本文為2013年環(huán)境影響評價師考試《環(huán)境影響評價技術(shù)方法》教材第三章的水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查與監(jiān)測詳細(xì)闡述，希望本文能夠幫助您更好的全面學(xué)習(xí)2013年環(huán)境影響評價師考試的重點知識!

七、環(huán)境水文地質(zhì)試驗

環(huán)境水文地質(zhì)試驗是地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查中不可缺少的重要手段，許多水文地 質(zhì)資料皆需通過環(huán)境水文地質(zhì)試驗才能獲得。環(huán)境水文地質(zhì)試驗的種類很多，下面以野外抽水試驗為主，其他幾項試驗為輔予以介紹。

1. 抽水試驗的目的和任務(wù)

 

抽水試驗是通過從鉆孔或水井中抽水，定量評價含水層富水性，測定含水層水 文地質(zhì)參數(shù)和判斷某些水文地質(zhì)條件的一種野外試驗工作方法。

 

隨著水文地質(zhì)勘察階段由淺入深，抽水試驗在各個勘察階段中都占有重要的比 重。其成果質(zhì)量直接影響著對調(diào)查區(qū)水文地質(zhì)條件的認(rèn)識和水文地質(zhì)計算成果的精確程度。在整個勘察費用中，抽水試驗的費用僅次于鉆探工作費用;有時，整個鉆 探工程主要是為了抽水試驗而進(jìn)行。

抽水試驗的目的、任務(wù)是:、

(1) 直接測定含水層的富水程度和評價井(孔)的出水能力;

(2) 抽水試驗是確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)(K、T，ju, //，«)的主要方法;

(3) 抽水試驗可為取水工程設(shè)計提供所需的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，如單井出水量、單位出水量、井間干擾系數(shù)等，并可根據(jù)水位降深和涌水量選擇水泵型號;

(4) 通過抽水試驗，可直接評價水源地的可(允許)開采量;

(5) 可以通過抽水試驗查明某些其他手段難以查明的水文地質(zhì)條件，如地表水 與地下水之間及含水層之間的水力聯(lián)系，以及邊界性質(zhì)和強徑流帶位置等。

2. 抽水試驗的分類和各種抽水試驗方法的主要用途

按抽水試驗所依據(jù)的井流公式原理和主要的目的與任務(wù)，可將抽水試驗劃分為 表3-19所示的各種類型。由表3-19所示的各種單一抽水試驗類型，又可組合成多種綜合性的抽水試驗類型。如表3-19中的I類和II類抽水試驗，可組合成穩(wěn)定流 單孔抽水試驗和穩(wěn)定流多孔干擾抽水試驗，非穩(wěn)定流單孔抽水試驗和非穩(wěn)定流多孔干擾抽水試驗等。

一般應(yīng)根據(jù)地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查工作的目的和任務(wù)確定抽水試驗類型。比如， 在區(qū)域性地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查及專門性地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查的初始階段，抽水試驗的目的主要是獲取含水層具代表性的水文地質(zhì)參數(shù)和富水性指標(biāo)(如鉆孔的單位涌 水量或某一降深條件下的涌水量)，故一般選用單孔抽水試驗即可。當(dāng)只需要取得 含水層滲透系數(shù)和涌水量時，一般多選用穩(wěn)定流抽水試驗;當(dāng)需要獲得滲透系數(shù)、導(dǎo)水系數(shù)、釋水系數(shù)及越流系數(shù)等更多的水文地質(zhì)參數(shù)時，則須選用非穩(wěn)定流的抽 水試驗方法。進(jìn)行抽水試驗時，一般不必開鑿專門的水位觀測孔，但為提高所求參 數(shù)的精度和了解抽水流場特征，應(yīng)盡量用更多已有的水井作為試驗的水位觀測孔。當(dāng)己有觀測孔不能滿足要求時，則需開鑿專門水位觀測孔。

