湖南华润鲤鱼江发电厂(大口井)水文地质勘测工作方法及技术成果

湖南华润鲤鱼江发电厂(大口井)水文地质勘测工作方法及技术成果[摘要]查明水源地范围的水文地质条件，评价地下水资源，落实地下水可开采量。根据渗透系数、水位传导系数、含水层厚度等资料，确定井径、井深、单井出水量与设计动水位。[关键词]钻探技术抽水试验渗透系数涌水量[中图分类号]P64[文献码]B[文章编号]1000-405X（2014）-7-171-21工程概况湖南华润鲤鱼江发电厂位于郴州市苏仙区桥口镇耒水河左岸的下渡村，本期建设规模为2×600MW机组，机组补充水量约为3300m3/h，取水口位于耒水河左岸郴三线东江铁路桥下游0.62km制革厂围墙外岸边处，位于石面坦水库的尾部，征地面积1500m2。共布设7个水文地质勘测钻孔，确定大口井位置后，布设4个结构孔。2工作方法技术本次勘测工作采用工程测绘、工程钻探、采样试验、抽水试验等技术手段。勘测技术方法如下：2.1工程测绘分四个步骤完成：坐标系统、控制测量、碎部测量、图形编辑。2.2工程钻探钻探技术要求及质量执行中华人民共和国行业标准《建筑工程地质勘探与取样技术规程》（JGJ/T87-2012）。本次工程钻探采用租船及空油桶连合固定方法将XY-1型钻机固定在船上，每个钻孔定位后移船，对准孔位，然后拉钢丝绳固定船体，下入多层套管，采用回转泥浆护壁的方法钻进。取芯率卵石层较差，微风化白云质灰岩采取率较高。2.3样品采取及测试样品取好后及时贴上标签，标明上下关系并及时封蜡。取样必须保证每一土层均有土样，采样具体操作执行《建筑工程地质勘探与取样技术规程》（JGJ/T87-2012）。①土样，在有土层的孔中采取土样品，一般土层采用取土器用静压或锤击法分层采取。样品及时送实验室进行常规项目土工试验，并测定其渗透系数。②岩样，在各孔中取1组岩样进行饱和、天然、烘干单轴抗压试验。③水样，在抽水孔中各含水层根据不同季节采取水样1件，进行水质简易分析。2.4抽水试验：多孔抽水试验试抽时由于受河水的影响各观测孔水位不变，故改为在各孔进行稳定流抽水试验（ZK6孔由于含水层厚度太薄，无法进行试验），水位降深进行3次（ZK7孔由于含水层厚度太薄，水位降深进行1次），抽水稳定时间为4小时。3地层与岩石根据本次野外地质调查、区域地质资料以及钻孔资料，钻孔揭露深度范围内评估区地层主要为第四系冲积层（Qal）。土性主要为卵石，第四系冲积层厚度一般0.5～15m。区内主要岩层有石炭系（C）白云质灰岩等。4地下水特征（1）场地地下水主要赋存于第四系冲积成因的卵石层及基岩裂隙中，属孔隙潜水和裂隙水，主要受河流径流补给。各抽水孔卵石含水层厚度等情况见表1。（2）抽水试验属河水下河床卵石含水层小口径管井抽水；滤水管长度多为2m，约为含水层厚度的1/4，置于含水层中、下部；降深较小，为0.80～3.27m，降深差较小。抽水结果见表2。Q～s关系多为直线关系，说明抽水时河水级充分补给。（3）渗透系数K抽水时井壁附近水流以垂直运动为主，K值计算采用文献[3]P.280（6-2-58）式：K=lg式中：K--渗透系数（m/d）；Q--涌水量（m3/d）；L--过滤管长度（m）；r--井半径（m）。K值计算结果见表3，平均57.5m/d，ZK4为77.6m/d。巴氏计算式适用于管井较小时计算K概值。上述计算的K值偏小，其原因很多，如：抽水井滤管外未设砾石过滤层，抽水时含水层中的细颗粒易堵塞滤网，影响进水量；抽水试验滤管短，抽水时间短降深较小，充足的补给效果难以体现出来。据文献[3]，卵石含水层K经验值100-200m/d。手册介绍一些城市的岸边、傍河取水大井开采表明，降深增大后流速加快，大井的入渗补给量显著增加，卵石含水层K200m/d。综合分析，本取水口卵石层K取200m/d。（4）本次勘察于ZK4孔取水样1件，进行工程水简项分析，分析结果：PH值为7.25，HCO3-为73.74mg/L，SO4-2为25.00mg/L，CL-为17.71mg/L，侵蚀性CO2为2.80mg/L，根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001），其水质对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性，对钢结构具微腐蚀性。