水平集水管开采法在山间河谷集中供水水源地评价中的应.pdf

水平集水管开采法在山间河谷集中供水水源地评价中的应用 第六图书馆 本文介绍了水平集水管井采法的方法原理、适用条件、并结合生产实际说明了该方法在集中供水水源地地下水资源资源的应用方法及 其适用性。本文介绍了水平集水管井采法的方法原理、适用条件、并结合生产实际说明了该方法在集中供水水源地地下水资源资源的 应用方法及其适用性。水平集水管开采 山间河谷 地下水 水源地评价水资源研究孙化江黑龙江省第一水文地质大队1996第六 图书馆 第六图书馆 三 ／ 2 一 f 水资源研 冤 第 1 7卷 第 2期 总 第 5 9期 1 9 9 6年 6月 水平集水管 开采法在 山间河谷集 中 供水水源地评价中的应用 孙化江 丁 f ， 、 ／ 2 黑龙江省第一水文 丽 齐齐哈尔 1 6 1 0 3 1 摘 要 本文介 绍 7水平集水 管开 采法 的方法原 理 、 适 用条件 ， 并结合生产实际说 明 7谖方 法在集 中供水水源地地 下水 资源评价 中的应用方法及 其适用性 ． 关 键 词 水 平 集 水 管方 法 适 用 条 件 开 采 量 朴 拾 量 1 、 甘 ‘ ， ≯ 卜 ‘ 琶瞎研f 碉 一戗 水 目前 国内外 用于地下 水资源评价 的方 法很 多 ， 但 不同方法各有其 适用条 件。根据工作 实 际 ， 这里介绍一 种适 于 山问河谷地段 。 而且 简便可行的地下水资源评价方法水 平集水管 群 开采法 。 ． 一 、适 用条件 ， 该 方法的适 用条件是含水层厚度 不大 ， 分布面积有限 ， 天然补给量不多， 而且季节性补给 。 旱季河流断流。 补给渗入中断； 雨季洪水淹没河谷 ， 是渗入补给的有利时期 ， 但时间不很长 ， 大 量的地表水体以天然 蒸发方式消耗掉 。 二 、 方法 原 理 由于补给的间歇性 ， 这 类潜水 在天然分配过程 中形成 和发 展的 。 旱 季天然 补给小于天然 潜水蒸发 消耗时 ， 消耗 储存 量形 成疏 干层 。 引起 水位 下降 。 雨季天然补给量大于天然消耗量 ， 补 偿储存量的不足， 水位回升。这个过程说明， 在天然分配过程中， 储存 量起调济作用， 保证天然 消耗 。所 以按天然规律 可以变 成人工分配过程 ， 即增大储存 量的调节 能力 。 保证开采 量。具体 地说 ， 旱季借用储存 量 ， 保证 连续开采 ； 雨季夺取 补给量 ， 除保 证雨 季开 采外 ， 还要 补偿借用 的 储存量 因肚 用这种原理评价时 ， 必须计算和论证以下两个重要 问题 一是旱季借用的储存 量 ， 必 须满足旱季连 续开 采的要求 ， 不能中断 ； 二是 雨季可能夺取的 补给量 ， 必须把旱季借用 的 储存 量全部补偿 回来 。 ． 为 了最大限度借 用储 存量 ， 我们采用水平集水管群开 采 ， 井垂直河谷 有时 平行 河谷 相互 平行 地埋在下伏 隔水层面上 见图 1 各 管 间距应尽 量小 ， 但最好 没有 明显干扰 。间距太 大管 1 2 ， _． _ 醑 ． ． 一 一 译 ～ 一源 一 资 ． 壮_ ． ． ● 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 理不便， 干扰太强开采量就会减少。 在互不干扰条件 下 ， 每 根管 构成 独立集水 区 ， 评价时 只研 究一根管的 开采量和补给量 即可 。现结合开采条件 分步 讨论如 下 第一步计算开采量。一根集水管的开采量受 两 侧补给 见 图 1 ， 可 按平 面流公 式二倍 计算 ， 即 Q 一 K B 骂 1 式 中 H． 潜 水含 水层 厚度 ， 即 旱季 末 期补 给 边 界处的预计水位高度 m 。 B河谷宽度 ， 等于集水管长度 m 。 K 含水层渗透系数 m／ d f h 集水管放置位置 从隔水底板算起的高 度 m ； L 影响宽度的一半长度 m 。 在影 响宽 度 2 L范 围内， 设 一根 管 允许 借 用储 存量体 积是 V， VV 矩形体 --V- 抛物 线以下 体 积 。 