大口井取水方案的可行性进行了评价，进而确定了柳林县黄河提水工程水源取水方案，为工程设计和运行提供地质依据。

黄河；提水；抽水试验；大口井；出水量

1 工程概况

柳林县黄河提水工程是为了解决柳林县高红工业园区生产、生活用水的长期供水水源短缺问题而兴建的水利工程，供水水源位于军渡村下游约2.5 km的黄河左岸滩地上，设计取水量为1.12 m3/s，即96 768 m3/d，经一级泵站、沉沙池、二级泵站、隧洞及三川河倒虹等工程建筑物，到达高红工业园区蓄水池，供水线路长度5.5 km。

工程沿线经过吕梁山脉梁峁状黄土丘陵区，地面最大高程956 m，位于工程沿线山顶；最低高程638 m左右，位于黄河滩地上，高差318 m。在工程尾部输水线路以倒虹建筑物形式跨过三川河，三川河河谷断面呈“U”型，河底高程703 m左右。

取水方案采用大口井取水方案和直接取黄河水方案进行比选，取水方案是直接影响本工程的成败和经济价值的关键。

2 工程区地质概况

2.1 地形地貌

工程取水水源地位于军渡村下游约2.5 km的黄河左岸河漫滩上，地形较平缓，地面高程638.81～639.4 m，供水水源地为黄河左岸滩地上的一狭长地带，长1.7 km，宽仅80～250 m，南侧紧靠陡峻的黄河岸边基岩边坡，坡高24 m，坡度近于直立，坡顶为沿黄公路。该处黄河河谷宽240 m，黄河主流位于河谷右侧。

2.2 地层岩性

本区北侧紧靠山坡坡脚处堆积有人工堆积物，岩性为砂岩、泥岩碎块石。中部为第四系全新统洪冲积物，岩性为级配不良砾、卵石混合土。下部基岩为三叠系下统刘家沟组紫红色砂岩夹薄层紫红色泥岩。

第四系全新统洪冲积的级配不良砾、卵石混合土层是本工程水源地主要的含水层，该层结构松散，卵砾石磨圆度较好，主要成分为砂岩、灰岩等，厚3.0～6.7 m。据室内筛分试验，卵石含量为10.5%～15.9%，平均值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。据钻孔动力触探（锥贯）试验成果，其锤击数为12～24击，平均值为17.7击，经杆长修正后击数为10.6～20.0击，平均值为15.2击。

2.3 水文地质

勘察期间属黄河枯水期，地下水位埋深2.0～4.0 m，水位高程638.1～638.4 m，属潜水，地下水总体两岸补给黄河，且地下水与黄河水联系紧密，随黄河水位的涨落而升降。

工程区内主要接受大气降水补给，根据地下水的赋存条件，区内主要地下水类型为碎屑岩类裂隙水及松散岩类孔隙水。

3 水源地大口井取水方案评价

按照设计方案，本工程水源取水方案考虑大口井取水方案和直接引黄河水方案。针对大口井取水方案，水文地质勘察工作布置了3个抽水井和3个观测孔，进行了3次单孔抽水试验和1次群孔抽水试验。

工程取水水源地位于军渡村下游约2.5 km的黄河左岸河漫滩上，场地地面高程638.81～639.4 m，地形平坦宽阔，东西长1 700 m，南北宽80～250 m。场地北侧距黄河水边60 m，距黄河主流200 m，场地南侧紧邻沿黄公路。

3.1 黄河滩水源地水文地质条件

本工程供水水源地黄河左岸滩地为一狭长地带，长1.7 km，宽80～250 m，取水方案采用大口井取水方案和直接取黄河水方案。

黄河滩水源地覆盖层为第四系全新统洪冲积低液限粉土层，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。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，属于相对隔水层。

勘察期间，抽水孔附近覆盖层地下水位高程637.0～637.25 m，埋深 1.65～2.0 m，段内黄河水水位高程636.9 m左右，勘察期间黄河水位有一定变幅，水源地附近黄河水位变幅在1.0m左右。水源地处地下水位受黄河水位的影响较大，随着黄河水位的涨落而变化。

3.2 含水层渗透性评价

根据设计意图，主要对覆盖层级配不良砾、卵石混合土含水层进行了勘察试验。为了得到覆盖层渗透系数，布置抽水试验井3个，观测孔3个，各孔均打到基岩面，以基岩为相对隔水底界，进行了单井抽水试验3段，群井抽水试验1段，均属于完整井抽水试验。

1）单井抽水试验

单井抽水试验时，是在所有抽水井及观测孔完成之后进行的，抽水井及观测孔布置时参考附近地段河滩抽水试验资料，其影响半径约80 m，故布置时抽水井之间及抽水井与相邻观测孔之间间距按70 m以内控制，实际间距平行黄河河流方向69～73 m，垂直黄河河流方向56～71 m。

