水文地質(zhì)

水文地質(zhì)試驗(yàn)的目的及方法

  抽水試驗(yàn)的目的任務(wù):研究井的涌水量與水位降深的關(guān)系有其與抽水延續(xù)時(shí)間的關(guān)系;求得含水層及越流層的水文地質(zhì)參數(shù);研究降落漏斗的形狀、大小及擴(kuò)展過程;研究含水層之間及含水層與地表水體之間的水力聯(lián)系;確定含水層(或含水體)邊界位置及性質(zhì);進(jìn)行開采或疏干的模擬,以確定井間距、開采降深、合理井徑等設(shè)計(jì)井群時(shí)所需的這些參數(shù)。
 
  抽水試驗(yàn)的類型:穩(wěn)定流抽水、非穩(wěn)定流抽水;單孔、多孔及干擾井群抽水試驗(yàn);完整井和非完整井抽水試驗(yàn);分層、分段及混合抽水試驗(yàn);  抽水試驗(yàn)場地布置:當(dāng)地下水水力坡度小并為均質(zhì)各和同性含水層時(shí),可在垂直水流方向布置1排觀測孔。若場地條件所限難于布孔時(shí),可與流向成45度角的方向布1排觀測孔;含水層仍為均質(zhì)各向同性而水力坡度較大時(shí),則增加1排平行流向的觀測孔;對非均質(zhì)含水層水力坡度不大的情況應(yīng)布置3排觀測孔;非均質(zhì)各向異性的含水層,水力坡度也大時(shí)則布置4排觀測孔,對各向異性的含水層應(yīng)考慮平行各向異性主軸。
 
  干擾井群抽水試驗(yàn)觀測孔的布置應(yīng)控制整個(gè)流場到邊界。
 
  觀測孔的數(shù)目、距離及深度主要取決于試驗(yàn)的任務(wù)、精度要求和抽水類型。如需描述降落漏斗,則一條觀測線上不應(yīng)少于3個(gè)觀測孔。如僅求參數(shù),對于穩(wěn)定流一線應(yīng)不少于2個(gè)。對非穩(wěn)定流試驗(yàn),一線可取1-3個(gè),但多數(shù)是取3個(gè),以便使用多種言法(如S-Lgt、S-Lgr等方法)整理和解釋資料。對于判定水力聯(lián)系及邊界性質(zhì)的抽水試驗(yàn),觀測孔都不應(yīng)少于2個(gè)。
 
  觀測孔間間距應(yīng)近主孔者小,遠(yuǎn)主孔者大,最遠(yuǎn)應(yīng)以能觀測到明顯水隹下降,或下降值不少于10倍的允許觀測誤差。最近的觀測 孔視含水層滲透性和抽水降深而定,由數(shù)米至20米。滲透性強(qiáng)、降深大的應(yīng)遠(yuǎn)些,這既有利于控制降落漏斗,又能避免觀測 孔位紊流和三維流明顯的地段,因此,有的規(guī)范規(guī)定,最近觀測孔距主孔不小于含水層厚度的1倍。各孔間間距應(yīng)保證孔間降深差大于20cm。對于非穩(wěn)定流試驗(yàn),觀測孔的間距應(yīng)在對數(shù)軸上分布均勻,而且孔間間距應(yīng)比穩(wěn)定流者小,以保證抽水初期觀測。觀測孔間間距的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),可在有關(guān)手冊中查得。
 
  在均質(zhì)完整井中抽水時(shí),觀測孔深達(dá)抽水主孔最大降深以下即可。而在非完整井中抽水時(shí),觀測孔應(yīng)深達(dá)主孔抽水段之中部。沉淀管長度應(yīng)不小于2m。除含水層很薄外,觀測孔應(yīng)深入試驗(yàn)層5-10m。如為查明水力聯(lián)系,觀測孔應(yīng)深入試驗(yàn)層10-20m以上。
 
  抽水試驗(yàn)的技術(shù)要求:
 
  水位降低:下式抽水試驗(yàn)要求取得三個(gè)落程的資料,便于確定流量Q與落程S的關(guān)系(Q-S關(guān)系),以判斷試驗(yàn)的正確性和推斷涌水量。
 
