新疆喀什市北郊水源地水文地质勘察报告毕业设计

新疆喀什市北郊水源地水文地质勘察报告毕业设计

'新疆喀什市北郊水源地水文地质勘察报告毕业设计目录1绪言12工作区自然地理概况12.1地理位置及交通条件12.2自然地理概况13区域水文地质条件34工作区水文地质条件34.1地下水的赋存条件和分布规律34.2地下水补、径、排条件34.3地下水动态特征35钻探工作量及地质技术要求45.1工作依据45.2水文地质钻探工作量45.3地质技术要求46施工设备56.1设备选择56.2设备的安装与使用保养67钻进工艺77.1钻孔结构77.2钻进方法78冲洗液与护孔措施108.1泥浆配方108.2泥浆配制和管理108.3净化泥浆109成井工艺119.1井管选择119.2下管11结论1518 1绪言喀什市位于帕米尔高原北麓，塔里木盆地西缘，是喀什地区的政治、经济、文化中心。“十五”期间，喀什市城市建设发展较快，城区面积不断扩大，城北机场区已纳入喀什市城区范围。随着近年西部开发的热潮，喀什市吸引了大量外地企业前来投资，并在喀什市机场区建设工业园区，喀什中亚南亚工业园区就建成机场区314国道南北（上下）两侧，已有十几个单位进驻工业园区建厂，工业园区已初具规模。目前机场区有20多家企事业单位，均为自建供水设施，没有一个统一供水水源和规划，根据市政府和建设局领导的指示，为今后城北机场区的经济发展，建立起良好的建设投资环境，喀什市自来水公司委托我队在机场区开展供水水源地详查工作，对机场区的供水水源作进一步详勘，提出一个达到水质好、水量足的可靠的供水水源地，满足机场区近远期供水目标要求。本次工作的目的是查明工作区水文地质条件，评价地下水资源量，为水源地建设技术及施工设计提供水文地质依据。本次工作具体任务如下：1、查明工作区的第四系地质、水文地质条件；2、查明工作区地下水的补给、径流、排泄条件；3、查明工作区地下水水质在平面及垂向上的变化规律；4、评价工作区内的地下水资源量，论证水资源保证程度.2工作区自然地理概况2.1地理位置及交通条件喀什市位于喀什地区北部，东西部均与疏附县相邻，北倚库玛勒塔格山与克孜勒苏柯尔克孜自治州接壤，南面分别与疏勒、疏附县连接。市区交通方便，已经形成陆路、铁路和空中的立体交通网，工作区位于喀什市区北侧，喀什国际机场位于工作区东北部，国道314、315纵贯全区，交通便利。18 2.2自然地理概况2.2.1地形、地貌喀什市位于克孜河冲积平原中游及恰克马克河冲洪积平原，总的地势西高东低，北高南低，坡降4.5‰。因历年河流改道频繁，将整个地区冲蚀切割成块状，冲沟和阶地很多，地形地貌颇为复杂。工作区位于喀什市吐曼河以北地区，主要以缓倾斜洪积平原形式出现，并组成了恰克马克河洪积扇前缘的细土平原区，地势由北西向东南倾斜，坡降13‰。2.2.2气象工作区属典型的暖温带大陆性干旱气候。降雨稀少，蒸发强烈，温差变化大，四季分明，无霜期长，光热资源丰富。该区多年平均气温11.7℃，极端最高气温41.2℃，极端最低气温-22.5℃。多年平均降水量64mm，多年平均蒸发量2521.97mm。工作区一年四季以西北风为主，多年平均风速1.9m/s，最大风速为27m/s。历年平均无霜期为233天，平均冻土深度41.4cm，最大冻土深度70cm。2.2.3水文区域上流经喀什市区的河流主要有三条，即克孜河、吐曼河和恰克马克河。1、克孜河克孜河发源于前苏联境内海拔6048m的特拉普齐亚峰，我国境内长600km。克孜河位于喀什市之南，由西向东流，是流经本区最大的一条河流。该河为典型的内陆河，以冰雪融水补给为主，河水水化学类型为SO4-Ca·Mg型，河水矿化度随河流流程增长而增高。据卡拉贝利水文站多年观测资料：最大年径流量23.5亿m3，最小为14.4亿m3，平均流量19.5亿m3。丰水期为6—8月份，枯水期为12月至翌年1—2月。该河河水除上游引用外，剩余水量注入西克尔水库。2、吐曼河吐曼河发源于喀什市以西的栏杆乡克孜拉克以南，是一条典型的泉集型河流。