r 即 V V2 一Vl 一 2 LBH 1 酰h 一 军X 因 为 一 √ H }一 所以 ； 2 B I h d x 洪水位 围 1 开采 间歇 性河 答潜 水 示意 围 A一 垂 直 阿答 布置 的 集 水蕾 ， 一 平 行 布 置的橐水 管 v 一 2 L B H 一 2 r l d x 一 2 L B H 一 2 p B L H 蠡 积H -- h 一 2 L B H 1 一 蠢 H ． h a 根据 1 式得 L K． B蔓 将 C 3 式代 入 2 式得 Q V 一 2 B 2 H K [ H ； 一 h ； 一 蠡 H { 一 h ； ] ， 2 3 一 2 C B h I-I 墼 盟 ] 一 2 W K G -I 一 h H 一 号 H { 一 h ] 4 允许借 用的储存量 v， 按照 Q 开采耐 ， 能够 保证 连续开 采的 时间 为 t 一 v ，V Q t 代入 4 式得 ’ 1 3。 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 Q B 这就 是一根集水 管开采量公式 。 如用河水断流时间代替式 中 t ， 则求出的 Q 就能保 证旱 季连续 开采 ， 不会 中断 ， 一般 最好 采用 多年 出现的 断流 时 间做 t 。 或分 析 当地 水文气 象 资料 后 ， 确定安全系数 r值 ， 通 常取l 1 1 ～ 1 ． 5 ， 则 r T 一勘 探年 河水断 流时间 、， 也 可用 t 一 一 评 价 ， 如 果 t 比旱季 时间短 ， 则借用 储存量体积 不能 满足 开采要求 ， 应 当 扩大 各 管距 ， 增 加疏干 范 围 ， 重新 计算 。 如 果 t 比旱季 时间长 ， 应减 少疏干范 围 ， 以便集 中开 采 。 直到 t 接 近而 又稍大 于旱季 时间 为止 。 这时供用 的储 存量体积 合适 ， Q 也能保 证 旱季 ； 连续开采 ， 而不中断 。 第二 步计算 补给 量 包括储 存量 及评 价 。 根 据各 地实 际情况 ， 计算补给量和 储存 量 ， 针 对开 采量进行评价 。 一般有 以下几种 情况 1 如果 补给量大 于开 采量 ， 这 时关健 要看储 存量能 否满足旱季 无 补给或 补给微弱期 的 开采 ， 若能保证 旱季开采 ， 说 明开 采方 案合理 ， 开采量既能 开采出来又有补给保 证 。 2 虽然 补给 量大 于开采量 ， 但储 存量不能 满足旱季开 采 ， 应 当调 整开采方 案 ， 适 当增大面 积 ， 重新 计算 。 3 当补给 量小于开 采量时 ， 应把 补给量作为开采量 。 一 般情况下 ， 需要集水 管的根数 ， 可按需水量确定 N ’ 、 式 中N 集水管根 数 Q- 规划需水 量 三 、 实例 根据 内蒙古 自治 区呼伦 贝尔盟满归林 业局总体规 划 ， 在 该 区拟 建一座年 产3 ～5 万 t 厚 纸 板 厂 ， 预计需水 量2 万 t ／ d 。 为此 ， 我 队开展 了供水勘察工 作 。 其 目的是为拟 建厚 纸板厂 提供 供 水依据 。 1 、 地质 、 水文地质概 况 勘 测 区位于大 兴安 岭西坡 ， 激流 河谷 。 河 谷宽为 1 4 0 0 m， 分布 有第 四系全新 统冲积层 和 上 更新统冰 碛冰 水堆 积层 ， 主要岩性 为亚 粘土、 细砂 、 砾 卵石和牯土质砾 卵石 。 河谷两侧 山区为华 力西 晚期侵入岩 ， 主要岩 性 为花岗岩和 花岗闪长岩等 。 河谷 漫滩砾卵石 层 中赋 存有松散 岩类孔 隙潜 水 ， 含 水层 分布稳定 ， 厚度2 ． 5 3 ～4 ． 3 3 m， 结 构疏 松 ， 砾 卵石 占6 0 8 0 ， 粒径 一般 2 5 c m， 个别达2 0 c m。 含水层 松散 、 颗粒粗 、 孔隙小 ， 渗 透 性强 。 含水 层顶 部有一薄 层亚牯土 覆盖 ， 厚度一般 0 ． 5 ～O ． 7 m， 局部 含水层 裸露地 表 ， 决 定 了大 气降水垂直入渗补给， 河水的侧向向入渗补给也是该区地下水的主要补给来源 。 据钻孔抽水试验资料 ， 降探0 ． 9 5 ～1 ． 