兴仁县巴铃富水区岩溶水的资源量评价分析

张 琳，祝 念

(贵州省地质工程勘察院，贵州 贵阳550008)

兴仁县巴铃富水区岩溶水的资源量评价分析

张 琳，祝 念

(贵州省地质工程勘察院，贵州 贵阳550008)

贵州地处西南岩溶石山中心，碳酸盐岩广布，岩溶天窗、竖井、落水洞等岩溶个体形态发育，地表水缺乏，地下水开发显得尤为重要。本文以巴铃富水区资源量评价开发利用分析为例，以大井法等方法计算其可开采资源量，用降水入渗补给法验证其补给量的保证程度，并对地下水质量进行评价，在水质与水量得到保证的前提下实施钻探开发，以便为同类岩溶水文地质条件下的岩溶水开发起到一定借鉴作用。

岩溶;富水区;大井法;地下水开发

贵州地处西南岩溶石山中心，全省碳酸盐岩分布面积12.96万 km2，由于岩溶个体形态发育，地表水严重漏失，造成地表岩溶干旱缺水十分严重，而地下水资源却相当丰富。因此开发地下水资源就成为贵州找水任务的重中之重。巴铃镇是兴仁县的重要集镇之一，十二五期间是重大的煤化工基地，城镇的发展及煤化工基地的建设为水源开发提出了更高的要求。而巴铃镇地处岩溶富水区，开发利用条件好，开发后可作为岩溶富水区典型之例。

1 区域地质概况及地下水系统特征

区内出露的主要地层由老至新分别为:三叠系中下统嘉陵江组(T1－2j)，岩性为灰岩、白云岩时偶夹白云质灰岩、泥质灰岩、泥灰岩，含裂隙—溶洞水。三叠系中统关岭组(T2g)，岩性为白云岩、泥质白云岩、白云质灰岩夹泥灰岩及泥质灰岩，底部为“绿豆岩”，含溶洞—裂隙水。三叠系中统杨柳井组(T2y)岩性为灰岩、白云质灰岩、泥岩，含裂隙—溶洞水。三叠系上统赖石科组(T3ls)，岩性为泥灰岩、粉砂质泥灰岩，含基岩裂隙水。

工作区构造特点是以旋扭式构造型式为主，兼有北西、北东及北北东向构造。受区域构造的影响，工作区断层较为发育，主要有小坪寨断层(F1):位于工作区东部小坪寨，为平移断层，走向为 60°，倾向为 150°，倾角为 85°，长约 7.5 km;其北西盘向南西方向运动，南东盘向北东方向运动;巴铃断层(F2):位于巴铃镇集镇，其走向为330°，倾向为240°，倾角为70°，长约3 km，该断层对本区地下水排泄起一定的控制作用。受该逆断层控制，沿断层面两侧有较多泉点分布;菜子凼断层(F3):位于巴铃镇东侧，为平移断层，走向为70°，倾向为160°，长约3 km;其北西盘向南西方向运动，南东盘向北东方向运动。

水源地受地表水文网、地层岩性控制，富水区边界主要有地表分水岭及细碎屑岩隔水层。南部以三叠系上统赖石科组(T3ls)泥灰岩及粉砂质泥灰岩为隔水边界，东部及北西部为地表分水岭为隔水边界，北东部为三叠系中统关岭组(T2g)粘土岩为隔水边界。其西侧发育逆断层，为水源地排泄区。上述条件圈定了富水区系统边界特征。

2 富水区地下水资源量评价

2.1 方法选择

工作区富水条件较为多变，分布面积较大，构成了井位分布较为复杂的平面形状，且工作程度较少，为计算方便，故采用“大井法”作为可采资源量评价方法之一;同时，根据工作区水文地质条件具有不均匀性的特点以及已作成井抽水试验，直接根据抽水资料采用“单位储存法”进行推算其可采资源量。