河流流向由西向东至喀什市折向南下，部分水流汇入克孜河。吐曼河正常流量为3-5m3/s，多年平均径流量为1.58亿m3/a，随着季节的变化，流量有所变化，但年变幅不大，历年动态也相对稳定。3、恰克马克河18 恰克马克河发源于乌恰县境内中吉边境的图鲁噶尔特山南麓，全长166km，多年平均径流量为18560×104m3。18 3区域水文地质条件工作区位于喀什三角洲克孜河冲积平原中游和恰克马克河冲洪积平原上，第四系松散沉积物较厚，构成了工作区优越的储水构造。克孜河是流经区域上的最大河流，是工作区地下水的主要补给来源。区域地层岩性由砂砾石、粉细砂、亚粘土、亚砂土组成，地下水埋深大于60m，含水层结构为单一结构潜水含水层。恰克马克河山前冲洪积扇由北向南伸展，在吐曼河处与克孜河冲积平原相接，阿瓦提渠以北阳坂以西为强透水的卵砾石带，为地下水的补给区；阿瓦提渠以南，阳坂以东过渡为多层结构的含水层，地下水补给来源充足，水质较好。4工作区水文地质条件4.1地下水的赋存条件和分布规律工作区北部为古玛塔格背斜山，形成该区隔水边界；南部克孜河形成补给、排泄边界，本区收集钻孔资料揭露300m深度内均为第四系松散沉积物。工作区西北角为基岩山区，由第三纪泥岩、砂岩组成，为不含水区。喀什车管所—阳坂以北，恰克马克河的两侧表层赋有一层卵砾石，与第三纪基岩呈不整合接触，卵砾石粒径5—10cm，沉积厚度小于40m，基底标高高于潜水位，只对地表起渗漏和径流作用。阳坂以西至阿瓦提渠以北的区域，赋有单一结构的潜水，含水层由单一的砂卵砾石组成，水量较丰富，单井涌水量（降深5m，井径300mm推算，下同）多在1000—3000m3/d；三水至飞机场一线3000—5000m3/d，矿化度由前山带的1—2g/l向南部小于1g/l过渡，三水以北的车管所140m水井揭露基岩；阳坂以东地区，赋存潜水、承压水多层结构地下水。4.2地下水补、径、排条件工作区地下水的补给主要为上游区的水平径流补给和河渠、农灌水的垂向渗漏补给。区内含水层岩性为砂砾石等，地下水径流通畅。工作区潜水以侧向径流及蒸发排泄为主，同时人工开采地下水也是一种重要形式，并在以后的地下水排泄量中将占主导地位。4.3地下水动态特征18 采和田间灌溉入渗。工作区北部的单一潜水区以及吐曼河—苏扎克以北区域的潜水受水文以及田间灌溉的影响最大。每年10月中、下旬开始至翌年的元月为丰水期；3月下旬开始下降到5、6月为丰水期，年升降幅度小于1.75m，多年动态呈上升趋势，农灌期间水位普遍上升。工作区南部的环喀什市的潜水年变幅一般在1m左右，动态曲线趋于平稳，年内动态相对稳定。5钻探工作量及地质技术要求5.1工作依据本次工作执行、参照的依据有：1、新疆国土资源厅下达的项目任务书；2、供水水文地质勘察规范（GB50027-2001）；3、水文地质钻探规程（DZ/T0148-94）；4、相关的各类钻探、采样化验等技术规范规程。5.2水文地质钻探工作量在地面测绘及物探成果的基础上，拟布勘探孔及观测孔数量如下：（1）K1勘探孔，孔深300m，成井426mm管径。（2）K2勘探孔，孔深300m，成井426mm管径。设计孔深共600m，开孔、终孔的孔径Φ700mm，成井管径Φ273mm。5.3地质技术要求勘探孔的成功实施是劣质水区找到好水的最直接手段，也是关系到项目成败的关键，因此勘探工作必须在水文地质调查、物探工作完成后方可开展。本次设计探采结合井进行定深取芯，物探三条曲线测井后，结合钻探取芯样联合判断地层，并确定下管次序。为了保证勘探井成井质量，也为了勘探井能准确地揭示地下水的赋存规律，钻进中严格执行钻探设计书以及相关钻探规程。18 6施工设备6.1设备选择根据地质设计的孔深、孔径及地层情况，结合我队现有设备的条件下，本着适应钻时需要选择以下设备，见表1：设备及辅助器材配备表。