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水文地質(zhì)
水文地質(zhì)試驗的目的及方法
文章來源:地大熱能 發(fā)布作者: 發(fā)表時間:2021-11-03 11:25:29瀏覽次數(shù):1333
抽水試驗的目的任務:研究井的涌水量與水位降深的關系有其與抽水延續(xù)時間的關系;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、合理井徑等設計井群時所需的這些參數(shù)。
抽水試驗的類型: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;完整井和非完整井抽水試驗;分層、分段及混合抽水試驗; 抽水試驗場地布置:當地下水水力坡度小并為均質(zhì)各和同性含水層時,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,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,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,水力坡度也大時則布置4排觀測孔,對各向異性的含水層應考慮平行各向異性主軸。
干擾井群抽水試驗觀測孔的布置應控制整個流場到邊界。
觀測孔的數(shù)目、距離及深度主要取決于試驗的任務、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少于3個觀測孔。如僅求參數(shù),對于穩(wěn)定流一線應不少于2個。對非穩(wěn)定流試驗,一線可取1-3個,但多數(shù)是取3個,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,觀測孔都不應少于2個。
觀測孔間間距應近主孔者小,遠主孔者大,最遠應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、降深大的應遠些,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。各孔間間距應保證孔間降深差大于20cm。對于非穩(wěn)定流試驗,觀測孔的間距應在對數(shù)軸上分布均勻,而且孔間間距應比穩(wěn)定流者小,以保證抽水初期觀測。觀測孔間間距的經(jīng)驗數(shù)據(jù),可在有關手冊中查得。
在均質(zhì)完整井中抽水時,觀測孔深達抽水主孔最大降深以下即可。而在非完整井中抽水時,觀測孔應深達主孔抽水段之中部。沉淀管長度應不小于2m。除含水層很薄外,觀測孔應深入試驗層5-10m。如為查明水力聯(lián)系,觀測孔應深入試驗層10-20m以上。
抽水試驗的技術要求:
水位降低:下式抽水試驗要求取得三個落程的資料,便于確定流量Q與落程S的關系(Q-S關系),以判斷試驗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的目的。當測定參數(shù)時,降深值應小些。這樣可以避免紊流、三維流的產(chǎn)生。為地下水資源評價和疏干計算,降深值應能保證外推至設計要求。當為判斷邊只性質(zhì)和水力聯(lián)系時,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,因為有些層、帶的隔水性能與邊界兩側(cè)水頭有關。
穩(wěn)定延續(xù)時間:系指井的滲流場達到近似穩(wěn)定后的延續(xù)時間。從抽水開始至滲流場穩(wěn)定所需要的時間取決于地下水類型、含水層參數(shù)、邊界條件及補給條件、抽水降深值。穩(wěn)定延續(xù)時間越長,愈容易發(fā)現(xiàn)微小而有趨勢性的變化和臨時性補給所造成的短暫穩(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,最遠觀測孔的穩(wěn)定延續(xù)時間都不得少于2-4小時。 抽水孔水位波動,不超過降深的1%即為穩(wěn)定。但當降深較小,則以3-5cm為限。當用空氣壓縮機抽水時,主孔水位波動允許達20-30cm,觀測孔以不超過2-3cm為準,但不能有趨勢性變化。涌水量波動不應超過抽水量的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)每小時觀測1次,2小時內(nèi)所測數(shù)值不變或4小時內(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,則可取一個或幾個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、流量應同時觀測。觀測時應先密后疏。如開始時5-10分鐘觀測一次,以手則15-30分鐘觀測一次。觀測恢復水位也是同樣的。
地下水動態(tài)與均衡的研究 動態(tài)均衡研究還可以用來
(1)確定含水層參數(shù)、補給強度、越流因素、邊界性質(zhì)及水力聯(lián)系等;
(5)預報地震。
影響地下水動態(tài)的因素 地下水動態(tài)要以定義為地下水各要素隨時間變化的規(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態(tài)施加于地下水,引起地下水相應要素的變化。
氣候因素的影響遍及全球,時間持續(xù)長,并使淺部地下水動態(tài)也具有與其相應的緯度分帶性、變化迅速和具有周期性的特點。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)特點決定的因素。它們只影響地下水各要素普化量的大小及時間的滯后量。
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動態(tài),以及其它各式各樣的間歇性天然噴泉等特殊動態(tài)。
地下水的均衡式
地下水是一個動態(tài)平衡系統(tǒng),即各組成部分的數(shù)量關系滿足動態(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)補給量及蒸發(fā)量;Ws――泉的溢出量;
Yf――地表水對潛水的補給量;
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斷面流量的常用方法有堰測法、浮標法及流速儀法。
地下水動態(tài)均衡研究方法
地下水動態(tài)長期以,觀測網(wǎng)的布置:動態(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,設置由泉、井、孔等觀測點組成的觀測肉。
2、以主干觀測線控制各單元中的主要動態(tài)類型,按當?shù)?a href="http://m.yue-wei.com.cn/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上設輔助性觀測點。也常布置垂直地表水體的觀測線。
3、觀測肉應與均衡研究結(jié)合起來。
主要技術要求
常用的觀測點為鉆孔和泉。此外還有其它地下水、地表水或氣象要素等的觀測點。
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。如松散層應下過濾器,一孔觀測多層則在求分層止水,孔徑應保證能定置進各層測水位管??咨顟WC觀測到最低水位。
選泉點應考慮測流方便,并能安設測流裝置。有時還應建防污設施。所有觀測點應有水文地質(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,水溫及水化學成分等。必要時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期,可加密至每日兩次。
同一水文地抩單元力求對和點同時觀測,否則應在季節(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。