水文地质实验.docx

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水文地质实验

（一）原则、内容与要求

1、环境水文地质勘察与试验是在充分收集已有相关资料和地下水环境现状调查的基础上，针对某些需要进一步查明的环境水文地质问题和为获取预测评价中必要的水文地质参数而进行的工作。

2、除一级评价应进行环境水文地质勘察与试验外，对环境水文地质条件复杂而又缺少资料的地区，二级、三级评价也应在区域水文地质调查的基础上对评价区进行必要的水文地质勘察。

3、环境水文地质勘察可采用钻探、物探和水土化学分析以及室内外测试、试验等手段，具体参见相关标准与规范。

4、环境水文地质试验项目通常有抽水试验、注水试验、渗水试验、浸溶试验、土柱淋滤试验、弥散试验、流速试验（连通试验）、地下水含水层储能试验等，有关试验原则与方法参见附录E。

在地下水环境影响评价工作中可根据评价等级及资料占有程度等实际情况选用。

5、进行环境水文地质勘察时，除采用常规方法外，可配合地球物理方法进行勘察。

（二）野外试验

1、抽水试验抽水试验可确定抽水孔的特征曲线、实际涌水量，评价含水层的富水性，推断和计算井孔的最大用水量和单位用水量；可以确定含水层的水文地质参数，为评价地下水资源提供依据；通过抽水试验可确定抽水影响半径、确定合理井距，确定降落漏斗形态及其扩展情况，了解地下水与地表水及不同含水层之间的水力联系等。