设备及辅助器材配备表表1序号名称规格单位数量备注1钻机SPJT-600台12发电机组150KW台13深井泵50m3台232m3、50m3各一台4电动机4KW台15潜水泵2.2KW台115m3/h6电焊机17KVA台17泥浆搅拌机0.5m台18钻杆Φ89mmm1509钻杆∮127mmm20010冲击取样器个111汽车5T货车辆1生产、生活服务18 6.2设备的安装与使用保养6.2.1修建地基要求1、地基必须平坦、稳固、适用；2、基座安装必须水平、周正、稳定，并能承受全部负荷，在地表松软土层基座下面应加4根卧枕（与上部机台木按“井”型摆放）。6.2.2竖立和放倒桅杆竖立和放倒桅杆时，操作油阀要缓慢平稳，桅杆立起后要拧紧螺丝，调整桅杆前面的两根组绳，使钻具能对正孔中心后再绷紧四根绷绳，然后将桅杆底座千斤顶锁紧。6.2.3使用、保养1、机械使用保养规程生产单位和设备管理部门经多年的实践总结，积累了对设备维护保养的基本规程：即“三好四会”“四项要求”“润滑五定”等，它是保证设备完好率，充分发挥设备效能，处长使用寿命的行之有效的措施，要求操作者熟记并认真做到。2、钻机的使用与维护开车前检查与准备：（1）平整场地，使钻机安装平稳。（2）检查钻机所有联接螺丝是否紧固。（3）检查各传动部件有无卡现象，安装是否正确。（4）检查各操作村放置位置是否正确，灵活可靠。（5）检查各部位的润滑情况是否良好。（6）动车起动前将离合器脱开，待动力运转正常后，水可合上离合器。3、柴油机的使用：（1）使用规定的柴油，使用前必须充分常常和过滤，保持油质清洁。（2）润滑油要按规定选用，保持清洁，定期更换。（3）空气滤清器要经常清洗，定期换油。（4）柴油机应在冷却水不沸腾的情况下工作，并应保持足够的冷却水。4、钻机的使用：18 （1）待动力运转正常后，方可开动钻机。（2）桅杆的起落，必须遵照说明书的规定进行。（3）桅杆竖立垂垂直，检查其连接机构是否合乎要求固然是否牢固。7钻进工艺7.1钻孔结构根据地质设计的孔深和探采结合的要求，结合钻机的施工能力以及地层条件，钻孔结构采用一次成孔法。工作区内地层可钻性好，易成孔，孔径大，取芯方便。因此，采用不小于Φ700mm的钻头一次成孔。避免因扩孔护壁效果差、易塌孔、扭转阻力大、钻杆折断率高等事故的发生。7.2钻进方法根据本次工作的目的及要求，勘探孔共2眼，地质设计单孔深300m，探采结合井孔径大，根据地层条件、取芯要求，结合我队现有设备及较成熟的钻进工艺，本次钻探施工采用回转钻进。7.2.1钻头依据工作区地层可钻性好，进迟快，采用稳定性较好的三翼硬质合金刮刀钻头。钻头翼片开边槽镶焊YG8的K534硬质合金两排。7.2.2钻进技术参数该地层的钻进技术参数要点：轻压、快转、大水量。1、压力每厘米钻头直径30-50kg压力，即钻头轴压力1800-3000kg。2、转速钻头边刃线速度控制在1.5-2.5m/s，大口径钻进合理转数计算公式：n=36576/D(r/min)式中：n—钻头转数，r/min；D—钻头直径，mm；取D=700mm计算钻头合理转数控制在50-80r/mon。3、泵量18 如果从排粉要求冲洗液的上返速度按0.3-0.9m/s计算正循环钻进所需泵量太大，难以实现。现有BW1200/30或BW850/20泥浆泵能满足钻进要求，但钻进效率低。因此，用现有设备最大泵量进行工作。7.2.3取芯该地层采用冲击取样器定深取样。冲击取样器操作要领：1、将孔内钻具提离孔底10-30cm；2、匀速下入冲击取样器至孔底（不能落在钻头翼片上，否则适当转动钻头）；3、每次提升高度略小于取样器伸缩村长度，冲击3-5次，即可提出；4、提升过程中，上升速度不宜太快，以防碰撞钻具岩芯脱落，操作要平稳；5、取样器提出孔外时，杜绝用手直接接岩芯，以防意伤人。18 止水位置滤水管实管封孔位置图1钻孔结构示意图18 8冲洗液与护孔措施工作区内地层可钻性好，钻进效率高，孔壁不稳定，特别是潜水水位处孔段，因提下钻冲洗液面波动孔壁易坍塌。进尺快，岩硝多，泥浆中含砂量大，因此，确定泥浆性能见表2。