1、张张 锋锋哈尔滨工业大学交通科学与工程学院哈尔滨工业大学交通科学与工程学院312室室Tel:0451-86282120/18686895598 QQ:22544521第七章第七章供水水文地质勘察供水水文地质勘察 1 概述 2 水文地质测绘 3 水文地质物探 4 抽水试验 n 供水水文地质勘察供水水文地质勘察以寻找地下水源为目标所开展的各以寻找地下水源为目标所开展的各项工作统称为供水水文地质勘察。项工作统称为供水水文地质勘察。n 供水水文地质勘察的供水水文地质勘察的目的目的为地下水源地设计与施工、地下水资源开发与保护提供必为地下水源地设计与施工、地下水资源开发与保护提供必要的水文地质资料。要的水
2、文地质资料。第一节第一节 概概 述述n 地下水源的设计地下水源的设计前提前提当地已经进行过勘察，且勘察资料满足设计要求。当地已经进行过勘察，且勘察资料满足设计要求。当地未进行过勘察，且水文地质条件复杂，需要设计人员当地未进行过勘察，且水文地质条件复杂，需要设计人员 协助用水单位向勘察部分提出勘察要求。协助用水单位向勘察部分提出勘察要求。当地未进行过勘察，但有零散水文地质资料，且用水量当地未进行过勘察，但有零散水文地质资料，且用水量 小，设计资料通过收集和调查即可。小，设计资料通过收集和调查即可。n 供水水文地质勘察的供水水文地质勘察的任务任务查明水文地质条件，选择与圈定地下水源。查明水文地质条
3、件，选择与圈定地下水源。根据用水要求，评价地下水源的水质与水量。根据用水要求，评价地下水源的水质与水量。提出取水工程的选取与布置的技术、经济方案。提出取水工程的选取与布置的技术、经济方案。对地下水资源的合理开发和有效保护提出具体建议。对地下水资源的合理开发和有效保护提出具体建议。第一节第一节 概概 述述拟建的水源地按需水量拟建的水源地按需水量(104m3/d)分为四级：分为四级：特大型特大型 Q15大大 型型 5Q 15中中 型型 1Q 5小小 型型 Q 1n 勘察工作的勘察工作的内容内容 一般包括水文地质测绘、物探、钻探、抽水试验、地一般包括水文地质测绘、物探、钻探、抽水试验、地下水动态观测
4、等。下水动态观测等。第一节第一节 概概 述述n 勘察工作的勘察工作的程序程序资料整理资料整理提交报告提交报告检查验收检查验收质量评定。质量评定。接受任务接受任务确定工作方案确定工作方案 编制勘察纲要编制勘察纲要野外工作野外工作n 供水水文地质勘察的供水水文地质勘察的阶段阶段 初步勘察阶段初步勘察阶段 主要任务是选取与圈定地下供水水源地的具体位置。主要任务是选取与圈定地下供水水源地的具体位置。在查在查明区域水文地质条件基础上，对可利用的地下水源进行初步的明区域水文地质条件基础上，对可利用的地下水源进行初步的水质与水量评价，以确定拟建的地下供水水源地，并为详细勘水质与水量评价，以确定拟建的地下供水
5、水源地，并为详细勘察和取水工程初步设计提供初步的水文地质资料。察和取水工程初步设计提供初步的水文地质资料。详细勘察阶段详细勘察阶段 主要任务是对拟建的地下供水水源地进行详细的水质与水主要任务是对拟建的地下供水水源地进行详细的水质与水量评价且充分获得取水构筑物附近范围的水文地质资料，并理量评价且充分获得取水构筑物附近范围的水文地质资料，并理定最佳的开采方案，为给水工程施工图设计提供必要的水文地定最佳的开采方案，为给水工程施工图设计提供必要的水文地质资料。质资料。第一节第一节 概概 述述n 地下水允许开采量的精度分级地下水允许开采量的精度分级 允许开采量是地下水供水设计的重要指标，也是供水允许开采