5场地地下水资源评估（1）根据各抽水孔含水层厚度、地形与渗透系数等资料，ZK3孔的位置较好，但该孔向河心外伸，已进入航道，易造成碍航，同时本取水口水量为3300m3/h（79200m3/d），故建议选取ZK4孔附近的位置作为取水口的位置，有关情况见表3。（2）本工程要求补充水量约为3300m3/h，取水口按保证率P为90%的枯水流量（35.9m3/s）计算本工程的取水量占枯水流量的2.55%，因此，本取水口的建设对河道水量不会产生大的影响。（3）取水口的取水量引起水面线下降平均不超过3.0cm，影响半径约为30m，对航运等影响很小，同时，由于河床为卵石层，不存在软弱土层，故抽取地下水对其稳定性影响很小。（4）河水下卵石层潜水井涌水量计算①试用前述巴氏公式，设定取水量79200m3/d，反算大井半径r。设L=2.00m，S=0.50m，K取ZK4孔77.6m/d，计算得r=1.31m。设S=4.00m，r=1.26m，若K取200m/d，则r只需1.16m。这样小的大井能获取如此大水量的潜水，是不可能的。简单的复核如下：达西渗流定律：流量Q=过水断面面积W×渗流速度v=WKI。水力坡度I=△H/△S，△H―沿渗流方向上水头降落值，△S――渗流途径长度。河水下卵石层潜水大井抽水时，井壁附近水流以河水径流补给的垂直流为主，△H与△S一致，I=1（水边坡度最大值），V=K，Q=WK。按前述设定：W=4m×1.16m×2×3.1416=29.15m2，K取200m/d，Q=5830m3/d。此计算式中，4m已属设定标高以上的含水层厚度（表4），K=200m/d取值也已很大，直径2×1.16m=2.32m的大井，在含水层厚度较薄的条件下，完全不可能获取设计需水量。说明不能使用巴氏公式计算Q或反求r。规范[1]提示：选择计算公式时，实际水文地质条件和取水条件要与推导公式的假定条件比较相符，否则将产生很大的误差；流向集水建筑物的潜水涌水量计算公式应符合水力坡度I1/4的条件。②据供水勘察规范[1]9?4?5条，含水层埋藏较浅，开采期间地表水能充分补给时，可根据取水构筑物的型式，采用岸边渗入公式确定允许开采量。设大井直径D=8m，r=4m，周边全断面井壁进水，井中心与河水线距离L=6m，K=200m/d，表4含水层厚度H=4.2m，S=121.14-118.50=2.64m。岸边潜水井壁进水采用文献[3]P.601（9.8.70）式：Q=1.366K==8709m3/d③查现有各种水文工程地质手册、供水水文地质勘察规范、基坑支护规范中的基坑涌水量（相当大井）计算，尚没有计算河床大井取水的涌水量计算公式（理论的或经验的），能综合反映涌水量与井径、降深、含水层厚度及介质、进水断面面积及过水性能、补给边界及补给条件等各种关系。现按渗流公式估算Q，设大井直径D=8m全断面进水（相当于D=12m，2/3断面进水），进水断面高2.64m，W=66.35m2，V=200m/d，则大井抽水进水流量Q=13270m3/d。若取水口要从潜水中取水79200m3/d，需进水断面面积达400m2，即相当于上述规格大井六口，这在施工技术、井位选定、经济上都是困难和不适宜的。④结论。取水口要满足79200m3/d的取水量设计，单靠抽取河水下卵石层潜水是不适宜的，取水构筑物的设计要以抽取经过过滤后的河水为主，潜水作辅助水源。6大口井井径及涌水量概算据参考文献[2]P.545表2-5-7和[3]P.606表9-8-43，过筛后的砾石滤直径5-7mm，K概值=0.039m/s=3370m/d，大井进水断面面积达23.5m2，即过滤层存放断面长23.5m（相当D=12m，2/3断面进水）、河水有效水源（明水）1m以上，可满足79200m3/d的取水设计要求。参考文献[1]国家标准：《供水水文地质勘察规范》（GB50027-2001）.[2]第一至第七机械工业部：《供水水文地质手册第二册水文地质计算》，地质出版社，1977年8月.[3]龙振华、李传尧主编：《城市地下水工程与管理手册》，中国建筑工业出版社，1993年5月.[4]国家标准《岩土工程勘察规范》（2009年版）（GB50021-2001）.[5]国家标准《建筑工程地质勘探与取样技术规程》（JGJ/T87-2012）.