如果是构造活动引起的水位突降,有可能在建水附近的断裂带或观测井上观测到相似的变化特征,因此笔者对比分析了相同时段内相关井孔的观测资料。

(1)建水黄龙寺井水位、水温

位于石屏—建水断裂带上的建水黄龙寺井水位正常动态为年变型,与降雨量相关,雨季上升,旱季下降。同井观测的水温,其正常动态也为年变型,雨季下降,旱季上升,与水位呈负相关(图3)。

图2 建水及周边区域构造和井孔分布示意图
(a)黄龙寺井;(b)曲江井;(c)高大井;(d)监测井
Fig.2 Regional structure and distribution of borehole in Jianshui and its surrounding area(a)Huanglong Temple well;(b)Qujiang well; (c)Gaoda well;(d)monitoring well

图3 黄龙寺井水位、水温日均值曲线图
Fig.3 Daily mean value curve of water level and water temperature in Huanglong Temple well

从图3可见,2011年11月至2012年4月初,黄龙寺井水位总体呈下降趋势,降幅为0.3 m,与本地区跨年的旱情相吻合,没有出现大幅度的水位骤降异常,对比观测的水温也可得出相同的结论。2012年4月6日,当地降雨,黄龙寺井水位也随之上升,至4月10日升幅达0.4 m以上。4月6日以后,井孔水位正好处于上升阶段(月变)。月变与降雨导致涨幅叠加,造成0.4 m的水位变化。

(2)建水曲江井水位

由图4可见位于曲江断裂带上曲江井,2012年以来的水位观测动态变化也没有发现骤降异常。

图4 曲江水位日均值曲线
Fig.4 Daily mean value curve of water level in Qujiang well

由图5可见,位于曲江断裂带上的通海高大井水位有小幅下降,从2012年1月到3月中旬降幅累计达0.2 m,应属旱季水位的正常下降,没有突降异常。

图5 高大水位日均值曲线
Fig.5 Daily mean value curve of water level in Gaoda well

当构造活动引起水位观测微动态异常时,同一构造上有可能观测到地下水的宏观异常(国家地震局预测预报司,1997),近期,在建水县宏观联络网中,也未接到任何与地下水相关的宏观异常的报告。

根据上述分析,基本排除建水监测井水位骤降是由构造活动引起的。

排除了构造活动的影响,监测井水位骤降可能是人为活动造成的。为探究原因,笔者对建水城区的井孔情况进行了详细的调查、分析。

图6 观测井与抽水井相对位置示意图
Fig.6 The sketch map of relative position of monitoring wells and pumping wells

(1)游泳池井:井口高程1 311 m,距观测井807 m。开孔口径383 mm,终孔口径273 mm,井深130.79 m,井孔揭穿的地层分别为:0～1.0 m,第四系(Q⁴)砂质粘土; 1.0～39.00 m,第三系(N)泥岩砂质含砾石粘土层互层; 39.00～130.79 m,石炭系(C_1y)灰岩,局部破碎,裂隙较发育,有明显的溶蚀现象。溶蚀新鲜面多见,填充物少见。

抽水实验结果:井水位降幅8.77 m、涌水量33.10 L/s、含水层渗透系数12.39 m/d。

(2)泵站2井:井口高程1 309 m,距观测井1 149.23 m。开孔口径500 mm,终孔口径273 mm,井深201.10 m,井孔揭穿的地层分别为:0～2.74 m,第四系(Q⁴)砂质粘土; 2.74～44.09 m,第三系(N)泥岩、砂质含砾石粘土层; 44.09～201.10 m,石炭系(C_1y)灰岩及灰质白云岩,溶蚀强烈,溶孔、溶洞较多,岩芯多呈碎块状或短柱状。

抽水实验结果:井水位降深19.70 m、涌水量38.89 L/s、含水层渗透系数11.4 m/d。

(3)泵站井:井口高程1 311 m,距观测井636.73 m,为3口井(A、B、C)组成的井群,井间间距15 m,呈“品”字状展布。A井:开孔口径529 mm,终孔口径225 mm,井深230.56 m; B井:开孔口径529 mm,终孔口径225 mm,井深200.00 m; C井:开孔口径529 mm,终孔口径225 mm,井深230.00 m。井孔揭穿的地层分别为:0～14 m,第四系(Q⁴)砂质粘土; 14～129 m,第三系(N)泥岩、砂质含砾石粘土层; 129～230.56m,泥盆系上统(D_3t)灰岩及灰质白云岩,局部破碎,裂隙较发育,有明显的溶蚀现象。岩溶发育。

抽水实验结果:井水位降深5.32 m、涌水量32.03 L/s、含水层渗透系数24.16 m/d。

在监测井的西南部约400 m处还有两口潜水井:“小节井”(井1)和“大坂井”(井2)。两口井与泵站井的距离分别是110 m和252 m(图3)。

建水县域内地下水有松散堆积层孔隙水、碎屑岩裂隙孔隙层间水、碳酸盐岩裂隙溶洞水和基岩裂隙水4种类型,并普遍存在于土壤及各类岩层中。建水盆地因地形较低利于水流汇集且下伏岩层为可溶性较好的碳酸盐岩(泥盆系、石炭系的灰岩、白云质灰岩),是碳酸盐岩裂隙溶洞水和基岩裂隙水很好的赋存空间,从地下水补给、径流、排泄的区段上看,建水盆地还是裂隙溶洞水的排泄区,使得这一区域成为建水县境内最好的富水块段和水源地。

