水文地質

水文地質勘查和工程地質勘查的基本任務是什么?

  水文地質勘查為查明一個地區的水文地質條件而對地下水及與其有關的各種地質作用所進行的勘查研究工作。水文地質勘查包括水文地質測繪、物探鉆探、試驗和水質分析、地下水動態長期觀測等工作。根據不同的目的要求,可分為綜合性水文地質勘查,綜合性水文地質勘查是為了掌握區域性或地區的水文地質情況,為工農業建設提供基礎資料;專門性水文地質勘查是為解決生產上某項與地下水有關的實際問題而進行的調查,如城鎮、工礦供水水文地質勘查、礦床水文地質勘查及土壤改良水文地質勘查等。
 
  工程地質勘查為查明工程建筑場區的地質條件而進行的地質勘查工作。它的任務是評價各類工程建筑區的地質條件;預測工程建筑作用下可能出現的地質條件的變化及其影響;選定最佳建筑場地和提出為克服不良地質條件應采取的工程措施;為保證工程的合理設計,順利施工和正常使用提供可靠的科學依據。工程地質勘查工作由于地質條件的復雜程度不同、具體建筑類型的不同、建筑物的結構形式的不同、以及工程條件的不同,對工程地質條件的要求和可能出現的工程地質問題的不同,其勘查的項目和內容也不相同。例如,對于水庫壩址的勘查,主要是解決壩基的穩定性問題,水庫滲漏和庫區浸沒與邊坡穩定問題;對于道路、橋梁、隧洞,要解決路基穩定、塌陷、邊坡穩定性、橋墩基礎穩定性、隧洞圍巖穩定性等問題;對于高層建筑主要是要了解地基穩定性、地面沉降問題等等。在勘查過程中,如發現新的地質問題,設計意圖的修改,則勘查的目的與內容應作相應的更改,工程地質勘查是劃分不同的階段進行的。方法有野外地質調查、物探鉆探、坑探、現場測試和室內實驗分析試驗等。
 
  野外水文地質試驗有哪幾種基本方法?
 
  野外水文地質試驗有以下三種基本方法:
 
  抽水試驗,是一種測定含水層富水性和水文地質參數的試驗。有穩定流抽水試驗、非穩定流抽水試驗;多孔抽水試驗、單孔抽水試驗、干擾孔抽水試驗等,其方法是:在水井鉆孔中進行抽水,觀測記錄水量和水位隨時間的變化;利用水位與流量之間的函數關系,計算含水層滲透系數和井、孔出水能力。同時,它還可以確定影響半徑和降落漏斗形狀、巖層給水度和含水層與地表水及含水層間的水力聯系等。試驗時要求對抽水時的水位和流量進行系統的觀測和記錄,并繪制水位與流量關系的曲線。
 
  注水試驗,是往鉆孔中連續定量注水,使孔內保持一定水位,通過水位與水量的函數關系,測定透水層滲透系數的水文地質試驗工作,它的原理與抽水試驗相同,但抽水試驗是在含水層內形成降落漏斗,而注水試驗是在含水層上形成反漏斗。其觀測要求和計算方法與抽水試驗類似。注水試驗可用于測定非飽和水透水層的滲透系數。
 
  試坑滲水試驗,是在地表挖試坑注水,在坑底保持一定水層厚度,使水在地下水面以上的干土層中穩定下滲,根據單位時間內試坑的穩定耗水量測算土層滲透系數的野外水文地質試驗方法。在確定渠道、水庫、灌區的滲漏水量時,多采用此法測定干燥土層的滲透系數。
 
  什么是孔隙水、裂隙水、孔隙裂隙水和巖溶水?
 