抽水实验是目前水文地质勘查中用来确定含水层水文地质参数的一种重要手段，可获得多项水文地质参数，评价中常用到的是渗透系数。

抽水试验包括稳定流抽水试验和非稳定流抽水试验两类，可以通过单孔、多孔和群孔进行。

下面介绍一下潜水完整井单井稳定流简易抽水试验方法。

（1）仪器设备

根据水位埋深和预估的涌水量，准备潜水泵、离心泵或深井泵。

出水管口接水量表，供观测抽水流量用；另备电表、测绳供观测井内水位用；按要求准备好记录用表格等记录工具。

（2）试验落程

正式抽水试验一般进行三个落程。

当精度要求不高或含水层水量不大时，也可以做两个落程或一次最大落程。

进行三次落程抽水试验时，最大降深S3应等于1/3—1/2潜水层厚度；若单纯为求取水文地质参数，宜采用小降深抽水，各次落程的差值应不小于1米。

（3）稳定延续时间和稳定标准

抽水试验稳定时间的长短，直接关系到抽水试验质量和资料的利用。

稳定时间的长短，应根据勘查目的要求和水文地质复杂程度而定。

按稳定流公式计算参数时，降深（S）和流量（Q）需保持相对稳定数小时至数天，有观测孔时，最远观测孔水位稳定时间不小于2—4小时。

在实际工作中，抽水稳定延续时间尚需要考虑下列因素：

①抽水试验的目的。

如单纯为求的岩层渗透系数时，稳定延续时间可短些；需确定水源井的开采能力、含水层间的水力联系时，稳定时间则应延长。

②含水层的岩性和补给条件。

补给充沛的粗粒含水层比补给差或补给条件不明的细粒含水层地区，稳定的时间要短些。

③降深与水量值。

水位降深值大时，稳定的时间应长些；水量较小的抽水井，稳定时间可适当缩短。

④成井工艺。

以清水或稀泥浆钻进，且洗孔彻底时，稳定延续时间可以短些。

⑤在雨季进行抽水时，由于地下水位处于连续上升阶段，稳定延续时间应适当延长。

重要的抽水孔应尽量在旱季抽水。

⑥岩溶地区，在抽水过程中往往出现溶洞沟通，产生新的补给来源。

若抽水过程中涌水量时大时小，应适当延长抽水时间。

通常对抽水试验的稳定标准有如下要求：

①抽水过程中的水位和涌水量历时曲线要平稳，不能有逐渐增大或减小的趋势；

②在稳定时间段内，主孔水位波动值不超过水位降低值的1%；当降深小于10m时，水位波动值不应超过3-5cm。

观测孔水位波动值不应超过2-3cm。

③涌水量波动值不超过正常流量的5%，当涌水量很小时可适当放宽。

④当主孔和观测孔的水位与区域地下水位变化趋势一致时，可以视为稳定。

（4）水位、流量观测

①静止水位观测

a.一般地区每小时观测一次，三次所测数字相同或4小时内水位相差不超过2cm，即为静止水位。

b.受潮汐影响地区需测出两个潮汐日周期（不小于25小时）的最高、最低和平均水位资料。

如高低水位变幅<0.5m时，取最低水位平均只为静止水位。

②动水位及水量观测

a.按稳定流公式计算参数时，抽水空的观测时间间距视稳定情况而定。

一般开泵后水位和水量波动较大，应每5-10分钟观测一次。

然后视稳定程度，每15分钟或30分钟观测一次。

b.按非稳定流计算参数时，抽水孔应保持出水量（或水位）为常量，若前后两次观测的流量变化超过5%时，应即时调整。

观测时间主要应满足于绘出计算用的各种曲线图，特别是对数关系曲线。

要求在开泵的10-20分钟内，尽可能准确记录较多数据。

一般观测间距如下（分）：

1、2、2、5、5、5、5、5、10、10、10、10、10、20、20、20、30、30、……。

③水温、气温的观测

一般每小时观测一次，并同时记录地下水的其它物理性质有无变化。

④恢复水位观测

a.一般地区：

抽水试验结束或因故停泵，应进行恢复水位观测。

观测时间间距，应按水位恢复速度决定，一般为1、3、5、10、15、30……分钟，直至完全恢复。

观测精度要求同静止水位观测。

b.受潮汐影响的地区：

恢复水位观测不应少于一个潮汐变化周期（13小时）；观测时间间距，应根据潮汐变化规律而定，在潮汐上涨或下落过程中，每30分钟观测一次，平潮时加密至5-10分钟观测一次，以便准确测定孔内最高、最低水位，并与抽水前“静”水位比较。

（5）抽水试验中的排水要求

应根据地形坡度、含水层埋深、地下水流向和地表渗透性能等因素确定排水方向和排水距离。

排水时应使水流畅通，防止抽出的水渗入到抽水层中。

（6）试验资料的综合整理与参数计算

对于均质、各向同性、分布无限的含水层中的潜水完整井，利用单井稳定流抽水试验结果，可按下式计算含水层的渗透系数[5]：

（4-4）

式中：

——含水层的渗透系数（m/d）；

——钻孔稳定出水量（m3/d）；

    ——抽水前的含水层厚度（m）；

——抽水后的含水层厚度（m）；

——抽水影响半径（m）；

——抽水井半径（m）。

2、注水试验在地下水位埋深较大，含水层富水性较差时，可以采用注水试验近似确定含水层的渗透系数。

注水试验从原理上可以看作是抽水试验的反过程，只是以注水代替抽水。

其方法参照抽水试验，不再介绍。

利用恒定给水的注水方法，可用下式计算潜水含水层的渗透系数[2]：

（4-5）

式中：

——恒定注水量（m3/d）；

——注水稳定后的水位（m）；

——注水前的潜水水位（m）；

——注水影响半径（m）；

——井孔的有效半径（m）。

式（4-4）、（4-5）中，抽水影响半径（R）可参照表4-24确定。

3、渗水试验渗水试验是测定非饱和带（包气带）松散岩层饱和渗透系数的一种方法。

目前，野外现场进行渗水试验的方法是试坑渗水试验，包括试坑法、单环法、双环法及开口试验和密封试验几种。

下面介绍一下试坑法、单环法、双环法的试验方法。

（1）试坑法  试坑法是在表层干土中挖一试坑，坑底要离潜水位3—5米以上，向试坑内注水，必须使试坑中的水位始终高出坑底约10cm。

为便于观测坑内水位，在坑底要设置一个标尺。

求出单位时间内从坑底深入的水量Q，除以坑底面积F，即得出平均渗流速度V=Q/F。

当坑内水柱高度不大（等于10cm）时，可以认为水头梯度近于1，因而K=V。

（2）单环法  单环法是在试坑底嵌入一高为20cm，直径为35.75cm的铁环，该铁环圈定的面积F为100cm2。

在试验开始时，用马里奥特瓶控制环内水柱，保持在10cm高度上。

试验一直进行到渗入水量Q固定不变时为止，就可按下式计算此时的渗透速度：

（4-6）

所得的渗透速度即为该岩层的渗透系数值。

（3）双环法  双环法系在试坑底嵌入两个铁环，外环直径可采取0.5m，内环直径可采取0.25m。

试验时往铁环内注水，用马里奥特瓶控制外环和内环的水柱都保持在10cm高度。

根据内环所取得的资料按上述方法确定岩层的渗透系数。

由于内环中的水只产生垂向深入，排除了侧向渗流带的误差，因此比试坑法和单环法精确度高。

表4-24

松散岩石影响半径（R）经验数值表[3]

岩石名称

颗粒粒径（mm）

影响半径（m）

岩石名称

颗粒粒径（mm）

影响半径（m）

粉  砂

0.05-0.1

25-50

极粗砂

1.0-2.0

400-500

细  砂

0.1-0.25

50-100

小  砾

2.0-3.0

500-600

中  砂

0.25-0.5

100-200

中  砾

3.0-5.0

600-1500

粗  砂

0.5-1.0

300-400

大  砾

5.0-10.0

1500-3000

根据双环法试验结果，当渗流量达到稳定时，可用下式计算非饱和带的饱和渗透系数[2]：

          （4-7）

式中：

——非饱和带的饱和渗透系数（m/d）；

——稳定渗透流量（m3/d）；

——内环面积（m2）；

——内环中水层厚度（m）；

——毛细压力，一般等于岩石毛细上升高度之半（m）；

——试验结束时水的渗透深度（m），（试验后开挖确定）。

以上三种简易水文地质试验，均是在理论设定的理想条件下才适用。

当含水层不满足均质、各向同性，或试验点邻近河流、邻近隔水边界，或抽水井为非完整井，或渗水试验之渗水量不能稳定等等，计算方法均有变化，需要时可参考《水文地质手册》。

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