沈丘水源地勘探阶段报告.docx
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沈丘水源地勘探阶段报告
河南省沈丘县城供水工程王营水源地
供水水文地质勘探阶段报告
河南省地矿建设工程（集团）有限公司
二〇〇九年七月
1、序言
1.1、任务来源
沈丘县位于河南省东南部，豫皖交界处，居颖水中游，是周口市的东大门，也是豫东南和皖西北交流的重要门户和物资集散地。
沈丘县东与安徽界首相接，南与安徽临泉为邻，西与项城市相连，北与邯郸、淮阳接壤。
全县辖10镇10乡2办事处，总人口121.26万人，总面积1080.53平方公里。
沈丘城区位于沈丘县的西北部，沙颍河穿城而过，城区面积13km2。
目前沈丘县城城区人口13万人。
根据沈丘县城市总体规划，至2020年城区人口突破28万人，加之县域经济迅速发展，城市规模的不断扩大，县城用水量将达3.6×104m3/d。
而目前沈丘县城的实际日供水能力仅为0.8×104m3。
沈丘县城城镇供水的主要问题是：
县城地表水及浅层地下水污染较严重，水质无法满足供水要求；当前县城供水以自备井开采为主，地下水开采混乱，城镇没有水厂公共供水，自来水公司现采用水井直接供给用户使用，卫生条件差、供水能力低，无法满足群众生活既经济发展需要。
为此，县委、县政府决定在城区东南郊沙颖河以南，王营村附近，扩建一个日供水能力为（一期）2.0×104m3/d的地下水集中供水水源地，从而缓解日益紧张的用水供需矛盾。
为加快水源地建设，沈丘县自来水公司于2009年5月委托河南省地矿建设工程（集团）有限公司对沈丘县城东南郊王营水源地进行供水水文地质勘探祥勘工作，勘探的目的层为埋藏深度在400~600m的深层地下水。
1.2、勘探范围
勘察区位于沈丘县城的东南郊沙颍河南岸，北起沙颖河，南至石槽乡徐营，东起石槽乡的王小寨，西至槐店镇的赵寨、王楼一线。
东西长4.5km，南北宽4km，勘探区面积为18km2。
勘察区地理坐标：
东经115°03′00″—115°09′30″，北纬33°20′00″—33°25′00″。
勘察区紧靠县城，交通便利，漯界高速和漯阜铁路横穿城区，国道、省道及县乡公路四通八达，交通便利。
（见图1-1）
1.3、目的任务
查明拟建水源地范围的水文地质条件，进一步评价地下水资源，提出合理开采方案。
探明的地下水允许开采量满足B级精度要求，为水源地施工图设计提供依据。
要求提交B级储量2万t/d,为了节省投资，勘探孔应尽量结合开采井统一布局布置，按开采井要求成井。
2、地下水开采现状
2.1、浅层地下水
浅层地下水埋藏深度50m以浅，目前开采层段多集中在15-35m之间，是农业灌溉和乡镇居民生活饮用的主要地下水源。
经调查，工作区浅层地下水总开采量为589.68×104m3/a，其中农业灌溉用水量为486.00×104m3/a，工业和生活饮用及其他103.68×104m3/a。
2.2、中深层地下水
中深层含水层埋藏深度在50-350m，目前开采深度多在250-400m之间，是沈丘县城目前地下水开采的主要层位。
中深层地下水是沈丘县城区城镇供水的主要水源，开采多集中在县城中心区域。
通过调查，城区共有中深层地下水开采井15眼，其中自来水公司8眼，主要分布于城区的东关、北关、西关和高营一带；自备井6眼，分布在啤酒厂、火车站、、电厂、县医院等地。
中深层地下水总开采量达1.5×104m3/d，目前已形成以城区为中心的中深层地下水开采降落漏斗，漏斗中心静水位埋深已达60m左右。