  孔隙水存在于土層或巖層孔隙中的地下水。它主要分布于松散的沉積層中,也存在于半膠結的碎屑沉積巖中。孔隙含水層一般含水比較均勻。在第四紀的沖積、洪積、湖積及冰水沉積的砂層或砂礫石層中,常有水量大、水質好、可作供水水源的孔隙水。
 
  裂隙水存在于巖層裂隙中的地下水。根據巖層含水裂隙的產狀,裂隙水一般可分為:風化帶裂隙水、層狀裂隙水及脈狀裂隙水三種類型。
 
  孔隙裂隙水多賦存于風化較強烈的巖石中,除裂隙含水外,風化后形成的大、小空隙中也含水。這種巖石的含水性較均勻,具有某些與孔隙水相近的特征,稱為孔隙裂隙水。但在成巖作用較差的砂巖和砂礫巖中(如我國的第三系和白堊系砂巖、砂礫巖)含水組,則屬以孔隙水為主的裂隙孔隙水。
 
  巖溶水原稱"喀斯特水",是存在于可溶性巖層的溶蝕空隙(如溶洞、溶隙、溶孔等)中的地下水。巖溶水可分為潛水、承壓水。可溶性巖層大面積出露的地區,巖溶水常是潛水。由于巖溶發育不均勻,巖溶潛水分布亦不均勻。它既可以具有相互聯系的統一自由水面,又存在徑流相對集中的暗河通道。在巖溶強烈發育的山區,巖溶潛水比較集中存在于地下暗河系統中,地下水位較深,常形成地下富水而地表缺水現象。而在平原地區以及受某些地質結構控制所形成的匯水地區,由于暗河、溶蝕孔洞發育相連,巖溶潛水的分布相對比較均勻,水位也較淺。巖溶潛水的特點是:水量豐富而集中、富水程度不均、與地表水聯系密切和具有較大的動態變化幅度。在可溶性巖層與非可溶性巖層相互成層的地區,則主要是層狀巖溶承壓水。它與一般承壓水的特點不同的是水量大和含水均勻。巖溶水是良好的供水水源,但對礦坑和地下建筑工程施工,常造成災害性突然涌水。大量抽取巖溶水時要注意防治地面坍陷。
 
  什么是包氣帶水、潛水、承壓水?
 
  包氣帶水,是指地表面與潛水面之間的地帶稱包氣帶,或非飽和帶。存在于包氣中的地下水稱包氣帶水,它一般分為兩種:一是土壤層內的結合水和毛細水,又稱土壤水;一是局部隔水層上的重力水,又稱上層滯水。降水入滲要通過包氣帶,才達到潛水面,補給潛水。
 
  潛水,是指地表以下,第一個穩定隔水層以上具有自由水面的地下水。潛水的自由水面稱潛水面,潛水面相對于基準的高程稱潛水位,地面至潛水面間的距離為潛水埋藏深度。潛水層以上沒有連續的隔水層,潛水面可自由升降,不承壓或僅局部承壓,同時可直接得到降水和地表水通過包氣帶的下滲補給。潛水位易受當地氣候影響而有季節性的變化。潛水是重要的供水水源,通常埋藏較淺,分布較廣,開采方便。但易受污染,應注意保護。
 
  承壓水,是指充滿于上下兩個隔水層之間的具有承壓性質的地下水。當井(孔)鑿穿上部隔水層時,井中水位的壓力作用下會上升超過出含水層的頂面而穩定在一定的高度上。這種上升的地下水面稱承壓水面,它的標高稱承壓水位或測壓水位。從承壓水位到含水層頂板的距離稱承壓水頭。當承壓水位高出地面時,就能噴出地表形成自流水。承壓水由于有穩定的上覆隔水層,不直接受降水和蒸發的影響,距補給區常較遠,因此對氣候變化的反應不及潛水靈敏,其水質水量和水位的變化也較小。承壓水是良好的供水水源,但它對礦坑和地下工程施工常造成程度不同的危害。除上述的層間承壓水外,還存在著脈狀承壓水。
 
  基本的水文地質參數有哪些?
 
