安陽市地下水含水層抽灌試驗分析

葛雁1,葛鑫2,牛 娜1,李默寒1,王文娟1

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院,河南 鄭州450053;

2.河南省水利廳,河南 鄭州450003)

摘要：為查明安陽市含水層的回灌能力,采用自然重力回灌法按一抽一灌方式在不同富水地段進行了3組抽水回灌試驗。結(jié)果表明:①在抽灌井結(jié)構(gòu)相同或相近的情況下,含水層回灌能力和含水層的富水性有關(guān),含水層富水性越好,同等條件下單位涌水量和單位回灌量越大。②含水層回灌能力和滲透系數(shù)正相關(guān),滲透系數(shù)愈大,愈容易回灌。滲透系數(shù)大,不僅使抽水能力增強,也會加大回灌井的回灌能力；反之,亦然。③含水層回灌能力和巖性有關(guān),含水層顆粒越粗,越容易回灌。

關(guān)鍵詞：地下水;含水層;滲透系數(shù);抽水試驗;回灌試驗

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2015.03.018

作者簡介:葛雁(1973—),女,高級工程師,碩士,主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)研究工作。E-mail:Geyansun@163.com

中圖分類號：P64文獻標志碼：A

收稿日期：(2014-10-28編輯：徐娟)

Analysis on aquifer pumping irrigation test in Anyang

GE Yan1, GE Xin2, NIU Na1, LI Mohan1, WANG Wenjuan1

(1.No.2InstituteofGeological&MineralResourcesSurveyofHenan,Zhengzhou450053,China;

2.WaterResourcesDepartmentofHenanProvince,Zhengzhou450003,China)

Abstract：Using natural gravity irrigation method with the way of pumping-irrigation wells 1∶1, we made three groups of pumping recharge tests at different rich-water regions in Anyang to testify the recharge capacity of the aquifer. The results show that:①Under the circumstances of having the same pumping-irrigation wells structure, the recharge ability of the aquifer is associated with its water-rich extent. The more water the aquifer has, the greater inflow and recharge amount per unit there be.②Aquifer recharge capacity and permeability coefficient are positive correlated. The larger the permeability coefficient is, the easier the recharging process gets.③Aquifer recharge capacity is also related to the lithology. The coarser the particles are, the easier recharge process is.

Key words： groundwater; aquifer; permeability coefficient; pumping test; recharge test

1 抽灌試驗場地選擇

在安陽市不同的富水地段共做了3組抽水回灌試驗,為了和試驗結(jié)果相印證,收集了前人做過的抽水回灌試驗資料。抽灌試驗井概況見表1,抽灌試驗井位置分布見圖1(其中S1、S2、S3為收集鉆孔)。

表1　抽、灌試驗井概況

圖1　抽、灌試驗井位置分布

2抽灌試驗方法

按一抽一灌方式進行,采用自然重力回灌法進行回灌試驗。

水位的觀測在同一試驗中采用同一方法和工具,測量精確到0.01m。抽水試驗前先測量靜水位,試驗時連續(xù)測量動水位,試驗停止后,測量恢復水位直到初始狀態(tài)。動水位觀測時間為:10min、20min、30min、60min……,穩(wěn)定8h后可終止觀測。

回灌量的測量,采用水表計量,精確到0.01m3?；毓嗨坏挠^測同抽水時動水位的觀測?；毓嗑坏姆€(wěn)定時間不小于24h[1-4]。

3抽灌試驗計算公式的選取

3.1抽水試驗計算公式的選取

抽水試驗選取潛水完整井計算公式計算參數(shù)。

(1)

(2)

式中:K為抽水試驗滲透系數(shù),m/d;R為影響半徑,m;Q為涌水量,m3/h;H為含水層厚度,m;r1為觀測孔到主孔距離,m;rw為抽水井半徑,m;Sw為抽水井降深,m;S1為觀測孔降深,m。

3.2回灌試驗計算公式的選取

回灌試驗滲透系數(shù)按下列公式計算:

(3)

式中:K1為回灌試驗滲透系數(shù),m/d;Q1為穩(wěn)定注水量,m3/h;l為試段或過濾器長度,m;s為水位上升高度,m;r為過濾器半徑,m。

4抽灌試驗

4.1富水區(qū)抽灌試驗

4.1.1抽灌井含水層和地層分布

ZK3、ZK4井位于工作區(qū)中部的富水區(qū),本次收集的S1、S2井亦位于富水區(qū)。ZK3、ZK4兩井相距38m。其含水層和地層分布特征見圖2[5-6]。

圖2　ZK3、ZK4抽灌井含水層和地層分布特征

4.1.2抽灌試驗結(jié)果

先后對ZK4、ZK3井進行抽水試驗，水位恢復后，進行回灌試驗。首先抽ZK4井回ZK3井，待ZK3井水位恢復后抽ZK3井，回ZK4井。其中ZK4井回灌試驗持續(xù)48h，ZK3井回灌試驗持續(xù)時間為30h。富水區(qū)抽灌試驗結(jié)果見表2。

4.2中等富水區(qū)抽灌試驗

4.2.1抽灌井含水層和地層分布

ZK7井位于工作區(qū)南部的中等富水區(qū),本次收集的S3井位于中等富水區(qū)。ZK7井和一分布于當?shù)氐拿窬M成抽灌井,距民井194m。民井含水層結(jié)構(gòu)和ZK7井相近。中等富水區(qū)ZK7井含水層結(jié)構(gòu)和地層分布見圖3。

