本文為2013年環(huán)境影響評(píng)價(jià)師考試《環(huán)境影響評(píng)價(jià)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(cè)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(píng)價(jià)師考試的重點(diǎn)知識(shí)!

七、環(huán)境水文地質(zhì)試驗(yàn)

環(huán)境水文地質(zhì)試驗(yàn)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(guò)環(huán)境水文地質(zhì)試驗(yàn)才能獲得。環(huán)境水文地質(zhì)試驗(yàn)的種類(lèi)很多，下面以野外抽水試驗(yàn)為主，其他幾項(xiàng)試驗(yàn)為輔予以介紹。

1. 抽水試驗(yàn)的目的和任務(wù)

 

抽水試驗(yàn)是通過(guò)從鉆孔或水井中抽水，定量評(píng)價(jià)含水層富水性，測(cè)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(yàn)工作方法。

 

隨著水文地質(zhì)勘察階段由淺入深，抽水試驗(yàn)在各個(gè)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(duì)調(diào)查區(qū)水文地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)和水文地質(zhì)計(jì)算成果的精確程度。在整個(gè)勘察費(fèi)用中，抽水試驗(yàn)的費(fèi)用僅次于鉆探工作費(fèi)用;有時(shí)，整個(gè)鉆 探工程主要是為了抽水試驗(yàn)而進(jìn)行。

抽水試驗(yàn)的目的、任務(wù)是:、

(1) 直接測(cè)定含水層的富水程度和評(píng)價(jià)井(孔)的出水能力;

(2) 抽水試驗(yàn)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(yàn)可為取水工程設(shè)計(jì)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(hào);

(4) 通過(guò)抽水試驗(yàn)，可直接評(píng)價(jià)水源地的可(允許)開(kāi)采量;

(5) 可以通過(guò)抽水試驗(yàn)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(qiáng)徑流帶位置等。

2. 抽水試驗(yàn)的分類(lèi)和各種抽水試驗(yàn)方法的主要用途

按抽水試驗(yàn)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(yàn)劃分為 表3-19所示的各種類(lèi)型。由表3-19所示的各種單一抽水試驗(yàn)類(lèi)型，又可組合成多種綜合性的抽水試驗(yàn)類(lèi)型。如表3-19中的I類(lèi)和II類(lèi)抽水試驗(yàn)，可組合成穩(wěn)定流 單孔抽水試驗(yàn)和穩(wěn)定流多孔干擾抽水試驗(yàn)，非穩(wěn)定流單孔抽水試驗(yàn)和非穩(wěn)定流多孔干擾抽水試驗(yàn)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(yàn)類(lèi)型。比如， 在區(qū)域性地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查及專(zhuān)門(mén)性地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查的初始階段，抽水試驗(yàn)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(yàn)即可。當(dāng)只需要取得 含水層滲透系數(shù)和涌水量時(shí)，一般多選用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn);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(shí)，則須選用非穩(wěn)定流的抽 水試驗(yàn)方法。進(jìn)行抽水試驗(yàn)時(shí)，一般不必開(kāi)鑿專(zhuān)門(mén)的水位觀(guān)測(cè)孔，但為提高所求參 數(shù)的精度和了解抽水流場(chǎng)特征，應(yīng)盡量用更多已有的水井作為試驗(yàn)的水位觀(guān)測(cè)孔。當(dāng)己有觀(guān)測(cè)孔不能滿(mǎn)足要求時(shí)，則需開(kāi)鑿專(zhuān)門(mén)水位觀(guān)測(cè)孔。

在專(zhuān)門(mén)性地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查的詳勘階段，為獲得開(kāi)采孔群(組)設(shè)計(jì)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(kāi)采量(或礦區(qū)排水量) 時(shí)，則須選用多孔干擾抽水試驗(yàn)。當(dāng)設(shè)計(jì)幵釆量(或排水量)遠(yuǎn)小于地下水補(bǔ)給量時(shí)，可選用穩(wěn)定流的抽水試驗(yàn)方法;反之，則選用非穩(wěn)定流的抽水試驗(yàn)方法。

抽水試驗(yàn)類(lèi)型

亞類(lèi)