6、量是地下水供水设计的重要指标，也是供水 水文地质勘察的主要目的。水文地质勘察的主要目的。允许开采量的精度随水文地质勘察阶段发展而不断提高。允许开采量的精度随水文地质勘察阶段发展而不断提高。根据地下水的水文地质条件研究程度、动态观测时间长根据地下水的水文地质条件研究程度、动态观测时间长 短、计算数据与参数精度、计算方法与公式合理性、补给短、计算数据与参数精度、计算方法与公式合理性、补给 保证程度等，按照由高到低，允许开采量的精度一般划分保证程度等，按照由高到低，允许开采量的精度一般划分 为为A、B、C、D、E等五个级别。等五个级别。第一节第一节 概概 述述允许开采量的精度分为允许开采量的精度分为
7、5级：级：A级、级、B级、级、C级、级、D级、级、E级级 E级级搜集资料，用经验的水文地质参数估算水资源量，搜集资料，用经验的水文地质参数估算水资源量，为预测资源量为预测资源量 D级级通过小比例尺水文地质测绘，概略评价地下水资源通过小比例尺水文地质测绘，概略评价地下水资源量，估算允许开采量，为推断资源量量，估算允许开采量，为推断资源量 C级级一个水文年以上的地下水动态观测资料，群孔干扰一个水文年以上的地下水动态观测资料，群孔干扰抽水试验，并建立和完善数学模型，预测水位、水量、水质抽水试验，并建立和完善数学模型，预测水位、水量、水质变化变化 B级级与与C级相同，只不过级相同，只不过B级强调大型复
8、杂的水源地级强调大型复杂的水源地 A级级三年以上水源地连续开采地下水动态观测资料，群三年以上水源地连续开采地下水动态观测资料，群孔干扰抽水试验，并建立和完善数学模型，预测水位、水量、孔干扰抽水试验，并建立和完善数学模型，预测水位、水量、水质变化水质变化 供水保证率：达到供水保证率：达到90%97%。第一节第一节 概概 述述第一节第一节 概概 述述供水水文地质勘察的方法供水水文地质勘察的方法 收集并研究既有资料。收集并研究既有资料。包括基础地质资料、水文地质资料、第四纪地质与地貌资料、环境与包括基础地质资料、水文地质资料、第四纪地质与地貌资料、环境与灾害地质资料、人文地质与地理资料、遥感地质资料
9、、地球物理资料、灾害地质资料、人文地质与地理资料、遥感地质资料、地球物理资料、地球化学资料、同位素地质资料、农业与植被资料、地方病史资料等。地球化学资料、同位素地质资料、农业与植被资料、地方病史资料等。现场踏勘。现场踏勘。水文地质测绘、物探水文地质测绘、物探。水文地质化探、钻探、遥感。水文地质化探、钻探、遥感。地下水抽水试验。地下水抽水试验。地下水长期动态观测。地下水长期动态观测。第二节第二节 水文地质测绘水文地质测绘n 水文地质测绘的目的水文地质测绘的目的 了解岩性、构造、地貌以及水文、气象与地下水的关系；了解岩性、构造、地貌以及水文、气象与地下水的关系；揭示地下水的形成，分布与富集规律；揭
10、示地下水的形成，分布与富集规律；初步查明勘探区的水文地质条件，对地下水作为供水水源初步查明勘探区的水文地质条件，对地下水作为供水水源的可能性作出初步评价，为进一步布置勘探工作提供依据。的可能性作出初步评价，为进一步布置勘探工作提供依据。n 水文地质测绘的任务水文地质测绘的任务 查明勘探区地质、地貌、水文、气象的基本特征；查明勘探区地质、地貌、水文、气象的基本特征；确定含水层性质、地下水类型，划分含水层隔水层，选择确定含水层性质、地下水类型，划分含水层隔水层，选择 供水目的层；供水目的层；阐明区内地下水的补给、径流、排泄，地下水动态关；阐明区内地下水的补给、径流、排泄，地下水动态关；评价含水层的