泥浆性能指标表2粘度比重含砂量胶体率PH值16-18(S)1.05-1.1＜4%＞90%8.0～8.58.1泥浆配方1m3泥浆所需造浆材料；粘土：50-100kg;纯碱（Na2CO2）：0.2～0.4kg；8.2泥浆配制和管理开动泥浆搅拌机后加入2/3的水，逐渐加入粘土到所需加量，搅拌均匀（无粘土颗粒）后，再加入纯碱，搅拌20-30分钟即可。泥浆循环系统：挖一个10m3左右的泥浆池，一个7m3左右的沉淀池，循环泥浆槽长大于15m。使泥浆中的岩粉自然沉淀，应经常清除泥浆槽内的沉淀。泥浆粘度过大时，不能直接加入清水，要搅拌低粘度的泥浆进行调节。泥浆粘度低时，要搅拌高粘度泥浆或加入适量的在机处理剂。泥浆性能不符合要求时，应及时调整，以适应钻进的需要。在泥浆含砂量大于20%，不易调整性能时，要更换泥浆。8.3净化泥浆用旋流除沙器及泥浆循环槽净化泥浆。18 9成井工艺9.1井管选择根据现有地质资料，工作区含水层富水性中等，单井涌水量多在500-1000m3/h；工作区预计单井涌水量Q=30-50m3/h。为防止井内涌砂必须控制井管的进水速度（我国一般允许进水速度V=0.03m/s）。为降低进水速度，适当增大管径，增大钻孔直径，亦增大进水面积。本着实用、经济的原则，选用孔隙率较高，价格低廉的打眼缠丝、钢质滤水管。缠丝间距0.7-0.9mm，管径∮273mm的螺旋卷板钢管。9.2下管9.2.1下管前的准备工作：1、水文物探测井下管前先采用视电阻率、视电阻率梯度曲线及自然电位三种方法联合测井，结合水文地质勘查成果划分地层剖面，确定含水层及相对隔水层位置，进行下管排序以指导下管工作。2、校正孔深准确丈量钻具，校正孔深。每100m测一次孔斜，每100m深度内孔斜应≤1°。滤水管对准取水含水层。3、破壁（园孔）与换浆在钻进过程中，泥浆在孔壁上形成较厚的泥皮，这对下管、填砾、洗井会带来不良的影响，以至影响出水量。为此，须将孔壁上的泥皮除掉。其方法：采用与孔径同规格的钻头进行扫扎破壁，同时，加导向钻具使粗径钻头长度5m左右，以达到直孔的目的。距孔口10m孔段不破壁，防止塌孔。破壁至距孔底40m左右时用优质轻泥浆替换井孔内含砂量大的泥浆，换至泥浆粘度16-17s,泥浆含沙量小于4%。4、准备井管按设计备齐井管，并检查井管质量，不符合设计要求的井管不得下入孔内。井管按下管顺序排列整齐，丈量准确，详实记录。18 5、扶正器为了保证井管周围填砾厚度均匀，在滤水管上、中、下部位焊（绑扎）接3-4组“弓”型扶正器，每组扶正器不少于四片，扶正器支承厚度150-170mm，每组间距10m左右。9.2.2下管本次勘查设计孔深300m,井管重量约10.5t,钻机提升能力24t，因此，采用提吊下管法。下管注意事项：1、操作要稳，下管受阻时不得猛墩。2、下管过程中，孔口要做好围护工作，防止物件脱落孔内。3、为防止井管弯曲，井管下到孔底后提离孔底20-40cm，夹紧夹板固定在孔口。9.2.3围填砾料1、砾料的选择正确地选择砾料的直径是滤水挡砂的基本条件，砾料能否滤水接砂主要是砾径与地层颗料的级配关系。据试验资料得知，砾石应比砂直径大6倍，挡砂滤水效果最佳，并具有一定的填砾厚度。工作区内度。工作区内含水层以细砂为主，因此，结合我区石料情况选择质硬、干净、磨圆度好的2-4mm水洗混合砾料。2、填砾方法填砾前先进行换浆，待能测到滤水管部位时，即可填砾，正循环动水填砾。向井管四周进行填砾。开始时速度不宜太快，待填顺后再适当加快砾速度。填砾注意事项：（1）填砾必须均匀连续地进行。因为，在沉降过程中，冲洗液对砾料有分选作用。大颗粒在下，小颗粒在上。连续进行填砾，而随后投入的砾料也是如此。这样，在人工过滤层的每个截面上，大小颗料的组成都将符合砾料级配的要求，不致于造成一层大颗粒，一层小颗粒的状态。（2）填砾时，要沿井管四周均匀填入，不允许只从一个方向填入。（3）填砾速度不宜太快，切勿整车向井内倒入，以防中途填塞。