徐州市张集水源地开采阶段群孔抽水试验及流场解析

董洪信 马建胜 周凯

摘要：设计实施群孔抽水试验和流场解析是评价水源地地下水资源可持续开发利用的前提条件。本文基于徐州市张集水源地详勘阶段目的任务要求以及张集水源地具体的水文地质条件，设计、布置并实施了张集水源地开采阶段裂隙岩溶水群孔干扰抽水试验。群孔干扰抽水试验自2005年9月13日9时至9月30日22时，历时18天，主井抽水共计每日平均抽水量达8.60万m3；根据试验资料，绘制了水位降深动态历时曲线和抽水前后水源地流场分布图件。试验结果表明：废黄河断裂带为一强径流带，其水量主要来源于北部山区裂隙岩溶水和第四系孔隙水，研究区水量充足具有较大的开采前景。结论对裂隙岩溶水大型水源地地下水资源评价与科学管理具有重要的参考价值。

关键词：群孔抽水试验；流场解析；开采阶段；张集水源地；徐州市

Multi-well pumping test and groundwater flow field analysis in Zhangji well field in Xuzhou city during exploitation period

Dong Hongxin，Li Youlong，Zou Kai

（Institute of Hydrogeological and Engineering Geological Investigation of Jiangsu Province，Huaian 223005，China）

Abstract：Designing and practising multi-well pumping test and groundwater flow field analysis are important preliminary conditions for assessment of sustainable exploitation.in a well field Based on the aims and assignments in the phase of detailed reconnaissance in Zhangji wells field in Xuzhou City，as well as its characteristics of hydrogeology，we design and arrange the pumping test in the fracture-karst aquifer in Zhangji well field. The test was started at 9：00 on the 13-th and ended at 22：00 on 30-th in September 2005，lasting 18 days in all. There are 8 6000 m3 water was drew out every day in all in the main wells；based on the data of the pumping test，we draw the water table-time plots and the plots of the distribution of the flow in the field before and after pumping test. The results of the tests show that：（1）the old Yellow River faults in the study area are stronger zone for groundwater runoff recharged from mountain area of the north and Quaternary（Q）aquifer；（2）there are plenty of groundwater and good perspective for exploitation in Zhangji well field. Conclusions are of important value for the evaluation and administration of groundwater resources in the large-type wells fields.

Key words：Multi-well pumping test；groundwater flow field analysis；exploitation period；Zhangji well field；Xuzhou City

由于地下介質的非均质性，设计实施群孔抽水试验以及利用抽水试验结果对地下水贮存规律和运动特征的评价是一项重要的基础工作，对水源地可持续利用具有重要指导意义（Maréchal JC，2008；Straface S，2007；Yeh TCJ，2000）。徐州市是位于我国北方的一个重要的工业化城市。由于缺乏科学评价，加上不合理的开采，市区内已经出现地下水位下降、抽水井流量减小、水质恶化、地面塌陷等环境地质问题（刘建立等，2000；钱家忠等，2003；钱家忠等，2003；吴剑锋等，2000）。特别是近年来干旱严重，微山湖水位年年下降，供水无法保证；加之微山湖水、大运河河水受到污染：突发性严重污染事件一再发生，地面水厂曾被迫数度停产，不仅造成城市供水紧张，也带来严重的社会问题。因此，在徐州市外围寻找和开发新的地下水源迫在眉睫。

张集水源地位于徐州市东南25km。在水源地勘察阶段，曾做过群孔抽水试验，取得了初步结论（钱家忠等，2003）；本文工作为水源地开采阶段。目的是通过群孔抽水试验，利用数值法评价张集水源地允许开采量。为此我们研究、设计并实施了群孔干扰抽水试验。

1.张集水源地地质、水文地质条件

张集水源地北以山脊线为界；东部和南部则分别以铜山县与睢宁县及安徽省的行政边界，作为水源地的人为边界；西部与潘塘盆地相接。总面积约356km2。水源地属华北地层区徐州--宿县地层小区。沉积地层以震旦系（Z）和寒武系（∈）的碳酸盐岩（可溶岩）为主，并在低山丘陵区裸露；以黄泛冲积为主要成因的第四系（Q）砂粘土，广泛分布在平原区，但厚度一般小于40m。

水源地位于徐州复式背斜东南翼的邵楼断层以东部分。区内总体构造主要有平缓而开阔的复式褶皱以及断裂构造。其中后期发育的NWW向张扭性断层或断裂带如废黄河断裂带是区内主要控水断裂。

水源地地下水类型主要有裂隙岩溶水和孔隙水两种类型。孔隙含水层厚度薄，水量不大，不能作為远离城市的供水水源，故我们重点研究裂隙岩溶含水岩组。据初勘结果：研究区裂隙岩溶水水量丰富。现状条件下，本区岩溶水补给来源有：大气降水的直接入渗；地表水的渗漏；废黄河漫滩第四系水的越流补给；灌溉回渗补给第四系水，间接补给岩溶水；区外地下水的侧流补给。其中直接降水入渗补给、第四系孔隙水的垂向补给以及地表水的渗漏是主要的。废黄河断裂带是一个强径流带，也是地下水的汇流带。北部山丘区的裂隙岩溶水都汇流入该带，并沿该带流动，流向东南。但沿废黄河断裂带，地下水开采不多。而南面的张集镇附近及前谢一带有一定数量的开采井和自流井。废黄河断裂带的地下水一部分继续向东南流，由人工开采排泄。研究区岩溶水的排泄主要有以下三种方式，即人工开采、自流溢出和侧向排泄（Jiazhong Qian等，2009）。

