水文地質(zhì)

水文地質(zhì)勘查和工程地質(zhì)勘查的基本任務是什么?

  水文地質(zhì)勘查為查明一個地區(qū)的水文地質(zhì)條件而對地下水及與其有關的各種地質(zhì)作用所進行的勘查研究工作。水文地質(zhì)勘查包括水文地質(zhì)測繪、物探鉆探、試驗和水質(zhì)分析、地下水動態(tài)長期觀測等工作。根據(jù)不同的目的要求,可分為綜合性水文地質(zhì)勘查,綜合性水文地質(zhì)勘查是為了掌握區(qū)域性或地區(qū)的水文地質(zhì)情況,為工農(nóng)業(yè)建設提供基礎資料;專門性水文地質(zhì)勘查是為解決生產(chǎn)上某項與地下水有關的實際問題而進行的調(diào)查,如城鎮(zhèn)、工礦供水水文地質(zhì)勘查、礦床水文地質(zhì)勘查及土壤改良水文地質(zhì)勘查等。
 
  工程地質(zhì)勘查為查明工程建筑場區(qū)的地質(zhì)條件而進行的地質(zhì)勘查工作。它的任務是評價各類工程建筑區(qū)的地質(zhì)條件;預測工程建筑作用下可能出現(xiàn)的地質(zhì)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(zhì)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(jù)。工程地質(zhì)勘查工作由于地質(zhì)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(zhì)條件的要求和可能出現(xiàn)的工程地質(zhì)問題的不同,其勘查的項目和內(nèi)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(wěn)定性問題,水庫滲漏和庫區(qū)浸沒與邊坡穩(wěn)定問題;對于道路、橋梁、隧洞,要解決路基穩(wěn)定、塌陷、邊坡穩(wěn)定性、橋墩基礎穩(wěn)定性、隧洞圍巖穩(wěn)定性等問題;對于高層建筑主要是要了解地基穩(wěn)定性、地面沉降問題等等。在勘查過程中,如發(fā)現(xiàn)新的地質(zhì)問題,設計意圖的修改,則勘查的目的與內(nèi)容應作相應的更改,工程地質(zhì)勘查是劃分不同的階段進行的。方法有野外地質(zhì)調(diào)查、物探、鉆探、坑探、現(xiàn)場測試和室內(nèi)實驗分析試驗等。
 
  野外水文地質(zhì)試驗有哪幾種基本方法?
 
  野外水文地質(zhì)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(zhì)參數(shù)的試驗。有穩(wěn)定流抽水試驗、非穩(wěn)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(shù)關系,計算含水層滲透系數(shù)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(lián)系等。試驗時要求對抽水時的水位和流量進行系統(tǒng)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(xù)定量注水,使孔內(nèi)保持一定水位,通過水位與水量的函數(shù)關系,測定透水層滲透系數(shù)的水文地質(zhì)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(nèi)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(shù)。
 
  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(wěn)定下滲,根據(jù)單位時間內(nèi)試坑的穩(wěn)定耗水量測算土層滲透系數(shù)的野外水文地質(zhì)試驗方法。在確定渠道、水庫、灌區(qū)的滲漏水量時,多采用此法測定干燥土層的滲透系數(shù)。
 
  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??紫逗畬右话愫容^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(zhì)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(jù)巖層含水裂隙的產(chǎn)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(qū),巖溶水常是潛水。由于巖溶發(fā)育不均勻,巖溶潛水分布亦不均勻。它既可以具有相互聯(lián)系的統(tǒng)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(fā)育的山區(qū),巖溶潛水比較集中存在于地下暗河系統(tǒng)中,地下水位較深,常形成地下富水而地表缺水現(xiàn)象。而在平原地區(qū)以及受某些地質(zhì)結構控制所形成的匯水地區(qū),由于暗河、溶蝕孔洞發(fā)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(lián)系密切和具有較大的動態(tài)變化幅度。在可溶性巖層與非可溶性巖層相互成層的地區(qū),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(nèi)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(wěn)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(xù)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?shù)貧夂蛴绊懚屑竟?jié)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(zhì)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(wěn)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(wěn)定的上覆隔水層,不直接受降水和蒸發(fā)的影響,距補給區(qū)常較遠,因此對氣候變化的反應不及潛水靈敏,其水質(zhì)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(zhì)參數(shù)有哪些?
 
