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鑽孔注水試驗成果表

發布時間:2021-12-08 21:42:55

『壹』 注水試驗怎麼測得底板破壞深度,請詳細說下原理,謝謝!!!

底板破壞深度測試的實質是在工作面周圍選擇合適的觀測場所
例如可在相鄰工作面的順槽或可測工作面停采線或開切眼以外的巷道中開掘鑽窩向工作面上方或下方打俯斜鑽孔
在工作面回採前和回採後分別向鑽孔注水測定鑽孔的滲透性,以此來了解煤層底板岩層的破壞松動情況.在工作面回採前可以研究底板岩層的原始裂隙發育規律,在工作面回採後可以研究並確定煤層底板的破壞深度。
採用鑽孔單段注水,注水壓力應控制在適當范圍.壓力太小會導致注入的水無法有效滲流.參考國內外底板破壞深度測試實踐最小注水壓力0.1 MPa左右即可保證有效滲流。而壓力太大會破壞底板原有裂隙狀態。

『貳』 注水法試驗記錄表可否用於雨污管

化學管水壓試驗是用放水法還是注水法
管道工作壓力(MPa) a——溫度-壓力折減系數;當試驗水溫0~5時,a取1;25~35時,a取0.8;35~45時,a取0.63; 壓力管道水壓試驗(注水法)

『叄』 以往工作成果搜集與整理

2.1.2.1 目的

統計以往工作區水文地質勘探與調查、環境地質調查、物探、化探等工作成果與完成的工作量,為科學布置本次補充調查與勘探工作服務。

2.1.2.2 基本要求

(1) 1955 年以來的調查區相關資料的統計。

(2) 要細化統計內容,明確以往工作區完成的各類工作量。

(3) 要在成果內容內描述報告份數、頁數及附圖張數和比例尺等。

(4) 統計工作要力求全面、准確,並應包括地質部門以外的其他部門所做的工作。

2.1.2.3 內容

(1) 項目名稱: 原項目的名稱。

(2) 項目編號、項目來源及工作性質: 按任務書有關內容填寫。

(3) 工作范圍: 包括工作區的地理坐標和工作區內的各級行政區,行政區應具體到縣一級。

(4) 項目類別: 水文地質勘察、工程地質勘察,其他。

(5) 項目下達單位、承擔單位及起止時間: 按實際填寫。

(6) 地質測繪: 包括野外水文地質測繪和工程地質測繪的面積、工作比例尺及實測剖面條數和實測剖面位置。

(7)遙感解譯:包括遙感解譯面積、比例尺,成果解譯圖及說明書等。

(8)物探:各類地球物理勘探方法(包括電測深法、電剖面法、電測井法、磁法、重力法、淺層地震、甚低頻或聲頻大地電場、放射性法等),完成的勘探剖面條數及各類物探解譯推斷成果圖件。

(9)化探:化探樣品數量及分析項目數,化探成果圖件。

(10)鑽探:各類地質、水文地質鑽孔(地質勘探孔、水文地質孔、探采結合孔、地質鑽孔、工程地質鑽孔等)數量、總進尺及樣品數目。

(11)抽水試驗:各類抽水試驗類型(單孔抽水試驗、多孔抽水試驗、干擾井群抽水試驗、大型群孔抽水試驗、穩定流抽水試驗、非穩定流抽水試驗、分層抽水試驗、混合抽水試驗、分段抽水試驗等)、數量。

(12)動態觀測:地下水水位觀測水點、水質觀測水點及開采量觀測水點個數。

(13)水質分析:水質簡分析、水質全分析的樣品數量以及微生物、污染物分析樣品數量。

(14)同位素:同位素分析樣品數量及主要分析項目。

(15)其他工作:壓水試驗、鑽孔注水試驗、試坑滲水試驗、連通試驗、示蹤試驗等。

(16)成果主要包括:各種綜合性調查報告、研究成果、圖件以及其內容簡述。

(17)成果提交使用情況(包括其社會經濟效益)。

填寫附表68。

『肆』 路基岩溶施工注水試驗記錄表 樣版

不好意思,這個真不知道,沒碰到過。

『伍』 淺層地熱能抽水回灌試驗

抽水試驗是通過抽水設備從井中連續抽水,並記錄水位、水量、水溫的變化來測定含水層的滲透性能和水文地質參數的試驗;回灌試驗是向井中連續注水,並記錄水位、水量的變化來測定含水層滲透性能和水文地質參數的試驗;抽水回灌試驗在抽水與回灌共同作用下,測定水位、水量和水溫在試驗過程中的變化,確定單井出水能力和回灌能力的試驗。根據河南省主要城市所處的水文地質單元與淺層地熱能賦存特徵,以下列舉了5組抽水回灌試驗成果。