2.2 大井法计算可采资源量

工作分布面积不规则的成井在开采后，其外围逐渐形成一个统一的降落漏斗。理论上可将形状不规则成井系统所圈的面积看成是一个理想“大井”的面积，此时，整个钻井系统的出水量就相当于“大井”的出水量，成井半径用“大井”的引用半径代替，影响半径用“大井”的引用半径代替。

2.2.1 计算公式

根据工作区水文地质条件，采用潜水非层流稳定流完整井计算公式如下:

式中:K为含水层渗透系数(m/d);H为抽水前潜水层厚度(m);h0为井内动水位(m);r0为大井引用半径(m);d为井至供水或隔水边界的距离，供水边界为减，隔水边界用加(m)。

2.2.2 参数的确定

1)含水层渗透系数(K)的确定

含水层渗透系数根据成井抽水试验资料确定，采用2010年4月兴仁县巴铃镇小坪寨成井(CK16)抽水试验相关数据，采用以下公式进行计算:

式中:K为渗透系数(m/d);R为影响半径(m);Q为涌水量(1 431.03 m3/d);H 为含水层厚度(71.40 －30.00=41.40 m);Sw为水位降深值(9.40 m);r为抽水井有效半径(0.109 5 m)。

计算得:渗透系数，K=5.161 3 m/d

2)H、h0的确定

与上同，采用2010年4月兴仁县巴铃镇小坪寨成井(CK16)抽水试验相关数据得:H=27.1 m，h0=25.8 m。

3)大井引用半径(r0)的确定

大井的引用半径r0可用以下经验公式确定

式中:F为钻井分布范围圈定的面积，或者以降落漏斗的封闭等水位线所有圈定的最大范围之面积。

根据工作区条件，F=50 000 m2，则 r0=126.34 m

4)井至供水或隔水边界的距离(d)的确定

根据工作区实际条件，圈定d1=2 000 m;d2=3 500 m

2.2.3 可采资源量计算

将上述各项参数代入公式(a)，

得 Q=1.31万 m3/d

2.2.4 保证程度的验证

大井法计算极为简单，但尚需用补给量来验证其保证程度。工作区补给来源主要为大气降水，故采用降雨入渗补给法计算其补给量。

1)计算公式

式中:Q为降雨入渗补给量(m3/d);α为降雨入渗系数;F为接受降雨渗入的面积(m2);P为不同保证率下降雨量(m)。

2)各参数选取

(1)降雨入渗系数，参照同地区同地层类比，取0.251;

(2)接受降雨渗入的面积(F)，根据工作区水文地质条件，实际取 35.5 km2，即 35.5 ×106m2。

3)不同保证率下降雨量(P)

椐兴仁县气象站多年年降水量序列资料，从中选择出一个完整的降水周期，按下式对年降水量序列进行概率统计检验:

式中:A为保证率;m为周期内降水量按大小排列的序号;n为气象资料年限数;为多年平均降水量(mm);Pi为年降水量(mm);δ为均方差;CV为变差系数;CS为偏态系数;Ki为年降水量模比系数

检验结果年降水量服从正态分布。据此，采用皮尔逊Ⅲ型分布作为概率模型，进行理论频率曲线选配。不同保证率计算结果见表1。

表1 巴铃不同保证率降水量计算结果

4)补给量计算

将上述参数代入公式(e)得水文地质单元内50%保证率降水量条件下，地下水天然补给量为3.39万 m3/d，75%保证率时为2.95万 m3/d，95%保证率时为2.36万 m3/d。

在95%保证率时其补给量远大于大井法计算得的Q=1.31万m3/d。故采用大井法计算得的可采资源量是可靠的。

2.3 单位储存法计算可采资源量

在需水量很大，地下水径流量很小而含水层厚度又较大的区段，可采用较长时间的大于径流量的开采试验抽水确定其可采资源量。利用枯季抽水试验，在抽水试验进行一段时间t0后，含水层的水位下降与抽水时间近乎呈直线关系，此时抽水量Q由地下水的径流量Qg及消耗的含水层贮存量VCT二部分水量组成。