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(xiàn)類(lèi)型;

①判斷含水層類(lèi)型及水文地質(zhì)條件;

②下推設(shè)計(jì)降深時(shí)的開(kāi)采量

I -1穩(wěn)定流抽 水試驗(yàn)

-2-1定流量非穩(wěn)定流 抽水試驗(yàn)

(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(cè)在某一抽水量條件下，抽水流場(chǎng)內(nèi) 任一時(shí)刻任一點(diǎn)的水位下降值

-2非穩(wěn)定流 抽水試驗(yàn)

1-2-2定降深非穩(wěn)定流 抽水試驗(yàn)

II-1-1無(wú)觀(guān)測(cè)孔 的單孔抽水試驗(yàn)

同I

II-1-2帶觀(guān)測(cè)孔 的單孔抽水試驗(yàn) (帶觀(guān)測(cè)孔的多 孔抽水試驗(yàn);帶 觀(guān)測(cè)孔的孔組抽 水試驗(yàn))

(1) 提高水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算精度;

①提高水位觀(guān)測(cè)精度;

②避開(kāi)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(shí)某些水文地質(zhì)條件

按有無(wú)

水位觀(guān)

測(cè)孔

II-1單孔抽水

試驗(yàn)

II -2-1 一般干擾 抽水試驗(yàn)

(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(yàn)

(1) 求水源地允許開(kāi)釆量;

(2) 暴露和查明水文地質(zhì)條件;

(3) 建立地下水流(開(kāi)釆條件下)模擬模型

II-2-2大型群孔 干擾抽水試驗(yàn)

III按抽水 試驗(yàn)的含 水層數(shù)目

III-1分層抽水試驗(yàn)

III-2混合抽水試驗(yàn)

單獨(dú)求取含水層的水文地質(zhì)參數(shù)

求多個(gè)含水層綜合的水文地質(zhì)參數(shù)

3.抽水孔和觀(guān)測(cè)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(yàn)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(chǔ)水性質(zhì)、補(bǔ)給條件、厚度和巖性條件等有代表性 的地方;b)對(duì)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(jì)劃布置生產(chǎn)水井的位置上，以便為將來(lái)生產(chǎn)孔的設(shè)計(jì)提 供可靠信息;c)欲查明含水層邊界性質(zhì)、邊界補(bǔ)給量的抽水孔，應(yīng)布置在靠近邊 界的地方，以便觀(guān)測(cè)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(yàn)分類(lèi)方法

 

 

②在布置帶觀(guān)測(cè)孔的抽水井時(shí)，要考慮盡量利用已有水井作為抽水時(shí)的水位 觀(guān)測(cè)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(wú)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(wèn)題。

(2)水位觀(guān)測(cè)孔的布置要求

①布置抽水試驗(yàn)水位觀(guān)測(cè)孔的意義

a) 利用觀(guān)測(cè)孔的水位觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以提高井流公式所計(jì)算出的水文地質(zhì)參數(shù) 的精度。這是因?yàn)椋河^(guān)測(cè)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(shí)地代表含水層中的水位;觀(guān)測(cè)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(dòng)小，水位觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)精度較高;利用觀(guān)測(cè)孔水位數(shù)據(jù)參與井流公式的計(jì)算，可避開(kāi)因Aa值選值不當(dāng)給參數(shù)計(jì)算精度造成的影響。

b) 利用觀(guān)測(cè)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(guān)測(cè)孔水位，可繪制出抽水的人工流場(chǎng)圖(等水位線(xiàn)或下降漏斗)，可 分析判明含水層的邊界位置與性質(zhì)、補(bǔ)給方向、補(bǔ)給來(lái)源及強(qiáng)徑流帶位置等水文地 質(zhì)條件。大型孔群抽水試驗(yàn)滲流場(chǎng)的時(shí)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(guān)測(cè)孔布置的原則