11、富水性，资源量及其开采条件；评价含水层的富水性，资源量及其开采条件；初步阐明地下水化学特征及其形成条件，调查地下水污染。初步阐明地下水化学特征及其形成条件，调查地下水污染。第二节第二节 水文地质测绘水文地质测绘n 水文地质测绘的方法水文地质测绘的方法 工作方法：工作方法：野外填图（野外填图主要依靠观测点和观测线）野外填图（野外填图主要依靠观测点和观测线）基本步骤：基本步骤：合理布置观测路线：沿地质、地貌、水文地质条件变化合理布置观测路线：沿地质、地貌、水文地质条件变化最大方向，以获得最佳的控制效果。最大方向，以获得最佳的控制效果。正确地选择观测点：布置在地质、地貌、地下水变化最正确地选择观测点
12、：布置在地质、地貌、地下水变化最大或具代表性地段大或具代表性地段。第二节第二节 水文地质测绘水文地质测绘水文地质测绘的实质：通过具有代表性的观测点及其沿线水文地质测绘的实质：通过具有代表性的观测点及其沿线所观测的资料，分析研究地质、地貌、水文地质现象，并准所观测的资料，分析研究地质、地貌、水文地质现象，并准确地标记在地形、地质图上；按由点及线，有线及面的原则确地标记在地形、地质图上；按由点及线，有线及面的原则最终完成区域水文地质测绘工作，并以图件和文字报告表示。最终完成区域水文地质测绘工作，并以图件和文字报告表示。n 水文地质测绘的内容水文地质测绘的内容 地质调查地质调查 地貌、第四纪沉积物调
13、查地貌、第四纪沉积物调查 地下水露头的调查地下水露头的调查 水文气象调查水文气象调查 地下水化学调查地下水化学调查 地下水开发利用现状调查地下水开发利用现状调查第二节第二节 水文地质测绘水文地质测绘n 水文地质测绘的新技术水文地质测绘的新技术 遥感技术：卫片、航片和红外成像遥感技术：卫片、航片和红外成像 核技术核技术n 电阻率法电阻率法 基本原理：依据岩石电阻率的不同来区分岩石种类的方法。基本原理：依据岩石电阻率的不同来区分岩石种类的方法。电阻率是一个反映导电性能的指标，其主要影响因素：矿物电阻率是一个反映导电性能的指标，其主要影响因素：矿物成分、空隙多少、湿度和富水程度、温度。成分、空隙多少
14、、湿度和富水程度、温度。矿物成分：良导电矿物（石墨、磁铁矿、方铅矿等）、不矿物成分：良导电矿物（石墨、磁铁矿、方铅矿等）、不良导电矿物（石英、云母、长石、方解石等）良导电矿物（石英、云母、长石、方解石等）空隙、富水性、空隙、富水性、TDS：空隙连通性好，富水性好，地下水：空隙连通性好，富水性好，地下水中中TDS含量高，岩石的电阻率小，导电性能好。含量高，岩石的电阻率小，导电性能好。第三节第三节 水文地质物探水文地质物探第三节第三节 水文地质物探水文地质物探在水文地质勘查中的应用在水文地质勘查中的应用覆盖层的厚度，隐伏的古河床和掩埋的洪积扇的位置覆盖层的厚度，隐伏的古河床和掩埋的洪积扇的位置断层
15、、裂隙、岩脉的产状断层、裂隙、岩脉的产状钻井的地质剖面钻井的地质剖面地下水位、流向和渗透速度地下水位、流向和渗透速度地下水的矿化度和咸水、淡水的分布地下水的矿化度和咸水、淡水的分布永冻土层下限的埋藏深度等永冻土层下限的埋藏深度等四极对称装置四极对称装置n 电测深法的原理及其应用电测深法的原理及其应用 就是在地表同一测点上，从小到大逐渐改变供电电极之就是在地表同一测点上，从小到大逐渐改变供电电极之间的距离，进行视电阻率测量来研究地表到深部岩层的变间的距离，进行视电阻率测量来研究地表到深部岩层的变化情况。化情况。当增大供电电极极距时，电流流入地下的深度也越大，当增大供电电极极距时，电流流入地下的深
16、度也越大，不同深度处岩层的特性通过视电阻率反映出来，从而达了不同深度处岩层的特性通过视电阻率反映出来，从而达了解地层沿垂直方向的不变化解地层沿垂直方向的不变化n 电测剖面法电测剖面法 保持供电电极距，并使得整个装置的相对位置固定不变保持供电电极距，并使得整个装置的相对位置固定不变（即探测深度不变）的情况下，沿一定方向移动装置，所（即探测深度不变）的情况下，沿一定方向移动装置，所得的测量数据反映了地层沿水平方向的变化规律。得的测量数据反映了地层沿水平方向的变化规律。第三节第三节 水文地质物探水文地质物探高密度电法高密度电法神木县大雨沟、马镇、合河、石街上黄河河谷区地下水勘查神木县大雨沟、马镇、合