  水文地質參數,反映含水層或透水層水文地質性能的指標。如滲透系數、導水系數、水位傳導系數、壓力傳導系數、給水度、釋水系數、越流系數等,都是基本的水文地質參數。水文地質參數是進行各種水文地質計算時不可缺少的數據。一般是通過勘探試驗測求水文地質參數。
 
  滲透系數,又稱水力傳導系數,是水力坡度為1時,地下水在介質中的滲透速度。為表征介質導水能力的重要水文地質參數。滲透系數不僅與介質性質有關,還與在介質中運動的地下水的粘滯系數、比重及溫度等物理性質有關。根據達西定律:V=-KH/I式中,V為滲透速度;H為地下水水頭;I為滲透距離;K為介質的滲透系數,量綱為(L/T)。其與滲透率的關系為K=r•k/μ(K為滲透系數;k為滲透率;r為地下水的比重;μ為地下水動力粘滯系數)。從關系式中可知滲透系數與水的粘滯系數成反比,而后者隨溫度的升高而減小,因此,滲透系數隨溫度的升高而增大。在地下水溫度變化較大時,應作相應的換算。在地下水礦化度顯著增高時,水的比重和粘滯系數均增大,滲透系數則隨之而變化。在這種情況下,一般采用與液體性質無關的滲透率較為方便。    導水系數,表示含水層全部厚度導水能力的參數。通常,可定義為水力坡度為1時,地下水通過單位含水層垂直斷面的流量。導水系數T等于含水層滲透系數K與含水層厚度m的乘積。量綱為(L/T)。
 
  壓力傳導系數,又稱水力擴散系數,為導水系數與釋水系數之比。它表征在彈性動態條件下承壓含水層中水頭傳遞速度的參數。壓力傳導系數a=T/s(T為導水系數;S為釋水系數)。量綱為(L2/T)。
 
  水位傳導系數,也稱水力擴散系數。它表征在彈性動態條件下潛水含水層中水位變化傳播速度的參數。水位傳導系數aw=Kh/μ(K為滲透系數;h為潛水含水層平均厚度;μ為給水度)。量綱為(L2/T)。
 
  釋水系數,又稱貯水系數或彈性給水度。水頭下降一個單位時,從單位面積含水層全部厚度的柱體中,由于水的膨脹和巖層的壓縮而釋放出的水量;或者水頭上升一個單位時,其所貯入的水量。它是表征含水層(或弱透水層)全部厚度釋水(貯水)能力的參數。含水層釋水系數S(對承壓含水層常用μ表示)等于含水層厚度m與單位釋水系數Ss的乘積,即S=mSs。對潛水含水層總釋水系數S=μ+hSs,μ為給水度;h為含水層厚度,Ss為潛水含水層單位釋水系數,一般因μ》hSs,所以通常以給水度近似代表潛水含水層的總釋水系數S。
 
  有效孔隙度,相互連通的孔隙體積與土或巖石總體積之比,一般用百分數表示。有效孔隙體積不包括結合水和氣體所占的體積,僅指地下水可以在其中流動的部分。    越流系數表征弱透水層垂直方向上傳導越流水量能力的參數。即當抽水含水層(主含水層)與上部(或下部)補給層之間的水頭差為一個單位時,垂直滲透水流通過弱透水層與抽水含水層單位界面的流量。換言之,是指含水層頂(底)板弱透水層的垂直滲透系數K′與其厚度m′之值,即K′/m′。量綱為(1/T)。
 
  什么是穩定流和非穩定流抽水試驗?
 
  穩定流抽水試驗要求在一定持續的時間內流量和水位同時相對穩定(即不超過一定的允許波動范圍),可進行1—3個落程的抽水,抽水后還要對水位恢復情況進行觀測和記錄,穩定流抽水試驗主要用于計算含水層的滲透系數。
 
  非穩定流抽水試驗,是在抽水鉆孔中僅保持水量穩定并使水位不斷改變,或僅保持水位穩定使水量不斷改變的抽水試驗。非穩定抽水試驗的目的是用人工控制的方法,使鉆孔周圍含水層中發生地下水的非穩定運動,通過測定水位隨時間的變化過程(或水量隨時間的變化過程),來測求含水層中地下水在非穩定運動時的水文地質參數。通過非穩定抽水試驗可以測求含水層的導水系數(T)、壓力傳導系數(a)、滲透系數(K),及給水度(μ)或釋水系數(S)。