一、試驗地段選擇

1.試驗區水文地質條件

(1)安陽市試驗區

1)地下水的埋藏條件與富水性:試驗區位於安陽市區西南部,地貌上屬於安陽河沖洪積扇。安陽河沖洪積扇是中、晚更新世及全新世後期次復合堆積而成的,具有明顯的上細下粗的二元結構。其三面被丘陵崗地環繞,向東敞開,呈向東傾的簸箕狀,封閉條件較好,構成一個完整的水文地質單元。

試驗區地形平坦,表層多為粉土,有利於大氣降水的補給,含水介質由中上更新統砂、卵礫石層組成(圖4-1),試驗區一帶主要是開采淺層(100m以上)地下水,淺層地下水儲存在安陽河沖洪積扇鬆散裂隙水儲水介質中,其底部為下更新統泥礫或黏土組成的隔水層。

試驗區主要的儲水介質是中、上更新統沖洪積卵礫石及半膠結鈣礫石層(圖4-2)。該處卵礫石層頂板埋深26.4m,略向東傾伏,厚約32m,其成分主要為灰岩,次為石英砂岩,粒徑一般為0.2~5cm,大者可達10cm,磨圓度好,分選性差,含砂量約10%~30%,局部夾有黏土透鏡體。單井涌水量每天約5000m3/5m,水位埋深37.5m,含水介質厚度21m。滲透系數大於200m/d。

圖4-1 安陽市試驗區水文地質剖面圖

圖4-2 安陽市三分庄抽、注水井地層結構柱狀圖

2)地下水化學特徵:試驗區地下水化學類型為HCO3型,礦化度一般小於lg/L,為淡水。

(2)鄭州市高新區試驗區

1)地下水的埋藏條件及富水性:試驗區位於鄭州高新技術開發區東北部慧城小區,含水層為第四系全新統和上更新統沖洪積物,其次為中更新統。150~200m以上地下水可分為淺層及中層地下水,二者具有一定的水力聯系,實際開采也多是混合取水。淺層地下水因埋藏淺,在試驗區一帶,淺層含水層底板埋深約70m,厚約30m。目前,該區已由前些年的農業區轉變為新興的工業區,現城市供水水源為黃河九五灘水源地地下水,加之區內耕地減少,且中深層地下水限制開采,地下水開采強度較低。此外,試驗區東鄰石佛沉沙池,地表水對淺層地下的補給作用較強,地下水水位回升趨勢明顯。

中深層水主要為第四系中、下更新統沖積-湖積層和新近繫上段湖積層。試驗區中深層含水層組頂板埋深90m左右,中深層水是目前城市供水的主要開采層,井深一般在100~300m左右,其含水層岩性為中砂、細砂、粗砂等。200m以淺含水層總厚度約50m。

根據已有鑽孔及抽水資料(圖4-3),淺層與中深層混合水位一般在30m左右。實抽降深20m,單井出水量70m3/h,滲透系數一般為8~10m/d。據鄭州市地下水資源評價結果:高新區地下水可采模數每年為13.42×104m3/km2,目前開采利用率僅46%,有擴大開採的能力。試驗區一帶淺層、中層混合水溫為17℃。

2)地下水化學特徵:試驗區淺層地下水水化學類型為HCO3-Ca·Mg型,礦化度604.28mg/L,總硬度為428mg/L;中深層為HCO3-Ca-Na型,礦化度為453.33mg/L,總硬度為273.5428mg/L。

(3)鄭東新區試驗區

1)地下水的埋藏條件及富水性:試驗區處於黃河沖積平原,地表岩性為粉土,水位埋深10.6m。據鑽孔資料(圖4-4),90m以上共有含水層5層,總厚度約44m,岩性以中細砂、粉細砂為主。實測降深9.6m,單井出水量51m3/h,滲透系數為4.04m/d,水溫為15.9℃。

2)地下水化學特徵:試驗區地下水化學類型為HCO3-Ca·Na型,礦化度為1407mg/L,總硬度為630mg/L。

(4)新鄉市東郭試驗區

1)地下水的埋藏條件與富水性:試驗區位於新鄉市區北部共產主義渠北側,地貌上為古泛流帶。淺部地層岩性為粉質黏土,在40~60m深度內發育有3~4層細砂,總厚度為30~40m,降深5m單井涌水量500~1000m3/d。滲透系數10~15m/d,水位埋深10m左右,水溫16.0℃。