17、河、石街上黄河河谷区地下水勘查http:/ 民井调查民井调查物探试验物探试验钻探下管钻探下管抽水试验抽水试验n 抽水试验的目的抽水试验的目的 测定含水层的水文地质参数，为地下水资源评价与保护、供测定含水层的水文地质参数，为地下水资源评价与保护、供水水源地选择与圈定、取水工程设计与施工提供必要的水文水水源地选择与圈定、取水工程设计与施工提供必要的水文地质依据。地质依据。n 抽水试验的任务抽水试验的任务 测定含水层的涌水量及其与水位下降之间关系。测定含水层的涌水量及其与水位下降之间关系。测定含水层的渗透系数、导水系数、给水系数、弹性储水测定含水层的渗透系数、导水系数、给水系数、弹性储水系数等水文地
18、质参数。系数等水文地质参数。测定影响半径大小、降落漏斗形状及其扩展状况。测定影响半径大小、降落漏斗形状及其扩展状况。了解地下水与地表水之间、相邻含水层之间的水力联系。了解地下水与地表水之间、相邻含水层之间的水力联系。第四节第四节 抽水试验抽水试验n 单孔抽水试验单孔抽水试验从一个孔中抽水，做从一个孔中抽水，做13次水位下降。可次水位下降。可计算孔的出水量与水位下降之间关系、含水层的赋水量和计算孔的出水量与水位下降之间关系、含水层的赋水量和透水性。透水性。第四节第四节 抽水试验抽水试验单孔抽水试验Qt1t2t3n 多孔抽水试验多孔抽水试验从一个孔中抽水，并在抽水孔周围布置若从一个孔中抽水，并在抽
19、水孔周围布置若干个观测孔。除可计算含水层的水文地质参数之外，还能够干个观测孔。除可计算含水层的水文地质参数之外，还能够了解影响半径大小、降落漏斗形状及其扩展状况，合理确定了解影响半径大小、降落漏斗形状及其扩展状况，合理确定井距、地下水与地表水之间水力联系。井距、地下水与地表水之间水力联系。Q多孔抽水试验抽水孔观测孔抽水孔观测孔地下水流向观测孔平行或垂直地下水流向布置第四节第四节 抽水试验抽水试验n 群孔干扰抽水试验群孔干扰抽水试验从两个或两个以上孔中同时抽水。可了从两个或两个以上孔中同时抽水。可了解区域水位下降与总开采量之间关系，并评价地下水的允许开解区域水位下降与总开采量之间关系，并评价地下
20、水的允许开采量、合理确定最佳开采方案。采量、合理确定最佳开采方案。第四节第四节 抽水试验抽水试验QQQ群孔干扰抽水试验n 开采性抽水试验开采性抽水试验在枯水期进行，试验抽水量接近于实际在枯水期进行，试验抽水量接近于实际供水量。抽水持续时间，若下降漏斗能够达到稳定，则应抽供水量。抽水持续时间，若下降漏斗能够达到稳定，则应抽水一个月以上；若下降漏斗不能达到稳定，则应抽水至下一水一个月以上；若下降漏斗不能达到稳定，则应抽水至下一补给期。可确定地下水的允许开采量、查清补给量、测定水补给期。可确定地下水的允许开采量、查清补给量、测定水文地质参数等。文地质参数等。过滤器封闭物填砾沉砂管井壁抽水井构造抽水井
21、构造井室抽水吸水管第四节第四节 抽水试验抽水试验稳定流抽水试验稳定流抽水试验n 试验段应选择含水层中赋水性最好的层。试验段应选择含水层中赋水性最好的层。多个含水层地区，应分层多个含水层地区，应分层做试验。只有当含水层很薄或不宜分层时，才将几个含水层并于一做试验。只有当含水层很薄或不宜分层时，才将几个含水层并于一体做混合试验。水质与流量差别较大的地区，应分层或分段试验。体做混合试验。水质与流量差别较大的地区，应分层或分段试验。n 同一个孔应进行三次水位降深的试验，并且三次水位下降的落程要同一个孔应进行三次水位降深的试验，并且三次水位下降的落程要求均匀分配。求均匀分配。每次水位下降的落程越大越好，