在專門性地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查的詳勘階段，為獲得開采孔群(組)設(shè)計所需水 文地質(zhì)參數(shù)(如影響半徑、井間干擾系數(shù)等)和水源地允許開采量(或礦區(qū)排水量) 時，則須選用多孔干擾抽水試驗。當(dāng)設(shè)計幵釆量(或排水量)遠(yuǎn)小于地下水補給量時，可選用穩(wěn)定流的抽水試驗方法;反之，則選用非穩(wěn)定流的抽水試驗方法。

抽水試驗類型

亞類

主要用途

(1) 確定水文地質(zhì)參數(shù)欠、H(r)、R;

(2) 確定水井的曲線類型;

①判斷含水層類型及水文地質(zhì)條件;

②下推設(shè)計降深時的開采量

I -1穩(wěn)定流抽 水試驗

-2-1定流量非穩(wěn)定流 抽水試驗

(1) 確定水文地質(zhì)參數(shù)//、//、K：imf (越流 系數(shù))、T、a, B (越流因素)、\/a (延遲指 數(shù));

(2) 預(yù)測在某一抽水量條件下，抽水流場內(nèi) 任一時刻任一點的水位下降值

-2非穩(wěn)定流 抽水試驗

1-2-2定降深非穩(wěn)定流 抽水試驗

II-1-1無觀測孔 的單孔抽水試驗

同I

II-1-2帶觀測孔 的單孔抽水試驗 (帶觀測孔的多 孔抽水試驗;帶 觀測孔的孔組抽 水試驗)

(1) 提高水文地質(zhì)參數(shù)的計算精度;

①提高水位觀測精度;

②避開抽水孔三維流影響

(2) 準(zhǔn)確求解水文地質(zhì)參數(shù);

(3) 了解某一方向上水力坡度的變化，從而 認(rèn)識某些水文地質(zhì)條件

按有無

水位觀

測孔

II-1單孔抽水

試驗

II -2-1 一般干擾 抽水試驗

(1) 求取水工程干擾出水量;

(2) 求井間干擾系數(shù)和合理井距

II-2干擾抽水 試驗

(1) 求水源地允許開釆量;

(2) 暴露和查明水文地質(zhì)條件;

(3) 建立地下水流(開釆條件下)模擬模型

II-2-2大型群孔 干擾抽水試驗

III按抽水 試驗的含 水層數(shù)目

III-1分層抽水試驗

III-2混合抽水試驗

單獨求取含水層的水文地質(zhì)參數(shù)

求多個含水層綜合的水文地質(zhì)參數(shù)

3.抽水孔和觀測孔的布置要求

(1)抽水孔(主孔)的布置要求

①布置抽水孔的主要依據(jù)是抽水試驗的任務(wù)和目的，目的和任務(wù)不同，其布 置原則也各異：a)為求取水文地質(zhì)參數(shù)的抽水孔，一般應(yīng)遠(yuǎn)離含水層的透水、隔 水邊界，布置在含水層的導(dǎo)水及儲水性質(zhì)、補給條件、厚度和巖性條件等有代表性 的地方;b)對于探釆結(jié)合的抽水井(包括供水詳勘階段的抽水井)，要求布置在含 水層(帶)富水性較好或計劃布置生產(chǎn)水井的位置上，以便為將來生產(chǎn)孔的設(shè)計提 供可靠信息;c)欲查明含水層邊界性質(zhì)、邊界補給量的抽水孔，應(yīng)布置在靠近邊 界的地方，以便觀測到邊界兩側(cè)明顯的水位差異或查明兩側(cè)的水力聯(lián)系程度。

表3-19抽水試驗分類方法

 

 

