抽水试验在水文地质勘查中的应用——以清远民典改扩建项目为例

黄国东

（广东煤炭地质二〇一勘探队，广东 清远 511500）

1 工程概况

清远市民典金属塑料有限公司年拆解回收废旧五金塑料5 万t 建设项目，建设性质为C42 废弃资源综合利用业，厂区占地面积22190 m2，总建筑面积10796 m2。

2 工作任务

根据《环境影响评价技术导则 地下水环境》（HJ 610—2016）二级评价的工作技术要求，这次针对场址的水文地质勘察的主要任务包括查明以下内容：1）气象、水文、土壤和植被状况。2）地层岩性、地质构造、地貌特征与矿产资源。3）包气带岩性、结构、厚度、分布及垂向渗透系数等。4）含水层岩性、分布、结构、厚度、埋藏条件、渗透性、富水程度等、隔水层（弱透水层）的岩性、厚度以及渗透性等；5）地下水类型、地下水补径排条件。6）地下水水位、水质、水温以及地下水化学类型。7）泉的成因类型，出露位置、形成条件及泉水流量、水质、水温，开发利用情况。8）集中供水水源地和水源井的分布情况（包括开来层的成井密度、水井结构、深度以及开采历史）。9）地下水现状监测井的深度、结构以及成井历史、使用功能。10）地下水环境现状值或地下水污染对照值。

3 工程量布置

根据工程技术要求，这次共布设10 个勘察钻孔，钻孔编号为ZK1～ZK10，其中钻孔ZK2、ZK4、ZK5、ZK6、ZK7、ZK8、ZK9 为工程勘察钻孔，ZK1、ZK3、ZK10、ZK8 为水文地质钻孔。这次地质钻探的目的是查明场区岩土层分布情况，透水性及富水程度，钻孔位置如图1 所示。

图1 勘察钻孔平面布置图

4 工作方法和工作量

根据技术要求，这次工作方法主要包括收集资料、野外调查、工程地质钻探、水文地质钻探及相关水文地质试验等。

4.1 收集资料

主要收集已有的气象水文、区域地质、水文地质、环境地质以及工程地质等资料。

4.2 水文地质调查

水文地质调查使用地形底图比例尺为1 ∶10000，成图比例尺为1 ∶10000。采用路线穿越法和追索法进行调查，采用GPS 结合地形地物进行定位。对地表水体及地下水点（井、泉）进行调查并做记录。

4.3 水文地质钻探

完成水文地质调查和地质测绘，查明主要地质界线、断裂构造、地形地貌后，又进行水文地质钻探，流程如下：①钻孔孔径。钻孔开口孔径为127 mm，钻至基岩（中～微风化岩层）变为108 mm，采用PVC 套管或滤管直径110 mm。②孔斜。水文地质钻孔的孔斜小于1.5°。③冲洗液。使用清水作为钻进冲洗液。④岩芯采取率。黏性土、完整基岩实际采取率为86%，风化以及破碎基岩实际采取率为75%。⑤在钻进过程中，对地下水位进行简易地观测，并及时作好记录。⑥钻孔完毕后及时洗井，根据地层岩性、钻孔结构、孔管材料和设备情况采用活塞洗井后，井内沉砂不上升或基本不上升，井水不出现混浊现象，以满足洗井质量检验标准为准则。⑦洗井工作结束后，按照每天早、晚各一次的频率对地下水位进行不间断观测，直至地下水位稳定为止。

4.4 抽水试验

抽水试验的主要目的是查明钻孔揭露含水层的渗透性和富水性，测定有关水文地质参数。①进行了2～3 个降深的稳定流抽水试验。②静止水位每小时测定一次，3 次所测水位值相同，即为静止水位。③相应的流量和动水位趋于稳定后的延续时间为8 h。④动水位和涌水量同时观测，开泵后每5 min～10 min 观测一次，然后视稳定趋势改为15 min 或30 min 观测一次。⑤抽水试验结束后，进行恢复水位观测，以1 min、3 min、5 min、10 min、15 min、30 min……按顺序观测，直到完全恢复为止。