9.2.4止水和封孔18 孔口处10米长度的管外环状间隙采用粘土封堵，杜绝地表劣质水窜入下部含水层。用粘土球止水，止水厚度不小于10m，采用人工方式进行缓慢回填，连续性的使用测线进行止水位置的校核，防止粘土球回填不到位而达不到止水的效果。止水材料应填充密实完全、试压合格，填充厚度达到钻孔设计要求，杜绝上层劣质水窜入取水目的层。9.2.5洗井1、洗井目的（1）清除泥皮影响，松开滤水管周围的砂层，使其恢复失去的孔隙度。（2）洗去含水层的细砂，提高滤水井管附近含水层的渗透率。（3）在滤水管周围形成渗透性由高变低的自然的圆环带。2、洗井方法与质量要求采用送水拉活塞(多层橡胶片制作的比管径略小的圆状洗井设备)式洗井与深井泵的联合洗井，洗井时间不少于6个台班，达到水清沙净，必须当两次试抽单位涌水量误差小于10%，含砂量小于1/20000(体积比)方可结束。洗井结束后井内沉淀物高度应不大于设计井深的5‰。9.2.6抽水试验技术要求1、抽水试验孔的布置，应根据勘查阶段、地质和水文地质条件及地下水资源评价方法等因素确定。2、抽水试验孔落程应根据勘探目的及参数精度要求，勘探孔必须作4－6落程/2孔的抽水试验，由大降深→小降深次序依次开展。3、抽水试验必须在洗井结束、试抽后方可进行，以保证获得准确的试验资料。4、抽水试验前必须测量抽水试验孔的自然水位。5、抽水试验时，应采取防渗措施防止抽出的水在抽水影响范围内渗回到含水层中。6、水位的观测，在同一个试验中应采用同一方法和工具。抽水试验孔的水位测量应读到厘米。7、出水量的测量，采用堰箱，水位的测量应读到毫米。18 8、做抽水试验时，各次抽水落程的水泵吸水管口的安装深度应相同。抽水落程次数应根据试验目的确定，宜进行3次。其中最大下降值可接近井的设计动水位，其余两次下降值宜分别为最大下降值的1/3和2/3。9、抽水试验的稳定水位，应符合在抽水稳定时间内，钻孔出水量反映到动水位变化时只在+5cm的范围内波动，流量误差不得超过平均流量的3－5％，且没有持续上升或下降的趋势。10、抽水试验的稳定延续时间，宜符合下列要求：①细砂和粉砂含水层中稳定时间为8－16h。②抽水试验时，动水位和水量观测的时间间隔应满足非稳定流计算要求，宜在抽水开始后的第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或60min观测一次。水温、气温观测的时间，宜每隔2—4h同步测量一次。11、抽水结束前30分钟，采取水质全微量分析样，送至具有质量认证的专业实验单位进行测试。12、现场对绘制的Q—S、S-lgt曲线进行分析，如不符合要求或曲线出现异常，应及时查证原因并处理。13、抽水结束后,立即进行恢复水位观测,观测时间要求同抽水观测要求相同。结论18 本次工作按上述技术要求施工完成了两眼勘探孔，钻进过程中严格按照项目设计书要求开展工作，成井、洗井、抽水过程符合项目设计书及相关规范的要求。共计完成钻探进尺600米，全分析水样2组，简分析水样1组，物探测井采用自然电位、视电阻率梯度、视电阻率电位三种方法，分层准确，可信度较高，成井后抽水达到水清砂净，完成2孔/4落程抽水试验。总之，本次工作基本查清了工作区主要水文地质规律，满足了喀什市北郊水源地需水要求。对于水源地地下水水资源的合理开发利用，做到统筹规划，合理布井，在开采过程中井场周围应做到严格的污染防护及水质监测工作，要防止地表污水渗漏污染地下水源，并圈定水源地保护管理范围，对于工作区内已报废的钻孔应尽快用粘土等彻底封填，以达到长期利用和保护地下水资源的目的。18 致谢衷心感谢我的论文指导老师，感谢我的任课老师和身边的同事和朋友的帮助。感谢一路上有你们的陪伴和鼓励。参考文献1.《新疆维吾尔自治区地表水资源》1985年新疆水文总站；2.《新疆维吾尔自治区地下水资源》1985年新疆水文总站；3.《新疆喀什噶尔河流域地下水资源评价报告（1：20万）》1989年新疆地矿局第三水文地质大队；18'