2)地下水化學特徵:地下水化學類型為HCO3-Ca·Na·Mg型,礦化度為1183.2mg/L,總硬度為572.5mg/L。

(5)新鄉市南魯堡試驗區

1)地下水的埋藏條件與富水性:試驗區位於新鄉市鳳泉區西南魯堡。淺部地層岩性為粉質黏土、細砂,45m深度內共有含水層2層,總厚度22m,含水介質為細砂。水位埋深11m,實測降深2.95m單井涌水量37.19m3/d,滲透系數12.3m/d,水溫16.0℃。

2)地下水化學特徵:地下水化學類型為HCO3·Cl--Mg·Ca·Na型,礦化度為999.66mg/L,總硬度為547.5mg/L。

圖4-3 鄭州市高新技術開發區油、注水井地層結構

2.試驗場地布設

5組抽回灌試驗場地分別位於沖洪積扇、山前沖洪積斜平原、沖積平原,代表了沖洪積卵礫石、沖湖積、沖積粗砂、中砂、細砂含水層的抽水、回灌能力(表4-1)。抽水、回灌方式有一抽一回、一抽二回(圖4-5),如新鄉市東郭試驗採用一抽一回方式,試驗過程中,超出回灌井回灌能力的水量再回灌於抽水井。

圖4-4 鄭州新區抽、注水井及地層結構

表4-1 試驗井基本情況表

圖4-5 新鄉東郭注水試驗場地布置

河南省城市淺層地熱能

二、試驗方法與質量

1.試驗方法

抽水試驗分別採用單孔穩定流和孔組非穩定流方法。回灌試驗採用自流回灌方式,回灌時保持回灌孔水位穩定,計量注水。

(1)觀測內容與精度

試驗過程中觀測抽水孔和觀測孔水位,抽水孔的出水量、水溫、氣溫,注水孔的回灌量與水位等。

主要觀測工具為雙股平行線和水位計,觀測精度:抽水孔水位讀數到厘米,觀測孔水位讀數到毫米;抽水量和回水量採用水表測量,讀數到0.1m3;水溫、氣溫讀數到0.5℃。

(2)觀測方法

1)單孔穩定流抽水試驗:單孔穩定流抽水試驗進行一次最大降深的穩定流抽水。抽水試驗時,動水位和出水量觀測時間為抽水開始後的第5、10、15、20、25、30min各測一次,以後每隔30min觀測一次;水溫、氣溫每隔2h同步觀測一次。抽水穩定延續時間不少於8h。停抽後進行水位回復觀測,觀測頻率和抽水開始時的相一致,觀測至水位趨於穩定或抽水前的靜止水位。

2)孔組非穩定流抽水試驗:抽水過程中,抽水孔的出水量保持穩定。水位觀測頻率為抽水開始後第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120min各觀測一次,以後每隔30min觀測一次,水量、水溫、氣溫每隔2h觀測一次。抽水結束後,對抽水孔和觀測孔進行恢復水位的觀測,觀測頻率和抽水開始時的相一致,觀測至水位趨於穩定或抽水前的靜止水位。

3)回灌試驗:採用自然重力回灌法。回灌時及時調整回灌量,考慮到實際回灌時的水位升幅,一般保持回灌孔內水位埋深穩定在2~4m。觀測方法及頻率同穩定流抽水試驗。

(3)水樣採取

抽水試驗結束前採取水質全分析樣,並填寫水樣采樣記錄卡,水樣送實驗室測試。

分析項目包括含砂量、色、嗅和味、渾濁度、肉眼可見物、pH值、氯離子、硫酸根、碳酸氫根、碳酸根、氫氧根、鉀離子、鈉離子、鈣離子、鎂離子、總硬度、溶解性總固體、銨根、全鐵、磷、硝酸根、亞硝酸根、氟化物、高錳酸鹽指數共24項。

2.試驗質量

1)抽水、回灌試驗參照的技術標准主要有:《供水水文地質勘察規范》(GB50027-2001)、《淺層地熱能勘查評價技術規范》、《水樣的採取、保存和送檢規程》、《地源熱泵系統工程技術規范》(GB50366-2005)等。

2)為確保試驗質量,抽水開始前,對參與觀測的人員進行觀測技術培訓,統一觀測記錄格式與要求;

