《水文地质勘察》课程设计指导书讲解.docx
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《水文地质勘察》课程设计指导书讲解
《水文地质勘察》课程设计指导书
《水文地质勘察》是一门水文与水资源工程专业重要专业课程，该课程除课堂讲授水文地质勘察基本原理和工作方法外，还要特别加强对学生实践知识、动手能力和分析问题与解决问题能力的训练。
本课程设计的目的就是为了巩固课堂学习的理论知识，理论联系实际，提高学生实际分析解决问题及编写报告的初步能力，为学生毕业论文（设计）的编写打下一个良好的基础。
一、课程设计名称
1、东王村地区水文地质条件及地下水资源供水意义分析
2、编制3号专门水文地质孔设计柱状图
3、宝兰高速铁路ZK03钻孔岩心编录
二、方法与步骤
1、认真仔细阅读东王村地区水文地质资料。
包括水文地质图（图1），（平面图、剖面图）及相关资料（表1、表2、表3）；
2、在系统分析东王村地区地质背景（地形、地层、构造）的基础上，对该区水文地质条件进行分析；
3、东王村地区地下水资源供水意义分析；
4、编写课程设计报告。
5、编制3号专门水文地质孔设计柱状图。
6、认真阅读宝兰高速铁路ZK03钻孔资料，对岩心进行编录并绘制钻孔柱状图。
三、有关基本知识
1、水文地质图
水文地质图是反映一个地区地下水情况及其与自然地理和地质因素相互关系的图件。
它是根据水文地质调查的结果绘制的。
通常由一张图（主图）或一套相同比例尺的辅助图件来表示含水层的性质和分布、地下水的类型、埋藏条件、化学成分与涌水量等。
主图是为对区域地下水的形成与分布建立总的概念而编制的反映主要水文地质特征的综合性图件，即综合水文地质图。
辅助图件则包括基础性图件（如地质图、地貌图、实际材料图等）、地下水单项特征性图件（如潜水等水位线及埋深图、承压水等水压线图、水化学类型分区图、地下水储量分区图等）以及专门性水文地质图（如供水水文地质图、矿区水文地质图、环境水文地质图、地下水开采条件分区图等），一般是小面积大比例尺，针对某一方面或某一项自然改造利用而编制的图件。
综合水文地质图一般由平面图、镶图和剖面图组成。
平面图为主图。
镶图是在条件复杂的地区，为减轻主图负担弥补其不足而编制的，其比例尺要比平面图小。
剖面图则是用以反映调查区主要方向的水文地质变化规律，如含水层的结构特征。
其走向应选在穿过地貌变化最大、横切所有含水层的方向。
尽能和勘探钻孔控制性水点结合起来。
原则上水平比例尺与平面图相同，垂直比例尺可适当放大，但不能使地形严重失真。
2、水文地质条件
水文地质条件是指有关地下水形成、分布和变化等条件的概括。
一般包括地下水的埋藏分布情况、水质、水量、补给、径流与排泄等条件。
这些条件受地区的自然地理环境、地质条件以及人类生产活动的影响而变化。
因此，实际上它包括了影响地下水各方面的因素的总和。
3、气候条件
气候是指某一地区多年的天气特征。
根据其年平均温度可分为：
热带（>25℃）、亚热带（25℃—15℃）、温带（15℃—5℃）和寒带（<5℃）；根据其水份状况可分为：
湿润（降水量>800mm）、半湿润（800—500mm）、半干旱（500—250mm）、干旱（<250mm）。
4、地下水埋藏条件
地下水埋藏条件是指地下水的类型、分布和埋藏深度、含水层的数目、岩性、厚度和空间分布、含水构造的特点等的统称。
查明地下水的埋藏条件是水文地质调查的一项基本内容。
5、地下水补给条件
含水层中地下水从外部（如大气降水、地表水等）或从其他含水层中不断获得水量补充的过程称为地下水的补给。
地下水补给条件是指地下水的补给来源、补给方式、补给区的位置、补给量的大小和影响补给的因素等的统称。
在开采地下水或疏干排水时，必须查明地下水补给条件，计算补给量。
6、地下水排泄条件
地下水从含水层中流出并转化为地表水或大气水的过程称为地下水的排泄。