2.3、深层地下水
县城区内深层地下水开采量较小，目前，仅有沈丘县二高、一高的2眼深层供水管井，取水段在400-600m之间，含水层为新近系砂层。
该层现状开采量为300m3/d。
3、水文地质研究程度
沈丘县位居豫东平原，自1966年以来，主要开展了一些区域水文地质工作和水井施工工程。
这些成果对了解勘察区的地质、水文地质条件有较高的参考价值。
尤其是《河南省周口地区农田供水水文地质勘察报告》、《1／20万区域水文地质普查报告》和《河南省沈丘县城给水工程龚寨水源地供水水文地质详查报告》，三成果对区域及勘察区浅层、中深层和深层地下水水文地质条件有较详细的研究。
同时，通过收集分析研究沈丘县城近年施工的供水管井资料，基本查明了区域及勘察区内浅层、中深层和深层地下水含水层的结构、岩性、富水性及水化学特征等。
以上成果对本次勘察工作起到了明显的借鉴作用，水文地质研究程度见表1－1。
表1－1水文地质研究程度一览表
序号
成果名称
提交单位
提交时间
1
周口—鹿邑1:
20万水文地质普查报告
河南省地质局水文地质工程地质队
1966年
2
1:
20万周口地区农田供水水文地质勘查报告
河南省地矿局水文地质一队
1981年
3
河南省泉河流域洪涝灾害成因与治理水文地质勘察报告（1:
10万）
河南省地矿厅水文地质三队
1988年
4
莲池试验场四水转化与饱和—非饱和带渗流运动模型研究报告
河南省地矿厅水文地质三队
1989年
5
河南省沈丘县地下水污染区饮水工程勘察报告（1:
10万）
河南省地矿厅第一地质工程院
1999年
6
河南省沈丘县城给水工程龚寨水源地供水水文地质详查报告
沈丘县自来水公司
河南省驻马店地质工程勘察院
2005年
4、自然地理概况
4.1、地形、地貌
水源地位于黄淮海平原的南部，黄河冲积平原与淮河冲积平原的过渡地带，地势平坦开阔，自西北向东南微倾斜。
地面标高42-44m，地面自然坡降1/5000-1/7000。
地表岩性主要为褐黄色粉质粘土和浅黄色粉土。
4.2、气象
勘察区位于淮河以北，属暖温带季风气候区，一般春旱秋雨，夏热冬寒，四季分明。
根据沈丘县气象站（1951-2006年）气象资料，多年平均降水量为817.94mm，年最大降水量为1809.1mm（1954年），年最小降水量为444.9mm（1986年），年内降水量分配不均，多集中在6-8月份，占全年降水量的40%左右。
多年平均蒸发量为1567.23mm，年最大蒸发量为1902.5mm（1988年），年最小蒸发量为1166.mm（2003年），多年平均蒸发量是降水量的1.92倍，年最长无雨期为63天。
多年平均气温为14.7℃，日最高气温为41.8℃（1972年6月11日），日最低气温-19.5℃（1969年2月5日）。
4.3、水文
勘察区属淮河流域，主要河流为淮河支流沙颖河。
区内还有沙南总干渠及其它纵横交错的人工渠道，走向大致呈西北—东南向，亦属淮河水系。
沙颖河发源于伏牛山脉，流经舞阳、郾城、商水、项城入沈丘县，穿城区后自西而东流经勘察区北部，河谷切割深度4.0m左右，呈“S”形，向下经界首至正阳关入淮河。
据周口水文站资料，沙颍河多年平均流量99.98m3/s,最大流量10952.4m3/s（1975年8月9日），最小流量及近断流。
河流量随季节变化很大，雨季河水暴涨，发生洪涝，旱季干涸甚至断流（见表4-2）。
沈丘县气象站（1951-2003年）气象资料表
表4-1
年份
降水量
年份
降水量
年份
降水量
年份
降水量
