浅谈中卫黄河滩地大口径管井渗透系数参数计算

王楠

宁夏回族自治区地质工程院 宁夏银川 750000

随着我国经济的发展，水资源的需求逐年增加，尤其是西北地区，常年干旱少雨，而宁夏作为西北内陆省份，水资源十分贫乏。全区地表水资源8.89×108m3，地下水资源25.3×108m3，而宁夏全区水资源人均可用量为893m3，根据联合国的标准，人均水资源低于1000m3属于重度缺水，为进一步论证关于在卫宁平原建设水源地采用大口径管井的群井取水的可能性，在中卫市宣和镇徐庄村北侧、滨河路南侧，距离黄河180m出布置2眼大口径管井。通过对抽水试验数据分析以及采用多种计算方式校核、模拟分析，获取了该地区的渗透系数，为建设卫宁平原水源地取水方式提供数据支撑[1]。

1 工程概况

拟建西海固地区脱贫引水工程水源工程位于黄河右岸中卫市沙坡头区与中宁县之间，拟在七星渠引水口（申滩）至清水河入河口的黄河河漫滩及一级阶地范围内建设水源地，其东西方向长约25km，南北方向宽约0.5—2.0km，面积约30km2。从该水源地取水，经汇集后通过4级加压泵站和207公里输水线路沿清水河川逆流而上，在终端与中南部水源工程的中庄调节水库相连，起点取水设计水位1203.00m，终端入南郊水厂设计水位1880m，净扬程677m，总扬程约800m。

2 抽水试验渗透系数K参数计算

2.1 均质含水层渗透系数计算

本次抽水试验抽水层位为潜水，抽水井为完整井，为稳定流抽水试验。将含水层概化为均质无限含水层，进行水文地质参数计算。

（1）渗透系数计算公式的选取

渗透系数K的计算一般采用两种方法，一种是选用主井潜水完整井的裘布依公式（式1-1）计算，另一种选用带观测井的蒂姆公式（式1-2）计算。

式中：K为含水层渗透系数，单位m/d；Q为管井出水量，单位m3/d；R为影响半径，单位m；H为潜水含水层厚度，单位m；S为降深，单位m；r为抽水孔半径，单位m。

式中：K为含水层渗透系数，单位m/d；Q为管井出水量，单位m3/d；H为潜水含水层厚度，单位m；r1，r2为抽水孔至观测孔的距离，单位m；S1，S2为观测孔降深，单位m。

在采用裘布依公式计算过程中，消除水跃值的影响才能获得更加精确的水文地质参数。水跃值经验公式较多，经常采用的是拉莫夫潜水井水跃值经验公式（式1-3）计算。

式中：△h为水跃值，单位m；S为抽水孔内水位降深，单位m；K为含水层渗透系数，单位m/d；

F=2πr0h0，其中r0、h0、分别为滤水管的半径及有效高度；a为滤水管结构经验系数，对于完整井，网状和砾石滤水管的a值为15～25，穿孔、缝隙及金属丝滤水管的a值为6～8，对于不完整井，水跃值较完整井大，可将a值乘以1.25～1.50系数。

以黄河滩地两眼大口径管井抽水试验为依据，验证裘布依公式和蒂姆公式在卫宁平原的适用性以及在松散含水层中的可适用性。根据2#、3#井现场观测数据计算渗透系数如下：

由表1可知，渗透系数受水跃值的影响很大，并且利用裘布依公式计算渗透系数，变量多，不确定因素多。根据现场测定，当2#、3#井达到最大降深出水量稳定时，其周围的水力坡度大于0.25，此时井内的渗流场的势分布已经不符合裘布依公式的假定条件，因此结果不准确。

抽水试验，当消除水跃值时，计算出来的渗透系数往往要比未消除水跃值计算出来的大，并且是一个与井结构、井内水位降深、观测孔距离等有关的随机变量，与理论不相符合。

表2 2号主井蒂姆公式计算结果

表3 3号主井蒂姆公式计算结果

考虑到黄河河漫滩和观测孔的相对位置，以及黄河对地下水的影响，可将带有两个观测孔的蒂姆公式修正为垂直河岸方向和平行河岸方向。

式中：K为含水层渗透系数，单位m/d；Q为管井出水量，单位m3/d；H为潜水含水层厚度，单位m；r1，r2为抽水孔至观测孔的距离，单位m；S1，S2为观测孔降深，单位m；b为抽水孔距离河岸垂直距离。

2号主井选取距离平行河岸方向的1#、2#观测孔和垂直近河岸的6#、7#观测孔为计算基础。

3号主井选取距离平行河岸方向的1#、2#观测孔和垂直近河岸的6#、7#观测孔为计算基础。

由表2和表3可知，蒂姆修正公式考虑了实际傍河取水的水迹，计算结果显示垂直河流近河方向渗透系数计算结果大于蒂姆公式计算结果，平行河流方向渗透系数稍小于蒂姆公式计算结果。因此2号、3号井渗透系数采用蒂姆公式修正值计算的平均值，即2号井渗透系数为8.07m/d，3号井渗透系数为11.2m/d。

综合表1、表2、表3来看，将含水层概化为均质无限含水层后，2号井裘布依公式计算结果为4.34m/d（消除水跃值），蒂姆公式修正两个方向的计算结果为8.07m/d；3号井裘布依公式计算结果为5.20m/d（消除水跃值），蒂姆公式修正两个方向的计算结果为11.2m/d。分析可知，在计算渗透系数的两种方法中，主井潜水完整井的裘布依公式计算结果大约是带观测井的蒂姆公式的1/2[3]。

3 结语

渗透系数K是水文地质参数计算中很重要的一个参数，它的选用取值范围受多重因素的影响。采用均质无限含水层稳定流模型计算有以下假设：①地下水流服从达西定律；②含水层按照均质、各向同性考虑；③地下水主要接受黄河侧向补给。考虑到实际地下水流向存在三维紊流的影响，K值的选取要谨慎，通过分析可知，平行黄河方向比垂直黄河方向的渗透系数小，主要与黄河水补给速度有关，渗透系数不单单是平行垂直方向两个系数的平均值。从2#、3#管井抽水试验数据来看，降深与渗透系数呈正相关，即降深越大，含水层渗透系数K越大。

在相关公式的选用上，带两个观测井的修正蒂姆公式精确度要比主井潜水完整井的裘布依公式的高，并且带观测井的蒂姆公式能够避开主井降深变化引起的水跃值，从而在根本上消除水跃值对渗透系数的影响。在现场试验条件允许的情况下，测量渗透系数K最好选用带两个观测孔的方式。在前期论证可研试验阶段，可以利用单井的裘布依公式粗略估算渗透系数，实际渗透系数约为裘布依公式计算的2倍。