本文為2013年環境影響評價師考試《環境影響評價技術方法》教材第三章的水環境現狀調查與監測詳細闡述，希望本文能夠幫助您更好的全面學習2013年環境影響評價師考試的重點知識!

七、環境水文地質試驗

環境水文地質試驗是地下水環境現狀調查中不可缺少的重要手段，許多水文地 質資料皆需通過環境水文地質試驗才能獲得。環境水文地質試驗的種類很多，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

 

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 文地質參數和判斷某些水文地質條件的一種野外試驗工作方法。

 

隨著水文地質勘察階段由淺入深，抽水試驗在各個勘察階段中都占有重要的比 重。其成果質量直接影響著對調查區水文地質條件的認識和水文地質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行。

抽水試驗的目的、任務是:、

(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參數(K、T，ju, //，«)的主要方法;

(3) 抽水試驗可為取水工程設計提供所需的水文地質數據，如單井出水量、單位出水量、井間干擾系數等，并可根據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條件，如地表水 與地下水之間及含水層之間的水力聯系，以及邊界性質和強徑流帶位置等。

2. 抽水試驗的分類和各種抽水試驗方法的主要用途

按抽水試驗所依據的井流公式原理和主要的目的與任務，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，可組合成穩定流 單孔抽水試驗和穩定流多孔干擾抽水試驗，非穩定流單孔抽水試驗和非穩定流多孔干擾抽水試驗等。

一般應根據地下水環境現狀調查工作的目的和任務確定抽水試驗類型。比如， 在區域性地下水環境現狀調查及專門性地下水環境現狀調查的初始階段，抽水試驗的目的主要是獲取含水層具代表性的水文地質參數和富水性指標(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。當只需要取得 含水層滲透系數和涌水量時，一般多選用穩定流抽水試驗;當需要獲得滲透系數、導水系數、釋水系數及越流系數等更多的水文地質參數時，則須選用非穩定流的抽 水試驗方法。進行抽水試驗時，一般不必開鑿專門的水位觀測孔，但為提高所求參 數的精度和了解抽水流場特征，應盡量用更多已有的水井作為試驗的水位觀測孔。當己有觀測孔不能滿足要求時，則需開鑿專門水位觀測孔。

在專門性地下水環境現狀調查的詳勘階段，為獲得開采孔群(組)設計所需水 文地質參數(如影響半徑、井間干擾系數等)和水源地允許開采量(或礦區排水量) 時，則須選用多孔干擾抽水試驗。當設計幵釆量(或排水量)遠小于地下水補給量時，可選用穩定流的抽水試驗方法;反之，則選用非穩定流的抽水試驗方法。

抽水試驗類型

亞類

主要用途

(1) 確定水文地質參數欠、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條件;

②下推設計降深時的開采量

I -1穩定流抽 水試驗

-2-1定流量非穩定流 抽水試驗

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

(2) 預測在某一抽水量條件下，抽水流場內 任一時刻任一點的水位下降值

-2非穩定流 抽水試驗

1-2-2定降深非穩定流 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) 提高水文地質參數的計算精度;

①提高水位觀測精度;

②避開抽水孔三維流影響

(2) 準確求解水文地質參數;

(3) 了解某一方向上水力坡度的變化，從而 認識某些水文地質條件

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參數

求多個含水層綜合的水文地質參數

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是抽水試驗的任務和目的，目的和任務不同，其布 置原則也各異：a)為求取水文地質參數的抽水孔，一般應遠離含水層的透水、隔 水邊界，布置在含水層的導水及儲水性質、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水井的位置上，以便為將來生產孔的設計提 供可靠信息;c)欲查明含水層邊界性質、邊界補給量的抽水孔，應布置在靠近邊 界的地方，以便觀測到邊界兩側明顯的水位差異或查明兩側的水力聯系程度。

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抽水孔附近不應有其他正在使用的生產水井或其他與地下水有聯系的排灌 工程。

④抽水井附近應有較好的排水條件，即抽出的水能無滲漏地排到抽水孔影響 半徑區以外，特別應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據，可以提高井流公式所計算出的水文地質參數 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，水位觀測數據精度較高;利用觀測孔水位數據參與井流公式的計算，可避開因Aa值選值不當給參數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定流和非穩定流的水文地質 參數。

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、補給方向、補給來源及強徑流帶位置等水文地 質條件。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值模擬模型的基礎。

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參數的觀測孔，一般應和抽水主孔組成觀測線，所求水文地質參數應具有代表性。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，應具有代表性。一般應根據抽水時可能形成的 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，但一般上游側水力坡度小于下游側水力坡度，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， 下游一側的水力坡度遠較上游一側大，故除垂直地下水流向布置一條觀測線外，尚應在上、下游方向上各布置一條水位觀測線[圖3-26 (b)]。

第三，均質各向異性的含水層，抽水水位降落漏斗常沿著含水層儲、導水性質 好的方向發展(延伸)，該方向水力坡度較小;儲、導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沿著不同儲、導水性質的方向布置，

以分別取得不同方向的水文地質參數。

第四，對觀測線上觀測孔數FI的布置要求。觀測孔數目：只為求參數，l個即 可;為提高參數的精度則需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律，愈近主孔距離應愈小，愈遠離主 孔距離應愈大;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約等于含水層的厚度(至少應大于10 m); c.最遠的觀測孔，要求觀測到的水位降深應大于20 cm; d.相鄰觀測孔距離，亦應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)當抽水試驗的目的在于查明含水層的邊界性質和位置時，觀測線應通過主 孔、垂直于欲查明的邊界布置，并應在邊界兩側附近均布置觀測孔。

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

d)當抽水試驗的目的在于查明垂向含水層之間的水力聯系時，則應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場測定包氣帶土層垂向滲透系數的簡易方法，在研究 地面入滲對地下水的補給時，常需進行此種試驗。

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

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)保持穩定時，則可根據達西滲透定 律計算出包氣帶土層的滲透系數(K)，艮P:

(3-25)

K 二 VII 二^~

WI

式中：Q——穩定滲透流量，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——包氣帶土層的毛細上升高度，可測定或用經驗數據，cm;

Z——滲水坑內水層厚度，cm;

I——水從坑底向下滲入的深度，可通過實驗前在試坑外側、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 滲入水到達潛水面后，凡則等于零。又因Z遠遠小于/，故水力坡度值近似等于

1 (7^1),于是式(3-25)變為:

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 (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)。一般要求在試驗現場及時繪制出F隨時間的過程曲線(圖3-28)，其穩定后的F值(即圖中的6)即為’包氣帶土層的滲透系 數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 品滲水的影響，目前多采用如圖3-29所示的雙環滲水試驗裝置，內外環間水體下 滲所形成的環狀水圍幕即可阻止內環水的側向滲透。

V77Z^PZ^777

V77

8

 

2

 

T

圖3-28滲透速度與時間關系 曲線圖(據查依林)

圖3-29雙環法試坑滲水試驗裝置圖 I—內環(直徑0.25 m) ; 2一外環(直徑0.5 m) 3—自動補充水瓶;4一水量標尺

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，這對試驗結果必然產生影響。

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