水文地质试验的目的及方法

  抽水试验的目的任务：研究井的涌水量与水位降深的关系有其与抽水延续时间的关系；求得含水层及越流层的水文地质参数；研究降落漏斗的形状、大小及扩展过程；研究含水层之间及含水层与地表水体之间的水力联系；确定含水层（或含水体）边界位置及性质；进行开采或疏干的模拟，以确定井间距、开采降深、合理井径等设计井群时所需的这些参数。

 

  抽水试验的类型：稳定流抽水、非稳定流抽水；单孔、多孔及干扰井群抽水试验；完整井和非完整井抽水试验；分层、分段及混合抽水试验；  抽水试验场地布置：当地下水水力坡度小并为均质各和同性含水层时，可在垂直水流方向布置1排观测孔。若场地条件所限难于布孔时，可与流向成45度角的方向布1排观测孔；含水层仍为均质各向同性而水力坡度较大时，则增加1排平行流向的观测孔；对非均质含水层水力坡度不大的情况应布置3排观测孔；非均质各向异性的含水层，水力坡度也大时则布置4排观测孔，对各向异性的含水层应考虑平行各向异性主轴。

 

  干扰井群抽水试验观测孔的布置应控制整个流场到边界。

 

  观测孔的数目、距离及深度主要取决于试验的任务、精度要求和抽水类型。如需描述降落漏斗，则一条观测线上不应少于3个观测孔。如仅求参数，对于稳定流一线应不少于2个。对非稳定流试验，一线可取1－3个，但多数是取3个，以便使用多种言法（如S－Lｇｔ、S－Lｇｒ等方法）整理和解释资料。对于判定水力联系及边界性质的抽水试验，观测孔都不应少于2个。

 

  观测孔间间距应近主孔者小，远主孔者大，最远应以能观测到明显水隹下降，或下降值不少于10倍的允许观测误差。最近的观测 孔视含水层渗透性和抽水降深而定，由数米至20米。渗透性强、降深大的应远些，这既有利于控制降落漏斗，又能避免观测 孔位紊流和三维流明显的地段，因此，有的规范规定，最近观测孔距主孔不小于含水层厚度的1倍。各孔间间距应保证孔间降深差大于20ｃｍ。对于非稳定流试验，观测孔的间距应在对数轴上分布均匀，而且孔间间距应比稳定流者小，以保证抽水初期观测。观测孔间间距的经验数据，可在有关手册中查得。

 

  在均质完整井中抽水时，观测孔深达抽水主孔最大降深以下即可。而在非完整井中抽水时，观测孔应深达主孔抽水段之中部。沉淀管长度应不小于2ｍ。除含水层很薄外，观测孔应深入试验层5－10ｍ。如为查明水力联系，观测孔应深入试验层10－20ｍ以上。

 

  抽水试验的技术要求：

 

  水位降低：下式抽水试验要求取得三个落程的资料，便于确定流量Q与落程S的关系（Q－S关系），以判断试验的正确性和推断涌水量。

 

  对最大降深值的要求订要取决于试验的目的。当测定参数时，降深值应小些。这样可以避免紊流、三维流的产生。为地下水资源评价和疏干计算，降深值应能保证外推至设计要求。当为判断边只性质和水力联系时，则要求有足够的降深使问题能分暴露，通常是力求有较大的降深，因为有些层、带的隔水性能与边界两侧水头有关。

 

  稳定延续时间：系指井的渗流场达到近似稳定后的延续时间。从抽水开始至渗流场稳定所需要的时间取决于地下水类型、含水层参数、边界条件及补给条件、抽水降深值。稳定延续时间越长，愈容易发现微小而有趋势性的变化和临时性补给所造成的短暂稳定及“滞后疏干”所造成的假稳定。

 

  仅仅为了测定参数，稳定延续时间要求短些，一般不超过1日。其它的，一般为2－3日。但无论何种目的试验，最远观测孔的稳定延续时间都不得少于2－4小时。  抽水孔水位波动，不超过降深的1%即为稳定。但当降深较小，则以3－5ｃｍ为限。当用空气压缩机抽水时，主孔水位波动允许达20－30ｃｍ，观测孔以不超过2－3ｃｍ为准，但不能有趋势性变化。涌水量波动不应超过抽水量的5%。

 

  水位及流量观测：抽水前需观测 天然稳定水位。一般地区每小时观测1次，2小时内所测数值不变或4小时内水位相差不超过2ｃｍ者方可作为稳定水位。如天然水位波动，则可取一个或几个周期中水位的平均值作为天然稳定水位。

 

  抽水过程中，水位、流量应同时观测。观测时应先密后疏。如开始时5－10分钟观测一次，以手则15－30分钟观测一次。观测恢复水位也是同样的。

 

  地下水动态与均衡的研究  动态均衡研究还可以用来

 

  （1）确定含水层参数、补给强度、越流因素、边界性质及水力联系等；

 