3 5 m 时， 单井捅水量为7 0 9 ． O 8 ～1 3 2 8 ． 1 4 m ／ d ， 统一 降深1 ． 5 m 时， 单井涌水量达7 6 8 ． 9 0 ～1 8 3 1 ， 9 2 r n ／ d 。 水南 良好 ， 无色、 无味、 透 明， 水化学类型 为 C a Na HC O 和 C a Mg HC O ， 矿化 度0 ． 0 6 4 ～0 ． 0 7 2 g ／ L， p H 值 6 ． 6 O ～6 ． 7 4 ， 属低 矿化 淡 水 。 一 】 4 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 2 、 资源计算与评价 1 开 采 量 根据 浚区水文地 质条件 结合 需水 要求 ， 采用水平集水 管开 采法 计算 开采量 。 根据勘探试验资料 ， 选取 含水 层厚度 、 渗透系 数和给水 度 。 根 据河谷宽度 集水管 长度确 定 为1 4 0 0 m， 垂直河谷布 置 ， 放置在底板 以上0 ． 5 m； 根 据满归水 文站资料补给徽弱 或中断 时 间为 8 5 天； 安全系数采用1 ． 1 ； 需水量2 万 m。 ／ d 。 计算结果见表l 。 衰1 补 偿 疏 干 法 开 采 量 计 算 表 漆避系 吉才 层 羹水管 集水管 术度 补给微弱 一楹羹 { I亭 水量 寨水管 总开采量 Q { 璜 目 或 中 断 安全 系 管开采量 数 k 厚 度 H 长 度 B 位 置 h o 数 r Q - 极 数 n 枯 一K 鲥 年 升 l 时 问 1 * Q 日 开 采 量 开 采 量 单位 m， d 万 m ／ a 万 m ／ a 根 万 m ／ a 万 I r 【 ／ 枯 万 m0 ， 丑 数值 ； 6 9 l 1 0 ． 3 2 5 l 4 O O 0 ． 5 0 ． 2 5 6 5 l _ l 2 2 ． 5 1 0 1 ． 6 8 7 4 8 ． 2 5 t 2 补给 量 经计算枯水年 大气降水渗入补给量为2 O ， 8 7 万 m。 ／ a ； 天然条件下河水渗漏补给量 2 3 2 ， 6 1 m ／ a } 开采条件下夺取河 水补给量1 9 6 7 ． 9 5 万 m ／ a 、 3 k - 久储 存 量 经计算永 久储存 量为2 0 7 ． 8 1 万 m 。 4 地表水 资源 据1 9 7 6 1 9 9 1 年统计资料， 区内激流河年最大径流量2 5 ． 1 0 亿 m ， 最小径流量7 ． 1 9 亿 m ， 多年平均径流量1 8 ． 8 7 亿 m ， 日平均流量为1 9 6 ． 9 9 6 8 6 ． 0 2 万 m 。 最枯水期2 、 3 月份， 流量小， 有时 断流 ， 最羊 水期 为7 、 8 月份 ， 流量大 。 5 评价 ①经计算 区内第 四系砾卵石孔 隙潜 水天然补 给量为2 5 3 ． 4 8 万 m ／ a 枯水年 ， 在开 采条件 下可夺得河水补给量为1 9 6 7 ． 9 5 万 m ／ a 枯水年 ， 总补给量为2 0 2 6 ． 9 0 万 m。 ／ a ， 大于开 采量 7 4 8 ． 2 5 万 ／ a ， 说 明开采量 有补给保证 。 ②计算结果表明， 在河流断流期间 或流量较小期 间 开采量为1 9 1 ． 6 8 万 m ， 这期间主要 是消耗 储存量 ， 而储存 量2 0 7 ． 8 1 万 m。 ， 大 于消耗量 ， 故在枯 水期有开 采保证 。 由于 补 给量远大 于开采量 ， 所以动用的储存量 可在下一个 丰水期得到补偿 。 ③该 区可利用 的地 表 水资源丰富 ， 应采取开源节流 的方针 ， 地下水地表水综合利用 。 ④要充分认识到该水源为调节型水源， 即依靠永久储存量的调节怍用来保证开采 ， 因此， 要节制用水， 特别在枯水年更要严格控制开采量。 ⑤该水源 地地 下水 包括地表 水 水质 良好 ， 均为低 矿化 淡水 ， 基本满 足生活用 水 、 一般锅 炉用水和造 纸工业用水 的水质标准要求 。 1 5 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