  水文地質(zhì)參數(shù),反映含水層或透水層水文地質(zhì)性能的指標。如滲透系數(shù)、導水系數(shù)、水位傳導系數(shù)、壓力傳導系數(shù)、給水度、釋水系數(shù)、越流系數(shù)等,都是基本的水文地質(zhì)參數(shù)。水文地質(zhì)參數(shù)是進行各種水文地質(zhì)計算時不可缺少的數(shù)據(jù)。一般是通過勘探試驗測求水文地質(zhì)參數(shù)。
 
  滲透系數(shù),又稱水力傳導系數(shù),是水力坡度為1時,地下水在介質(zhì)中的滲透速度。為表征介質(zhì)導水能力的重要水文地質(zhì)參數(shù)。滲透系數(shù)不僅與介質(zhì)性質(zhì)有關,還與在介質(zhì)中運動的地下水的粘滯系數(shù)、比重及溫度等物理性質(zhì)有關。根據(jù)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(zhì)的滲透系數(shù),量綱為(L/T)。其與滲透率的關系為K=r•k/μ(K為滲透系數(shù);k為滲透率;r為地下水的比重;μ為地下水動力粘滯系數(shù))。從關系式中可知滲透系數(shù)與水的粘滯系數(shù)成反比,而后者隨溫度的升高而減小,因此,滲透系數(shù)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(shù)均增大,滲透系數(shù)則隨之而變化。在這種情況下,一般采用與液體性質(zhì)無關的滲透率較為方便。    導水系數(shù),表示含水層全部厚度導水能力的參數(shù)。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(shù)T等于含水層滲透系數(shù)K與含水層厚度m的乘積。量綱為(L/T)。
 
  壓力傳導系數(shù),又稱水力擴散系數(shù),為導水系數(shù)與釋水系數(shù)之比。它表征在彈性動態(tài)條件下承壓含水層中水頭傳遞速度的參數(shù)。壓力傳導系數(shù)a=T/s(T為導水系數(shù);S為釋水系數(shù))。量綱為(L2/T)。
 
  水位傳導系數(shù),也稱水力擴散系數(shù)。它表征在彈性動態(tài)條件下潛水含水層中水位變化傳播速度的參數(shù)。水位傳導系數(shù)aw=Kh/μ(K為滲透系數(shù);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(shù),又稱貯水系數(shù)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(shù)。含水層釋水系數(shù)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(shù)Ss的乘積,即S=mSs。對潛水含水層總釋水系數(shù)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(shù),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(shù)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(shù)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(shù)表征弱透水層垂直方向上傳導越流水量能力的參數(shù)。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(shù)K′與其厚度m′之值,即K′/m′。量綱為(1/T)。
 
  什么是穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流抽水試驗?
 
  穩(wěn)定流抽水試驗要求在一定持續(xù)的時間內(nèi)流量和水位同時相對穩(wěn)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(wěn)定流抽水試驗主要用于計算含水層的滲透系數(shù)。
 
  非穩(wěn)定流抽水試驗,是在抽水鉆孔中僅保持水量穩(wěn)定并使水位不斷改變,或僅保持水位穩(wěn)定使水量不斷改變的抽水試驗。非穩(wěn)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(fā)生地下水的非穩(wěn)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(wěn)定運動時的水文地質(zhì)參數(shù)。通過非穩(wěn)定抽水試驗可以測求含水層的導水系數(shù)(T)、壓力傳導系數(shù)(a)、滲透系數(shù)(K),及給水度(μ)或釋水系數(shù)(S)。