  對最大降深值的要求訂要取決于試驗(yàn)的目的。當(dāng)測定參數(shù)時(shí),降深值應(yīng)小些。這樣可以避免紊流、三維流的產(chǎn)生。為地下水資源評價(jià)和疏干計(jì)算,降深值應(yīng)能保證外推至設(shè)計(jì)要求。當(dāng)為判斷邊只性質(zhì)和水力聯(lián)系時(shí),則要求有足夠的降深使問題能分暴露,通常是力求有較大的降深,因?yàn)橛行印У母羲阅芘c邊界兩側(cè)水頭有關(guān)。
 
  穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間:系指井的滲流場達(dá)到近似穩(wěn)定后的延續(xù)時(shí)間。從抽水開始至滲流場穩(wěn)定所需要的時(shí)間取決于地下水類型、含水層參數(shù)、邊界條件及補(bǔ)給條件、抽水降深值。穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間越長,愈容易發(fā)現(xiàn)微小而有趨勢性的變化和臨時(shí)性補(bǔ)給所造成的短暫穩(wěn)定及“滯后疏干”所造成的假穩(wěn)定。
 
  僅僅為了測定參數(shù),穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間要求短些,一般不超過1日。其它的,一般為2-3日。但無論何種目的試驗(yàn),最遠(yuǎn)觀測孔的穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間都不得少于2-4小時(shí)。  抽水孔水位波動(dòng),不超過降深的1%即為穩(wěn)定。但當(dāng)降深較小,則以3-5cm為限。當(dāng)用空氣壓縮機(jī)抽水時(shí),主孔水位波動(dòng)允許達(dá)20-30cm,觀測孔以不超過2-3cm為準(zhǔn),但不能有趨勢性變化。涌水量波動(dòng)不應(yīng)超過抽水量的5%。
 
  水位及流量觀測:抽水前需觀測 天然穩(wěn)定水位。一般地區(qū)每小時(shí)觀測1次,2小時(shí)內(nèi)所測數(shù)值不變或4小時(shí)內(nèi)水位相差不超過2cm者方可作為穩(wěn)定水位。如天然水位波動(dòng),則可取一個(gè)或幾個(gè)周期中水位的平均值作為天然穩(wěn)定水位。
 
  抽水過程中,水位、流量應(yīng)同時(shí)觀測。觀測時(shí)應(yīng)先密后疏。如開始時(shí)5-10分鐘觀測一次,以手則15-30分鐘觀測一次。觀測恢復(fù)水位也是同樣的。
 
  地下水動(dòng)態(tài)與均衡的研究  動(dòng)態(tài)均衡研究還可以用來
 
  (1)確定含水層參數(shù)、補(bǔ)給強(qiáng)度、越流因素、邊界性質(zhì)及水力聯(lián)系等;
 
  (2)評價(jià)地下水資源,尤其是對大區(qū)域和一些巖溶地區(qū)的水資源評價(jià)主要是用水均衡法;
 
  (3)預(yù)報(bào)水源地的水位、調(diào)整開采方案和管理制度,擬定新水源地的管理措施及對措施未來效果的評價(jià);
 
  (4)土壤次生鹽漬化及沼澤化,礦坑涌水水源及突水,水庫廻水的浸沒,地下水污染進(jìn)行監(jiān)測與預(yù)測,以及相應(yīng)防治措施的擬定和效果評價(jià);
 
  (5)預(yù)報(bào)地震。
 
  影響地下水動(dòng)態(tài)的因素  地下水動(dòng)態(tài)要以定義為地下水各要素隨時(shí)間變化的規(guī)律。其中包括水位,流量,流速,流向,所含成分,水溫等。
 
  第一類因素包括氣候、水文、生物、土壤、火山和地震等自然因素,以及多種人為因素。這類因素以自身的動(dòng)態(tài)施加于地下水,引起地下水相應(yīng)要素的變化。
 
  氣候因素的影響遍及全球,時(shí)間持續(xù)長,并使淺部地下水動(dòng)態(tài)也具有與其相應(yīng)的緯度分帶性、變化迅速和具有周期性的特點(diǎn)。氣候因素在一定的程度上控制著水文、生物和土壤因素。水文因素的影響較局部,只限于地表水體的底部和岸邊。第二類影響因素包括含水層及包氣帶參數(shù),地下水的埋藏、徑流條件等地質(zhì)特點(diǎn)決定的因素。它們只影響地下水各要素普化量的大小及時(shí)間的滯后量。
 
  第三類因素包括一些特殊的水文地質(zhì)條件。如巖溶區(qū)虹吸通道所造成的間歇?jiǎng)討B(tài),以及其它各式各樣的間歇性天然噴泉等特殊動(dòng)態(tài)。
 