3)抽水前所有設備准備就緒,排水工程完備,觀測工具、人員到位。

4)測線採用伸縮性小的高質量雙股平行線,減小觀測誤差。

5)同一觀測井觀測人員與測具固定,觀測數據填寫及時准確,清晰、內容齊全。

6)觀測資料及時整理,發現問題及時解決,保證資料的完整性。

三、試驗成果

1.參數計算方法與結果

根據單孔穩定流抽水試驗資料,按下式計算含水層滲透系數K

河南省城市淺層地熱能

根據注水孔試驗資料,按下式近似計算滲透系數K

河南省城市淺層地熱能

按下式計算單位抽水量q 抽或單位回灌量q回:

q=Q/S;q=Q/S

式中:K為滲透系數,單位為m/d;Q為穩定的出水量或注水量,單位為m3/d;H為潛水含水層厚度,單位為m;S為水位降深或升幅,單位為m;R為影響半徑,取經驗值,單位為m;r為過濾器半徑,單位為m;L為試驗段或過濾器長度,單位為m。

計算結果見表4-2。收集的部分回灌試驗成果如表4-3。

表4-2 抽水、回灌試驗成果一覽表

表4-3 收集的回灌試驗成果表

2.回灌量大小的影響因素分析

回灌量的大小受成井結構與質量、水文地質條件等多種因素影響。

含水層岩性是決定回灌量的基本因素。由表4-2可知,不同含水層的抽、注水試驗求得的滲透系數比值分別為:以粗砂、礫石為主的含水層為1.96~2.81,以中砂、中細砂為主的含水層為3.28~8.50。表明含水層顆粒越粗,抽、回灌水能力越接近,即含水層顆粒越粗越容易回灌。

水位埋深對總回灌量的大小影響明顯,回灌量與水位埋深成正比。以鄭州高新區和鄭東新區兩組回灌試驗對比,二者含水層岩性相似,均以中細砂為主,含水層滲透能力近似,高新區靜水位埋深為34m,鄭東新區僅為10.6m,響應的高新區回灌量為42m3/h,鄭東新區只有12.56m3/h。

濾水管結構對回灌量有直接影響。含水層岩性近似地段,使用鋼質橋式濾水管成井的回灌量明顯大於使用水泥濾水管井(表4-3)。

綜合發現:卵礫石含水層地區,單位回灌量為單位抽水量的70%以上;粗砂、中砂含水層地區,單位回灌量約為單位出水量的70%~40%;中細砂含水層地區,單位回灌量約為單位出水量的50%~30%;細砂、粉砂含水層地區,單位回灌量小於單位出水量的30%。

3.抽水、回灌井數比例的確定

單位抽水量和單位回灌量之比可作為確定回灌井數的主要依據。根據上述試驗成果,考慮到長期回灌時回灌井可能的堵塞情況,在地下水靜水位埋深大於10m的條件下,地溫空調井抽、灌井數比例確定如表4-4。

4.地溫空調井運行對地下水環境的影響

(1)對地下水溫度的影響

研究區地溫空調井抽水井中水溫一般約16~20℃,回水管道中水溫供暖期一般在10~15℃,比抽水井中地下水溫度低2~7℃,製冷期一般在18~25℃,比抽水井中地下水溫度高1~8℃。根據對地溫空調井地下水溫度監測(圖4-6、圖4-7),地溫空調運行時對地下水溫度階段性影響較明顯。

表4-4 地溫空調井抽水、回灌井數比例確定

圖4-6 鄭州市兒童醫院地下水埋深與抽水井水溫動態曲線

圖4-7 鄭州嵩陽中學地下水埋深與回灌井水溫動態曲線

製冷期,回灌水溫度一般在19~30℃之間,最高可達35℃;供暖期,回灌水溫度一般在8~15℃ 左右。受回灌水溫度的影響,製冷期使地下水溫度略有升高,供暖期略有下降,但在一個完整的製冷與供暖周期內,地溫空調井回灌對地下水溫度總的持續性影響不明顯。多年溫度動態曲線(圖4-8至圖4-13)也表明研究區地溫空調運行未造成地下水或 土體溫度持續性的升高或降低。沒有觀測到明顯的熱污染現象。

