第四章水文地質(zhì)試驗(yàn)

1、第四章 水文地質(zhì)試驗(yàn) 水文地質(zhì)試驗(yàn)分：野外試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)。 野外試驗(yàn)有：抽水試驗(yàn)、注水試驗(yàn)、滲水試驗(yàn)、流速和流向的測(cè)定、連通試驗(yàn)、示蹤試驗(yàn)、彌散試驗(yàn)等。 水文地質(zhì)試驗(yàn)是獲取含水層參數(shù)的主要手段。第一節(jié) 抽水試驗(yàn)的目的任務(wù) （1）直接測(cè)定含水層的富水程度和評(píng)價(jià)井（孔）的出水能力； （2）抽水試驗(yàn)是確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)（K、T、*、K/m、a）的主要方法； （3）抽水試驗(yàn)可為取水工程設(shè)計(jì)提供所需水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，如：?jiǎn)尉鏊?、單位出水量、井間干擾系數(shù)等；并可根據(jù)水位降深和涌水量選擇水泵型號(hào)； （4）通過抽水試驗(yàn)，可直接評(píng)價(jià)水源地的可（允許）開采量； （5）研究水力聯(lián)系（地表水與地下水之間、含水層之

2、間的水力聯(lián)系，邊界性質(zhì)、位置，以及地下水補(bǔ)給通道和強(qiáng)徑流帶位置）。 （6）進(jìn)行開采模數(shù)和疏干模擬。第二節(jié) 抽水試驗(yàn)的分類 1. 按所依據(jù)的井流理論，可分為穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)和非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。 穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，要求流量和水位降深都是相對(duì)穩(wěn)定的。 可以查明的問題： （1）確定含水層的水文地質(zhì)參數(shù)（K、T）； （2）確定單井的涌水量和單位涌水量； （3）研究含水層之間及含水層與地表水之間的水力聯(lián)系； （4）研究含水層（或含水體）邊界位置及性質(zhì)； （5）確定水井的Q-S曲線類型。 非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，要求流量和水位其中一個(gè)穩(wěn)定。 可以查明的問題： （1）確定含水層和越流層的水文地質(zhì)參數(shù)； （2）確定單井的

3、涌水量和單位涌水量； （3）研究含水層之間及含水層與地表水之間的水力聯(lián)系； （4）研究含水層（或含水體）邊界位置及性質(zhì)； （5）群孔非穩(wěn)定流抽水，可研究地下水補(bǔ)給通道和強(qiáng)徑流帶位置； （6）群孔非穩(wěn)定流抽水，可進(jìn)行開采或疏干模擬。 2. 按抽水試驗(yàn)時(shí)所用井孔多少，可分為單孔、群孔和開采性抽水試驗(yàn)。 單孔抽水試驗(yàn)，只在一個(gè)抽水孔中進(jìn)行的不帶或帶觀測(cè)孔的抽水試驗(yàn)。 可以查明的問題： （1）確定含水層和越流層的水文地質(zhì)參數(shù)； （2）確定單井的涌水量和單位涌水量； （3）研究含水層之間及含水層與地表水之間的水力聯(lián)系； （4）研究含水層（或含水體）邊界位置及性質(zhì)。 群孔抽水試驗(yàn)，兩個(gè)或兩個(gè)以上的抽水孔同

4、時(shí)抽水，各孔的水位和水量有明顯相互影響的抽水試驗(yàn)。 可以查明的問題： （1） 研究含水層之間及含水層與地表水之間的水力聯(lián)系； （2）研究含水層（或含水體）邊界位置及性質(zhì)； （3）研究地下水補(bǔ)給通道和強(qiáng)徑流帶位置； （4）求取水工程的干擾出水量； （5）求井間干擾系數(shù)和合理井距。 開采性抽水試驗(yàn)，按開采條件或接近開采條件要求進(jìn)行的抽水試驗(yàn)。 可以查明的問題： （1） 研究含水層之間及含水層與地表水之間的水力聯(lián)系； （2）研究含水層（或含水體）邊界位置及性質(zhì)； （3）研究地下水補(bǔ)給通道和強(qiáng)徑流帶位置； （4）進(jìn)行開采模數(shù)和疏干模擬。 （5）求水源地允許開采量； （6）暴露和查明水文地質(zhì)條件； （7