5 区域地质条件

5.1 地层

场地及周边区域出露的地层，从老到新依次为泥盆系天子岭组（Dt）；泥盆系帽子峰组（DCm）；石炭系大赛坝组（Cds）；三叠系小坪组（Tx）；白垩系三水组（Ks）；第四系小市组（Qxs）；第四系大湾镇组（Qdw）。

5.2 构造

处东桂湘赣褶皱带的粤中拗褶束与湘粤拗褶束交接部位、粤桂隆起边缘，为华南褶皱系的一部分。同时也是佛冈—丰良纬向构造带与吴川—四会新华夏断裂带的交汇复合部位，由于不同构造体系的发育、迭加并且海西—印支以及燕山早期大规模岩浆侵入活动，因此区境内的地质构造较为复杂。

6 场区包气带渗透性能

根据野外实地调查及钻孔成果揭露，场区内土层主要为人工填土层、冲洪积地层和残坡积土层，场地地下水水位埋深3.32m～3.84m，地下水水位以上包气带土层主要为人工填土层和冲洪积土层，其中上层人工填土层，岩性较为复杂，主要由粉质黏土、少量碎石和砂砾组成，厚度为2.80m～4.70m，其透水性较不均匀，夹碎石和砂砾层透水性较好，粉质黏土段透水性较差。下部冲洪积地层岩性主要为淤泥质粉质，黏土厚度为0.90m～6.30m，透水性差[1]。

为了更好地了解场区包气带岩土体的渗透性能，这次野外水文地质钻探共采取5 件填土层土样（3 件粉质黏土样和2 件砂砾层样）和6 件冲洪积（淤泥质粉质黏土层）土样，送实验室进行土工试验，测定其垂直渗透系数，结果见表1。

表1 实验室土工试验测定渗透系数

根据这次水文地质钻孔揭露的情况，第四系土层厚度较厚，根据室内试验结果，场地内人工填土层（粉质黏土土层）垂直渗透系数1.75E-05～3.24E-05cm/s，平均渗透系数2.50E-05cm/s；人工填土层（砂砾层）垂直渗透系数6.29E-03～2.17E-02cm/s，平均渗透系数1.40E-02cm/s；冲洪积土层（淤泥质粉质黏土土层）垂直渗透系数3.87E-07～6.52E-05cm/s，平均渗透系数2.74E-06cm/s。

根据《环境影响评价技术导则地下水环境》（HJ 610—2016）天然包气带防污性能分级依据，得出场地包气带防污性能以弱～中等为主。

7 水文地质特征

7.1 地下水类型

根据清远市民典金属塑料有限公司场地地下水赋存条件、含水层水力性质和水力特征，将扩建场地地下水划分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水2 种类型。其中，第四系孔隙水主要分布于第四系人工填土层和冲洪积地层；基岩裂隙水主要分布于白垩系三水组粉砂岩和页岩强～中风化带。

7.1.1 松散岩类孔隙水

主要含水层为人工填土层和冲洪积地层，岩性为中砂，含砂粉质黏土等，含水层厚度为10.0m～15.90m。根据抽水试验结果，该层含水层平均渗透系数k=4.46E-03cm/s（E是指数，代表10 的多少次方），单井涌水量为131.41m3/d～182.56m3/d，富水性中等。

7.1.2 基岩裂隙水

主要赋存于白垩系三水组组粉砂岩与页岩强～中风化裂隙中，为红层裂隙水，一般泉流量<0.2 l/s。

7.2 地下水补给、径流、排泄

7.2.1 地下水补给

场区地下水主要靠降雨和地表滞水渗入补给，本区雨量充沛，可以为地下水的补给提供丰富来源。场地地下水以大气降雨垂直入渗补给为主，其次场区外围东南侧和南侧有河流及池塘等地表水也可为地下水提供补给来源。

