青海省格尔木河冲洪积扇地下水水文地质参数的选取

王建辉，祁泽学，寇海聪

(1.青海省环境地质勘查局，青海 西宁 810007；2.青海省环境地质重点实验室，青海 西宁 810007)

研究区格尔木市位于干旱的柴达木盆地西南缘，区内地下水主要接受格尔木河的入渗补给。随着格尔木河上游各个梯级电站的修建，下游水文地质条件发生了相应的变化，以往获取水文地质参数所利用的钻孔多是基于小口径的抽水试验而来，且计算方法单一，计算的水文地质参数不能准确评价现状地下水资源。因此，为准确的评价该地的地下水资源量，我单位通过青海省格尔木河冲洪积扇地下水资源勘查项目，实施了基本覆盖整个冲洪积扇的大口径水文地质钻孔，通过最新实施的钻孔并做相应的抽水试验获取了准确的水文地质参数，为地下水资源评价提供了基础支撑。

1 水文地质条件

研究区主要位于昆仑山前格尔木河倾斜平原中前部，如图1所示，地下水位埋深10～130m之间，沉积了巨厚的第四系松散沉积物，为大厚度潜水区，从而为地下水赋存提供了良好的空间。多年的勘探资料显示，中、上更新统为冰碛、冰水、冲洪积地层，岩性主要为砂卵砾石、泥质砂砾石，岩层颗粒普遍较粗，松散，相应的孔隙度、给水度也大，在接受地表水的垂直渗漏补给后，成为地下水分布和赋存的主要部位。

图1 计算断面位置图

在纵(南北)向上，自基岩山区至细土平原，地下水水量、水质、埋藏条件发生了一系列变化，表现在岩性颗粒由粗变细，即由砂卵砾石层逐渐变为砂砾石、中粗砂、粉细砂、粘土层。含水层也由冲洪积倾斜平原的单层大厚度结构变为冲洪积细土平原及其以北地区的多层薄层结构，地下水赋存形式由潜水向承压—自流水过渡，含水层富水性由强至弱，径流条件由好变差，水化学作用也由溶滤到积聚。水位埋深由洪积扇顶部的大于100m到戈壁前缘的不足10m，至细土带平原溢出地表，形成沼泽和泉集河，向下游径流，最终注入盐湖消耗于蒸发。

在横(东西)向变化上，从冲洪积扇轴部到扇间洼地，地下水随着地貌、岩相的变化具有由富变贫，透水性能也由好变差的特点。

2 水文地质参数计算

通过抽水试验确定的基础数据，利用多种方法计算渗透系数(K)，经分析对比选用合理的渗透系数(K)，并由此计算相应的影响半径(R)、导水系数(T)以及给水度(μ)，具体参数计算如下：

2.1 渗透系数(K)的确定

研究区进行的抽水试验可分为两种类型，单孔抽水试验及带观测孔的抽水试验，共完成了单孔抽水试验15组，其中带单观测孔的孔组抽水试验2组，采用稳定流和非稳定流两种理论方法计算渗透系数(K)。

2.1.1单孔抽水试验

(1)稳定流方法

水文地质参数选用潜水非完整井、潜水完整井的解析公式与影响半径R的经验公式联立，用试算法求K。

(1)

公式选自GB 55027—2001《供水水文地质勘察规范》，该公式适用于潜水非完整井，单孔稳定流抽水试验，过滤器位于含水层中部，前文所述，含水层厚度大于200m，其中本次计算采用的有效含水层厚度为水位以下至孔底段，根据钻孔的水位和孔深各孔的含水层厚度不一致。渗透系数计算结果见表1。

表1 稳定流方法计算渗透系数(K)值结果表

根据前人多次实践证明，稳定流计算的渗透系数K值均偏小，一般不采用该种方法计算出的数值。

(2)非稳定流方法

单孔非稳定流计算采用了主孔直线法、主孔水位恢复法、库伯—雅各布直线图解法进行了计算，见表2。

表2 单孔非稳定流方法计算渗透系数(K)值结果表

计算公式：

(2)

(3)

(4)

