基于开采性抽水试验的刘征水源地地下水资源分析

王 芳，郑俊峰

（淄博市水资源管理办公室，山东 淄博 255000）

1.引言

淄博市刘征水源地位于大武水源地内东南部，淄博盆地东北部，属于大武水文地质单元的一部分。大武水源地地处大武水文地质单元地下水汇集区，地下水开采历史悠久。淄河是大武水源地重要的补给来源，也是刘征水源地重要补给来源。地质构造属于鲁中隆起之鲁山—邹平断隆带，淄博向斜断块的东翼北端，以断裂构造为主，褶皱构造不甚发育，断裂具多期活动性质，以正断层和平推断层为主，对地层分布和地下水运动起到控制作用[1]。本文重点调查研究范围为刘征水源地及周边区域。

2.开采性抽水试验概况

2.1 抽水试验方案

根据刘征水源地及其周边地质条件[2]，开采性抽水试验共布置抽水井25 眼，其中正常开采17 眼，强排4 眼，备用4 眼，分居分布划分为金山井群、西张井群、LK09 号井、北刘井群。正常开采井17 眼，平均出水量为9.80 万m3/d，强排井1.40 万m3/d。布置观测井44 眼，其中自动观测20 眼，人工观测24 眼（图1-1）。抽水试验观测井的布置，以抽水井为中心，按从密到疏，兼顾上游、下游、两侧的原则，向四周展开。

本次开采性抽水试验在枯水期末进行，历时52 天。7 月2日至7 月15 日为开采前阶段，进行区域水位日变幅观测，历时14 天；7 月16 日至8 月15 日为，进行水位降深观测，历时31 天；8 月15 日至8 月22 日为水位恢复观测阶段，历时7 天。

2.2 抽水主井及观测井水位动态特征

正式开采抽水前，5 眼井正常供水，抽水主井水位均表现为持续下降状态，日降幅介于6.00～50.00mm/d 之间，平均日降幅为21.23mm/d。区内岩溶水水位持续下降的原因为枯水期内，区内持续开采岩溶水，但整体上开采量仍大于补给量，岩溶含水层处于消耗状态，在岩溶水未获得有效补给之前，区内岩溶水水位整体表现为持续下降状态。

开采阶段抽水初始1 天，主井水位大幅下降，抽水主井及周边快速形成小范围水位降落漏斗，随着抽水时间的延续，降落漏斗范围逐渐扩大，抽水主井水位降幅趋缓。自7 月17 日开始，抽水主井进入缓慢下降阶段。7 月23 日后，随着大气降水补给岩溶地下水，刘征水源地内地下水位开始缓慢回升，抽水试验后期，刘征水源地已进入主汛期，降水量较大，补给作用明显，区域岩溶水位上升加快，地下水水位已经远高于抽水前，本次抽水试验延续至下一个补给期。至恢复试验时，在停泵和强降雨的双重作用下，地下水水位迅速升高，补给迅速。7 月27 日大部分已经回升至抽水之前的水位标高。

根据整个大武地质单元的水文地质条件及抽水试验期间各观测井的水位动态变化特征，将各观测井的降深值减去区域地下水位自然降幅，得出受抽水试验影响的观测井有17 眼井（图1-2）。抽水井群内部及附近观测井影响降深最大，西南部、东北部次之，淄河断裂带东部最小。

2.3 开采性抽水试验影响分析

本次抽水试验的最大影响范围为一沿淄河断裂带北东—南西向展布的不规则椭圆形，向东跨过淄河至文登一带，向西延伸至卧虎山坡脚一带，向南扩展至东崖—多山建材公司一线，向北至南仇南部胶厂水源地（胶厂8 井）一线，南北长度近5700 m，东西宽度为3500 m，面积达12.80 km2，外围影响降深等值线均为0.20 m，未影响到北部化工区。