7.2.2 地下水径流

地下水的径流受地形条件影响，场地内地下水总体由南东向北西径流。覆盖型岩溶水因大部分被第四系覆盖，降雨不能很快地直接补给地下水，岩溶水具有动态变化小，流量相对较稳定、地下水位埋藏较浅、径流较缓慢等特点。

7.2.3 地下水排泄

场地及周边人为开采地下水较少，因此，场地地下水排泄的主要方式为渗入河流、潜流排泄、消耗于蒸发和植物蒸腾，场地分布的基岩裂隙水以垂直循环为主，径流途径短，补给区与排泄区接近一致，通过泉的形式就近排泄于沟谷中补给地表水[2]。

7.3 地下水动态变化特征

地下水动态变化受降雨量的影响，一般5—8 月（丰水期），地下水位较高，11 月—竖年3 月（枯水期），地下水位较低，根据调查，场地及周边地下水年变化幅度为1m～4 m。2017 年8 月勘察期间地下水位3.32 m～3.84 m，地下水水位及水量受季节影响。

7.4 地下水与周边地表水水力联系

场地处地下水类型以松散岩类孔隙水为主，通过降雨入渗获得补给，并向北西侧及低洼处径流排泄，部分侧向补给下游的松散岩类孔隙水含水层。场地及周边地表水较发育，场地外围东南侧和南侧分布有池塘，地表水与地下水、孔隙水与裂隙水有明显的水力联系。

7.5 场区及周边地下水开发利用情况

场地及周边地貌类型以侵蚀剥蚀残丘和冲积平原为主，经调查，场地及附近地下水的开采程度一般，无集中式饮用水源。调查区南侧居民点分布较多，居民以集中供水自来水（地表水）作为主要生活饮用用水，部分村民开采地下水作为生活用水（衣服、洗地等）和农业用水（浇菜），不饮用。

经调查，周边未发现由于过量抽取地下水而形成的地下漏斗或地面塌陷等不良地质现象，所以场区周边地下水不存在超采、水资源浪费及城市供水存在安全隐患等问题。

7.6 地下水水化学特征

这次水文地质勘察对场地及周边共计采取水样3 组，分析其地下水水化学特征，各组地下水物理性质好，无色、透明、无嗅、无味。

7.7 地下水腐蚀性评价

勘察期间于ZK3、ZK4、ZK8 采取地下水样3 件，在ZK6、ZK8 采取地下水位以上土样2 件，按《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）（2009 年版）有关评价方法及标准判定。

首先，我按照学生们学习基础水平的不同，将学生们分成了A、B、C三个学习小组，然后针对各组学生们学习情况的不同，采取不同的教学方法和教学评价方式。如：在三组学生之中，C组学生的学习基础和理解能力较差，所以在教学该组学生时我以绘制分数线段图的形式帮助学生们感受分数和小数之间的关系，精讲细讲，力求学生能听懂。在教学评价时也多用“嗯，很棒呦，但是这里还要注意一下”之类的鼓励性话语。

7.7.1 环境类型水对混凝土结构腐蚀评价

场地环境类型：Ⅱ类；硫酸盐（SO42-）含量0.84mg/L～29.35mg/L，腐蚀性等级：微腐蚀性；镁盐（Mg2+）含量5.30mg/L～10.35mg/L，腐蚀性等级：微腐蚀性；铵盐（NH4+）含量0.12mg/L～1.90mg/L；苛性碱（OH-）含量0mg/L，腐蚀性等级：微腐蚀性；总矿化度122.35～164.39mg/L，腐蚀性等级：微腐蚀性。

