水文地质试验

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[拼音]:shuiwen dizhi shiyan

[英文]:hydrogeological test

为取得岩土的水文地质引数和查明水文地质条件而进行的野外试验。常用的有抽水试验、压水试验、注水试验、渗水试验、弥散试验等。

抽水试验

通过井或钻孔抽取含水层中的水而进行的水文地质试验。抽水试验的目的是求得抽水流量和地下水位降落值的关系;计算含水层的渗透系数、给水度、储水系数等水文地质引数;确定抽水时的地下水位降落漏斗的影响范围;查明地表水与地下水之间或不同含水层之间的水力联络等。

根据要解决的问题,可以进行不同规模和方式的抽水试验。单孔抽水试验只用一个井抽水,不另设定观测孔,取得的资料精度较差;多孔抽水试验是用一个主孔抽水,同时配置若干个监测水位变化的观测孔,以取得比较准确的水文地质引数;群井开采试验是在某一范围内用大量生产井同时长期抽水,以查明群井采水量与区域水位下降的关系,求得可靠的水文地质引数,作为评价地下水开采资源的依据之一。

为确定水文地质引数而进行的抽水试验,有稳定流抽水和非稳定流抽水两类。前者要求试验终了以前抽水流量及抽水影响范围内的地下水位达到稳定不变。后者则只要求抽水流量保持定值而水位不一定到达稳定,或保持一定的水位降深而允许流量变化。

下面以多孔稳定抽水试验为例加以说明。多孔抽水试验布置一到数排观测孔,观测孔的连线应垂直和(或)平行地下水流向,或与岩土引数变化的最大方向一致。每排设2~3个或更多的观测孔,离主井近处间隔小,远处间隔加大,以便控制水位变化(图1)。抽水开始前要观测主孔的深度,以及主孔和观测孔的静止水位。抽水一开始,按先短后长的时间间隔,同时测定抽水流量和各孔水位。到抽水流量及水位均持续稳定相当长时间后,停止抽水,观测各孔水位的恢复,直到重新达到稳定为止。进行非稳定抽水试验时,使抽水流量保持定值,观测主孔和观测孔水位随时间的变化,主孔水位降到一定高度后,停止抽水,观测各孔水位随时间恢复过程。

试验过程中,在现场绘出降深(S)与时间(t)过程曲线,抽水流量(Q)与时间(t)过程曲线(图2)。室内整理时,选取适当的计算公式求得有关水文地质引数。

压水试验

将水压入钻孔以确定岩层渗透性的野外试验(图3)。

压水试验可以定性地了解不同深度(包括地下水面以上和以下)的坚硬、半坚硬岩层的透水性和裂隙发育程度,估算水文地质引数。专门设计的压水试验可以用来求出各向异性的岩石的渗透张量。根据压水试验结果可以确定水工建筑物基础和库区岩层防渗和加固的措施。

试验是在用止水栓塞在钻孔中隔离出来的试段中进行的。每个试段均用 3个不同压力值进行压水。试验过程中,在现场绘出压力和流量随时间变化的过程线。

试验结果整理成压力水头(S)与压力流量(Q)关系曲线,计算单压流量 q(q=Q/S)和单位吸水量(W)。最后根据相应公式近似求出岩层渗透系数(K)。单位吸水量(W)是透水岩层在单位压力作用下单位试段长度上每分钟漏过的水量,即

式中Q为压水流量(升/分);S为压力水头(米);L为试段长度(米)。

注水试验

向钻孔中注水,利用水柱本身的压力确定岩石渗透性的野外试验。当地下水位埋藏过深,或为干的透水岩层时,可在钻孔中进行注水试验代替抽水试验。试验的原理与压水试验相似。

渗水试验

利用试坑渗水以测定包气带渗透性的野外试验(图4)。

选择潜水位埋藏深度较大的地方,在地表挖一试坑。在试坑底部嵌入内外两个铁皮环,用专门的倒立水瓶(马利奥特瓶)向内外环注水,使水面始终保持同一高度,则内环中的水便垂直下渗。求出单位时间内向内环试坑底渗入的水量,除以内环底面积,即可求得平均渗透流速。当坑底水层厚度很小(一般为10厘米),而下渗深度相当大时,如不考虑毛管力,则水力坡度I=1,根据达西定律,此时渗透系数在数值上与渗透流速相等。

弥散试验

通过野外方法测定含水层的弥散度的试验。一般的方法是向钻孔中投入示踪剂,测定示踪剂在含水层中运移状况,根据地下水的流速和示踪剂的浓度变化曲线,求得弥散度和弥散系数。在野外试验中理想的示踪剂是无毒、廉价、能随水移动,化学性质稳定及不被含水层介质吸附和滤出的物质,常用131I、NaCl和荧光素等。试验有区域性规模和整体规模两类。所谓区域性规模通常采用单井脉冲注入技术。注入示踪剂后,测定井中示踪剂浓度随时间变化的曲线、通过公式计算而得出弥散度。所谓整体规模即在试验场内设定一个示踪剂注入井和若干个观测井,观测示踪剂的运移。根据示踪剂浓度变化曲线和地下水的流速,可计算出弥散度和弥散系数。

参考书目

河北省地质局水文地质四大队主编:《水文地质手册》,地质出版社,北京,1978。

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