不同目的的抽水試驗(yàn)，其水位觀(guān)測(cè)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(guān)測(cè)孔，一般應(yīng)和抽水主孔組成觀(guān)測(cè)線(xiàn)，所求水文地質(zhì)參數(shù)應(yīng)具有代表性。因此，要求通過(guò)水位觀(guān)測(cè)孔觀(guān)測(cè)所得到的地下水位 降落曲線(xiàn)，對(duì)于整個(gè)抽水流場(chǎng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)具有代表性。一般應(yīng)根據(jù)抽水時(shí)可能形成的 水位降落漏斗的特點(diǎn)來(lái)確定觀(guān)測(cè)線(xiàn)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(guò)抽水孔的各個(gè)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(guān)測(cè)線(xiàn)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(guān)測(cè)線(xiàn)外，尚應(yīng)在上、下游方向上各布置一條水位觀(guān)測(cè)線(xiàn)[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(chǔ)、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(chǔ)、導(dǎo)水性差的方向?yàn)槁┒范梯S， 水力坡度較大。因此，抽水時(shí)的水位觀(guān)測(cè)線(xiàn)應(yīng)沿著不同儲(chǔ)、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(duì)觀(guān)測(cè)線(xiàn)上觀(guān)測(cè)孔數(shù)FI的布置要求。觀(guān)測(cè)孔數(shù)目：只為求參數(shù)，l個(gè)即 可;為提高參數(shù)的精度則需2個(gè)以上，如欲繪制漏斗剖面，則需2?3個(gè)。觀(guān)測(cè)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(kāi)抽水孔三維流的影響，第一個(gè)觀(guān)測(cè)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(guān)測(cè)孔，要求觀(guān)測(cè)到的水位降深應(yīng)大于20 cm; d.相鄰觀(guān)測(cè)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(yàn)水位觀(guān)測(cè)線(xiàn)布置示意圖

1 一地下水天然流向;2—水位觀(guān)測(cè)線(xiàn);3—抽水時(shí)的等水位線(xiàn);4一抽水主孔;5—水位觀(guān)測(cè)孔

b)當(dāng)抽水試驗(yàn)的目的在于查明含水層的邊界性質(zhì)和位置時(shí)，觀(guān)測(cè)線(xiàn)應(yīng)通過(guò)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(guān)測(cè)孔。

C)對(duì)欲建立地下水水流數(shù)值模擬模型的大型抽水試驗(yàn)，應(yīng)將觀(guān)測(cè)孔比較均勻地布置在計(jì)算區(qū)域內(nèi)，以便能控制整個(gè)流場(chǎng)的變化和邊界上的水位和流量，應(yīng)在每個(gè)參數(shù)分區(qū)內(nèi)都布置觀(guān)測(cè)孔，便于流場(chǎng)擬合。

d)當(dāng)抽水試驗(yàn)的目的在于查明垂向含水層之間的水力聯(lián)系時(shí)，則應(yīng)在同一觀(guān)測(cè)線(xiàn)上布置分層的水位觀(guān)測(cè)孔。

6.滲水試驗(yàn)

滲水試驗(yàn)是一種在野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定包氣帶土層垂向滲透系數(shù)的簡(jiǎn)易方法，在研究 地面入滲對(duì)地下水的補(bǔ)給時(shí)，常需進(jìn)行此種試驗(yàn)。

試驗(yàn)方法：在試驗(yàn)層中開(kāi)挖一個(gè)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(yàn)示意圖

單位時(shí)間注入水量(即包氣帶巖層的滲透流量)保持穩(wěn)定時(shí)，則可根據(jù)達(dá)西滲透定 律計(jì)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(cè)定或用經(jīng)驗(yàn)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(guò)實(shí)驗(yàn)前在試坑外側(cè)、試驗(yàn)后在坑中鉆孔取土樣測(cè)定其不同深度的含水量變化，經(jīng)對(duì)比后確定，cm。

由于Z/k、/、Z均為已知，故可計(jì)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(shuō)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(shí)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(yàn)現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)繪制出F隨時(shí)間的過(guò)程曲線(xiàn)(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(yàn)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(shí)間關(guān)系 曲線(xiàn)圖(據(jù)查依林)

圖3-29雙環(huán)法試坑滲水試驗(yàn)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(dòng)補(bǔ)充水瓶;4一水量標(biāo)尺

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

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