2.群孔干扰抽水试验

2.1 群孔抽水试验的场地布置

场地布置的原则是：把主要的抽水井布置在废黄河断裂带内，尽量利用现有的水井抽水，以减少勘察工作量，节约时间和经费。

结合张集水源地地质及水文地质条件，此次抽水实验中，在研究区范围内，总共布置了岩溶水抽水井32眼；水位观测井共计44眼，其中岩溶水位观测井39眼，孔隙水观测井5眼。沿废黄河断裂带，自西向东共计抽水主井15眼。各抽水井和观测井井位详见图1。

依据勘探孔的布置原则，对研究区主要控水断裂——废黄河断裂带进行了重点勘察。沿断裂带自西向东布置的主要抽水井有8号至60号（按统一编号，以下同此），其中布置在废黄河断裂带中西部的8号（邓楼果园）、10号（邓楼果园）、32号（东梁）、34号（西梁）为主要抽水井，这4口井抽水总量占废黄河断裂带抽水总量的49.7%。另外，沿废黄河断裂带还设置了一些裂隙岩溶水观测孔和孔隙水观测孔。其中67号井可作为东部边界的控制点，69号点可作为西南边界的控制点。

2.2 研究区的抽水量与分配

参加抽水主井32眼。据粗略计算：主井实际抽水约为8.60万m3/d，其中废黄河断裂带上15眼井出水量约7.86万m3/d，占出水总量的91.4%，其余8.6%为工业用水和区内小水厂抽水。有关研究区总的抽水量状况，见表1。

2.3 试验资料的整理与分析

2.3.1 主要观测孔水位降深历时曲线

抽水主井和观测井水位历时降深曲线见图2及图3。由抽水试验过程中各主抽水井水位历时降深图表（见图2）可以看出，抽水试验刚开始的一段时间（几个小时至十几个小时以内），水位呈下降趋势，然后水位出现稳定时期，在开停泵阶段，水位会出现骤降骤升的变化，一经停抽，水位会较快的回升，这说明岩溶水流动很快，附近区域导水系数很大。

在观测井图上（图3），由3号井的水位历时降深曲线可以看到：抽水试验对北部山区的地下水水位影响不是很大，可见抽水影响的范围不大；而且，北部山区富水较好，由于后期降水较多（表2），其水位呈现上升现象。67号为西部控制点，从其水位历时降深来看，抽水一段时期后也是水位也是稳定的。从69、74号可以看出南部平原受抽水试验的影响也较小，其中74号井由于接近张集附近的工业抽水井，其水位变化较明显。从东部的观测井（64号）的水位历时降深图可以看到，抽水试验对东部的影响也不大。77号井为一第四系孔隙水观测井，虽然处于张集镇工业抽水井附近，其水位变化也很小，说明抽水对孔隙水影响较小；同时后期大量降雨的直接入渗补给也使水位变化较小。

2.3.2抽水试验前后整个研究区流场变化

为了研究整个研究区地下水流场在群孔干扰抽水试验前后以及抽水试验过程中的变化状况，我们根据观测孔资料分别绘制了抽水前级抽水结束时刻研究区岩溶水等水位图及相应的波面图。

图4及图5基本反映了水源地范围内岩溶地下水流场在群孔抽水前后水源地水位变化特征。具体表现为：

（1）研究区高水位分布于北部、东北部山区，以及南部一小部分山区。山区基岩裸露，分布有震旦系以及寒武系地层，裂隙岩溶发育，易于接受大气降水补给，山脊分水岭构成水源地的自然边界。水源地西部边界为基岩与红层的分界线，为一隔水边界。其余部分如西南部、东南部边界为二类边界，与研究区外存在互补关系。

（2）沿废黄河断裂带布置有15口主井抽水。抽水量为7.86万m3/d，占出水总量的91.4%。在如此抽水强度下，沿废黄河断裂带仅在局部出现轻度降落漏斗（见图4、图5），而且岩溶水位等值线总体沿断裂带延伸，表明废黄河断裂带为一强径流带，富水性好，从而验证了该区水文地质条件的分析结果。

（3）从岩溶水等值线分布及其在抽水过程中的变化可以看出废黄河断裂带的水量来源主要来自于其北部山区，还有第四系孔隙水的补给。而南部山区对研究区西南部如郭集、张集以及前谢一带具有补给作用，从南部平原区各观测井点的水位受抽水影响较小也可以看出这一点。但南部山区的补给强度弱于北部山区。例如，受局部分散式抽水影响，在前谢、张集镇等地出现了小型降落漏斗。

（4）从地下水流场在群孔抽水试验前后变化特征，可以看出：裂隙岩溶水水位变化不大，流场基本一致。表明开采区裂隙岩溶水补给充足，具有较大的开采前景。

3.结论

本文通过对徐州市张集水源地开采阶段群孔干扰抽水试验的研究，得出主要结论如下：①废黄河断裂带抽水对南部平原和北部山区地下水影响不大；②抽水试验查明了废黄河断裂带的主要水量补给来源为北部山区和第四系孔隙水；③抽水试验结果表明废黄河断裂带为一强径流带和汇流带；④结论提供了用数值法对水源地进行地下水资源评价所需要的技术资料，对裂隙岩溶水大型水源地地下水資源评价与科学管理具有重要的参考价值；⑤ 主要结论与勘察阶段结论基本一致。

参考文献

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基金项目：徐州市政府拨款项目。

作者简介：董洪信（1964.2-），男（汉族），高级工程师，主要从事水文地质、工程地质、环境地质勘察研究工作。

（作者单位：1.江苏省水文地质工程地质勘察院；

2.山东省第八地质矿产勘查院）