  （2）评价地下水资源，尤其是对大区域和一些岩溶地区的水资源评价主要是用水均衡法；

 

  （3）预报水源地的水位、调整开采方案和管理制度，拟定新水源地的管理措施及对措施未来效果的评价；

 

  （4）土壤次生盐渍化及沼泽化，矿坑涌水水源及突水，水库廻水的浸没，地下水污染进行监测与预测，以及相应防治措施的拟定和效果评价；

 

  （5）预报地震。

 

  影响地下水动态的因素  地下水动态要以定义为地下水各要素随时间变化的规律。其中包括水位，流量，流速，流向，所含成分，水温等。

 

  第一类因素包括气候、水文、生物、土壤、火山和地震等自然因素，以及多种人为因素。这类因素以自身的动态施加于地下水，引起地下水相应要素的变化。

 

  气候因素的影响遍及全球，时间持续长，并使浅部地下水动态也具有与其相应的纬度分带性、变化迅速和具有周期性的特点。气候因素在一定的程度上控制着水文、生物和土壤因素。水文因素的影响较局部，只限于地表水体的底部和岸边。第二类影响因素包括含水层及包气带参数，地下水的埋藏、径流条件等地质特点决定的因素。它们只影响地下水各要素普化量的大小及时间的滞后量。

 

  第三类因素包括一些特殊的水文地质条件。如岩溶区虹吸通道所造成的间歇动态，以及其它各式各样的间歇性天然喷泉等特殊动态。

 

  地下水的均衡式

 

  地下水是一个动态平衡系统，即各组成部分的数量关系满足动态平衡。它满足质量及热量守恒定律，对任何地区、在任何时间内，水、溶质、及热的流入量（或发生量）与流出量（或消失量）之差，恒等于该量储存量的变化量。

 

  某均衡区内在均衡期中总的水均衡式：

 

  μ△h+V+P=（X+Y1+Z1+W1+R1）-（Y2+Z2+W2+R2）式中：μ△h――潜水储存量的变化量；△h――水位变化量；

 

  μ――给水度或饱和不足量；X――降水量；

 

  Y1、Y2――地表水的流入和流出量；Z1、Z2凝结水量及蒸发量；

 

  W1、W2――地下径流流入和流出量；R1、R2――人工引入和排出量；

 

  V、P――地表水体及包气带水储存量的变化量。潜水的一般均衡式：

 

  μ△h+V+P=（Xｆ＋Yｆ＋W1＋Z、1＋R、1）－（W2＋Wｓ＋Z、2＋R、2）式中：Xｆ――降水入渗量；

 

  Z、1、Z、2――潜水的凝结补给量及蒸发量；Wｓ――泉的溢出量；

 

  Yｆ――地表水对潜水的补给量；

 

  R、1、R、2――潜水的人工注入及排出量；其余符号同前。

 

  承压水的水均衡式在大多数情况下较为简单，例如：μ*△h＝W1＋E1－（W2＋R2ｋ）

 

  式中：μ*――弹性给水系数（贮水系数）；E1――越流补给量；

 

  R2ｋ――承压水的开采量。

 

  地下水均衡要素的测定方法

 

  确定潜水位变化值△h的唯一方法是直接观测。

 

  测定通过河渠某过水断面流量的常用方法有堰测法、浮标法及流速仪法。

 

  地下水动态均衡研究方法

 

  地下水动态长期以，观测网的布置：动态观测网分区域性基本观测网和专门性观测网两种。

 

  1、选择不同气候带中有代表性的各种水文地质单元，设置由泉、井、孔等观测点组成的观测肉。

 

  2、以主干观测线控制各单元中的主要动态类型，按当地水文地质变化最大的方向布置观测线。对次要的、有差异性的地段和特殊变化点上设辅助性观测点。也常布置垂直地表水体的观测线。

 

  3、观测肉应与均衡研究结合起来。

 

  主要技术要求

 

  常用的观测点为钻孔和泉。此外还有其它地下水、地表水或气象要素等的观测点。

 

  观测孔结构取决于含水层性质、观测层数和内容。如松散层应下过滤器，一孔观测多层则在求分层止水，孔径应保证能定置进各层测水位管。孔深应保证观测到最低水位。

 

  选泉点应考虑测流方便，并能安设测流装置。有时还应建防污设施。所有观测点应有水文地质特征、观测和利用等历史资料。

 

  经常的观测项目有地下水水位，泉、自溢孔和生产井的流量，水温及水化学成分等。必要时还需观测地表水及气象要素等。

 

  观测频度取决于观测内容及要素变化快慢。通常，水位、水温、流量每5日观测1次。地表河和地下河流洪峰时期，可加密至每日两次。

 

  同一水文地抩单元力求对和点同时观测，否则应在季节代表性日期内统一观测。如区域过大，观测频度高，可免于统一观测。