②在布置帶觀測孔的抽水井時，要考慮盡量利用已有水井作為抽水時的水位 觀測孔。

③抽水孔附近不應(yīng)有其他正在使用的生產(chǎn)水井或其他與地下水有聯(lián)系的排灌 工程。

④抽水井附近應(yīng)有較好的排水條件，即抽出的水能無滲漏地排到抽水孔影響 半徑區(qū)以外，特別應(yīng)注意抽水量很大的群孔抽水的排水問題。

(2)水位觀測孔的布置要求

①布置抽水試驗水位觀測孔的意義

a) 利用觀測孔的水位觀測數(shù)據(jù)，可以提高井流公式所計算出的水文地質(zhì)參數(shù) 的精度。這是因為：觀測孔中的水位不受抽水孔水躍值和抽水孔附近三維流的影響，能更真實地代表含水層中的水位;觀測孔中的水位，由于不存在抽水主孔“抽水沖 擊”的影響，水位波動小，水位觀測數(shù)據(jù)精度較高;利用觀測孔水位數(shù)據(jù)參與井流公式的計算，可避開因Aa值選值不當(dāng)給參數(shù)計算精度造成的影響。

b) 利用觀測孔的水位，可用多種作圖方法求解穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流的水文地質(zhì) 參數(shù)。

c) 利用觀測孔水位，可繪制出抽水的人工流場圖(等水位線或下降漏斗)，可 分析判明含水層的邊界位置與性質(zhì)、補給方向、補給來源及強徑流帶位置等水文地 質(zhì)條件。大型孔群抽水試驗滲流場的時空特征，可作為建立地下水流數(shù)值模擬模型的基礎(chǔ)。

②水位觀測孔布置的原則

不同目的的抽水試驗，其水位觀測孔布置的原則是不同的。

a)為求取含水層水文地質(zhì)參數(shù)的觀測孔，一般應(yīng)和抽水主孔組成觀測線，所求水文地質(zhì)參數(shù)應(yīng)具有代表性。因此，要求通過水位觀測孔觀測所得到的地下水位 降落曲線，對于整個抽水流場來說，應(yīng)具有代表性。一般應(yīng)根據(jù)抽水時可能形成的 水位降落漏斗的特點來確定觀測線的位置。

第一，均質(zhì)各向同性、水力坡度較小的含水層，其抽水降落漏斗的平面形狀 為圓形，即在通過抽水孔的各個方向上，水力坡度基本相等，但一般上游側(cè)水力坡度小于下游側(cè)水力坡度，故在與地下水流向;垂直方向上布置一條觀測線即可[圖 3-26 (a)]。

第二，均質(zhì)各向同性、水力坡度較大的含水層，其抽水降落漏斗形狀為橢圓形， 下游一側(cè)的水力坡度遠(yuǎn)較上游一側(cè)大，故除垂直地下水流向布置一條觀測線外，尚應(yīng)在上、下游方向上各布置一條水位觀測線[圖3-26 (b)]。

第三，均質(zhì)各向異性的含水層，抽水水位降落漏斗常沿著含水層儲、導(dǎo)水性質(zhì) 好的方向發(fā)展(延伸)，該方向水力坡度較小;儲、導(dǎo)水性差的方向為漏斗短軸， 水力坡度較大。因此，抽水時的水位觀測線應(yīng)沿著不同儲、導(dǎo)水性質(zhì)的方向布置，

以分別取得不同方向的水文地質(zhì)參數(shù)。

第四，對觀測線上觀測孔數(shù)FI的布置要求。觀測孔數(shù)目：只為求參數(shù)，l個即 可;為提高參數(shù)的精度則需2個以上，如欲繪制漏斗剖面，則需2?3個。觀測孔距主孔距離：a.按抽水漏斗水面坡度變化規(guī)律，愈近主孔距離應(yīng)愈小，愈遠(yuǎn)離主 孔距離應(yīng)愈大;b.為避開抽水孔三維流的影響，第一個觀測孔距主孔的距離一般應(yīng)約等于含水層的厚度(至少應(yīng)大于10 m); c.最遠(yuǎn)的觀測孔，要求觀測到的水位降深應(yīng)大于20 cm; d.相鄰觀測孔距離，亦應(yīng)保證兩孔的水位差必須大于20 cm。