5、）建立地下水流模擬模型。 3. 按試驗(yàn)段所包含的含水層情況，可分為分層、混合抽水試驗(yàn)。 分層抽水試驗(yàn)，在單個(gè)含水層中進(jìn)行抽水的試驗(yàn)，求單個(gè)含水層的水文地質(zhì)參數(shù)。 混合抽水試驗(yàn)，在多個(gè)含水層中進(jìn)行抽水的試驗(yàn)，求多個(gè)含水層綜合的水文地質(zhì)參數(shù)。第三節(jié) 抽水孔和觀測(cè)孔的布置要求一、抽水孔的布置要求 抽水孔的布置應(yīng)根據(jù)勘察階段、抽水試驗(yàn)的任務(wù)和目的、水文地質(zhì)條件和地下水資源評(píng)價(jià)方法等因素確定。 1. 考慮勘察階段的要求 詳查階段，在可能富水的地段均宜布置抽水孔。 勘探階段，在含水層（帶）富水性較好和擬建取水構(gòu)筑物的地段均宜布置抽水孔。 抽水孔占勘探孔（不包括觀測(cè)孔）總數(shù)的百分比（%）宜不少下表的規(guī)定。

6、2. 考慮抽水試驗(yàn)的任務(wù)和目的的要求 （1）為求取水文地質(zhì)參數(shù)，抽水孔應(yīng)遠(yuǎn)離含水層的邊界，應(yīng)布置在含水層的導(dǎo)水系數(shù)及貯水性質(zhì)、補(bǔ)給條件、厚度和巖性條件等有代表性的地方。 （2）對(duì)于探采結(jié)合的抽水井，要求布置在富水性較好或計(jì)劃布置生產(chǎn)井的位置上。 （3）為了查明邊界性質(zhì)、邊界補(bǔ)給量，抽水孔應(yīng)布置在靠近邊界的地方。 3. 考慮水文地質(zhì)條件的要求 一般在水文地質(zhì)條件較好的地段布置的密一些。 4. 考慮地下水資源評(píng)價(jià)方法的要求 均衡法，主要是確定各個(gè)邊界流入均衡域的水量及參數(shù)，抽水孔布置在邊界附近。 數(shù)值法，除確定邊界參數(shù)外，還要求確定模型參數(shù)，既要在邊界上布置，也要在內(nèi)部區(qū)域上布置，同時(shí)要關(guān)注到群抽

7、的主抽水區(qū)。 5. 其它方面的考慮 （1）抽水井離現(xiàn)有水井近一些，以便利用現(xiàn)有井做觀測(cè)孔。 （2）抽水井附近不應(yīng)有其它開采井和排灌工程。 （3）抽水井附近要有較好的排水條件。二、水位觀測(cè)孔的布置要求 （一）布置抽水試驗(yàn)水位觀測(cè)孔的意義 1. 利用觀測(cè)孔的水位觀測(cè)數(shù)據(jù)，可以提高井流公式所計(jì)算出的水文地質(zhì)參數(shù)的精度。 （1）觀測(cè)孔中的水位不受抽水孔水躍值和抽水孔附近三維流的影響； （2）觀測(cè)孔水位波動(dòng)小，精度較高； （3）有觀測(cè)孔時(shí)，求參精度高，可避開未知R的影響。 2. 利用觀測(cè)孔的水位，可用多種方法求參數(shù)。如穩(wěn)定流，非穩(wěn)定流（配線法、直線圖解法）。 3. 利用多個(gè)觀測(cè)孔水位，可繪制出抽水的人工

