水文地质参数求取的试验方法.docx
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水文地质参数求取的试验方法
水文地质参数求取的试验方法
水文地质试验（hydrogeologicaltest）
供水水文地质勘察中在现场测定水文地质参数和了解地下水运动特征及其规律的各种试验工作。
包括抽水、注水、压水、渗水、管井回灌、连通和弥散试验，以及流向和流速测定。
抽水试验
从钻孔、井或泉中抽取地下水，测定出水量与水位下降历时变化的试验。
通过抽水试验，可以确定出水量与水位下降的关系和该抽水点的最大出水量与降落漏斗半径；判定地下水运动的性质和地下水与地表水或不同含水层间的水力联系；利用抽水试验资料可计算水文地质参数。
抽水试验按地下水的稳定状态可分为稳定流抽水试验和非稳定流抽水试验；按有无观测孔可分为单孔抽水试验和带观测孔的抽水试验；按试验段揭露含水层的程度可分为完整井抽水试验和非完整井抽水试验；按抽水井与多层含水层的关系可分为分层抽水试验和混合抽水试验；按试验目的可分为干扰孔抽水试验和开采抽水试验。
试验开始前要测量静水位，以确定地下水的初始状态；停止抽水后要观测恢复水位，根据恢复水位可大致判断出水量是否超过补给量，并能计算水文地质参数。
为保证抽出的水不渗回试验地段，影响试验质量，抽出的水需排至影响范围以外。
稳定流抽水试验 要求水位和出水量都达到稳定的抽水试验。
确定的标准是，出水量和水位（单孔抽水为抽水孔水位，带观测孔的抽水为观测孔水位）都在一定范围内波动，且无持续上升或下降的趋势。
抽水孔的水位最大降深，承压水一般不超过压力水头，潜水一般不超过含水层厚度的1／2。
抽水的稳定延续时间一般为8～24h。
试验过程中，要及时绘制出水量与水位降深的历时曲线，即Q–t和S–t历时曲线（图1）；出水量与水位降深关系曲线，即Q–S曲线（图2）；单位出水量与水位降深关系曲线，即q–S曲线（图3）。
非稳定流抽水试验 保持出水量（或水位）稳定，观测水位（或出水量）随时间变化的抽水试验。
当抽水区域内不能得到足够补给水量时，抽水势必引起水位降落漏斗的逐渐扩大，直至达到补给边界；只有当增加补给量或减少排泄量，使补给量与包括出水量在内的排泄量达到动态平衡后，漏斗才趋于稳定。
非稳定流抽水试验利用这个稳定态，也可求得含水层的水文地质参数。
抽水试验的延续时间以达到满足分析资料的要求为止，一般以水位降深S（潜水为Δh2）–logt关系曲线达到拐点后趋于水平或足以计算参数时停止。
试验过程中，及时在半对数坐标纸上绘制同一孔水位降深与时间（S–logt）、同一时间不同观测孔的水位降深与观测孔至抽水孔的距离（S–logr）和恢复水位剩余降深与时间
等曲线（s´为剩余降深，tp为抽水时间，tr为恢复时间），并及时指导试验工作的进行。
混合抽水试验 在一个井中从两个或更多含水层同时抽水的试验。
一次混合抽水试验只能求得各含水层的平均渗透系数，但配合使用钻孔流速仪或进行多次混合抽水试验，就可以计算各含水层的渗透系数。
干扰孔抽水试验 为求得井间的干扰系数，在两个抽水孔中依次分别和同时进行抽水的试验。
干扰孔抽水试验布置在拟作井群供水或井群降低地下水位的地段。
干扰孔的水柱削减值控制在抽水孔降深的10％～25％。
开采抽水试验 利用现有的供水井或井群进行较长时间的生产性抽水试验。
它可以比较精确地确定供水井或井群的供水能力和进行地下水资源评价。
开采抽水试验宜在枯水期进行，最好延续至枯水期结束水位开始回升时。
注水试验 连续向井或孔内注水，抬高其水位，形成以井或孔为中心的水位反漏斗，取得稳定的水位抬高值与注水量关系的试验。
其目的是测定地下水位以上或某一井或孔段岩层的透水性，水位的抬高值应小于或等于试验段长度。
注水试验的稳定延续时间一般为4～8h。
压水试验 往钻孔内压水以取得试验段单位时间的漏水量与压力相互关系的试验。
目的是初步了解不同深度坚硬、半坚硬岩层的相对透水性和裂隙发育程度。
多采用自上而下用栓塞隔离的分段压水法。