根据各井试验情况、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K计算采用稳定流单孔完整井的抽水试验公式，得出渗透系数为4.1～16.0 m/d，水源地渗透系数按3个抽水井渗透系数的平均值，即9.2 m/d，属中等-强透水层。

2）群井抽水试验

群井抽水试验是在所有单孔抽水试验完成之后进行的，群孔抽水试验时，各抽水井水位埋深较单井抽水期间均有降低，最大降深S取3个抽水井最大降深平均值，即3.75 m，含水层厚度H按3个抽水井含水层厚度平均值，即4.34 m。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9.5 m/d，属中等透水层。

综上所述，对单孔抽水及群孔抽水试验进行比较，单孔抽水试验渗透系数为9.2 m/d，群孔抽水试验渗透系数9.5 m/d，二者比较接近，说明计算结果较为可靠，考虑到群井抽水计算时的假定条件与实际有一定差异，故采用单孔抽水试验结果，即9.2 m/d。

3.3 大口井出水量估算

大口井出水量估算分两种情况：水井距黄河距离大于影响半径和水井距黄河距离小于影响半径，分述如下：

1）水井距黄河距离大于影响半径

当大口井距黄河的距离大于抽水井影响半径时，采用如下公式进行估算。

式中：Q——大口井出水量，m3/d；

K——渗透系数，m/d；

S——降深，m，0.8倍含水层厚度，即3.9 m；

h0——静止水位至井底高度，m；

R——影响半径，m；

r——井半径，m；

R′——影响半径与井半径之和，即R′=R+r，m；

H——静止水位高度或潜水层厚度，m。

大口井的井深取上述3个抽水井的覆盖层厚度的平均值6.7 m；渗透系数取试验值的平均值9.2 m/d；降深取3.9 m，静止水位埋深取1.8 m。估算结果：大口井半径为2.5 m时单井出水量216.21 m3/d，大口井半径为5.0 m时单井出水量273.68 m3/d，大口井半径为10.0 m时单井出水量364.81 m3/d。

2）水井距黄河距离小于影响半径

当水井距黄河距离小于影响半径时，采用如下公式进行估算。

式中：Q——大口井出水量，m3/d；

K——渗透系数，m/d；

S——降深，0.8倍含水层厚度，即3.9 m；

r——井半径，m；

L——水井距黄河的距离，m；

L′——2L与r之和，m；

H——静止水位高度或潜水层厚度，m。

大口井的井深取上述3个抽水井的井深平均值6.7 m；渗透系数取试验值的平均值9.2 m/d；降深取3.9 m，静止水位埋深取1.8 m，为进行比较，当L分别取10 m、20 m和30 m时，大口井半径为2.5 m时单井出水量分别为303.92 m3/d、235.70 m3/d和207.46 m3/d，大口井半径为5.0 m时单井出水量分别为414.92 m3/d、303.92 m3/d和260.35 m3/d，大口井半径为10.0 m时单井出水量分别为 607.85 m3/d、414.92 m3/d和343.18 m3/d。

从上述估算结果看，大口井的位置距离黄河越近，井出水量越大。但在河边布置大口井时，为防止地表水的污染，建议大口井与河的间距可按10～20 m考虑。

3）大口井出水量分析

从上述两种方法计算结果分析，结果相差不大，说明该成果可靠性较大。水源地滩地呈长条形，长约1.7 km，宽仅80～250 m，如要考虑大口井，大口井宜主要布置在靠近黄河一侧，故用大口井计算结果进行分析时，可主要按照水井距黄河距离小于影响半径的出水量计算结果分析。

4 水源地取水方案评价

本工程设计取水量为1.12 m3/s，即96 768 m3/d。

根据单井出水量估算结果，当采用大口井半径10 m，水井距黄河距离为20 m布置时，其单井出水量为414.92 m3/d，如达到设计需水量，需要布置234眼井。水源地长1.7 km，宽仅80～250 m，难以布置这么多井，故采用大口井取水方案效果较差，难以满足设计要求，主要原因是由于卵石混合土层厚度不大以及渗透性不太强所致。因此不建议采用大口井取水方案，应采用直接取黄河水方案取水。

Assessment on Water Extraction Scheme from Water Resource Field for Liulin Yellow River Pumping Project

YIN Jin-zhong

On the basis of a large quantity of data obtained from on-the-scene exploration and hydrogeology tests，through analysis on the engineering geology condition of the project，and using several methods，the paper determines the project's hydrogeology parameters，calculates the water yield of large open wells，assesses the feasibility of water extraction scheme by using large open well.At last，the water extraction scheme of Liulin Yellow River Pumping Project is determined，and the geology basis for this project's design and operation is provided.

Yellow River；pumping water；pumping test；large open well；yield of water

TV671

B

2017-03-20

2017-03-27

尹晋忠（1965-），男，1989年中国地质大学探工系，高级工程师。

1006-8139（2017）03-048-03