地下水排泄条件是指地下水排泄的地点、排泄方式、排泄量、形成这种排泄的环境和条件以及影响排泄的因素等。
地下水的天然排泄方式有两类：
一类为通过毛细管作用到达地表蒸发转化为大气水的垂直排泄；另一类为通过以泉或泄流形式排向地表水的水平排泄。
当大量开采地下水或矿井疏干排水时，人工排泄也是一种重要的方式。
7、地下水动态
地下水动态是指地下水在形成过程中水位、水温、流量、化学成分、气体成分和物理性质等总的变化过程。
它是在各种因素（气候、水文、地质、土壤、生物以及人工因素等）的综合影响下所形成的。
了解地下水的动态和影响因素，可以根据它的规律更合理地评价、利用、控制和防治地下水对人类的危害。
8、地下水资源
是指某一地区地下水的储藏量。
它可分为补给量、储存量和允许开采量：
（1）、补给量
地下水补给量可分为天然补给量与开采补给量。
天然补给量是指天然状态下，含水系统平均每年从大气降水入渗、地表水入渗、地下径流或越流流入等所获得补给的重力水体积；开采补给量是指在开采过程中地下水位下降、水力坡度增大，从相邻地表水体或相邻含水系统中所获得的补给水量。
或由于开采使含水层储水空间增大，而可接纳更多的入渗水量。
通常开采补给量可大于天然补绐量。
（2）、储存量
是指储存于含水层或含水系统内水位变动带以下的重力水体积。
可分为潜水容积储存量和承压水弹性储存量。
是地质历史时期逐渐积存起来的，可对维持地下水量稳定起调节作用。
（3）、允许开采量
是指在一定的技术经济条件下，能从含水系统中开采出来的最大水量。
同时在整个开采期间内，其水质、水量、开采条件和环境不会出现显著恶化。
合理确定地下水的允许开采量是地下水资源评价的核心问题。
9、含水层的透水性分级
含水层的透水性是指含水岩石孔隙、裂隙或溶蚀空隙透过水的能力。
它通常是以渗透系数大小来划分：
透水性等级
名称
渗透系数（m/d）
Ⅰ
良透水岩石
>10
Ⅱ
透水岩石
10—1
Ⅲ
微透水岩石
1—0.01
Ⅳ
极微透水岩石
0.01—0.001
Ⅴ
不透水岩石
<0.001
通常透水层是指渗透系数>0.001m/d的岩层，隔水层（不透水层）是指渗透系数<0.001m/d的透水性非常低的岩层。
10、单位涌水量
单位涌水量是指抽水时，水井或钻孔中水位每下降一米的涌水量，用升/秒·米来表示。
它是对比单井出水或含水层富水能力的重要指标：
式中：
q为单位涌水量；Q为井（钻孔）抽（涌）水量；s为降深。
11、含水层富水性分级
含水层富水性是指含水层中地下水量的丰富程度。
它取决于含水层的分布范围、厚度、透水性和补给条件。
一般是根据开采时井、泉的最大涌水量来衡量。
常见的富水性分级为：
富水性等级
名称
井（泉）最大涌水量
（m3/d）
Ⅰ
强（极）富水的
>5000
Ⅱ
富水的
5000—1000
Ⅲ
中等富水的
1000—100
Ⅳ
弱（微）富水的
100—10
Ⅴ
贫水的
<10
Ⅵ
富水性复杂的
相差悬殊
在岩溶区和基岩裂隙区有时在井（钻孔）缺乏的情况下可采用地下水径流模数来粗略划分：
富水性等级
名称
岩溶水或裂隙溶洞水（L/S·km2）
基岩裂隙水
（L/S·km2）
Ⅰ
强（极）富水的
>6
>3
Ⅱ
中等富水的
6—3
3—1
Ⅲ
贫水的
<3
<1
12、地下水埋深分级
根据地下潜水面或承压水含水层顶板距离地表深度，可将地下水埋深分为三个等级：
埋深等级
名称
孔隙、裂隙、岩溶（潜）承压水埋深
（m）
Ⅰ
深层的
>100
Ⅱ
中等深层的
100—50
Ⅲ
浅层的
<50
13、矿化度分级
矿化度等级
名称
总含盐量（g/L）
Ⅰ
淡水
<1
Ⅱ
微咸水
1—3
Ⅲ
半咸水
3—10
Ⅳ
咸水
>10
四、报告编写主要内容
1、区域自然地理条件
（1）地形：
根据水文网的分布及剖面图上的地形及标高，分析本区地势及汇水条件。
（2）气候：
根据表2，分析本区降雨待征和气温特征。