1951
808.7
1965
802.5
1979
914.6
1993
676.4
1952
911.9
1966
464.6
1980
910.3
1994
490.0
1953
693.7
1967
934.5
1981
717.3
1995
837.0
1954
1809.1
1968
654.3
1982
919.7
1996
804.1
1955
823
1969
731.5
1983
968.9
1997
582.0
1956
1231.9
1970
773.5
1984
1360.2
1998
978.4
1957
787.8
1971
762.1
1985
717.5
1999
707.8
1958
765.5
1972
1086.7
1986
444.9
2000
1084.8
1959
694.4
1973
781.1
1987
769.7
2001
595.3
1960
857.1
1974
731.1
1988
494.8
2002
729.7
1961
758.1
1975
704.7
1989
960.4
2003
1333.8
1962
947.9
1976
676.7
1990
767.4
2004
603.8
1963
1026.5
1977
729.8
1991
677.3
2005
1156.0
1964
875.6
1978
492.2
1992
562.7
2006
723.1
多年平均降水量
817.94
沙北总干渠深度约2m左右，呈“Z”形，自沙颖河大闸上首，经南环路、高营流向莲池等乡镇。
该渠一般常年无水，仅起灌溉、排污、泄洪作用。
沙颖河周口水文站水文特征资料表
表4--2
年份
年平均流量（m3/s）
年径流量
（108m3）
年最大流
量m3/s
日期
年最小流
量m3/s
日期
年最高水位标高（m）
年最低水位标高（m）
1970
52.70
16.4
142.53/7.31
3.81/2.22
42.90
——
1975
174.60
55.0
10952.4/8.9
0.06/4.15
49.92
——
1980
97.43
30.69
3523.8/8.25
0.16/5.14
45.08
——
1985
160.31
50.50
6666.6/7.2
4.76/5.13
47.53
——
1990
112.92
35.58
4444.4/8.17
6.19/9.24
47.20
——
1991
71.87
22.64
2412.70/7.19
6.35/10.22
——
——
1992
30.03
9.46
1682.50/9.1
1.24/8.1
——
——
5、地质概况
勘察区地处中朝准地台华北台坳南部的周口坳陷内，新生代以来区内地壳一直处于下降状态，因而其上沉积了较厚的新生代地层。
勘察区新生界厚度达2000m，向东北至郸城变薄至1100m，向南变厚达2500m。
根据钻孔揭露地层资料，结合区域地层资料，对600m深度内的地层由老到新叙述如下：
5.1、新近系（N2）
属河湖相沉积，顶面埋深450m左右，地层岩性主要由紫红色、灰绿色厚层粘土及棕黄色细砂组成，其次为粉土、粉砂，砂层可见4-8层，累积厚度57.5-73.0m，砂层分布连续且较稳定。
5.2、第四系（Q）
（1）更新统（Qp）
属河湖相沉积，厚度约440m。