式中，T—导水系数，m2/d；s＇—剩余降深，m；i—直线段斜率；t＇—恢复时间，min；其余变量含义同上。

2.1.2带观测孔抽水试验

(1)稳定流计算方法

①利用带观测孔的抽水试验资料计算渗透系数(K)，采用潜水非完整井公式计算，结果见表3。

表3 带单观测孔公式计算渗透系数(K)成果表

(5)

式中，Sw—抽水井降深，m；S1—观测井降深，m；

r1—抽水井到观测井之间的距离，m；rw—抽水井滤水管半径，m；l—滤水管长度，m；其余变量含义同上。

该公式选自《供水水文地质手册》第二册，水文地质计算第28页(地质出版社，1977年)，该式适用于潜水非完整井，带一个孔的抽水试验。

(2)非稳定流计算方法

利用观测孔的抽水试验资料分别采用库珀—雅各布直线法、泰斯水位恢复法、泰斯法，利用加拿大滑铁卢水文地质公司AquiferTest抽水试验软件进行计算，计算结果见表4。

表4 渗透系数(K)值计算成果表

计算公式：直线图解法与水位恢复法同不带观测孔非稳定流计算公式相同。

(6)

式中，W(μ)—井函数；μ—井函数自变量(与时间、距离及导压系数有关)；其余变量含义同上。

由于区内第四系厚度较大，本次施工的钻孔均为非完整井，由于稳定流和非稳定流两种理论计算的结果出入较大，所以对K值需分析研究后选取计算采用值，其取值遵循以下原则。

①由于稳定流理论计算的参数明显偏小，与实际出入较大，所以多选取与实际较接近的非稳定流理论计算的参数。即单孔抽水试验资料一般选用水位恢复法、带单观测孔的孔组抽水试验选用观测孔水位恢复法，如果带一个以上观测孔，则采用距离最近的观测数据计算出的结果。

②运用同一种理论方法计算，同一钻孔在不同落程之间计算的参数结果近于一致的，取大降深的计算值。

③运用同一种理论方法计算，同一钻孔在不同落程之间计算的参数结果相差较大的，分析原因后有选择性地取舍。

根据上述原则及所选用的计算公式，格尔木河冲洪积扇通过单孔、带观测孔计算的渗透系数及采用值见表5。

表5 渗透系数(K)值计算成果表

2.2 导水系数(T)的计算

利用单孔和带观测孔的抽水试验资料分别采用库珀—雅各布直线法、主/观测孔泰斯水位恢复法，利用加拿大滑铁卢水文地质公司AquiferTest抽水试验软件进行计算，计算结果见表6，同渗透系数选择原则一致，选取水位恢复法计算的导水系数。

表6 导水系数(T)值计算成果表

2.3 影响半径(R)的确定

带观测孔的单孔抽水试验做了两组，其他均为单孔抽水试验，采用主孔和观测孔稳定水位降深值，作图法得出的结果明显偏小，其主要原因是抽水孔的水跃值较大，所以潜水采用稳定流理论中的库萨金经验公式确定影响半径(R)值。

(7)

式中，变量含义同上。

在上式中，影响半径R值随降深S和渗透系数的变化而变化，所以根据抽水试验按前表2所选取稳定流理论渗透系数K值后，换算成降深为5m影响半径R，见表7。

表7 影响半经(R)计算成果表

2.4 给水度的确定(根据单孔抽水资料确定给水度)

采用适用于K=0～600m/d中细砂以粗地层的经验公式计算给水度(μ)值，见表8。由表可见，用经验公式计算的给水度(μ)值与前人取值比较接近。

(8)

式中，变量含义同上。

计算得出，格尔木河冲洪积扇平均给水度(μ)为0.262。

3 结语

通过对基本覆盖整个冲洪积扇的大口径水文地质钻孔参数计算，查明了各参数在横向及纵向上的变化规律：在纵(南北)向上，自基岩山区至细土平原水文地质参数具有逐渐减小的特点；在横(东西)向变化上，从冲洪积扇轴部到扇间洼地，水文地质参数随着地貌、岩相的变化具有逐渐减小的特点。参数的确定是基于多种计算方法对比进行的，取值准确可靠。通过确定的水文地质参数，计算了格尔木河冲洪积扇地下水允许开采量，并通过了青海省自然资源厅储量评审中心的审查，各参数的确定对后续水文地质相关的地下水位上升致灾、水源地合理布局的确定提供了基础参数。