（3）水文：
水系发育情况、水系分布与地形、岩性、构造的关系，以及河水的补给来源，不同河段的流量变化等。
2、区域地质条件
（1）地层：
层序、时代、岩性、接触关系、出露及分布情况．
（2）构造：
褶皱特征、断层走向、断距及性质。
构造对地层分布、地形及水文网分布等的控制作用，以及构造对地下水形成过程的控制作用。
3、区域水文地质条件
（1）岩层含水性：
从下列各方面逐层分析哪些是含水层，哪些是隔水层；对含水层则进一步分析其相对含水性和导水性并区分强含水层和弱含水层。
①岩性（根据岩层含水性说明表中的描述）；
②裂隙发育情况（根据说明表中的描述以及钻孔资料）；
③岩溶发育特征（根据说明表中的描述；钻孔资料；图面上岩溶发育及分布状况；岩溶地区水系发育特征）；
④泉的出露情况及流量；
⑤钻孔单位涌水量。
（2）各含水层的主要水文地质特征：
根据岩性、裂隙或岩溶发育情况、泉的流量及出露情况、钻孔单位涌水量等方面的资料（补充到表1中）；泉、钻孔的水化学及水温资料（表3）；分析不同地层的富水性，区分强含水层、弱含水层和隔水层，总结它们的水文地质特征。
东王村地区水文地质图及剖面图，分析下列各项：
①各含水层的出露分布特征；
②泉的出露条件、类型及命名；
③二叠系合水层的水温及水质变化特征；
④中侏罗统含水层的水温及水质变化特征；
⑤各含水层的补给、排泄、径流条件（包括补给来源、补给方式、排泄方式、径流强度等）。
（3）断裂带的水文地质特征：
根据两盘岩性、出露于断裂带上泉的流量、水质、水温以及河水流量等，分析断裂带的导水性能及其对二叠系和中侏罗统含水层的影响。
（4）地下水资源供水意义
在综合分析全区水文地质条件的基础上，依据降雨量（表2）和排泄量，初步分析该地区地下水资源的特点及其供水意义。
（5）地下水资源的概略估算：
在对区域水文地质条件建立清晰概念的基础上，估算东王村盆地地下水的补给量及二迭系含水层的年补给量
五、钻孔设计柱状图的编制：
1、图名：
3号专门水文地质孔设计柱状图。
2、比例尺：
1：
1000。
3、图头内容：
钻孔方位；设计孔深；开口、终孔口径；开孔、终孔日期；钻机类型及抽水设备等。
4、正图内容：
（见表4）
5、图尾内容：
施工程序：
按设计要求，从开孔起至抽水完毕封孔的全过程的钻探及水文地质内容，进行合理的安排。
责任表：
参考矿床水文地质图责任栏，大小及内容基本相同
6、要求：
参考过去所学过的知识，提出每一项设计，做到既要查明水文地质问题，又要节省开支，达到内容准确，图件美观、整齐。
7、钻探部分：
（1）钻孔坐标：
X=2739.840
Y=11256.221
H=468.12
（2）钻机类型：
油压300型；
（3）钻孔方位：
设计直孔90；
（4）开孔日期：
1985年9月2日；
终孔日期：
1985年月日；
（5）钻孔设计深度：
250米；
（6）钻孔结构：
①孔径：
0～40.00米150毫米
40.00～126.00米130毫米
126.00～250.00米110毫米
②钻孔结构：
（7）抽水设备：
压风机抽水。
六、东王村地区水文地质资料
1、东王村地区地层及其含水性：
该区地层及其含水性见表1及图1所示；
2、东王村地区降雨量资料：
降雨量资料见表2所示。
3、东王村地区地下水化学成分资料：
地下水成分见表3
4、东王村地区水文地质图（图1）
表1东王村地区岩层含水性
代号
时代
岩性
裂隙及岩溶发育情况
泉流量（L·s-1）
钻孔单位涌水量（L·s-1·m-1）
岩层含水性质
接触关系
Qal
第四系
冲积砂砾石
与老地层呈角度不整合接触
J3
上侏罗统
砂岩与砂质页岩互层
裂隙闭合
J2
中侏罗统
长石石英砂岩
裂隙张开
J1
下侏罗统
页岩，距底部15m处夹厚度3-5m的可采煤层
裂隙闭合
P
二叠系
纯质石灰岩
岩溶发育
与上覆地层呈角度不整合接触
C
石炭系
页岩夹薄层砂岩
Al-S
前泥盆系