22、最好接近或大于实际每次水位下降的落程越大越好，最好接近或大于实际开采的水位下降值。开采的水位下降值。s1s2s3S1=S0/3 S2=2S0/3 S3=S0稳定流抽水试验稳定流抽水试验n 在各次水位下降的试验中，吸水管口的深度应相同。在各次水位下降的试验中，吸水管口的深度应相同。n 在基岩中试验，水位下降的落程应由大到小，以利于井管附近在基岩中试验，水位下降的落程应由大到小，以利于井管附近含水层中细小颗粒在第一次水位下降中即被冲洗且排出孔外。含水层中细小颗粒在第一次水位下降中即被冲洗且排出孔外。在松散地层中试验，水位下降的落程应由小到大，以防孔壁坍在松散地层中试验，水位下降的落程应由小到大，以
23、防孔壁坍塌或堵塞过滤器。塌或堵塞过滤器。n 抽水过程必需保持均匀性和连续性。井中动水位、出水量与时抽水过程必需保持均匀性和连续性。井中动水位、出水量与时间之间关系曲线只能在一定范围内波动，二者绝不能持续上升间之间关系曲线只能在一定范围内波动，二者绝不能持续上升或持续下降。或持续下降。n 井中动水位、出水量均稳定后的抽水阶段称为稳定延续时间。井中动水位、出水量均稳定后的抽水阶段称为稳定延续时间。有一段稳定延续时间是保证试验质量的重要因素，由于井中动有一段稳定延续时间是保证试验质量的重要因素，由于井中动水位、出水量均稳定后至下降漏斗完全稳定还需要一定时间水位、出水量均稳定后至下降漏斗完全稳定还需要
24、一定时间稳定延续时间。稳定延续时间。稳定流抽水试验稳定流抽水试验n 必需在试验之前测定天然水位。从井中连续观测三次的数据必需在试验之前测定天然水位。从井中连续观测三次的数据均相同、或均相同、或4h内相差不过内相差不过2cm时，才可认为是天然水位。时，才可认为是天然水位。n 试验开始阶段，井中动水位、出水量观测的时间间隔为试验开始阶段，井中动水位、出水量观测的时间间隔为5、10、15、20、25、30min。以后，每隔以后，每隔30min或或1h观测一次，观测一次，直至试验结束。直至试验结束。n 试验结束后，恢复水位的观测时间间隔为试验结束后，恢复水位的观测时间间隔为1、2、3、4、6、8、10
25、、15、20、25、30min；以后，每隔以后，每隔30min观测一次。观测一次。非稳定流抽水试验非稳定流抽水试验n 抽水延续时间。抽水延续时间。一般按照一般按照slgt曲线，确定抽水延续时间：当曲线，确定抽水延续时间：当曲线出现拐点后趋于水平时，拐点对应的时间曲线出现拐点后趋于水平时，拐点对应的时间t0可以视为抽可以视为抽水延续时间；若水延续时间；若slgt曲线无拐点而呈直线连续下降，则抽水曲线无拐点而呈直线连续下降，则抽水延续时间应视试验目的而适当延长。然而，据经验，非稳定延续时间应视试验目的而适当延长。然而，据经验，非稳定流抽水延续时间无需太长。流抽水延续时间无需太长。n 试验中测量要求
26、。试验中测量要求。为了绘制为了绘制slgt曲线，试验初期阶段，应加曲线，试验初期阶段，应加密观测，观测时间间隔为密观测，观测时间间隔为1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30min；以后，每隔以后，每隔30min观测一次。观测一次。n 抽水井的出水量必需保持一致。抽水井的出水量必需保持一致。slgt0lgt0s0lgt裘布依单井稳定流公式在抽水试验中应用的若干要点裘布依单井稳定流公式在抽水试验中应用的若干要点n 根据抽水试验的观测值，绘制的根据抽水试验的观测值，绘制的Qs或或Qh2关系曲线若为关系曲线若为直线，则可用下式直接计算含水层渗透系数直线，则可用下式直接计算含水层渗透系数k