8、流場(chǎng)圖，判斷邊界位置和性質(zhì)，徑流帶等水文地質(zhì)條件。（二）水位觀測(cè)孔的布置原則 1. 求水文地質(zhì)參數(shù)的觀測(cè)孔布置 （1） 均質(zhì)各向同性、水力坡度較小的含水層，其抽水降落漏斗的平面形狀大體為圓形，因此在與地下水流向的垂直方向上布置一條觀測(cè)線即可。 （2）均質(zhì)各向同性、水力坡度較大的含水層，抽水一般形成橢圓形降落漏斗，因此除垂直地下水流向布置一條觀測(cè)線外，還應(yīng)在上、下游平行地下水流向各布置一條觀測(cè)線。 （3）均質(zhì)各向異性含水層，應(yīng)沿兩個(gè)主滲透方向布置觀測(cè)線。每條觀測(cè)線上觀測(cè)孔個(gè)數(shù)取決于試驗(yàn)?zāi)康暮退捎玫挠?jì)算公式。 （4）觀測(cè)孔數(shù)目的要求，若只為求參數(shù)，布1個(gè)觀測(cè)孔即可；為提高參數(shù)的精度則需2個(gè)以上；

9、如欲繪制降落漏斗形狀，則每條觀測(cè)線上需布23個(gè)觀測(cè)孔。 （5）觀測(cè)孔距主孔的距離 接近主孔，觀測(cè)孔間距應(yīng)小，遠(yuǎn)離主孔，觀測(cè)孔距離應(yīng)大。 第一觀測(cè)孔距主孔的距離一般應(yīng)約等于含水層的厚度，至少應(yīng)大于10m。 最遠(yuǎn)的觀測(cè)孔，要求觀測(cè)到的水位降深應(yīng)大于20cm。 相鄰觀測(cè)孔距離，亦應(yīng)保留兩孔的水位差必須大于20cm。 2.當(dāng)抽水試驗(yàn)的目的是查明含水層的邊界性質(zhì)時(shí)，觀測(cè)線應(yīng)垂直邊界布置，在邊界兩側(cè)都要布置觀測(cè)孔。 3.為地下水流數(shù)值模擬而進(jìn)行的大型抽水試驗(yàn)，應(yīng)將觀測(cè)孔比較均勻地布置在評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)，以便能控制整個(gè)流場(chǎng)的變化及邊界上的水位和流量。 4.為查明垂向含水層之間的水力聯(lián)系時(shí)，在同一觀測(cè)線上布置分層的

10、水位觀測(cè)孔。 5.觀測(cè)孔的深度，一般要求揭穿試驗(yàn)層，至少深入含水層1020m。第四節(jié) 抽水試驗(yàn)的技術(shù)要求一、穩(wěn)定流單孔抽水試驗(yàn)的主要技術(shù)要求 （一）對(duì)水位降深的要求 1.降深的次序 穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)一般要求進(jìn)行三次不同水位降深（落程）的抽水。 對(duì)松散含水層，為有助于在抽水孔周圍形成天然反濾層，抽水水位降深次序可由小到大(即正向抽水)。 對(duì)于裂隙和巖溶含水層，為了有利于裂隙和溶隙中的細(xì)粒物質(zhì)吸出，增加裂隙的導(dǎo)水性，抽水水位降深次序應(yīng)由大到小(反向抽水)。 對(duì)于透水性較差的含水層或非開采含水層可只做一次最大降深的抽水試驗(yàn)。 2. 水位降深的要求 潛水含水層，可以抽到底。 承壓含水層， Smax小于或