圖4-8 安陽市文峰時代廣場回灌井水溫動態曲線

圖4-9 安陽市五中回灌井水溫動態曲線

圖4-10 中國農業科學院棉花研究所回灌井水溫動態曲線

圖4-11 安陽市廣電局回灌井水溫動態曲線

(2)對地下水水質的影響

根據對鄭州市兒童醫院地溫空調井製冷期運行前(5月5日)、運行期間(8月21日)及運行後(10月29日)的水質采樣、分析(表4-5)和安陽市部分地溫空調系統在運行期間抽水井與回灌井的水質采樣、分析(表4-6)。通過對比發現,淺層地熱能在開發利用過程中,對地下水水質影響不大;元素鋅在回灌井中有明顯升高現象,分析其主要原因是鋅易氧化成鋅離子進入水中,所以,建議不使用鍍鋅鋼管。

圖4-12 安陽市公安局回灌井水溫動態曲線

圖4-13 安陽市喜相逢大酒店回灌井水溫動態曲線

5.抽水、回灌井間距的確定

抽、回灌井的合理間距以不發生熱短路為原則。回灌水到達抽水井的時間(熱短路時間)可用下式表示:

河南省城市淺層地熱能

式中,n為含水層的有效孔隙度;π為圓周率;d為抽水井和注水井距離;B為含水層厚度;Q為穩定的注水量。

根據上式可確定發生熱短路的抽水、回灌井間距臨界值為:

河南省城市淺層地熱能

當抽水井、回灌井距離小於合理間距(d)時將發生熱短路現象。以兒童醫院為例:

兒童醫院的地溫空調工程設計抽水井、灌井數為6眼,其中抽水井深98m回灌井深70m。抽水、回灌井運行模式為兩抽、四灌,3和6為抽水井,其餘4眼為回灌井。運行時單井抽水量100m3/h單井回灌量50m3/h。抽、灌井及觀測井的位置分布見圖4-14。

圖4-14 抽、灌井分布圖

表4-5 鄭州市兒童醫院地溫空調井不同時段下水水質對比表

按製冷期熱泵運行時間120d,含水層厚度15.9m,孔隙度0.30,則d為85m,即在回灌量為50m3/h時(相當於塬前沖積平原區),抽、灌井間距大於85m時不會發生熱短路。如單井回灌量達到85m3/h時(相當於黃河沖積平原),則抽、灌井間距大於111m不會發生熱短路。

實際上,3號抽水井和2號回灌井間距為36m。6號抽水井和5號回灌井間距也僅為55m。圖4-7是系統運行時6抽水井水溫曲線,從溫度變化來看,顯然發生了熱短路現象,其製冷期最高溫度23~24℃,較背景值(20℃)高出3~4℃。供暖期最低溫度17~16℃,較背景值低約3~4℃。

一般熱泵機組正常工作時,要求水的溫度介於2~35℃之間,以保證系統可以正常運行。因此,雖然回灌水引起了熱短路,但溫度變化還在熱泵允許的范圍內,能夠保證系統的運行效率,滿足建築物冷熱負荷的要求。另一方面,城市區多數建築場地不能滿足理論計算的抽、灌井間距要求。大量的觀測資料也說明熱短路現象是普遍存在的。但因回灌水溫度適中,可以保證水源熱泵空調系統的運行效率。而抽、灌水的溫度變化供暖期和製冷期呈現周期性的波動,也反映出水源熱泵空調系統在長期的運行過程中,其水動力場影響范圍內某點的地下水溫度波動的規律性,即在水源熱泵空調系統長期運行過程中,地下水溫度在冷、熱交替中的影響范圍內不會發明顯持續性升高或降低。

表4-6 抽水井與回灌井水質對比表

因此,地溫空調井間距的確定不能僅以熱短路作為依據,而應考慮其回灌水影響范圍內水溫的變化能否滿足熱泵系統運行要求、對地質環境的影響和運行的經濟性。但在條件允許的情況下應盡量滿足井間距要求,以減少熱短路影響,保證系統運行效率。在實際工程中回灌量和含水層厚度差別較大,結合此次對已有地溫空調系統運行效果的調查情況及抽、灌試驗成果,建議細顆粒地層中抽、灌井間距不宜小於40m,卵礫石含水層中間距不宜小於80m。實際工程應用中可根據具體情況調整。