圖3-26抽水試驗水位觀測線布置示意圖

1 一地下水天然流向;2—水位觀測線;3—抽水時的等水位線;4一抽水主孔;5—水位觀測孔

b)當(dāng)抽水試驗的目的在于查明含水層的邊界性質(zhì)和位置時，觀測線應(yīng)通過主 孔、垂直于欲查明的邊界布置，并應(yīng)在邊界兩側(cè)附近均布置觀測孔。

C)對欲建立地下水水流數(shù)值模擬模型的大型抽水試驗，應(yīng)將觀測孔比較均勻地布置在計算區(qū)域內(nèi)，以便能控制整個流場的變化和邊界上的水位和流量，應(yīng)在每個參數(shù)分區(qū)內(nèi)都布置觀測孔，便于流場擬合。

d)當(dāng)抽水試驗的目的在于查明垂向含水層之間的水力聯(lián)系時，則應(yīng)在同一觀測線上布置分層的水位觀測孔。

6.滲水試驗

滲水試驗是一種在野外現(xiàn)場測定包氣帶土層垂向滲透系數(shù)的簡易方法，在研究 地面入滲對地下水的補給時，常需進(jìn)行此種試驗。

試驗方法：在試驗層中開挖一個截面積為0.3?0.5 m2的方形或圓形試坑，不 斷將水注入坑中，并使坑底的水層厚度保持一定(一般為10cm厚，圖3-27)，當(dāng)

圖3-27試坑滲水試驗示意圖

單位時間注入水量(即包氣帶巖層的滲透流量)保持穩(wěn)定時，則可根據(jù)達(dá)西滲透定 律計算出包氣帶土層的滲透系數(shù)(K)，艮P:

(3-25)

K 二 VII 二^~

WI

式中：Q——穩(wěn)定滲透流量，即注入水量，m3/d;

V——滲透水流速度，m/d;

W——滲水坑的底面積，m2;

I——垂向水力坡度。

(3-26)

卜A+Z + /

I

式中：Hk——包氣帶土層的毛細(xì)上升高度，可測定或用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，cm;

Z——滲水坑內(nèi)水層厚度，cm;

I——水從坑底向下滲入的深度，可通過實驗前在試坑外側(cè)、試驗后在坑中鉆孔取土樣測定其不同深度的含水量變化，經(jīng)對比后確定，cm。

由于Z/k、/、Z均為已知，故可計算出水力坡度/值。但在通常情況下，當(dāng) 滲入水到達(dá)潛水面后，凡則等于零。又因Z遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于/，故水力坡度值近似等于

1 (7^1),于是式(3-25)變?yōu)?

K=^- = V (3-27)

W

式(3-27)說明，在上述基本合理的假定條件下，包氣帶土層的垂向滲透系數(shù) (K)，實際上就等于試坑底單位面積上的滲透流量(單位面積注入水量)，也等于滲

入水在包氣帶土層中的滲透速度(F)。一般要求在試驗現(xiàn)場及時繪制出F隨時間的過程曲線(圖3-28)，其穩(wěn)定后的F值(即圖中的6)即為’包氣帶土層的滲透系 數(shù)⑷。

由于直接從試坑中滲水，未考慮注入水向試坑以外土層中側(cè)向滲入的影響(使 滲透斷面加大，單位面積入滲量增加)，故所求得的K值常常偏大。為克服此種側(cè) 品滲水的影響，目前多采用如圖3-29所示的雙環(huán)滲水試驗裝置，內(nèi)外環(huán)間水體下 滲所形成的環(huán)狀水圍幕即可阻止內(nèi)環(huán)水的側(cè)向滲透。

V77Z^PZ^777

V77

8

 

2

 

T

圖3-28滲透速度與時間關(guān)系 曲線圖(據(jù)查依林)

圖3-29雙環(huán)法試坑滲水試驗裝置圖 I—內(nèi)環(huán)(直徑0.25 m) ; 2一外環(huán)(直徑0.5 m) 3—自動補充水瓶;4一水量標(biāo)尺

滲水試驗方法的最大缺陷是，水體下滲時常常不能完全排出巖層中的空氣，這對試驗結(jié)果必然產(chǎn)生影響。

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