监测井、泵站井、游泳池井、泵站2井均处于盆地的富水块段中,属同一水文地质单元。

从2011年11月起,县域内就没有有效的降水,水库干涸、河水断流,干旱严重,2012年旱情持续。为解决饮水问题,抗旱保民生,2012年2月底隶属县自来水公司的泵站井和泵站2井开始抽取地下水以保证城区居民用水。抽水时间内2012年2月26日至4月9日。

地下水开采将导致同一水文地质单元内抽水井附近一定范围内水位下降,形成降落漏斗。在漏斗范围(影响半径)内的所有井孔都将受到影响。因此,我们运用水文地质方法分别计算出游泳池井(隶属乡镇企业)、泵站2井和泵站井抽水时的影响半径,以此分析监测井与抽水机井的相关性。

采用承压水完整井公式计算渗透系数(房佩贤,1996)

K=(0.366Q(lgR-lgr_w))/(MS_w).(1)

式中:K为渗透系数(m/d); Q为抽水井涌水量(m³/d); M为含水层厚度(m); S_w为抽水井水位下降值(m); R为影响半径(m); r_w为抽水井半径(m)。

渗透系数K值通常通过对井孔进行抽水实验获取。本文引用前人工作成果 云南省地质矿产局水文工程地质公司.1983.建水盆地农田供水水文地质普查报告.:游泳池井渗透系数为12.39 m/d,泵站2井为渗透系数11.4 m/d,泵站井渗透系数为24.16 m/d。

采用吉哈尔特经验公式计算影响半径R值(《供水水文地质手册》编写组,1977)

R=10S_wK^1/2.(2)

式中:R为影响半径(m); S_w为抽水井水位下降值(m); K为渗透系数(m/d)。

结果显示游泳池井一周抽水一天(已持续多年),水位降幅9.2 m,影响半径323.84 m; 泵站2井间歇式抽水,水位降幅15.5 m,影响半径523.34 m; 泵站井井群持续抽水,水位降幅19.6 m,影响半径963.40 m。泵站井和泵站2井每天抽水量约8 000 m³,其中泵站井约6 000 m³。

比较3个抽水井与监测井的距离,可以确定建水监测井在泵站井的影响半径内。

吉哈尔特经验公式对承压水含水层,可以作近似的计算,但计算的结果一般偏小 钱学博.2009.矿井涌水量的计算与评述.,多位专家学者也对这个经验公式提出过相同的见解和讨论。因此,实际中影响半径将大于计算值。考虑到计算误差,我们尝试把计算结果扩大1.5倍再作比较。重新计算后的结果是:游泳池井的影响半径485.76 m(距监测井807 m); 泵站2井的影响半径785.01 m(距监测井1 149.23 m); 泵站井的影响半径1 445.10 m(距监测井636.73 m)。只有泵站井对监测井有影响。

通过抽水影响范围的分析,笔者重点考察泵站井的抽水情况。在地下水抽取的整个过程中有3个关键点:开始时间、稳定时间和停止时间,在水位观测曲线上清楚地看到这3个关键点(图3)。2012年2月25日,观测水位明显下降,之后呈持续的快速下降态势直至4月5日降至最低点并在此后的几天一直保持这一水位,达到动态平衡。4月9日15时后水位出现明显的趋势性上升。

据自来水公司提供的资料:2月25日10时起,水泵试抽水,2月26日9时起正式抽水,直到4月9日15时结束。

对比观测曲线和自来水公司提供的资料,抽水过程与监测井水位变化在开始时间、稳定时间和停止时间这3个关键点上几乎完全吻合,有着高度的一致性。

井1(小节井)和井2(大坂井)与泵站井的距离很近,分别是110 m和252 m(图3),处在降落漏斗的影响半径内。但在泵站井抽水期间两口井水位几乎不变,没有受影响。

井1井径约2 m,井深20.65 m(1981年实测结果,现已大部分淤积回填,现在井深约5 m),据调查报告,1981年最枯季节静水位4.5 m,在每天有数千人连续挑水的情况下,动水位仅6.4 m。大旱之年能供远近数千人饮用,估计涌水量1 L/s。

据前人勘查资料 云南省地质矿产局水文工程地质公司.1983.建水盆地农田供水水文地质普查报告.,第三系(N)分布于城区附近以西、以北地区,面积96.6 km²。岩性以泥岩为主,砂砾石层夹在其中。地下水以裂隙水和孔隙水的形式贮存。钻孔揭露这一地区第三系厚360.1 m,砂砾石层含水层厚169.89 m,地下水蕴藏丰富。但是,这并非是该井水位稳定的主要原因。由于第三系中隔水泥岩的存在且与砂砾石层含水层互层,因此水平方向的各向同性和垂直方向的各向异性就成为第三系地层的一个重要特征并由此阻断了与下伏岩层的水力联系,使之成为一个独立的水文地质单元。也就是说井1与泵站井分处两个完全不同的水文地质单元,井1取用的是砂砾石层中的孔隙水^①,泵站井取用的是碳酸盐岩中的裂隙溶洞水,两者之间没有水力联系互不影响。这就是井1水位稳定的根本原因。

井2与井1属同一水文地质单元,两口井的情况几乎一样,因此水位稳定的原因也相同。

经现场调查,2012年3月27日这两口井水位稳定。当地居民证实,没有看到任何变化。井1和井2稳定的水位,也证实了监测井水位大幅度骤降是非构造活动的影响。

建水黄龙寺井,虽然同在建水县域内,但因为其不在建水盆地的富水块段中,与一中井和其它抽水井不属于同一水文地质单元,因此抽水对该井没有造成的影响。