压水试验的稳定延续时间常超过2h。
渗水试验 往地表试坑中连续均匀地注水，使坑内保持一定高度的水柱，求得单位时间内坑底入渗量的试验。
目的在于研究降水或地表水对地下水补给时包气带岩层的透水性，一般在潜水位埋藏深度深于5m的地段进行。
试坑的底面积常采用0.3m×0.3m，要求坑底水平并铺设约0.02m厚的砂砾作缓冲层。
坑内保持的水柱高度为0.1m。
当注入水量达到稳定，延续2～4h即可结束试验。
为消除水向试坑侧面渗透的影响，通常采用双环法或单环法，即在试坑底分别嵌入两个或一个高约0.4m的圆形铁环，在环内注水。
管井回灌试验 在需要人工补给地下水的地段，往钻孔或井中进行回灌水的试验。
回灌试验过程中，要准确记录静水位、动水位、水温、回灌前后的真空度或压力、回灌量和回扬量等，进而可以得到单位出水量和单位回灌率等参数。
连通试验 在岩溶地区，利用溶洞、裂隙等天然通道，研究地下水的流向、补给范围、补给速度和补给量，以及地下水与地表水关系的试验。
常用的方法有：
（1）水位传递法。
采用在某一水点闸水、放水、抽水或注水等手段，观测周围可能有水力联系的各水点的水位、水量或水的颜色的变化。
（2）示踪法。
在上游水点投放染料、盐类、谷糠、锯末、机油或放射性同位素等示踪剂，观测其在下游的出现。
（3）气体传递法。
为了解无水溶洞、裂隙的连通情况，可在溶洞或裂隙内放烟，通过自然通风或人工鼓风使烟扩散，观测周围溶洞或裂隙中出现烟的地点和时间。
通过连通试验，可获得试验地段的水位、水量、水质或示踪剂浓度变化历时曲线和岩溶、裂隙连通平面图等。
弥散试验 为测定地下水的弥散系数所进行的现场试验。
弥散系数是描述地下水中物质混溶、运移规律和进行水质预测的重要参数。
通常在一个钻孔或井中连续或脉冲注入示踪剂，测得投剂孔和观测孔的水位和示踪剂浓度的历时变化，绘制投剂孔和观测孔的示踪剂浓度随时间的变化曲线。
要求示踪剂具有毒性小，能与地下水混溶而不改变地下水的密度、粘度、流速和流向等天然性质，在预定时间内能保持示踪剂的化学和物理性质稳定，并易于微量检测。
常用的示踪剂有食盐、荧光染料和放射性同位素Ⅰ131等。
流向和流速测定 通过绘制的地下水等水位（或水压）线图或钻孔流向仪的测量，确定地下水流向。
地下水等水位线图中最大的水力坡度方向，即是地下水的流向。
地下水流速的测定多采用示踪剂法，常采用的示踪剂有氯化钠、氯化钙、氯化铵、硝酸钠、染料和放射性同位素等。
用多孔法所测的结果是，该处地下水实际流速的平均值。
在已知流向的基础上，在上游钻孔或井中投放示踪剂，在下游观测孔中检测或采取水样分析示踪剂浓度随时间的变化，以示踪剂浓度中间值出现的时间计算地下水的平均实际流速。
也可以根据投剂孔内不同时间的示踪剂浓度变化，利用单孔稀释法求得投剂孔附近的地下水渗透流速（见地下水流速）。
检测示踪剂浓度的方法有化学滴定、比色测定、仪器测定电流值和放射性同位素强度等。
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水文地质试验 供水水文地质勘察
为测定水文地质参数和了解地下水的运动规律而进行的试验工作，内容包括抽水、注水、压水、渗水、连通、流速和弥散系数测定等。
其中抽水试验是最主要的手段。
抽水试验 利用井（孔）抽取地下水，以了解井的涌水量及其与水位下降的历时变化关系。
抽水试验按地下水流态可分为稳定流和非稳定流抽水。
按抽水井与观测孔的关系可分为单孔抽水和多孔抽水；按井孔贯穿含水层的程度可分为完整井抽水和非完整井抽水；按抽水井与含水层的关系可分为分层抽水和混合抽水等。
①稳定流抽水。
抽水时流量和水位降同时保持不变，适用于抽水量小于补给量的地区，这种抽水一般需进行三次水位降。
其最大降深值,潜水应介于其含水层厚度的1/3～1/2之间;承压水不得大于其承压水头。
稳定时间一般为8～24小时
当水质和水量发生突然变化时则要延长稳定时间。
②非稳定流抽水。
保持抽水量为常量，观测水位随时间的变化，在抽水量大于补给量或抽水过程中水位一直持续下降的地区更为适用。