27、。22lglg733.02lglg733.0hHrRQssHrRQkhHMrRQMsrRQklglg366.0lglg366.0潜水完整井潜水完整井承压水完整井承压水完整井Qs或h20 根据抽水试验的观测值，绘制的根据抽水试验的观测值，绘制的Qs或或Qh2关系曲线若为关系曲线若为曲线，说明井附近出现曲线，说明井附近出现三维紊流三维紊流的影响，应采用的影响，应采用消除阻力法消除阻力法进进行修正。为此，需要继续绘制行修正。为此，需要继续绘制s/QQ或或h2/QQ关系曲线，关系曲线，若为直线，则可用下式计算含水层渗透系数若为直线，则可用下式计算含水层渗透系数k。采用采用1/代替式代替式中中Q/s或或
28、Q/H2h2。Q0s/Q或或h2/QQs或或h20h2H2h2潜水完整井潜水完整井承压完整井承压完整井222lglg733.0lglg733.0hQrRhHQrRksQMrRklglg366.0dmMsrRQk/2.19575.12718.0lg292lg7850366.0lglg366.0抽水试验工程应用算例抽水试验工程应用算例裘布依公式计算范例裘布依公式计算范例 算例一：在某一承压含水层中进行抽水试验。含水层厚度为算例一：在某一承压含水层中进行抽水试验。含水层厚度为27m，井的半径为井的半径为0.18m，过滤器长度为过滤器长度为27m，影响半径为影响半径为292m。试验观测结果如下。试验观
29、测结果如下。s1=1.00m Q1=4500m3/ds2=1.75m Q2=7850m3/ds3=2.50m Q1=11250m3/d试求含水层的渗透系数试求含水层的渗透系数k。据据三次抽水试验的观测结果作三次抽水试验的观测结果作Qs关系曲线，如图所示，为一直线，关系曲线，如图所示，为一直线，因而可以选用如下式子。因而可以选用如下式子。Q/m3/ds/m0123500010000抽水试验工程应用算例抽水试验工程应用算例裘布依公式计算范例裘布依公式计算范例 算例二：在某一潜水含水层中进行抽水试验。含水层厚度为算例二：在某一潜水含水层中进行抽水试验。含水层厚度为25m，井的半径为井的半径为0.1m
30、，过滤器长度为过滤器长度为23m、位于含水层底位于含水层底部，影响半径为部，影响半径为302m。试验观测结果如下。试验观测结果如下。s1=1.8m Q1=40L/s=3456m3/ds2=3.2m Q2=60L/s=5184m3/ds3=4.7m Q1=75L/s=6480m3/d试求含水层的渗透系数试求含水层的渗透系数k。据据三次抽水试验的观测结果作三次抽水试验的观测结果作Qs关系曲线，如图所示，为一曲线，关系曲线，如图所示，为一曲线，因而井附近出现三维紊流的影响，因而井附近出现三维紊流的影响，应采用消除阻力法进行修正。为此，应采用消除阻力法进行修正。为此，需要继续考察需要继续考察h2/QQ
31、关系曲线。关系曲线。20406080012345678Q/L/ss/mQ/m3/d0.010.020.030.040.0502000400060008000h2/Q/m/d0.02根据以上三次水位下降的观测值，作根据以上三次水位下降的观测值，作h2/QQ关系曲线，关系曲线，为一直线，因而消除了井附近三维紊流的影响，如下图所示，为一直线，因而消除了井附近三维紊流的影响，如下图所示，在纵轴上取截距在纵轴上取截距。采用下式计算渗透系数采用下式计算渗透系数k。dmrRk/45.12702.01.0lg302lg733.0lglg733.0作作 业业 概要第五章或第六章的知识概要第五章或第六章的知识要求：每章要求：每章A4两页两页三次作业在下次上课上交。三次作业在下次上课上交。