『陸』 室內排水管道做灌水試驗時需要一戶一做,那麼灌水試驗記錄資料怎麼報一戶一報太繁瑣。

灌水試驗記錄上面,是有時間的,什麼時候開始,什麼時候結束,只能這樣,或者按系統報,就是一根立管報一次。

『柒』 室內排水管道灌水試驗記錄內容有哪些

施工試驗記錄包括:施工試驗記錄(通用)、設備試運轉記錄、設備單機試運轉記錄、調試報告、土建專用施工試驗記錄、鋼筋連接試驗報告、回填土干密度試驗報告、土工擊實試驗報告、砌築砂漿抗壓強度試驗報告、混凝土抗壓強度試驗報告、混凝土抗滲試驗報旨、超聲波探傷報告、超聲波探傷記錄、鋼構件射線探傷報告、砌築砂漿試塊強度統計、評定記錄r'混凝土試塊強度統計、評定記錄、防水土程試水檢查記錄j電氣專用施工試驗記錄、電氣接地電阻測 試記錄、電氣絕緣電阻滴試涮錄~電氣器具通電安全檢查記錄、電氣麻胡、動力試運行記錄、綜合布線測試記錄、光纖損耗測試記錄、視頻系統末端測試記錄、管道專用施工試驗記錄、管道灌水試驗記錄、管道強度嚴密性試驗記景、管道通水試驗記錄、管道吹(沖)洗(脫脂)試驗記錄、室內排水管道通球試驗記錄、伸縮器安裝記錄表、通風空調專用施工試驗記錄、現場組裝除塵器、空調機漏風檢測記錄、風管漏風檢測記錄、各房間室內風量測量記錄、管網風量平衡記錄、通風系統試運行記錄、製冷系統氣密性試驗記錄、電梯專用施工試驗記錄、電梯主要功能檢查試驗記錄表、電梯電氣安全裝置檢查試驗記錄、電梯整機功能檢驗記錄、電梯層門安全裝置檢查試驗記錄表、電梯負荷運行試驗記錄表、轎廂平層准確度測量記錄表、電梯負荷運行試驗曲線圖表、電梯雜訊測試記錄表及自動扶梯、自動人行道運行試驗記錄。

『捌』 其他試驗

任務分析

本任務簡單介紹其他試驗的方法及技術要求,其中滲水試驗是一種在野外現場測定包氣帶土(岩)層垂向滲透性的簡易方法。注水試驗,當鑽孔中地下水位埋藏很深或試驗層為透水不含水時,近似地測定該岩層的滲透系數。地下水實際流速測定採用示蹤試驗法,可直接用於地下水斷面流量的計算。連通試驗是採用水位傳遞法、示蹤試驗法、氣體傳遞法,確定研究地段上地下水流經具體途徑的一種有效方法。要求了解其他試驗資料的整理與成果應用。

任務實施

(一)滲水試驗

滲水試驗是一種在野外現場測定包氣帶土(岩)層垂向滲透性的簡易方法。在研究大氣降水、灌水、渠水、暫時性地表水流對地下水的補給量時,常需進行此種試驗。

試驗方法主要有試坑法、單環法和雙環法,其中,前兩種方法多用於粗粒岩石和砂性土,後一種方法主要用於黏性土和其他鬆散岩層。

1.試坑法

其方法是在試驗層中開挖一個截面積不大(0.3~0.5m2)的方形或圓形試坑,不斷將水注入坑中,並使坑底的水層厚度保持一定(一般為10cm厚,圖1-3-11),當單位時間注入水量(即包氣帶岩層的滲透流量)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),即

水文地質勘察

其中,

水文地質勘察

式中:Q為穩定滲入流量(m3/d);v為滲透水流速度(m/d);ω為滲水坑的底面積,即過水斷面面積(m2);I為垂向水力坡度;Hk為包氣帶岩土層的毛細上升高度(m),可直接測定或用經驗數據;Z為滲水坑內水層厚度(m);L為水從坑底向下滲入的深度(m),可通過試驗前在試坑外側3~4m外和試驗後在坑中鑽兩個小徑鑽孔取土樣,測定其不同深度岩土的含水量(濕度)值的變化,經對比後確定。

