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摘 要：针对武陟县规划设计备用水源地供水量6万m3/天的需求，本文在通过一系列调查及试验成果的基础上，初步查明了武陟县水文地质条件，对拟建水源地进行了开采方案设计，采用有越流补给水文地质模型和汉图什公式，运用解析法对水源地开采方案进行了合理性评价。
关键词：越流补给；解析法；水源地评价；武陟县
0 引言
武陟縣位于河南省北部，黄河北岸，与郑州隔河相望，属焦作市。县域面积860km2，人口71.1万。为满足城区快速发展的需要，规划设计并评价供水量6万m3/d备用水源地，用于城区居民生活及工业用水。
1 工作概述
为初步查明武陟县水文地质条件，在武陟县范围内进行了资料收集、水文地质测绘、地球物理勘探、水样采集、水文地质钻探、抽水试验等水文地质工作，基本查明工作区内150m以浅的含水层的岩性结构、埋藏条件、分布规律及富水性特征；基本查明地下水的补给、径流、排泄条件及其动态变化规律；通过单孔、多孔抽水试验，求取了浅层（0～60m）及中深层（60～150m）含水层水文地质参数。
水文地质条件：勘察区地表被第四纪地层所覆盖。地下水赋存于细砂、中砂、粗砂、卵砾石孔隙中。地下水类型属于松散岩类孔隙水。根据地下水埋藏条件、成因类型、水力特征，结合地下水开采现状，将区内地下水划分为浅层水、中深层水及深层水。浅层水系指埋藏于地表下约60m以浅的承压含水岩组，砂层厚度约40m。中深层水系指埋藏于地表下约60～150m深度的承压含水岩组，砂层厚度约54m。深层水为150m以下承压含水层。其中浅层与中深层水之间隔水层不连续，浅层水越流补给中深层水，中深层与深层水之间具有稳定隔水层，无补给关系。
通过已查明的水文地质条件，初步确定水源地开采井沿沁河呈条带状布置，开采中深层（60～150m）承压含水层地下水。
以下将采用解析法，对拟建水源地开采方案进行设计并用解析法对设计方案进行评价。
2 水源地开采方案设计
本次水源地拟开采中深层地下水6万m3/d。水源地开采井沿沁河线型布置于沁河大堤临河侧，采用井群集中供水方式，设置150m深完整井28眼，取水层厚度均为54m，其中同步开采井26眼，备用井2眼，井间距均为300m，开采量平均每眼井为2400 m3/d。拟建井位布置设计如图1所示。
3 水源地开采方案评价
3.1 水文地质模型
根据勘探孔抽水试验观测数据及求参结果，中深层含水层为越流承压含水层，接受上部浅层含水层的越流补给。所以，本次将工作区概化为第一类越流系统，即弱透水层的弹性储水释水可忽略不计，且在主含水层抽水期间相邻含水层的水头保持不变。
假定条件：主含水层抽水期间，相邻含水层的水头保持不变，弱透水层的弹性储释水可忽略不计。主含水层与相邻含水层初始水头面水平且相等。主含水层地下水水平径向二维流动，相邻含水层中地下水越流补给主含水层水，地下水在弱透水层中水呈垂直一维流动。相邻含水层在与主含水层的初始水头面水平却相等。其他条件同泰斯假定：含水层均质，各项同性，无限延伸；渗流服从达西定律；承压完整井；主含水层中地下水瞬时释放。
单井定流量有越流承压完整井流的数学模型如下：
（1-1）
定义为越流系数。此定解问题可解得降深方程（汉图什公式）：
（1-2）
W（u）—泰斯井函数；1/B—越流补给系数，取1.1×10-4；W（u，r/B）—第一类越流系统的定流量井函数；Q—设计开采量（m3/d），取2400m3/d；K-渗透系数（m/d），取25.5m；M-取水段厚度（m），取54m；r-计算点与井心距离（m）；a-导压系数，2.68×106m2/d；t-开采年限内单井累计开采天数（d）。
3.2 水位预测
经过对中间若干拟建井水位降深逐个计算，确定30年后ZK19井降深最大，设为拟建水源地中心井。在此对中心井19号井水位降深进行预测。
采用抽水试验求取的水文地质参数与开采数据，求得u，r/B后查表求得W（u，r/B），带入公式（1～2），得水源地所有开采井对中心开采井ZK19的叠加干扰降深。最终计算得：开采井对中深层地下水增开6万 m3/d后，第1年末、第5年末、第10年末、第15年末、第20年末、第30年末中心井ZK19预测降深分别为：14.93m，15.21 m，15.43 m，15.78 m，15.85 m，15.88 m。
4 结论
由水位预测数据可知，该开采方案下开采后，地下水水位很快趋于稳定，并随着开采时间的增加，水位下降速度逐渐变慢，20年以后地下水水位基本稳定，补、排达到新的平衡。另现状静水位埋深24.00m，即水源地开采30年后中心开采井动水位埋深为39.88m，小于含水层的顶板埋深60m；因此，使用该方案情况下，拟建水源地开采中深层地下水6万 m3/d的开采量是有保证的，此开采方案合理。
另经对比，当设计同步开采井24眼时，单井开采量增大，计算预测30年后中心井动水位埋深大于60m，低于含水层顶板，含水层疏干，设计方案不合理。
所以设计同步开采井26眼，另配备2眼备用井，水量有保证，且30年后预测动水位高于取水含水层顶板，该开采方案合理。
参考文献
[1]沈照理.水文地质学[M].科学出版社，1991.
