济宁市山前平原岩溶水水源地抽水试验分析

陈国浩 孟翠翠 陈 硕 陈翔宇 张海廷

（济宁市水文局 济宁 272000）

1 引言

济宁市位于山东省西南腹地，处于沂山低山丘陵与山东省西南部黄泛平原交接地带。济宁市山前平原岩溶水水源地主要为郭里集单斜子系统内分布的电解铝厂、尹家沟、石桥、唐村、北亢、谢庄、黄路屯、双村和两城水源地。郭里集单斜子系统位于邹县的西南，东依峄山、西邻南阳湖、南接独山湖，主要包括邹城市郭里镇、石墙镇、太平镇、唐村镇、北宿镇、峄山镇及微山县马坡镇、两城镇等部分地区。岚曹高速、京台高速、G104、G327、S104、S345、S342 从区内或区外通过，有纵贯南北的铁路和贯穿南四湖的京杭大运河，交织成网的公路把铁路与水路连成一体，沟通了与全国各地的联系，交通十分便利。济宁市山前平原岩溶水水源地为济宁市城市生活及大中型企业生活生产用水提供了优质的水源，为城市及地方发展做出了极大的贡献。对水源地的水文排布规律进行研究，可为更合理地利用水源地水源提供科学依据。水源地地理位置见图1。

2 水源地基本条件

2.1 水源地地质概况

郭里集单斜子系统的东、南部为低山丘陵，西、北部为山前倾斜平原。地势东高西低，西侧鲁桥临湖地带地势最低洼，地面标高在35m 左右，南部及东部丘陵区，一般标高200～350m，最高点在峄山，标高为545.2m。

依据地貌成因和地貌形态组合，区内地貌共分为两大类、八种成因类型：（1）低山丘陵，分布在系统的东部边界之处、分散在南部；基岩埋藏较浅，山顶直接裸露，岩性为花岗岩为主，质地坚硬，多形成尖峭的地貌形态；坡麓地带，风化较严重，表层多为残积物覆盖；谷底堆积较薄的洪积物、坡积物等。（2）山前倾斜平原：坡面冲积平原、冲积洪积平原、冲积平原。

图1 地理位置示意图

2.2 水源地水文概况

郭里集单斜子系统为兖州凸起岩溶含水系统的一部分，裸露或隐伏分布着大面积的寒武—奥陶系碳酸盐岩，具有独立的地下水补、径、排、存储条件，类型属于独立完整的岩溶地下水系统。根据岩溶水的补给、径流、排泄及区域存储特点，可进一步划分为南、北两个相对独立的水文地质单元，也就是说兖西断块和郭里集单斜两个子单元。两个水文地质单元在接庄—邹城一带连为一体，它们之间既有相对独立性，又有相连的整体性。

郭里集单斜子系统位于兖州凸起岩溶含水系统的南部，为一向北和北西倾斜的单斜蓄水构造，总面积约521.75km²，其中南端山区裸露面积约246.75km²。上覆孔隙含水层由潜水—微承压水处理；潜在的岩溶含水层是承压的。孔隙含水层与岩溶含水层之间存在弱渗透层。郭里集单斜子系统中的水源是一个岩溶含水层组，隐藏在第四系之下。它主要为奥陶系马家沟群碳酸盐岩含水层，其次是上覆的第四系松散层孔隙水含水层。第四系厚度在52～65m 左右，其底部岩性主要为粘土层及富水性差的混粒砂，厚度在15m左右，在水源地附近形成较连续的相对隔水层，第四系孔隙水水位标高在33m 左右，岩溶水水位标高在13m 左右。

3 抽水试验

为了确定水源的地下水含水层渗透系数、探查水源流长特征和各含水层之间的水力联系。于2017年4月26日至5月31日，在山前平原的岩溶水源地进行了单孔抽水试验以及群孔干扰抽水试验，持续36d，其中抽水33d，静水位及恢复水位观测3d，抽水层为隐伏裂隙岩溶含水层。抽水试验共设抽水主井7 眼，本次抽水过程主要经历了三个阶段：

3.1 单孔抽水试验（2017年4月25～26日）

在实验之前，测量监测井的静水位，然后对抽水主井进行抽水试验，并在观察孔上进行静水位观测。单孔抽水试验共持续16h，沉降时间为15h，恢复时间为9h。

根据该公式，可计算出本次抽水井影响半径和含水层渗透系数：

式中：R—抽水影响半径，m；

S—降深，m；

M—含水层厚度，m；

r—抽水孔半径，m；

K—含水层渗透系数，m/d；

Q—涌水量，m³/d；

试验期间的抽水流速为6888m³/d，单位水流入量为1916.528 m³/（d·m）。抽水前静水位埋深24.616m，水位减少3.594m。依据计算公式（1），计算得出抽水井的含水层渗透系数为59.208m/d，影响半径为276.545m，导水系数为2236.878 m2/d。

3.2 群孔干扰抽水试验（2017年4月26日～5月31日）

在实验过程中，对抽水主井进行抽水，同时对监测井水位进行监测。对抽水主井进行抽水的同时，监测抽水井的动水位和流速，同时进行移动水位和流量监测。在抽水之后的第1min、2min、3min、4min、6min、10min、15min、20min、25min、30min、40min、50min、60min、80min、100min、120min 各观测一次，每30min 进行一次测试，直至泵送结束。三次测量的数据是相同的，或者4h 内水位差不超过2cm，这即为稳定水位。在稳定期每半小时测定一次。通过对监测井的水位监测，在群孔抽水试验前期及抽水后期，第四系孔隙水流场没有发生明显变化，水源中的地岩溶地下水从南向北径流，岩溶地下水流向漏斗中心。

3.3 关停所有水泵，进行水位恢复观测（2017年5月29日10 点35 分），结束恢复水位观测（5月31日）

执行恢复水位监测时按照1min、2min、2min、3min、3min、4min、5min、7min、8min、10min、15min 的时间间隔观测，以后每隔30min 观测一次，直至稳定。监测结果表明，监测水位在10 天后恢复，第四系孔隙地下水对裂隙岩溶地下水具有补充作用。第四系孔隙地下水对裂缝型岩溶地下水的回流通常延迟约10 天左右。

4 结论

（1）单孔抽水试验结果表明：济宁市山前平原岩溶水源地含水层渗透系数为59.208m/d，抽水井的冲击半径为276.545m，导水系数为2236.878m2/d。根据抽水井的影响半径，可为济宁市山前平原岩溶水源地的保护提供理论依据。

（2）群孔干扰抽水试验结果表明：水源地岩溶水的补给来源是大气降水的补给、农田灌溉的补给、地表水的补给和侧向径流供给，还有第四系孔隙水补充岩溶水。

（3）济宁市山前平原岩溶水源地的径流方向为自南向北径流，在局部地段岩溶地下水向漏斗中心径流。排泄方式主要是西北角的人工采矿和侧向径流。

（4）群孔抽水试验的前期和后期抽水阶段，第四系孔隙水流场没有发生明显变化，第四系孔隙地下水对裂隙岩溶地下水具有越流补给作用，补给时间一般滞后10d 左右■