表2　富水區(qū)抽灌試驗結(jié)果

圖3　中等富水區(qū)ZK7井含水層結(jié)構(gòu)和地層分布

4.2.2抽灌試驗結(jié)果

試驗時先對ZK7井進行抽水試驗，水位恢復后，抽民井回ZK7井，為了解ZK7井的回灌能力，設定同樣的回抽水量。中等富水區(qū)試驗井抽灌試驗結(jié)果見表3。

4.3弱富水區(qū)抽灌試驗

4.3.1抽灌井含水層和地層分布

ZK6井位于工作區(qū)東部的弱富水區(qū),和民井1組成抽灌井。ZK6井和民井1相距60.76m,和民井2相距64.48m。其抽灌井含水層結(jié)構(gòu)和地層分布見圖4。

圖4　弱富水區(qū)ZK6含水層結(jié)構(gòu)和地層分布

井號抽灌試驗靜水位埋深/m降深(回灌水柱高度)/m涌水(回灌)量/(m3·h-1)單寬涌水(回灌)量/(m3·h-1·m-1)滲透系數(shù)/(m·d-1)影響半徑/m灌抽比滲透系數(shù)之比ZK7S3抽水試驗36.0919.8772.33.644.22407.99回灌試驗36.0928.5372.32.531.29抽水試驗4.7816.51回灌試驗3.487.3869.53.2872.82.24

4.3.2抽灌試驗結(jié)果

試驗時先對ZK6井進行抽水試驗，水位恢復后，抽民井1回ZK6井，因ZK6井分布于弱富水區(qū)，故抽水量和回灌量均較小，抽灌試驗結(jié)果見表4。

表4　弱富水區(qū)ZK6井抽灌試驗參數(shù)

5抽灌試驗結(jié)果影響分析

5.1抽灌試驗結(jié)果分析

a. 在富水地段,含水層巖性大多為砂卵石,抽水試驗時滲透系數(shù)在51.98～256.03m/d之間,回灌試驗時滲透系數(shù)在27.64～119.36m/d之間,單寬回灌量和單寬涌水量的比值在81.92～87.73之間(S2孔除外)。其抽水試驗和回灌試驗時的滲透系數(shù)之比在1.75～1.99之間(S2孔除外)。位于富水地段的S2孔(三分莊),單寬回灌量達42.27m3/(h·m),但單寬回灌量和單寬涌水量之比僅有34.54。其抽水試驗時的滲透系數(shù)高達256.03m/d,回灌試驗時的滲透系數(shù)為94.13m/d,抽灌滲透系數(shù)之比為2.72。究其原因,可能是成井工藝或試驗操作的原因影響了回灌效果。

b. 在中等富水地段,含水層巖性大多為砂、卵礫石,粗顆粒含量較富水區(qū)有所減少,抽水試驗時滲透系數(shù)在4.22～16.51 m/d之間,回灌試驗時滲透系數(shù)在1.285～7.38m/d之間,單寬回灌量和單寬涌水量的比值在69.5～72.8之間,其抽灌試驗滲透系數(shù)之比在2.24～3.28之間。

c. 在弱富水地段,含水層巖性為中細砂,ZK6孔抽灌試驗結(jié)果:抽水試驗時滲透系數(shù)為0.85m/d,回灌試驗時滲透系數(shù)為0.55m/d。由于滲透系數(shù)太小,在生產(chǎn)和生活中,弱富水地段回灌的意義不大。

5.2抽灌試驗影響因素分析

本次采用自然重力回灌法進行回灌試驗。根據(jù)抽灌試驗結(jié)果,回灌量的大小主要受以下因素影響:

a. 在抽灌井結(jié)構(gòu)相同或相近的情況下,含水層回灌能力和含水層的富水性有關(guān),含水層富水性越好, 同等條件下單寬涌水量和單寬回灌量越大。

b. 含水層回灌能力和滲透系數(shù)正相關(guān),滲透系數(shù)愈大,愈容易回灌。滲透系數(shù)衰減是含水層回灌能力下降的主要原因。滲透系數(shù)大,不僅使抽水能力增強,也會加大回灌井的回灌能力,反之,亦然。

c. 含水層回灌能力和巖性有關(guān),含水層顆粒越粗,越容易回灌[5-7]。

d. 本次試驗系重力回灌試驗,至于在真空回灌條件下的試驗和壓力回灌條件下的試驗,其試驗情況并不清楚,因此仍不能通過對比確定理想的回灌方法。

參考文獻：

[1] DZ/T0225—2009淺層地熱能勘查評價規(guī)范[S].

[2] GB50366—2005地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 張德禎.地源熱泵地下水換熱系統(tǒng)適用性及前期地質(zhì)勘查工作 [J].地球科技,2014(1):4-8.(ZHANG Dezhen. Groung source heat pump groundwater heat exchanger system suitability and preliminary geological exploration work[J].Earth Science and Technology,2014(1):4-8.(in Chinese))

[4] 陳崇希,林敏.地下水動力學[M].武漢:中國地質(zhì)大學出版社,1999.

[5] 何滿潮,劉斌,姚磊華,等.地熱單井回灌滲流場理論研究[J].太陽能學報,2003,24(2):197-200.(HE Manchao,LIU Bin,YAO Leihua,et al. Study on the theory of seepage field for geothermal single well reinjection[J]. Acta Energiae Solaris Sinica,2003,24(2):197-200.(in Chinese))

[6] ZHENG Deng.Modeling of standing column wells in ground source heat pump systems[D].Stillwater:Oklahoma State University,2004.