11、等于承壓含水層頂板以上的高度。 其余兩次降深值分別為1/3最大降深和2/3最大降深。 當(dāng)抽水設(shè)備達(dá)不到上述要求時(shí)，相鄰兩次水位降深的水頭差值也不應(yīng)小于1m。 （二）抽水試驗(yàn)流量的設(shè)計(jì) 1.求水文地質(zhì)參數(shù)的抽水試驗(yàn)對(duì)流量不做要求。 2.進(jìn)行三次不同水位降深的抽水，其最大出水量，可根據(jù)同一含水層中已有水井的出水量推測(cè)，或根據(jù)含水層的經(jīng)驗(yàn)滲透系數(shù)值和設(shè)計(jì)水位降深估算。 3.作為生產(chǎn)井使用的抽水試驗(yàn)鉆孔，抽水量最好能和需水量一致。 （三）對(duì)穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間的要求 抽水試驗(yàn)的穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間，宜符合下列要求： （1）卵石、圓礫和粗砂含水層為8h。 （2）中砂、細(xì)砂和粉砂含水層為16h。 （3）基巖含水層（帶）為

12、24h。 當(dāng)有觀測(cè)孔時(shí)，最遠(yuǎn)觀測(cè)孔水位穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間應(yīng)不少于24h。 根據(jù)含水層的類型，補(bǔ)給條件、水質(zhì)變化和試驗(yàn)?zāi)康牡纫蛩?，穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間可適當(dāng)調(diào)整。 （四）水位和流量觀測(cè)時(shí)間的總要求 1. 抽水孔的流量觀測(cè)和各觀測(cè)孔的水位觀測(cè)，應(yīng)同時(shí)、同步進(jìn)行。 2. 觀測(cè)時(shí)間間隔，應(yīng)先密后疏。宜在抽水開始后的第5、10、15、20、25、30min各測(cè)一次，以后每隔30min或60min測(cè)一次。二、非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)的主要技術(shù)要求 （一）對(duì)抽水量選擇的要求 1. 求水文地質(zhì)參數(shù)的抽水試驗(yàn)，考慮抽水結(jié)束時(shí)，抽水井的水位降深不超過所用水泵的吸程。 2. 探采結(jié)合的抽水，可考慮設(shè)計(jì)需水量或按設(shè)計(jì)需水量的1/31/2。

13、 3. 可參考勘探井洗井時(shí)的水位降深和出水量來確定抽水量。 （二）對(duì)抽水流量和水位的觀測(cè)要求 流量和水位的觀測(cè)應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，觀測(cè)的時(shí)間，宜在抽水開始后第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120min各測(cè)一次，以后可每隔30min觀測(cè)一次。 抽水停抽后，應(yīng)進(jìn)行恢復(fù)水位的觀測(cè)，一直進(jìn)行到恢復(fù)水位變幅接近天然水位變幅為止。 （三）抽水試驗(yàn)延續(xù)時(shí)間的要求 1. 求水文地質(zhì)參數(shù) 抽水試驗(yàn)的延續(xù)時(shí)間一般是24小時(shí)。 有時(shí)也要考慮求參方法的要求： 如配線法只用抽水的前期資料，抽水時(shí)間可短。 直線圖解法求取參數(shù)，只要求slgt曲線的直線段（即參數(shù)計(jì)算取值段）能

14、延續(xù)兩個(gè)以分鐘為單位的對(duì)數(shù)周期即可，故總的抽水延續(xù)時(shí)間一般為3個(gè)對(duì)數(shù)周期，即1000min。 拐點(diǎn)發(fā)求越流系數(shù)時(shí)，抽水至少應(yīng)延續(xù)到能可靠判定拐點(diǎn)為止。 2.確定井的涌水量 抽水時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)一些，以反應(yīng)出邊界的性質(zhì)為止。 如為定水頭補(bǔ)給邊界，抽水應(yīng)延續(xù)到水位進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后一段時(shí)間； 如為隔水邊界，應(yīng)使斜率出現(xiàn)明顯增大段； 當(dāng)為無限邊界，曲線應(yīng)在抽水期內(nèi)出現(xiàn)勻速下降后即可停止抽水試驗(yàn)。 三、大型群孔干擾抽水試驗(yàn)的主要技術(shù)要求 1.對(duì)抽水量的要求 大型群孔干擾抽水試驗(yàn)的抽水量，應(yīng)盡可能接近水源地的設(shè)計(jì)開采量。當(dāng)設(shè)計(jì)開采量很大(如5104 m3以上)或抽水設(shè)備能力有限時(shí)，抽水量至少也應(yīng)達(dá)到水源地設(shè)計(jì)開采量

