某地区水源井抽水对铁路客运专线的影响分析

孙 林

(中国铁路设计集团有限公司，天津 300142)

1 水源地规划背景

铁路工程线路通过的水源地设计规划8眼井(编号S1～S8)，设计井深100 m，井径300 mm，设计降深16.5～20.3 m，单井涌水量1 200 m3/d，8眼井总出水量为8 000 m3/d，井间距离680～1 850 m，地面标高1 087～1 123 m，水位标高1 077～1 093 m，远期规划四眼井，近期规划3眼井，备用1眼井。水源地的补给资源量为20 253 m3/d，现状开采量1 992 m3/d，规划开采量8 000 m3/d，水源地的总的开采量小于补给量。S4、S5规划井，水位埋深高于隔水顶板6.5～7 m，具有承压水性质，抽水后，动水位位于隔水顶板以下。各抽水井的相关抽水参数如表1所示。

表1 水源地抽水井相关参数

2 水源井井位与线路的位置关系

水源井分布于线路的左右两侧，井位与线路的位置关系如图1所示，各水源井的距线路的垂直距离如表2所示。

表2 水源井距离线路垂直距离

图1 水源井与线路位置关系

3 水源地水文地质情况

3.1 浅层水

浅层承压含水岩组：含水介质为第四系上更新统细砂、中粗砂夹黏土互层，底板埋深34～51 m，地面标高1 090～1 123 m，水位埋深10～25 m，水位标高1 065～1 095 m，静止水位高于含水层顶板1.5～7 m，具承压水性质，上部隔水层较厚17～26 m，以粉土、黏土为主，主要含水层分布在31～51 m之间，共分布三层，最大厚度20 m。

3.2 中层水

中层水承压含水岩组：含水介质为第四系中更新统中砂、中粗砂及黏性土夹层，底板埋深95～130 m，总厚度60～90 m。含水层分布5～8层，一般厚度1～3 m，最大厚度9 m，含水层总厚度10～20 m，水位埋深23～25 m，水位标高1 065～1 072 m，降深15～22.5 m，主要含水层分布在60～66.5 m，80～87 m以及90～95 m。

4 抽水影响半径R的理论计算

4.1 计算公式

(1)当抽水后井内的水位低于含水层顶板时，应采用承压-潜水完整井裘布依流量公式[1]：

(1)

式中：Q为抽水井流量(m3/d)；K为渗透系数(m/d)；M为含水层厚度(m)；H0为承压水水头(m)；hw为抽水后井中水头(m)，大小为H0-Sw；rw为井半径(m)；R为影响半径(m)。

(2)当抽水后井内的水位仍高于含水层顶板时，应采用承压完整井裘布依流量公式[1]：

(2)

式中：Q为抽水井流量；K为渗透系数；M为含水层厚度；Sw为井中水位降；rw为井的半径；R为影响半径。

(3)抽取承压水的影响半径R计算公式为：

(3)

4.2 计算结果

S4和S5井抽水后水位低于含水层顶板，因此采用承压-潜水完整井裘布依流量公式即式(1)；其它水源井采用承压完整井裘布依公式流量计算公式即式(2)。已知S4、S5井的水位埋深高于隔水顶板6.5 m和7 m，且S4，S5井的含水层厚度分别为27.9 m和28.5 m，且水位降深分别为10.8 m和16 m，可得到S4、S5井的承压水头H0和抽水后的水头hw(表3)。

表3 S4、S5井的承压水头H0和抽水后的水头hw m

分别将表1和表3数据代入式(1)和式(3)进行迭代计算，可计算得到S4和S5水源井的渗透系数K和影响半径R；同理，将表1和表3数据代入式(2)和式(3)，进行迭代计算可得到S1～S3、S6～S8水源井的渗透系数K和影响半径R(表4)。

表4 水源井抽水影响半径R理论计算结果

5 经验方法确定水源井影响半径

YS 5215-2000 J 103-2001《抽水试验规程》和工程地质手册(第四版)中根据含水层颗粒粒径大小经验确定抽水井影响半径R经验值，如表5所示。

由于该地区水源地含水层以粗砂为主，根据表5，经验确定水源井的影响半径为300～400 m。

表5 根据颗粒粒径确定影响半径R经验值

6 结论

(1)理论计算结果显示，S1～S8水源井的影响半径小于300 m，而距离线路最近的水源井S4到线路的垂直距离为370 m，理论计算结果显示，水源井不会对线路造成影响。

(2)经验方法结果显示，根据含水层颗粒粒径大小确定影响半径经验值为200～400 m，则S4号井将可能会对线路产生一定的影响。

(3)值得注意的是，文中理论计算方法的条件是假设地下含水层为均匀介质，地下水具有定水头补给边界，因此理论计算结果会存在一定的误差。综合文章计算结果，出于安全考虑认为水源井的影响半径为400 m。所以，初步判断S4水源井有可能对铁路线路产生影响。建议在铁路运营期间，停止使用S4抽水井。