劉軍偉

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 山西太原 030024）

0 引言

杏園窯溝水源置換工程位于天鎮(zhèn)縣新平堡鎮(zhèn)，工程設(shè)計(jì)利用杏園窯溝河水及淺層水水源置換下游井采地下水，解決人畜吃水和灌溉問題，關(guān)井壓采，保護(hù)和涵養(yǎng)地下水資源。水源地可供水量是否滿足設(shè)計(jì)需水量要求，是確定工程供水規(guī)模及是否可行的前提。

1 水源地地質(zhì)條件

杏園窯溝為西洋河右岸的一級(jí)支流，河谷底寬120～350 m，谷底地形較為平緩。兩岸主要為巖質(zhì)岸坡，岸坡坡度30°～50°，河谷斷面呈“U”型。主河槽兩側(cè)發(fā)育Ⅰ級(jí)堆積階地，階面高出河床1～5 m，主要由低液限粉土和卵石混合土組成。

本區(qū)段地下水接受大氣降水補(bǔ)給，地下水類型為變質(zhì)巖類裂隙水和松散巖類孔隙水。變質(zhì)巖類裂隙水主要賦存于風(fēng)化帶中，一般富水性中等，補(bǔ)給河谷松散巖類孔隙水或以泉水形式補(bǔ)給河水。松散巖類孔隙水含水層主要為河床第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土、混合土卵石、級(jí)配不良礫等，富水性較好。其接受大氣降水、變質(zhì)巖類裂隙水和地表水補(bǔ)給，向下游徑流排泄。該類地下水埋藏淺，具有統(tǒng)一的地下水位，河谷內(nèi)地下水埋深為0～2.5 m。

2 供水能力分析計(jì)算

2.1 取水方式

水源地區(qū)段河谷相對(duì)較窄，河谷卵石混合土、混合土卵石層在上游、中游和下游三處擬選取水位置鉆孔揭露厚度12.0～19.0 m，其厚度由河谷上游向下游逐漸增厚。河谷覆蓋層厚度較薄且為強(qiáng)透水層。本工程結(jié)合河道生態(tài)美化綜合治理，設(shè)計(jì)采用截潛流集水廊道的形式取水，設(shè)計(jì)取水流量0.148 m3/s。

2.2 河床基流觀測(cè)

杏園窯溝谷兩岸大多基巖裸露，豐水期河谷兩岸的較大沖溝有泉水出露或雨后較長(zhǎng)時(shí)間有水流向河谷，河谷常年流水。在擬取水河谷段上游、中游、下游處設(shè)直角三角堰進(jìn)行地表基流觀測(cè)，基流流量分別為0.12 m3/s、0.07 m3/s、0.05 m3/s。中游距離上游觀測(cè)位置約1.3 km，下游距離中游觀測(cè)位置約0.9 km。中游、下游觀測(cè)流量較上游減小的主要是下游河谷逐漸變寬，部分河水下潛入滲河谷覆蓋層。

2.3 淺層含水層滲透系數(shù)確定

為確定取水河谷段地層滲透性及地下水位情況，在擬取水河段進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，抽水井、觀測(cè)孔位置垂直河向直線布置，見抽水試驗(yàn)位置圖1。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)資料，依據(jù)《水利水電工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程》、《供水水文地質(zhì)手冊(cè)》和《工程地質(zhì)手冊(cè)》，采用潛水完整井單孔、多孔、多孔鄰河和恢復(fù)水位公式進(jìn)行滲透系數(shù)計(jì)算。計(jì)算成果詳見表1。其中公式1、公式2、公式3 選自《水利水電工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程》，公式4 選自《供水水文地質(zhì)手冊(cè)》。