15、的1/3以上。 2.對(duì)降深的要求 即盡可能地接近水源地設(shè)計(jì)的水位降深，一般或至少應(yīng)使群孔抽水水位下降漏斗中心處達(dá)到設(shè)計(jì)水位降深的1/3。 特別是當(dāng)需要通過抽水時(shí)，對(duì)地下水流場(chǎng)分析，以查明某些水文地質(zhì)條件時(shí)，更必須有較大的水位降深要求。 3.可以是穩(wěn)定流的，也可以是非穩(wěn)定流的 獲得水源地的穩(wěn)定出水量，一般多進(jìn)行穩(wěn)定流的開采抽水試驗(yàn)。 此穩(wěn)定出水量，可以通過改變抽水強(qiáng)度直接確定出水源地最大降深時(shí)的穩(wěn)定出水量（適用于地下水資源不太豐富的水源地）；也可通過進(jìn)行三次水位降深的穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，據(jù)流量（Q）水位降深（S）關(guān)系曲線方程，下推設(shè)計(jì)條件下的穩(wěn)定出水量。 4.為提高水源地允許開采量的保證程度，抽水試

16、驗(yàn)最好在地下水枯水期的后期進(jìn)行 5.抽水試驗(yàn)延續(xù)時(shí)間，一般應(yīng)大于1個(gè)月。第五節(jié) 抽水試驗(yàn)資料整理一、穩(wěn)定流單孔抽水試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)資料整理的要求 1.整理的內(nèi)容 Qt曲線、t曲線、Q-S曲線、q-S曲線。 2.曲線的判定 Qt、t曲線，幫助我們了解抽水試驗(yàn)進(jìn)行的是否正常。 Q-S、q-S曲線，幫助我們了解曲線形態(tài)是否正確地反應(yīng)了含水層的類型和邊界性質(zhì)。如圖，表示承壓井流；表示潛水或承壓轉(zhuǎn)無壓的井流；表示從某一降深起，涌水量隨降深的加大而增加很少；表示補(bǔ)給衰竭或水流受阻；表示試驗(yàn)有錯(cuò)誤，但可表示被堵塞的裂隙、巖溶通道突然被疏通。二、非穩(wěn)定流單孔抽水試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)資料整理的要求 整理的內(nèi)容：主要是水位降深與時(shí)間

17、的各類關(guān)系曲線。三、群孔干擾抽水試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)資料整理的要求 整理的內(nèi)容：抽水孔和各觀測(cè)孔的S-t、S-lgt曲線；抽水孔流量、群孔總流量過程線；抽水前的等水位線圖、不同抽水時(shí)刻的等水位線圖等。 第六節(jié) 過濾器及測(cè)水用具一、過濾器 過濾器主要由過濾骨架和過濾層組成。 骨架起支撐作用，有兩種結(jié)構(gòu)：一為帶網(wǎng)眼的管子；二為用鋼筋間隔排列而成的管狀物。 骨架的孔隙率應(yīng)不小于抽水含水層的空隙率。 一般，鋼管的孔隙率可達(dá)3050%；鑄鐵管的孔隙率可達(dá)2030%；水泥管的孔隙率可達(dá)1015%；縫隙式鋼管骨架過濾器的孔隙率可達(dá)4045%；鋼筋骨架過濾器的孔隙率可達(dá)6070%； 過濾器的類型： 骨架過濾器； 網(wǎng)狀過濾