下更新统（Qp1）埋深在190-450m之间，岩性以棕红色粘土及棕红色粉细砂，其次为粉质粘土，砂层可见4-7层，单层厚度10m左右，砂层颗粒由西北向东南变细；中更新统（Qp2）埋深在40-190m之间，岩性主要为灰绿色、棕红色粉质粘土和浅黄色细粉砂，其次为粉土，砂层可见3-6层，单层厚度5m左右，普遍含有钙质结核及豆状铁锰质结核；上更新统（Qp3）埋深在10-40m之间，岩性主要为灰黄色粉土和浅黄色粉细砂，其次为粉砂，砂层可见1-3层，砂层分布不连续，多呈透镜体状。
更新统与下伏新近系（N2）呈整合接触。
（2）全新统（Qh）
为冲积层，岩性主要为灰黄色粉土，其次为粉砂，底板埋深10m左右，孔隙发育，入渗性能较强。
6、勘探区水文地质条件
区内600m深度内，新生界孔隙含水层组划分为浅层地下水（埋深50m以浅）、中深层地下水（埋深50-400m）和深层地下水（埋深400-600m）。
该水源地详勘的目的层为深层地下水。
对以上含水层仅作以了解。
6.1、浅层地下水
（1）地下水的赋存条件及富水性
浅层地下水赋存于第四系全新统（Qh）和上更新统（Qp3）冲积层中，含水层顶板埋深约10m，底界深度50m左右，含水层岩性以粉细砂为主，其次为中砂、粉砂，可见1-4层，累积厚度为10.5-37.0m，平均厚度22.5m，勘察区北部较厚，向南西变薄。
浅层地下水为潜水—微承压水，水位埋深为2.84-5.07m，水位标高为38.84-40.52m。
据机（民）井简易抽水资料，单位涌水量为3.29~4.85m3/h.m，单井出水量在15～20m3/h之间。
（2）地下水的补给、径流、排泄
浅层水的补给、径流、排泄条件主要受地形地貌、自然地理及人类活动的影响和控制。
a、地下水的补给
（1）大气降水入渗补给
大气降水渗入包气带，在重力作用下，垂直渗入补给地下水，补给量的大小受降水量、降水强度、包气带岩性、水位埋深等因素影响。
区内降水量有明显的年际、年内变化特征。
年际周期性变化表现为丰、枯水年份反复交替，丰、枯水年周期一般为3、4年；年内降水量多集中于7、8、9三个月份，7、8、9月份降水量占全年降水量的40%左右。
由于年内降水量的集中，所以大气降水入渗对地下水的补给十分有利，同时这种交替的变化对区内浅层地下水起到补偿和调节作用。
勘察区内地形平坦开阔，地表径流迟缓，地表岩性和包气带岩性以粉土和粉质粘土为主，土质疏松，水位埋深一般为2.84-5.07m，为大气降水入渗补给创造了有利条件。
（2）灌溉水回渗补给
勘察区内包气带岩性以粉土、粉质粘土为主，灌溉水可对浅层地下水产生回渗补给。
区内浅层地下水水位埋深较浅，平均为3.64m，对灌溉水回渗非常有利。
根据《河南省周口市农田供水勘察报告》，灌溉回渗系数为0.1。
（3）地下水侧向径流补给
勘察区内地形平坦，浅层地下水的水力坡度平均为1/2000，水平运动迟缓。
经计算，地下水侧向径流补给量为73.9×104m3/a。
b、浅层地下水的径流
勘察区内浅层地下水流向基本上同现代地形倾斜方向一致，为西北—东南向，天然条件下水力坡度为1/3000，水平运动较为迟缓，其运动以垂直交替为主。
c、浅层地下水的排泄
勘察区浅层地下水位埋藏深度较浅，地下水排泄途径主要为蒸发和人工开采，其次为地下水侧向径流和向沙颖河排泄。
（4）浅层地下水位埋深及动态变化
根据开采量调查和水位统测资料，勘察区内浅层地下水目前开采量较小，降水量的大小直接控制了浅层地下水水位动态变化。
总体枯水年水位下降，丰水年接受大气降水入渗补给而回升，多年水位变化不大。
因此，区内地下水动态类型主要为气象型，局部开采量较大的地段为降水入渗－开采型，沙颖河附近为水文、气象型.
