单井稳定流抽水试验确定地下水允许开采量

韩志文

（四川省冶金地质勘查院，四川 成都 610000）

抽水试验是以地下水井流理论为基础，用抽水设备在钻孔或水井中抽水以测定含水层渗透系数和孔井涌水量、水质和各含水层水力补给的水文地质试验。稳定流抽水试验是用水泵将水从钻孔中取出来，使单位时间内的出水量和孔内水位同时达到稳定要求，通过试验实测流量和降深值，结合含水层厚度和孔径，计算含水层的渗透系数和影响半径等水文地质参数[1]。来确定地下水的允许开采量，为水资源的开发和利用提供依据。

1 水文地质条件

研究区内出露地层主要有侏罗系下统珍珠冲组(J1z)、中下统自流井组(J1-2z）、中统新田沟组(J2x)、下沙溪庙组(J2xs)、上沙溪庙组(J2s)；新生界第四系松散堆积层(Qh)。

据钻孔揭露：0～4.70m为第四系残坡积层，透水层；4.70m～24.50m为侏罗系下沙溪庙组砂岩段，岩性为灰黄、褐灰色中一粗粒，厚层一块状长石石英砂岩，含裂隙水；24.50m～37.10m为侏罗系下沙溪庙组泥岩段，岩性为紫褐色、紫灰色泥岩，泥岩中见有压性闭合裂隙，裂面光滑平整，该层泥岩为该矿泉水含水层的隔水顶板；井深37.10m～40.30m为侏罗系下沙溪庙组，岩性为灰绿色泥质砂岩，具有两条张裂隙，裂面粗糙，无充填物，未见水蚀痕迹；井深40.30m至78m为侏罗系新田沟组的凉高山砂岩段，为该矿泉水的含水层，厚度37.70m，岩性为灰白色中至粗粒，厚至巨厚层状石英砂岩，粒状结构，块状构造，其中构造裂隙及层间裂隙较为发育[2]。其底部为78.0m～78.4m的钙质胶结砾岩，为该矿泉水的隔水底板。

地下水可划分为三种类型：松散堆积砂、砾石层孔隙水、红层砂泥岩风化带孔隙裂隙水、碳酸盐岩裂隙溶洞水。

松散堆积砂、砾石层孔隙水：为砂砾卵石层，质地松散，透水性强，赋水条件好，在泉域内无该层分布，仅分布于区外釜溪河两岸的阶地平坝，山间沟谷附近。

红层砂泥岩风化带孔隙裂隙水：为泥岩夹砂岩，易风化，裂隙较为发育，地下水主要储集于砂、泥岩的孔隙、裂隙中。

碳酸盐岩裂隙溶洞水：为灰岩、泥质灰岩、含裂隙溶洞水，岩溶不发育，该类地下水主要储集在碳酸盐岩的裂隙中，因碳酸盐岩中夹泥岩、页岩等相对隔水层，地下水多从灰岩与泥岩的接触处以泉的形式溢出。

据钻孔揭露（图1）：0m～4.70m为第四系残坡积层，透水层；4.70m～24.50m为侏罗系下沙溪庙组砂岩段，岩性为灰黄、褐灰色中一粗粒，厚层一块状长石石英砂岩，含裂隙水；24.50m～37.10m为侏罗系下沙溪庙组泥岩段，岩性为紫褐色、紫灰色泥岩，泥岩中见有压性闭合裂隙，裂面光滑平整，该层泥岩为该矿泉水含水层的隔水顶板；井深37.10m～40.30m为侏罗系下沙溪庙组，岩性为灰绿色泥质砂岩，具有两条张裂隙，裂面粗糙，无充填物，未见水蚀痕迹；井深40.30m～78m为侏罗系新田沟组的凉高山砂岩段，为该矿泉水的含水层，厚度37.70m，岩性为灰白色中至粗粒，厚至巨厚层状石英砂岩，粒状结构，块状构造，其中构造裂隙及层间裂隙较为发育；底部78m～78.4m为钙质胶结砾岩，为该矿泉水的隔水底板。

图1 矿泉井井深结构图

2 抽水试验

抽水试验设备采用20m3/h的潜水泵，采用单井无观测孔抽水，水位观测采用Micro-Diver地下水水位自动检测仪，出水管采用民用自来水管，流量观测采用民用水表。在正式抽水之前水厂停止生产三天，并观测静止水位为5.89m，尽水泵最大能力做一次最大的水位降深，初步了解降深值与涌水量的关系，以便正式抽水时合理选择水位降深。

抽水试验选择在枯水期进行，为单井稳定流抽水试验，抽水试验历时四天，分三次降深，为完整井抽水。每次降深的稳定时间不少于8小时，抽水试验结束后观测水位恢复至稳定。

3 渗透系数计算

此次抽水试验按承压井完整井公式计算含水层的渗透系数K和影响半径R，公式如下：

式中：K—渗透系数，m/d；

Q—涌水量，m3/d；

S—水位降深，m；

r—抽水孔半径，m；

H—含水层厚度，m；

利用上述公式，计算渗透系数和影响半径，结果见抽水试验成果表（表1）。

表1 抽水试验成果表

矿泉井枯水期抽水试验成果（图2），从Q-S和q-s曲线看，为直线型，当属承压水，水位恢复和稳定较快，q=0.280L/s▪m。由此反映，该矿泉水为水位、水量相对稳定的源远流长、深部循环的承压水。

图2 抽水试验成果图

4 单井允许开采量的确定

根据国家标准及有关规定，对于单井开采，可利用抽水试验资料，绘制Q=f（s）曲线，依据曲线类型确定水流方程，用内插法计算允许开采量，或依据钻孔的水位、水量长期观测资料，用相关分析方法计算允许开采量。

计算单井矿泉水允许开采量一般从两方面考虑，其一是依据枯季抽水试验曲线类型，确定最适合的水流计算方程；其二是井（孔）抽水水位降低值一般不宜过大，该矿泉水井为承压含水层，抽水降深不得大于含水层顶板。按上述原则，结合实际情况确定矿泉水允许开采量：该矿泉水为深层承压水，补给条件相对较差，抽水试验大降深稳定较慢；枯水期抽水试验最大降深15.87m，单位涌水量为0.279L/s.m。

该矿泉水井枯期抽水试验（2019年11月）成果表明，抽水水动力关系Q-S曲线为直线型，根据GB8537-2018国家标准，采用枯水期的试验成果，兼顾核实检查资料进行计算，故采用下列直线方程式计算该矿泉井的允许开采量：

Q=86.4×q×Smax×0.90=86.40×0.279×15.87×0.9 0=344m3/d。

式中：Q：允许开采量；

86.4：换算系数；

q：枯期抽水试验确定的单位出水量q=0.279L/S·m；

Smax：最大降深值。

根据每日的允许开采量确定全年的允许开采量约为12.56万m3。

5 结论

该矿泉枯水期抽水试验最大降深15.87m，单位涌水量为0.279L/s·m，每天允许开采量为344m3/d，年允许开采量约为12.56万m3。