抽水时间视其目的、水文地质特征、水位降与时间关系曲线类型和选用计算参数的公式而定。
一般为12～24小时。
稳定流与非稳定流抽水可结合进行，观测孔兼顾两者的计算要求布设，既满足后者对水量、水位的观测精度，又达到前者的延续时间，互相校正，以获得较理想的成果。
抽水试验的设备通常为空气压缩机或深井泵。
当地下水最大动水位深度小于7.5米时,可采用卧式离心泵。
若是非稳定流抽水，则宜采用电动离心泵或深井泵。
抽水试验过程中，为便于发现和及时处理异常现象,确定抽水试验延续时间,应根据试验要求并作为成果绘制和提交下列资料：
当进行稳定流抽水时，绘制涌水量、水位降－历时（
、
-
）曲线、涌水量-水位降关系[
＝
（
）]曲线
（图1[地下水水位及流量历时曲线]）及单位涌水量-水位降关系[
＝
（
）]曲线。
当进行非稳定流抽水时，应绘制抽水井水位降与时间,观测孔水位降与抽水井距离（
）、水位恢复与时间的对数关系曲线,即
-lg
（图2[水位下降-时间对数关系曲]）、
-lg
、
-lg（1+
/
）（图[kg2]
3[水位恢复-时间对数关系曲线]曲线。
）
注水试验 连续往井内注水，使井中水位抬高，形成以井为中心的反漏斗曲面，并取得井中稳定的地下水位抬高值和注入水量，测定地下水位以上或某一深度井段岩层的渗透性，适用于不能进行抽水试验的地段。
在不含水的干燥岩层中注水，且试验段高出地下水位较多，介质为各向同性时，则井中注入水柱的高度应小于或等于试段长度,并与井半径之比值为50～200之间。
注水试验装置由注水管、开关和流量表组成。
稳定时间一般为4～8小时。
压水试验 向井内压水取得单位时间的漏水量与压力、试段长度间的相互关系，以定性地了解地下不同深度坚硬、半坚硬岩层的相对透水性和裂隙的相对发育程度，主要为水工构筑物设计提供资料。
目前多采用自上而下栓塞隔离的分段压水法。
稳定时间通常要超过2小时。
压水试验所用止水栓塞多为双管循环式和单管压水式（图4[压水试验装置]）。
渗水试验 在表层干土试坑中连续均匀注水，使坑内水层保持一定厚度,求出坑底单位时间的入渗水量,用以计算包气带松散岩层渗透系数。
对灌溉设计、研究区域水均衡等都有十分重要意义。
一般在潜水位深度大于5米的地区进行，试坑底面积多取30×30厘米
，并要求坑底水平和铺设约2厘米厚的砂砾石缓冲层,保持坑内水层厚10厘米。
当注入水量达到稳定后延续2～4小时即可结束。
为排除试坑侧向渗透影响，通常采用双环法进行试验，即在坑底嵌入两个高约20厘米，直径分别为25和50厘米铁环，并保持内外环的水层厚度相同，从而使内环中的水只产生垂向渗入，同时利用土钻获取试验时间内水由坑底向土层渗透的深度，就可求得精确度较高的渗透系数值。
渗水试验结束后，应提交试坑平面位置图、水文地质剖面图及渗透速度历时曲线。
连通试验 利用溶洞、裂隙等天然通道，研究地下水的流向、补给范围、补给速度、补给量以及与相邻地区地下水、地表水关系等。
试验需有确切水文地质测绘资料证实存在连通性的地段进行。
常用的方法为：
①水位传递法。
采取闸水、放水、堵水或抽水、注水等手段，观测水位、水量、水色变化。
②示踪剂法。
在上游投放示踪剂如染料、盐类或放射性同位素等，观测其在下游的出现。
③气体传递法。
在与地下水有联系的无水溶洞或裂隙内放烟，通过自然通风或用人工鼓风的方法使烟扩散。
连通试验的成果有试验段（点）的水位、水量、水质或示踪剂浓度变化的历时曲线和岩溶、裂隙连通平面图。
流速测定 测定地下水实际流速，首先根据已有等水位线图或在无此图时沿等边三角形顶点布孔，确定地下水流向，然后分别在上下游布设示踪剂投放孔和观测孔，孔距决定于含水层透水性,在细砂中为2～5米,含砾粗砂中为5～15米，裂隙岩层中为10～15米,岩溶发育岩层可大于50米。
为避免示踪剂绕过观测孔，常在其两侧0.5～1.0米处各布一辅助观测孔（图5[地下水流向、流速测定钻孔布置]），所投示踪剂种类及检验方法
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