抽水试验期间，未形成大范围的降落漏斗，仅在抽水主井周围形成小面积的降落漏斗，地下水流场未发生大的改边，仅表现为水力坡度发生微小的变化，地下水流向仍然是北东向。

刘征水源地与北部大武富水地段同属大武水文地质单元的径流—排泄区。抽水试验期间，抽水井群所在地段地下水水位始终高于北部地区地下水水位，且两个地段之间始终保持一定高度的水位差，因此径流方向一直由南西向北东；对比抽水期间不同时段水质监测分析结果可知，刘征水源地岩溶地下水水质也没有发生大的变化，故本次抽水试验没有引起北部地下水回流倒灌。

3.抽水试验结果分析

3.1 刘征水源地水文地质条件

根据抽水试验岩溶地下水流场形态变化分析，刘征水源地岩溶地下水位高于北部大武富水地段，地下水流向为北东向。以10.20 万m3/d 的开采量进行抽水时，基本未改变区域岩溶地下水流场形态，整个开采性抽水试验期间始终未形成大范围的降落漏斗，仅在主井附近存在小范围降落漏斗，证明了抽水试验未改变地下水的径流模式。恢复期间，在停抽、大气降水及上游仁河水库泄洪等多重因素的影响下，全区地下水水位迅速上升，至抽水试验结束，刘征水源地地下水水位标高已经远远超过了抽水试验开始前水位标高，说明了刘征水源地地下水获得补给迅速，具有良好的径流条件。

根据开采性抽水试验影响范围，最北影响接近北部大武富水地段的范围，刘征水源地与北部大武富水地段同属大武水文地质单元的径流—排泄区，以10.20 万m3/d 开采量在刘征水源地超前截取大武水源地上游优质岩溶水时，不会引发北部富水地段岩溶水回流倒灌，因7 月23 日开始区域地下水位开始回升，本次抽水试验稳定时间较短，而北部大武富水地段又存在地下水污染问题，因此后期对刘征水源地进行开采过程中应密切关注北部富水地段岩溶地下水水位及水质的变化趋势，定期开展地下水水质评价工作[3]。

通过比较自南向北分布的观测井各时段水位标高可知，7月16 日抽水前，抽水井群所在地段水位标高于影响范围北部的一化9 井0.75 m；随着抽水时间的延续，水位差呈减小趋势，至7 月23 日水位差达到最小值，为0.68 m；之后随着区域地下水位的逐步回升，水位差逐渐增大，8 月15 日抽水停泵后水位高于一化9 井1.21 m；抽水井群水位标高与影响范围外的炼厂20 井水位标高差一直在增大，抽水开始后始终保持在2.0 m 以上。因此，在整个开采性抽水试验期间，抽水井群所在地段岩溶水水位始终高于井群以北大武富水地段岩溶水水位，证明本次开采性抽水试验没有引发北部富水地段岩溶水回流倒灌。

3.2 抽水试验对水源地及地表水体的影响

根据大武水源地内观测井水位动态特征可知，开采性抽水试验对大武水源地北部无影响，对大武水源地南部影响相对较小，且始终未形成大的降落漏斗，对区域岩溶地下水的补、径、排条件未产生大的改变，岩溶水流场形态自始至终保持由南向北径流的趋势，其对大武水源地的影响主要表现为袭夺了岩溶水向北部富水地段径流的一部分径流量。因此，只要按总量控制的原则，依照合理的开采资源量进行开采，就不会对大武水源地产生不利的影响。此外，根据北下册水源地、坡子水源地附近观测井水位动态变化，其水位动态变化主要受水库渗漏、大气降水及人工开采的影响，本次抽水试验对北下册水源地、坡子水源地无影响。