圖1-3-11 試坑滲水試驗示意圖

在通常情況下,當滲入水到達潛水面後,Hk=0,又因Z小於L,故由式(1-3-9)計算求得的水力坡度近似等於1(即I≈1)。於是式(1-3-8)可寫成

水文地質勘察

式(1-3-10)說明,在通常條件下,包氣帶土層的垂向滲透系數(K)實際上等於滲入水在包氣帶土層中的滲透速度(v),即等於試坑底單位面積上的滲透水量。

由於試坑法直接從試坑中滲水,未考慮滲入水向試坑以外土層中側向滲入的影響(圖1-3-11),故所求得的K值常常偏大。

2.環滲法

為了克服試坑法側向滲水的影響,常採用環滲法,環滲法有單環法和雙環法。其中單環法是在試坑中嵌入一個鐵環(直徑約35.75cm,高一般為0.5m),以減少側滲,提高精度,雙環法的滲水試驗裝置如圖1-3-12所示,整個裝置置於試坑中,裝置由內、外圓環及馬氏瓶組成。內外環間水體下滲所形成的環狀水帷幕即可阻止內環水向側向滲透,使其豎直滲入,以便用內環滲水資料更精確的計算滲透系數(K),馬氏瓶為定水頭自動給水裝置,為防止沖刷,環內還應鋪設2cm厚的礫石層。試驗時,用兩瓶分別向內、外環注水,並記錄滲水量,直至流量穩定並延續2~4h,即可停止注水,此時通過內環的穩定滲透速度,就是包氣帶岩石的滲透系數,即K=v。一般雙環法的精度高於單環法。

在野外進行滲水試驗時,為了說明試驗過程和滲透速度的變化情況,一般要求在試驗現場繪制滲透速度(v)隨時間(t)變化的過程線(圖1-3-13),其穩定後的v值,即為包氣帶岩土層的滲透系數(K)。由於水體下滲時常常不能完全排出岩層中的空氣,對滲水試驗結果有一定影響。

圖1-3-12 雙環法試坑滲入試驗裝置圖

1—內環(直徑0.25m);2—外環(直徑0.5m);3—自動補充水瓶;4—水量標尺(單位為m)

圖1-3-13 滲透速度與時間關系曲線圖

(二)鑽孔注水試驗

當鑽孔中地下水位埋藏很深或試驗層為透水不含水時,可用注水試驗代替抽水試驗,近似地測定該岩層的滲透系數。注水試驗還可用於人工補給和廢水地下處理研究。

注水試驗形成的流場,正好和抽水試驗相反(圖1-3-14),抽水試驗是在含水層天然水位以下形成上大、下小的正向疏干漏斗,而注水試驗則是在地下水天然水位以上形成反向的充水漏斗。目前一般是採用穩定注水方法,不穩定注水方法很少用。

圖1-3-14 潛水注水井示意剖面圖

一般,注水試驗是向井內定流量注水,抬高井中水位,待水位穩定並延續至符合要求時,可停止注水,觀測恢復水位,對穩定後延續時間的要求,與抽水試驗相同。

對於穩定流注水試驗,其滲透系數計算公式的建立過程與抽水井正好相反,其不同點僅是注入水的運動方向和抽水井中地下水運動方向相反,故水力坡度為負值。

潛水完整注水井,其注(涌)水量計算公式為(圖1-3-14)

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承壓完整注水井,其注(涌)水量計算公式為

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注水試驗常常是在不具備抽水試驗條件下進行的,由於洗井往往不徹底或不能進行選井(孔內無水或未准備洗井設備),同一水頭差下注入流量往往比抽水偏小,所以所求得的滲透系數(K)也往往比抽水試驗小得多。

注水試驗所用水源應滿足水量、水質要求。注水試驗的資料整理與抽水試驗相似。

(三)地下水實際流速和流向的測定

地下水實際流速和流向的測定是密切相關的,在測定地下水實際流速前應先測定或確定地下水流向。

1.地下水流向的測定

地下水的流向是闡明區域地下水徑流條件,確定地下水補給方向和流量計算斷面的方向、正確布置地下水取水、排水、堵水截流工程設施以及示蹤試驗井組位置等必不可少的依據。地下水流向的測定(確定)方法主要有:①根據等水線圖確定:即垂直等水位線由高到低的方向就是地下水流向;②物探方法:如用充電法確定地下水流向,詳見有關物探書籍;③三角形井孔法確定地下水流向:大體按等邊三角形布置三個鑽孔(圖1-3-15),並測定天然地下水位,用插值的方法作出等水位線,垂直等水位線由高到低的方向即為地下水流向(圖1-3-15)。

圖1-3-15 地下水流向、流速測定鑽孔布置示意圖

1—投放示蹤劑孔;2—主要流速觀測孔;3,4—輔助觀測孔;5—地下水流向

A,B,C—地下水位觀測孔(水位標高:m)

2.地下水實際流速測定

地下水實際流速,可直接用於地下水斷面流量的計算,判斷水流屬層流或紊流,可研究化學物質在水中的彌散,確定含水層的一些參數以及作為決定地下水灌漿中一些技術措施的依據等。測定地下水實際流速的方法有兩種,一種為示蹤試驗法,另一種為物探方法,這里僅說明前者的試驗方法。