18、器； 纏絲過濾器； 礫石過濾器；（填礫過濾器、籠狀和筐狀過濾器）。 管外填礫規(guī)格、纏絲間距也有規(guī)定。二、測(cè)水用具二、測(cè)水用具 測(cè)水用具包括水位計(jì)和流量計(jì)。測(cè)水用具包括水位計(jì)和流量計(jì)。 1. 水位計(jì)水位計(jì) 目前有：電測(cè)水位計(jì)、半自動(dòng)測(cè)井儀、自記水位目前有：電測(cè)水位計(jì)、半自動(dòng)測(cè)井儀、自記水位計(jì)。計(jì)。 2. 流量計(jì)流量計(jì) 目前常用的有：堰箱（或堰板）、流量流速儀等。目前常用的有：堰箱（或堰板）、流量流速儀等。第七節(jié)第七節(jié) 其他水文地質(zhì)野外試驗(yàn)其他水文地質(zhì)野外試驗(yàn)一、滲水試驗(yàn)一、滲水試驗(yàn) 1. 目的目的 研究包氣帶巖石垂向透水性。研究包氣帶巖石垂向透水性。 2. 原理原理 如圖：基準(zhǔn)面取地表。進(jìn)行試驗(yàn)

19、，滲水達(dá)到地下如圖：基準(zhǔn)面取地表。進(jìn)行試驗(yàn)，滲水達(dá)到地下水位時(shí)，滲水量趨于穩(wěn)定，這是根據(jù)達(dá)西定律：水位時(shí)，滲水量趨于穩(wěn)定，這是根據(jù)達(dá)西定律：式中：式中：HK：包氣帶土層的毛細(xì)上升高度；包氣帶土層的毛細(xì)上升高度； Z水層厚度；水層厚度； l 下滲的深度下滲的深度llZHKKJVK 當(dāng)水層厚度當(dāng)水層厚度Z較小時(shí)，可以忽略不計(jì)。當(dāng)水滲入到較小時(shí)，可以忽略不計(jì)。當(dāng)水滲入到潛水面或滲入深度較大時(shí)，潛水面或滲入深度較大時(shí)，HK也可忽略不計(jì)。所以也可忽略不計(jì)。所以 V=K 如果我們能求出下滲速度，也就是包氣帶巖石垂直如果我們能求出下滲速度，也就是包氣帶巖石垂直滲透系數(shù)。滲透系數(shù)。內(nèi)環(huán)面積；水量，可以實(shí)測(cè)；W

20、QWQV 3. 滲水試驗(yàn)的類型滲水試驗(yàn)的類型 （1）滲坑滲水試驗(yàn)）滲坑滲水試驗(yàn) （2）單環(huán)滲水試驗(yàn)）單環(huán)滲水試驗(yàn) （3）雙環(huán)滲水試驗(yàn)）雙環(huán)滲水試驗(yàn) 說明優(yōu)缺點(diǎn)說明優(yōu)缺點(diǎn) 4. 試驗(yàn)方法 （1）試驗(yàn)過程中流量隨時(shí)間的變化 由于開始滲水時(shí)，水要消耗在包氣帶內(nèi)側(cè)和外側(cè)，所以開始流量大，然后逐漸趨于穩(wěn)定；（圖） （2）流速觀測(cè)方法（圖） 維持試驗(yàn)環(huán)內(nèi)的水位不變觀測(cè)流量，比如，定時(shí)觀測(cè)水量的變化，求水量，在除以內(nèi)環(huán)的面積，得流速。二、鉆孔注水試驗(yàn)二、鉆孔注水試驗(yàn) 注水試驗(yàn)與抽水試驗(yàn)相反。形成的漏斗是反漏斗。注水試驗(yàn)與抽水試驗(yàn)相反。形成的漏斗是反漏斗。 注水試驗(yàn)一般都是穩(wěn)定流注水試驗(yàn)。求參數(shù)公式還注水試驗(yàn)一般都是穩(wěn)定流注水試驗(yàn)。求參數(shù)公式還是用抽水時(shí)的是用抽水時(shí)的Dupuit公式。如潛水，抽水時(shí)公式為：公式。