3.3 刘征水源地岩溶地下水允许开采量计算

本文采用开采抽水试验法、降落漏斗法、数值模拟法3 种方法计算刘征水源地的允许开采量，并进行评价。

开采抽水试验法是在选定的水源地范围内，根据水文地质条件，选择合适的布井方案，打探采结合井，最好在旱季，尽量按开采条件（开采降深和预计开采量）进行较长期（一个月以上）的开采性抽水试验，根据抽水试验的结果确定允许开采量（可开采量）[4,5]。本次抽水试验本次抽水试验自7月16日开始，在枯水期末期进行，平均流量为9.80 万m3/d，大于所需水量，试验抽水时间截至8 月15 日，共31 天，抽水后期，受降水补给影响，抽水试验稳定时间较短，自7 月23 日大范围强降雨以后，进入了下一个补给期。开采性抽水试验期间主井累计降深0.18 m～3.08 m，距离北部大武富水地段最近的金山井群降落漏斗中心水位降深为0.45 m，一直比北部一化9 井水位高，最小水位差为0.68 m，未出现北部岩溶水回流倒灌现象。7 月23日以后，岩溶地下水水位开始缓慢回升，8 月15 日以后，受停泵和大气降水的影响，水位迅速上升，短时间内超过抽水前的水位标高，说明刘征水源地补给条件非常好。因此，按照抽水试验法，本次开采性抽水试验期间总出水量9.80 万m3/d 是可靠的。

降落漏斗法是在开采井分布范围不发生变化，抽水井出水量相对稳定，降落漏斗范围也相对稳定的前提下，根据抽水试验形成的降落漏斗，以线性关系加以类比，推测最大允许降深情况下的出水量[6]，计算公式为：

式中：ε指区域单位降深值（m/万m3），为“大井”出水量1 万m3/d 时的降深值，也是降落漏斗中心水位下降最大地段的降深值；S 指水位降深值（m）；Q 指出水量（万m3）。

根据本次抽水试验的抽水试验结果，在金山井群、北刘井群以及LK08 井、LK09 井附近出现了小面积降落漏斗，因LK08 所处的井群为强排井，不将其计算在允许开采量之内，结合各自的分布范围及水文地质条件，将可能会产生相互干扰的抽水井群概化为3 口“大井”进行计算，分别为金山井群、北刘井群、LK09 井，把形成的降落漏斗理想化为这3 口“大井”抽水造成的，故可将公式（7-1）变为：

式中：Si指各井降落漏斗中心水位值（m）；Fi指各井形成的降落漏斗面积（km2）；Q 指各井实际开采总量（万m3）。

根据刘征水源地抽水试验后期岩溶地下水等水位线图，利用MapGis 软件计算圈定的金山井群、北刘井群、LK09 井降落漏斗面积分别为0.098km2、0.613km2、0.234 km2，所对应的漏斗中心最大降深分别为0.45m、1.01m、3.08m，所对应的开采量分别为5.52 万m3/d、0.57 万m3/d、2.31 万m3/d，合计8.40万m3/d，将各值代入上述公式，计算得出=0.174m/万m3。

金山井群因靠近北部大武富水地段，本次抽水试验距离其最近的一化9 井7 月23 日于金山井群的水位差为0.68 m，为防止北部岩溶地下水汇流倒灌现象的产生，设计最小水位差为0.50 m，故设计允许最大降深为0.63 m；北刘井群和LK09 号井设计最大允许降深分别为1.5 m 和4.0 m。

将降落漏斗中心最大允许降深值代入公式上述公式，反算出抽水井群总的允许开采量为：

4.结论及建议

通过水文地质调查及抽水试验分析，刘征水源地补给条件良好，地下水流向为北东向，开采的影响范围为向东跨过淄河至文登一带，向西延伸至卧虎山坡脚一带，向南扩展至东崖—多山建材公司一线，向北至南仇南部胶厂水源地（胶厂8 井）一线，面积达12.80km2。影响范围内观测井水位因其所处位置的水文地质条件不同而呈现不同的变化，整体上呈现滞后同步性。以现状开采能力在刘征水源地超前截取大武水源地上游优质岩溶水时，地下水流向不会发生改变，不会引发北部富水地段岩溶水回流倒灌。采用开采抽水试验法、降落漏斗法等方法计算刘征水源地的允许开采量，结合刘征水源地目前的开发利用现状及供水规划，在现有开采条件下，刘征水源地在开采量为9.80 万m3/d 的情况下，不会影响刘征水源地及周边大武水源地水文地质情况，不会产生环境地质问题，但开采量不应超过11.66 万m3/d，要合理规划刘征水源地的开采量，注意涵养水源，及时掌握岩溶水水质及流场的变化，加强水资源保护与管理工作。

图1-1 抽水井及观测井分布图

图1-2 受抽水试验影响的观测井分布图