1)測定流速前先測定地下水流向,方法同前。

2)布置投放示蹤劑孔(注入孔)和觀測孔(接受孔)。在地下水流向已知的基礎上,沿地下水流向至少布置兩個井孔,上游孔為投放示蹤劑(或稱指示劑)孔或注入孔,下游孔為觀測孔或接受孔(取樣孔),為防止流向偏離,可在下游孔兩側按圓弧相距0.5~5.0m各布置一個輔助觀測孔(圖1-3-15)。上游孔與下游孔之間距離主要取決於岩石透水性。如為細砂,一般相距2~5m,透水性好的裂隙岩石一般為10~15m。

3)選擇示蹤劑並在注入孔中投放,在觀測孔中進行接受監測。應根據試驗條件和要求選擇合適的示蹤劑。目前我國測定實際流速主要採用的是化學試劑和染料,見表1-3-2。進行試驗時,首先將示蹤劑以瞬時脈沖方式注入投劑孔(注入孔)中的含水層段,然後用定深取樣分析方法或定深探頭(如離子探針等)定時觀測觀測井(接受井)中示蹤劑的出現,待示蹤劑暈的前緣在觀測孔中出現後,應加密觀測(取樣)次數,以准確地測定出示蹤劑前緣和峰值到達觀測井的時間。

表1-3-2 示蹤劑類型、特點和應用條件

4)計算地下水實際流速。因為投放示蹤劑孔與觀測孔的距離是已知的,所以確定地下水實際流速的問題實際上就是確定示蹤劑從投放示蹤劑孔到達觀測孔的時間。示蹤劑在孔隙和裂隙中的運動,不是活塞式的推進,而是以對流-彌散方式進行的,由於空隙通道的復雜性,觀測孔中示蹤劑濃度歷時曲線也是復雜多樣的,它主要取決於岩性、示蹤劑類型及投劑孔和觀測孔間的距離等,一般條件下觀測孔中示蹤劑濃度歷時曲線如圖1-3-16所示。實際上,當所測流速用於供水時,常取b點對應的時間tb參與計算;當用於疏干時,常取a、b間c點所對應的時間tc。則

圖1-3-16 觀測孔中示蹤劑含量變化過程曲線

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(四)連通試驗

連通試驗實際上是一種示蹤試驗,它是在上游某個地下水點(水井、岩溶豎井、落水洞、地下暗河表流段、坑道等)投入某種示蹤劑,在下游地下水點(除前述各類水點外,尚包括泉水、岩溶暗河出口等)監測示蹤劑是否出現,以及出現的時間和濃度,從而確定其連通情況。連通試驗是確定研究地段上地下水流經具體途徑的一種有效方法,主要用於研究和查明岩溶地下水的運動途徑、速度、地下河系的連通、延展與分布情況、地表水與地下水的轉化關系,以及尋找礦坑(井)涌水的水源與通道,查明水庫漏失途徑,判斷地下水分水嶺的位置等。

由於連通試驗主要是查明地下水系統的補、徑、排條件,因此,對試驗井點布置及試驗方法沒有嚴格的要求,一般多利用現有的人工或天然地下水點和岩溶通道,監測水點應盡可能多,常用的試驗方法簡介如下:

1)水位傳遞法。一般是利用天然的岩溶通道,對天然地下水流進行堵、閘、放水或抽水、注水等,以改變地下水流水位,而在上、下游岩溶水點(包括鑽孔)和其他點上觀測水位、流量的變化,從而確定其連通性及具體途徑。這種方法主要用於查明岩溶管流區岩溶水點間的聯系。但也應考慮到,這種方法可能引起地下水天然流動方向的改變。

2)示蹤試驗法。一般多在岩溶管道發育區和裂隙岩溶區進行此種試驗。常利用天然岩溶水點投放和接收示蹤劑,一般可選用谷糠、鋸屑、石松孢子、漂浮紙片等作為示蹤劑(物)。對於流量較大的地下暗河還可用浮漂式小型定時炸彈和電磁波發射器來查明地下暗河流經途徑和位置。近年來,一種微小彩色塑料粒的示蹤物得到應用,此法除查明水點間連通性外,還可大致估算地下水流速。

3)氣體傳遞法。對無水或非充滿水的通道,可用煙熏、施放煙幕彈等方法,探明通道的連通性及連通程度,但一般只能做近距離試驗。

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