片麻岩及片岩
构造裂隙闭合，发育风化裂隙
与上覆地层呈角度不整合接触
表2东王村地区多年平均（1971—1990）降水量及气温资料
1
2
3
4
5
6
7
降水量（mm）
35.5
60.5
104.5
144.4
161.2
218.0
179.0
占年降水量（%）
2.8
4.8
8.3
11.5
12.8
17.3
14.2
气温（℃）
1.8
5.1
12.3
16.4
21.6
26.0
27.8
8
9
10
11
12
全年
降水量（mm）
133.4
80.6
53.2
56.6
33.5
1260.4
占年降水量（%）
10.6
6.4
4.2
4.5
2.6
100.0
气温（℃）
28.7
23.4
18.0
9.2
7，3
16.5
表3东王村地区地下水化学成分
泉号
库尔诺夫表示式
钻孔号
含水层
库尔诺夫表示式
6
1
J2
12
P
10
3
J2
13
P
14
表4水文地质孔设计柱状图项目内容
内容
序号
图中宽度（厘米）
钻孔深度（米）
1
1
地层年代
2
1
柱状图与终孔结构（1：
1000）
3
3
地层厚度
4
1
岩性描述
5
4
钻孔结构
6
2
钻进要求
钻进方法
7
1
岩芯采取率
8
1
孔斜要求
9
1
简易水文观测
水位观测
10
1
冲洗液观测
11
1
岩芯编录
12
1
物探测井
测斜
13
1
井温测井
14
1
井液电阻率测井
15
1
止水要求
技术要求
16
1
检查方法
17
1
抽水试验
预测静止水位
18
1
抽水试段
19
1
预测降深
20
1
抽水方法
21
1
抽水时间
22
1
恢复水位
23
1
观测孔
观测孔号
24
1
观测方法及时间
25
1
取样
水样
26
1
岩样
27
1
备注
28
2
七、宝兰高速铁路ZK03钻孔资料
1、ZK03钻孔资料
（1）钻孔坐标：
X=4586.250
Y=9836.126
H=1134
（2）钻机类型：
GZ5型工程钻；
（3）钻孔方位：
设计直孔110；
（4）开孔日期：
2009年4月21日；
终孔日期：
2009年5月2日；
（5）钻孔设计深度：
50米；
（6）孔径：
0～50.00米110毫米
2、岩心资料
岩心编录的目的是最大可能的提取岩心中的岩土信息，结合岩石物性、测井、地球物理及区域地质背景资料，树立岩心剖面柱。
根据规则，岩石编录包括对岩心划分岩性单元，观察和描述不同岩性单元之间的接触关系、各种岩石的颜色、结构、构造、矿物组成及含量。
表5岩心资料表
层次
层顶深度（M）
层底深度（M）
取样标号
地下水（M）
试验
1
0
3.5
2米、3米处标贯试验
2
3.5
9.5
5米处001
3
9.5
11.8
10米处002
9.5米处见地下水，2009.4.25稳定水位1125m
4
11.8
20.7
15米处003、
20米处004
18米处重Ⅱ触探试验
5
20.7
26.8
25米处005
6
26.8
31.8
30米处006
7
31.8
35.3
35米处007
8
35.3
42.5
40米处008
36米处重Ⅱ触探试验
9
42.5
50
45米处009
编录内容见下表：
表6岩心编录项目内容
内容
序号
图中宽度（厘米）
地层代号
1
1
岩土分层序号
2
1
层顶深度
3
1
层底深度
4
1
层厚
5
1
地层描述
6
5
岩土取样
7
1
3、标贯试验资料
该钻孔中的标贯试验进行了两次，分别在2米和3米深度上进行，标贯试验原始资料见下表：
表7标贯试验原始资料表
试验前深度（m）
试验后深度（m）
击入深度（m）
杆长（m）
标贯击数
修正后标贯击数
2.00
2.10
0.10
3
3
2.10
2.20
0.10
3
5
2.20
2.30
0.10
3
4
3.00
3.10
0.10
4
5
3.10
3.20
0.10
4
6
3.20
3.30