式中:Q为抽水量(m3/d);Qg为地下水径流量(m3/d);VCT为T时间内消耗的贮存量值(m3);T为水位呈直线下降的时间间隔(d)。

式中:qCT为单位贮存量，即在抽水井影响范围内含水层水位每下降1 m所消耗的贮存量(m3);hCT为在T时间间隔内含水层水平下降的平均值(m)。

由于抽水时间为2010年4月，工作区已有近8个月未降雨，故其地下径流量很小，即Qg≈0，则(g)式可写为:

根据小坪寨成井抽水资料得 Q=1 431.03 m3/d;T=1.33 d，hCT=0.1 m。计算得:

地下水可采资源量根据下式计算:

由于Qg≈0，则(i)式可写为:

式中:Q可为地下水可采资源量(m3/d);TH为枯水期时间(d);hCTmax为枯水期终允许的最大水位消耗值(m)。根据工作区多年降雨资料及小坪寨成井抽水试验分析得TH=174 d，hCTmax=102.7 m。

计算得Q可=1.12万 m3/d

根据雨季偶测抽水数据求取地下水可采资源量安全系数η。

若雨季抽水量为Q丰，抽水时间为t丰，在此期间水位回升值为Δh，则t丰时间内地下水总补给量Vn应为:

每日地下水补给量Qn则为:

根据小坪寨成井丰水期一次偶测资料代入上式(Q丰=1 650.84 m3/d、t丰=2 d，Δh=3.51 m)，得:

Qn=3.5 万 m3/d

根据公式(j)及(l)计算出一年内所需的地下水补给时间tn(d):

则地下水可采资源量的安全系数η为:

式中:t′n为一年内地下水接受补给的实际天数(d)，根据工作区多年降雨资料，t′n取 191 d，得 η =191/116.83=1.64

安全系数η在1.3～2.0之间，则说明计算结果 Q可=1.12万 m3/d较为可靠，真实。

采用“大井法”及“单位储存法”计算得工作区可采资源量(Q可)分别为 1.31万 m3/d及 1.12万 m3/d，两种方法计算得结果较为接近，单位储存法忽略地下水径流量，仅考虑地下水储存量，在年际补给充分的条件下计算得的资源量更为合理，故取Q可=1.12万 m3/d作为工作区地下水可采资源量。

3 地下水资源水质评价

地下水质量评价选取工作区内成井、岩溶泉及地下河取样检测共6组进行评价，其中成井水样2组、地下河出口水样1组，岩溶泉水样3组。水质分析包括全分析、特殊分析、氰酚分析以及细菌学(细菌总数、大肠杆菌总数)分析，分析项目共28项。根据水样中检测物质含量，按《地下水质量标准》(GB14848－93)要求，对区内地下水的质量进行了评价。分析结果如表2。

表2 工作区地下水资源评价结果

根据取样分析数据，得出评价:水源水质达Ⅱ类的5处，Ⅲ类1处，地下水水质良好。

4 结语

通过对区内水文地质特征分析，配合岩石地层特征、构造组合特征等综合分析，划分出了巴铃镇地区富水块段。采用“大井法”及“单位储存法”共同计算并验证地下水可开采资源量，其结果较为真实。为设计布井和成功开采地下水，提供了良好的基础条件。

同时，该方法的成功应用，也可为同类岩溶水文地质条件下岩溶水开发利用起到一定借鉴作用。

［1］地质矿产部水文地质工程技术方法研究队.水文地质手册.北京.地质出版社.1983.

［2］中国地质调查局.中国西南地区岩溶地下水资源开发与利用.北京.地质出版社.2006.

［3］贵州省地质调查院.贵州岩溶地下水开发与经济技术评价.贵州.

［4］刘泽强.水文地质手册.北京.中国地质出版社.2006.

［5］陈萍，巴特尔.贵州岩溶地下水开发与经济技术评价.贵州地质.2008，25(1).

P641.134

B

1004－1184(2012)03－0040－03

2012－03－09

张琳(1983－)，女，河北保定人，助理工程师，主要从事水文地质调查工作。