  地下水的均衡式
 
  地下水是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng),即各組成部分的數(shù)量關(guān)系滿足動(dòng)態(tài)平衡。它滿足質(zhì)量及熱量守恒定律,對任何地區(qū)、在任何時(shí)間內(nèi),水、溶質(zhì)、及熱的流入量(或發(fā)生量)與流出量(或消失量)之差,恒等于該量儲存量的變化量。
 
  某均衡區(qū)內(nèi)在均衡期中總的水均衡式:
 
  μ△h+V+P=(X+Y1+Z1+W1+R1)-(Y2+Z2+W2+R2)式中:μ△h――潛水儲存量的變化量;△h――水位變化量;
 
  μ――給水度或飽和不足量;X――降水量;
 
  Y1、Y2――地表水的流入和流出量;Z1、Z2凝結(jié)水量及蒸發(fā)量;
 
  W1、W2――地下徑流流入和流出量;R1、R2――人工引入和排出量;
 
  V、P――地表水體及包氣帶水儲存量的變化量。潛水的一般均衡式:
 
  μ△h+V+P=(Xf+Yf+W1+Z、1+R、1)-(W2+Ws+Z、2+R、2)式中:Xf――降水入滲量;
 
  Z、1、Z、2――潛水的凝結(jié)補(bǔ)給量及蒸發(fā)量;Ws――泉的溢出量;
 
  Yf――地表水對潛水的補(bǔ)給量;
 
  R、1、R、2――潛水的人工注入及排出量;其余符號同前。
 
  承壓水的水均衡式在大多數(shù)情況下較為簡單,例如:μ*△h=W1+E1-(W2+R2k)
 
  式中:μ*――彈性給水系數(shù)(貯水系數(shù));E1――越流補(bǔ)給量;
 
  R2k――承壓水的開采量。
 
  地下水均衡要素的測定方法
 
  確定潛水位變化值△h的唯一方法是直接觀測。
 
  測定通過河渠某過水?dāng)嗝媪髁康某S梅椒ㄓ醒邷y法、浮標(biāo)法及流速儀法。
 
  地下水動(dòng)態(tài)均衡研究方法
 
  地下水動(dòng)態(tài)長期以,觀測網(wǎng)的布置:動(dòng)態(tài)觀測網(wǎng)分區(qū)域性基本觀測網(wǎng)和專門性觀測網(wǎng)兩種。
 
  1、選擇不同氣候帶中有代表性的各種水文地質(zhì)單元,設(shè)置由泉、井、孔等觀測點(diǎn)組成的觀測肉。
 
  2、以主干觀測線控制各單元中的主要?jiǎng)討B(tài)類型,按當(dāng)?shù)?a href="http://xldcn.com/t/水文地質(zhì).html" >水文地質(zhì)變化最大的方向布置觀測線。對次要的、有差異性的地段和特殊變化點(diǎn)上設(shè)輔助性觀測點(diǎn)。也常布置垂直地表水體的觀測線。
 
  3、觀測肉應(yīng)與均衡研究結(jié)合起來。
 
  主要技術(shù)要求
 
  常用的觀測點(diǎn)為鉆孔和泉。此外還有其它地下水、地表水或氣象要素等的觀測點(diǎn)。
 
  觀測孔結(jié)構(gòu)取決于含水層性質(zhì)、觀測層數(shù)和內(nèi)容。如松散層應(yīng)下過濾器,一孔觀測多層則在求分層止水,孔徑應(yīng)保證能定置進(jìn)各層測水位管??咨顟?yīng)保證觀測到最低水位。
 
  選泉點(diǎn)應(yīng)考慮測流方便,并能安設(shè)測流裝置。有時(shí)還應(yīng)建防污設(shè)施。所有觀測點(diǎn)應(yīng)有水文地質(zhì)特征、觀測和利用等歷史資料。
 
  經(jīng)常的觀測項(xiàng)目有地下水水位,泉、自溢孔和生產(chǎn)井的流量,水溫及水化學(xué)成分等。必要時(shí)還需觀測地表水及氣象要素等。
 
  觀測頻度取決于觀測內(nèi)容及要素變化快慢。通常,水位、水溫、流量每5日觀測1次。地表河和地下河流洪峰時(shí)期,可加密至每日兩次。
 
  同一水文地抩單元力求對和點(diǎn)同時(shí)觀測,否則應(yīng)在季節(jié)代表性日期內(nèi)統(tǒng)一觀測。如區(qū)域過大,觀測頻度高,可免于統(tǒng)一觀測。