圖1 抽水試驗(yàn)位置圖

裘不依公式

費(fèi)爾格伊米爾（鄰河）公式

費(fèi)爾格伊米爾（鄰河、1 個(gè)觀測(cè)孔）公式

鄰河、1 個(gè)觀測(cè)孔公式

式中：k——滲透系數(shù)，m/d；

Q——出水量，m3/h；

S——抽水井降深，m；

S1——觀測(cè)孔降深，m，1# 觀測(cè)孔為0.47 m，2#觀測(cè)孔為0.25 m；

R——影響半徑，m，采用公式計(jì)算；

r——抽水井過濾器半徑，m，取值0.148 5 m；

r1——距觀測(cè)孔距離，m；距1#觀測(cè)孔12.4 m，距2#觀測(cè)孔34.0 m；

H——潛水含水層厚度，m，取值15.7 m；

b——鄰河抽水井距河岸邊水平距離，m，b＜2H，b=20 m。

表1 水井抽水試驗(yàn)計(jì)算成果表

根據(jù)水井、觀測(cè)孔孔位布置及水文地質(zhì)條件，采用相關(guān)計(jì)算公式滲透系數(shù)為19.9～33.0 m/d，具強(qiáng)透水性，平均值為27.7 m/d，且公式2（費(fèi)爾格伊米爾鄰河）適用條件與本區(qū)水文地質(zhì)條件最接近，故建議滲透系數(shù)取值27.7 m/d。

2.4 水資源量計(jì)算

根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水補(bǔ)給、排泄、徑流動(dòng)態(tài)平衡，采用大氣降水入?yún)⒎ê烷_采系數(shù)法、達(dá)西斷面法分別計(jì)算地下水補(bǔ)給量和徑流排泄量如下：

1）天然補(bǔ)給量計(jì)算

區(qū)內(nèi)主要接受大氣降水補(bǔ)給，現(xiàn)根據(jù)流域集水區(qū)入滲量估算地下水補(bǔ)給量，計(jì)算采用大氣降水入滲系數(shù)法公式5。

式中：Q——地下水入滲補(bǔ)給量，m3/d；

α——入滲系數(shù)，河谷區(qū)為卵石混合土等松散堆積層，兩岸為低液限黏（粉）土和表層風(fēng)化變質(zhì)巖，據(jù)本區(qū)水資源調(diào)查評(píng)價(jià)相關(guān)資料，按地層出露面積取加權(quán)平均值0.22；

ω——年降水量，mm，取本區(qū)多年平均降水量434.0 mm；

A——上游匯水面積，km2，取值55.9 km2。

經(jīng)計(jì)算，該區(qū)段地下水補(bǔ)給量為15 435 m3/d，即0.179 m3/s。

2）可截潛流水量計(jì)算

（1）開采系數(shù)法

式中：Q可采——地下水可開采量，m3/d；

Q補(bǔ)給——地下水入滲補(bǔ)給量，m3/d，根據(jù)公式5計(jì)算結(jié)果取值15 435 m3/d；

ρ——可開采系數(shù)，據(jù)可開采條件、地下水位埋深、單井出水量，取值0.85。

經(jīng)計(jì)算，采用開采系數(shù)法地下水可開采量為13 120 m3/d，即0.152 m3/s。

（2）達(dá)西斷面法

杏園窯河常年有基流，河床覆蓋層中地下水徑流量采用達(dá)西斷面法計(jì)算如下：

式中：Q——地下水徑流量，m3/d；

k——滲透系數(shù)，m/d，取值27.7 m/d；

M——含水層厚度，m，根據(jù)鉆孔揭露，由左至右河谷覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化巖層厚度依次為15.0 m、21.0 m、21.5 m、16.2 m，取平均厚度18.4 m；

B——過水?dāng)嗝鎸挾?，m，下游河谷底寬250 m、中游河谷底寬260 m，考慮河谷兩側(cè)強(qiáng)風(fēng)化層并取小值255 m；

μ——水力坡度，根據(jù)河床縱坡取值0.075。

經(jīng)計(jì)算，地下水徑流量為9 748 m3/d，即0.113 m3/s。根據(jù)河床基流觀測(cè)流量，取用下游處小值流量0.05 m3/s，若采用全斷面截潛流取水，則流量為0.163 m3/s。

3 結(jié)語

綜上分析計(jì)算，采用開采系數(shù)法計(jì)算地下水可開采量為0.152 m3/s，采用達(dá)西斷面法計(jì)算全斷面截潛流量為0.163 m3/s。采用全斷面截潛流集水廊道取水，可滿足設(shè)計(jì)取水量要求。