0.10
4
7
4、重Ⅱ触探试验资料
在钻孔中18米、36米处进行了重Ⅱ触探试验，其原始资料见下表：
表818米处重Ⅱ触探试验原始资料表
试验前深度（m）
试验后深度（m）
击入深度（m）
动探杆长
（m）
动探击数
修正后动探击数
18.00
18.10
0.10
20
20
18.10
18.20
0.10
20
18
18.20
18.30
0.10
20
23
18.30
18.40
0.10
20
26
18.40
18.50
0.10
20
15
18.50
18.60
0.10
20
20
18.60
18.70
0.10
20
17
18.70
18.80
0.10
20
28
18.80
18.90
0.10
20
24
18.90
19.00
0.10
20
16
19.00
19.10
0.10
22
15
19.10
19.20
0.10
22
18
19.20
19.30
0.10
22
22
19.30
19.40
0.10
22
20
19.40
19.50
0.10
22
20
19.50
19.60
0.10
22
19
19.60
19.70
0.10
22
21
19.70
19.80
0.10
22
23
19.80
19.90
0.10
22
26
19.90
20.00
0.10
22
28
表936米处重Ⅱ触探试验原始资料表
试验前深度（m）
试验后深度（m）
击入深度（m）
动探杆长（m）
动探击数
修正后动探击数
36.00
36.10
0.10
38
40
36.10
36.20
0.10
38
38
36.20
36.30
0.10
38
41
36.30
36.40
0.10
38
46
36.40
36.50
0.10
38
40
36.50
36.60
0.10
38
50
36.60
36.70
0.10
38
47
36.70
36.80
0.10
38
43
36.80
36.90
0.10
38
49
36.90
37.00
0.10
38
51
37.00
37.10
0.10
39
38
37.10
37.20
0.10
39
40
37.20
37.30
0.10
39
45
37.30
37.40
0.10
39
42
37.40
37.50
0.10
39
42
37.50
37.60
0.10
39
42
37.60
37.70
0.10
39
46
37.70
37.80
0.10
39
40
37.80
37.90
0.10
39
38
37.90
38.00
0.10
39
46
5、工程地质孔柱状图
（1）图名：
钻孔柱状图。
（2）比例尺：
1：
1000。
（3）图头内容：
见表10
（4）正图内容：
钻孔柱状图的内容主要有地层代号、岩土分层序号、层顶深度、层顶标高、层厚、地质柱状图、岩心采取率、岩土取样深度和样号、原位测试深度和相关数据。
在地质柱状图上，第四系与下伏基岩应表示出不整合接触关系（见表11）。
（5）图尾内容：
工程编号、绘图、审核、工程负责人、图号
（6）要求：
参考过去所学过的知识，提出每一项设计，做到既要查明水文地质问题，又要节省开支，达到内容准确，图件美观、整齐。
表10表头内容
工程名称
工程编号
钻孔编号
孔口高程
坐标
X=
开工日期
稳定水位深度
孔口直径
Y=
竣工日期
测量水位日期
表11工程地质柱状图项目内容
内容
序号
图中宽度（厘米）
地层代号
1
1
岩土分层序号
2
1
层底深度
3
1
层底标高
4
1
层厚
5
1
地质柱状图（1：
100）
6
3
岩土名称及其特征
7
7
岩心采取率
8
1
岩土取样深度和样号
9
1
稳定水位和水位日期
10
2
原位测试深度和相关数据
11
3
图例
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