结论：环境类型水对混凝土结构具微腐蚀性。

7.7.2 受地层渗透性影响的水对混凝土结构腐蚀性评价

场地地层渗透性类型：B 型；pH 值5.98～7.50，腐蚀性等级：微腐蚀性。侵蚀性CO2含量0.00～51.08mg/L，腐蚀性等级：微～弱腐蚀性；HCO3-含量1.17～3.02mmoL/L，腐蚀性等级：微等腐蚀性。

结论：地层渗透性水对混凝土结构具弱等腐蚀性。

（Cl-）含量6.85～36.20 mg/L，在干湿交替环境中腐蚀性等级：微腐蚀性。

结论：在干湿交替环境中地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

8 抽水试验

抽水试验是用于探求含水层抽水流量和水位降深的关系；计算含水层的渗透系数、给水度、储水系数等水文地质参数；确定抽水时水位降落漏斗的影响范围；查明地表水与地下水或不同含水层之间的水力联系等，能够为水文地质勘查提供准确的数据资料。

为了查明钻孔揭露含水层的渗透性和富水性，确定场区内主要含水层的水文地质参数，这次对ZK1、ZK3、ZK8 和ZK10 水文地质勘察钻孔进行了抽水试验，根据环评水文地质勘查要求并结合实际情况，这次主要针对松散岩类孔隙水进行了抽水试验，含水层为填土层和冲洪积地层。试验方法采用单孔抽水试验。

在整个抽水试验过程，均安排水文地质技术人员轮值班，按《水利水电工程钻孔水抽水试验规程》要求对抽水孔的水位降深、流量等进行观测记录，在抽水稳定延续时间里，取连续观测资料，水位、涌水量波动相对误差，基本达到规范要求，各种观测数据准确可靠。抽水试验的方法流程如下：①抽水试验进行了2～3 个降深的稳定流抽水试验。②静止水位每小时测定一次，三次所测水位值相同，即为静止水位。③相应的流量和动水位趋于稳定后的延续时间为8h。④动水位和涌水量同时观测，开泵后每5～10 min 观测一次，然后视稳定趋势改为15min 或30min 观测一次。⑤抽水试验结束后，进行恢复水位观测，以1、3、5、10、15、30min……按顺序观测，直至完全恢复为止。

根据井管结构及含水层类型，根据试验过程实际情况，松散岩类孔隙水选用了潜水完整井公式计算渗透系数K，用经验公式计算影响半径R。潜水完整井计算公式如下。

计算渗透系数K如公式（1）所示。

影响半径如公式（2）所示。

式中：K—渗透系数（m/d）；Q—流量（m3/d）；h—含水层抽水时厚度（m）；H—含水层自然时厚度（m）；R—影响半径（m）；r—管井半径（m）。

计算结果见表2。

表2 抽水试验结果表

9 结论

经过该项目抽水试验和水文调查，得到如下结论：1）场区内岩土层，从上向下依次为第四系人工填土层、冲洪积地层、残坡积土层，白垩系三水组粉砂岩及页岩层，泥盆系天子岭组石灰岩层。2）场区内地下水类型主要为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。其中松散岩类孔隙水分布广泛，为潜水，富水性贫乏；基岩裂隙水分布一般，为承压水，富水性贫乏。地下水对混凝土结构具有弱腐蚀性，地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。土对混凝土结构具微腐蚀性，土对混凝土结构中钢筋具微腐蚀性，土对钢结构具微腐蚀性。场地地下水水化学类型主要有型水；HCO3·Cl-Ca·Na、HCO3-Ca、HCO3-Mg·Ca 型水。3）场区内包气带主要为上层人工填土层和冲洪积地层。场地内人工填土层（粉质黏土土层）垂直渗透系数1.75E-05～3.24E-05cm/s，平均渗透系数2.50E-05cm/s；人工填土层（砂砾层）垂直渗透系数6.29E-03～2.17E-02cm/s，平均渗透系数1.40E-02cm/s；冲洪积土层（淤泥质粉质黏土土层）垂直渗透系数3.87E-07～6.52E-05cm/s，平均渗透系数2.74E-06cm/s。