（5）浅层地下水水化学特征
区内浅层地下水一般无色透明、无味无嗅，水温15℃左右，PH值为7.05-8.00，矿化度为0.24-1.03g/l；总硬度（以CaCO3计）为242.6-555.5mg/l；氟离子含量为0.15-0.65mg/l；为中性、微硬-极硬的淡水。
勘察区内浅层地下水水化学类型为HCO3—Na型和HCO3——Ca.Mg型水。
HCO3—Na型水分布在区的西部、中部及南部的大部分地区；HCO3—Ca.Mg型水分布在勘察区的西北部沈丘县城区一带。
6.2、中深层地下水
中深层地下水赋存于第四系中、下更新统（Q1-2）含水层中，埋深在50-400m，中更新统底界深度200m左右，含水层岩性以粉砂、细粉砂为主，其次为细砂、中细砂、砂层多呈透镜体状，分布不连续，一般可见5-9层，累积厚度为26.0-71.5m，单位涌水量为2.0m3/h.m，矿化度为0.50-0.73g/l，PH值为7.0，总硬度（以CaCO3计）为176.0-188.5mg/l。
水化学类型为HCO3—Na型水，水质为中性，微硬的淡水，富水性较差，一般与下更新统中层水混合开采。
下更新统含水层岩性以细砂、中细砂为主，次为中砂、粉砂，可见4-8层，累积厚度为47.5-68.0m，平均厚度52.77m，单位涌水量为3.21-5.67m3/h.m，渗透系数为2.37-3.05m/d。
根据以往资料，综合考虑含水层厚度和单位涌水量的大小，换算成降深15m的出水量，依据单井出水量的大小，将勘察区划分为中等富水分（出水量60-80m3/h）和弱富水区（出水量40-60m3/h）两个富水程度不同的水文地质分区。
弱富小区分布在勘察区沈丘县城区东南的鲁堂、徐营、王楼、坡庄、王小寨一带，含水层岩性以细砂为主，次为粉砂，中细砂，可见5-8层，累积厚度为47.5-51.8m，平均厚度为49.0m，单位涌水量为3.21-3.52m3/h.m。
中等富水区分布在勘察区的龚寨、岳阁、田沟、周小庄一带，含水层岩性以中细砂、细砂为主，次为粉砂，可见4-8层，累积厚度为51.5-68.0m，平均厚度54.31m，单位涌水量为3.42-5.67m3/h.m。
矿化度为0.47-0.96g/l，PH值为7.50-8.05，总硬度（以CaCO3计）为224.17-434.34mg/l。
水化学类型为HCO3—Na和HCO3·C1—Na型水，水质为中性-弱碱性，微硬-硬的淡水，适宜作为生活饮用和一般工业用水。
根据水厂中深井水位资料，目前中深井静水位埋深65m左右，已形成以沈丘县城区为中心的降落漏斗，因此，中深层地下水作为集中供水水源不宜再增加中深层开采井。
中深层地下水动态变化总体上呈下降趋势，年下降速率2m左右，7-9月份用水高峰期水位下降幅度较大，10月至翌年5月份开采量小，呈间歇式回升。
6.3、深层地下水
（1）深层地下水的赋存条件
深层地下水赋存于新近系上新统（N2）冲湖积层中，埋藏在400-600m，岩性以细砂、中细砂为主，其次为中砂，可见10层，累积厚度为112.75~120.09m，含水层分布较连续稳定，砂层岩性颗粒较粗，富水性较好。
（2）深层地下水的富水性
勘察区深层水富水性为一个分区，即中等富水区，管径219mm时，换算成降深15m单井出水量为60-100m3/h。
（3）深层地下水的补给、径流、排泄
深层地下水埋藏较深，不能直接得到大气降水的补给，而且含水层顶板上部分布有厚层粘土、粉质粘土层，与上部含水层的水力联系很弱，其天然状态下，径流缓慢，补给量小，形成开采漏斗时，才能接受漏斗周边的径流补给。
深层地下水的径流，在天然状态下其流向总体上呈西北—东南向。
深层地下水排泄途径为人工开采和向下游侧向径流排泄。
（4）深层地下水水位动态变化。
深层地下水位动态变化，反映了赋存于新近系上新统（N2）含水层中地下水压力水头的变化，水位下降速率取决于含水砂层的弹性释水和贮水能力及深层地下水的开采强度。
区内深层地下水目前开采强度较小，静止水位埋深为36.70~42.18m，深层地下水位变化总体较为平缓，呈缓慢下降趋势，年下降速率约为0.2m。
深层地下水位动态不直接受大气降水影响，只受开采强度影响。
目前，勘察区及外围深层地下水开采水平低，通过实际开采量调查，沈丘县城区现状开采量为300m3/d。
（5）深层地下水水化学特征
深层地下水无色、透明，无味，无嗅，水温为33℃左右，PH值为8.10-8.30，呈弱碱性；矿化度为631.85~647.46mg/L，为淡水；总硬度（以CaCO3计）为24.5mg/L，属极软水；氟离子含量为1.68~1.96mg/L；Na含量为233.86~240.44mg/L;水化学类型为HCO3-Na型水，水质为高钠、高氟、弱碱性、淡水、极软水、低耗氧量的水。
.