[2]史长春.水文地质勘察（上下册）[M].水利电力出版社，1999.
（作者单位：河南省地质矿产勘查开发局第一地质环境调查院）
关键词：越流补给；解析法；水源地评价；武陟县
0 引言
武陟縣位于河南省北部，黄河北岸，与郑州隔河相望，属焦作市。县域面积860km2，人口71.1万。为满足城区快速发展的需要，规划设计并评价供水量6万m3/d备用水源地，用于城区居民生活及工业用水。
1 工作概述
为初步查明武陟县水文地质条件，在武陟县范围内进行了资料收集、水文地质测绘、地球物理勘探、水样采集、水文地质钻探、抽水试验等水文地质工作，基本查明工作区内150m以浅的含水层的岩性结构、埋藏条件、分布规律及富水性特征；基本查明地下水的补给、径流、排泄条件及其动态变化规律；通过单孔、多孔抽水试验，求取了浅层（0～60m）及中深层（60～150m）含水层水文地质参数。
水文地质条件：勘察区地表被第四纪地层所覆盖。地下水赋存于细砂、中砂、粗砂、卵砾石孔隙中。地下水类型属于松散岩类孔隙水。根据地下水埋藏条件、成因类型、水力特征，结合地下水开采现状，将区内地下水划分为浅层水、中深层水及深层水。浅层水系指埋藏于地表下约60m以浅的承压含水岩组，砂层厚度约40m。中深层水系指埋藏于地表下约60～150m深度的承压含水岩组，砂层厚度约54m。深层水为150m以下承压含水层。其中浅层与中深层水之间隔水层不连续，浅层水越流补给中深层水，中深层与深层水之间具有稳定隔水层，无补给关系。
通过已查明的水文地质条件，初步确定水源地开采井沿沁河呈条带状布置，开采中深层（60～150m）承压含水层地下水。
以下将采用解析法，对拟建水源地开采方案进行设计并用解析法对设计方案进行评价。
2 水源地开采方案设计
本次水源地拟开采中深层地下水6万m3/d。水源地开采井沿沁河线型布置于沁河大堤临河侧，采用井群集中供水方式，设置150m深完整井28眼，取水层厚度均为54m，其中同步开采井26眼，备用井2眼，井间距均为300m，开采量平均每眼井为2400 m3/d。拟建井位布置设计如图1所示。
3 水源地开采方案评价
3.1 水文地质模型
根据勘探孔抽水试验观测数据及求参结果，中深层含水层为越流承压含水层，接受上部浅层含水层的越流补给。所以，本次将工作区概化为第一类越流系统，即弱透水层的弹性储水释水可忽略不计，且在主含水层抽水期间相邻含水层的水头保持不变。
假定条件：主含水层抽水期间，相邻含水层的水头保持不变，弱透水层的弹性储释水可忽略不计。主含水层与相邻含水层初始水头面水平且相等。主含水层地下水水平径向二维流动，相邻含水层中地下水越流补给主含水层水，地下水在弱透水层中水呈垂直一维流动。相邻含水层在与主含水层的初始水头面水平却相等。其他条件同泰斯假定：含水层均质，各项同性，无限延伸；渗流服从达西定律；承压完整井；主含水层中地下水瞬时释放。
单井定流量有越流承压完整井流的数学模型如下：
（1-1）
定义为越流系数。此定解问题可解得降深方程（汉图什公式）：
（1-2）
W（u）—泰斯井函数；1/B—越流补给系数，取1.1×10-4；W（u，r/B）—第一类越流系统的定流量井函数；Q—设计开采量（m3/d），取2400m3/d；K-渗透系数（m/d），取25.5m；M-取水段厚度（m），取54m；r-计算点与井心距离（m）；a-导压系数，2.68×106m2/d；t-开采年限内单井累计开采天数（d）。
3.2 水位预测
经过对中间若干拟建井水位降深逐个计算，确定30年后ZK19井降深最大，设为拟建水源地中心井。在此对中心井19号井水位降深进行预测。
采用抽水试验求取的水文地质参数与开采数据，求得u，r/B后查表求得W（u，r/B），带入公式（1～2），得水源地所有开采井对中心开采井ZK19的叠加干扰降深。最终计算得：开采井对中深层地下水增开6万 m3/d后，第1年末、第5年末、第10年末、第15年末、第20年末、第30年末中心井ZK19预测降深分别为：14.93m，15.21 m，15.43 m，15.78 m，15.85 m，15.88 m。
4 结论
由水位预测数据可知，该开采方案下开采后，地下水水位很快趋于稳定，并随着开采时间的增加，水位下降速度逐渐变慢，20年以后地下水水位基本稳定，补、排达到新的平衡。另现状静水位埋深24.00m，即水源地开采30年后中心开采井动水位埋深为39.88m，小于含水层的顶板埋深60m；因此，使用该方案情况下，拟建水源地开采中深层地下水6万 m3/d的开采量是有保证的，此开采方案合理。
另经对比，当设计同步开采井24眼时，单井开采量增大，计算预测30年后中心井动水位埋深大于60m，低于含水层顶板，含水层疏干，设计方案不合理。
所以设计同步开采井26眼，另配备2眼备用井，水量有保证，且30年后预测动水位高于取水含水层顶板，该开采方案合理。
参考文献
[1]沈照理.水文地质学[M].科学出版社，1991.
[2]史长春.水文地质勘察（上下册）[M].水利电力出版社，1999.
（作者单位：河南省地质矿产勘查开发局第一地质环境调查院）