7勘探井及抽水试验成果
7.1勘探井成果
本次勘探施工两眼水文地质勘探井（T1#、T2#）,孔深分别为600m、610m，止水位置分别为391.6m、410.7m,取水段含水层厚度分别为112.75、120.09m,岩性为中沙、中细沙、细沙。
成井结构详见钻孔综合成果图。
静止水位分别为36.70m、41.28m,出水量80t/h时，动水位分别为64.42m、63.93m。
详见表7-1。
表7-1勘探井抽水试验成果表
孔号
井深
管径
试段深度
含水层厚度
静水位
动水位
降深
出水量
单位涌水量
导水系数
导压系数
释水系数
渗透系数
自
至
m
mm
m
m
m
m
m
（m）
m3/h
m3/h.m
m2/d
m2/d
m/d
T1
600.00
325
410.70
589.55
112.75
36.70
64.42
27.72
80.00
2.89
281.09
1.13×106
2.49×10-4
2.49
T2
610.00
325
391.61
600.36
120.09
41.28
63.93
22.65
80.0
3.53
292.80
1.19×106
2.46×10-4
2.44
7.2抽水试验成果
对T1#、T2#分别进行了非稳定流抽水试验，即T1#抽水时T2#作观测孔与主井同时观测，T2#抽水时T1#作观测孔与主井同时观测。
抽水试验按照《供水水文地质勘察规范》（GB50027-2001）要求进行。
抽水试验采用定流量抽水，动水位和出水量观测在抽水开始后的第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120min各观测一次，以后每隔30min观测一次。
出水量测量采用水表，读数到0.1m3，水位测量采用万用电表，测绳长度读数至厘米，水温、气温每2小时同步观测一次。
抽水结束后，进行恢复水位观测，水位观测频率按停泵后的1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120rain各观测一次，以后每隔30min观测一次，恢复延续时间48小时。
根据非稳定流抽水试验资料求取导水系数、释水系数等水文地质参数，采用“泰斯无越流承压完整井”公式进行计算。
1、配线法：
T=
（5-1-3）
（5-1-4）
（5-1-5）
2、直线图解法：
T=0.183
（5-1-6）
（5-1-7）
3、水位恢复法：
T=0.183
式中：
T—导水系数（m2/d）
r—抽水孔至观测孔的距离（m）
Q—涌水量（m3/d）
u—井函数自变量
S—水位降深（m）
W（u）—井函数
i—直线斜率
μe—弹性释水系数
t—抽水时间（d）
t0—斜率为I直线与时间轴相交点时间
计算结果见表7-1。
8、井群布置及开采方案
水源地初勘时施工4眼勘探井（K1、K2、K3、K4），分别位于大王营、李庄、官坡和水厂院内。
结合本次施工的两眼勘探井（T1、T2），以及道路、管网规划情况，布置三排井，排间距800m,井间距600m,9眼井，加上K1、K4井,共11眼井。
详见井群布置图。
根据实际抽水试验资料，设计单井出水量为85m3/h是有保证的。
确定布井11眼，每眼井开采量为2040m3/d，10眼井总出水量2.0万m3/d；备用井1眼。
该水源地施工的探采结合井0-130m，管径为φ325mm，130m—井底，管径为219mm或159mm。
并考虑水源地深层地下水水位埋藏深度及目前一般选用的抽水设备，本次水源地设计最大动水位埋深按小于125m考虑。
水源地生产井的成井要求：
根据深层地下水水文地质条件，成井深度以600m为宜，0~150m孔径550mm，150~600m孔径470mm。
成井管材为钢管，上部130m管径为中φ325mm；130m至井底管径为φ219mm；过滤器可选用镀锌桥式过滤器；根据含水层粒级可选用与其相匹配的滤料，滤料宜为φ
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