什么是水文地质试验?

[拼音]：shuiwen dizhi shiyan

[外文]：hydrogeological test

为测定水文地质参数和了解地下水的运动规律而进行的试验工作，内容包括抽水、注水、压水、渗水、连通、流速和弥散系数测定等。其中抽水试验是最主要的手段。

利用井（孔）抽取地下水，以了解井的涌水量及其与水位下降的历时变化关系。抽水试验按地下水流态可分为稳定流和非稳定流抽水。按抽水井与观测孔的关系可分为单孔抽水和多孔抽水；按井孔贯穿含水层的程度可分为完整井抽水和非完整井抽水；按抽水井与含水层的关系可分为分层抽水和混合抽水等。

（1）稳定流抽水。抽水时流量和水位降同时保持不变，适用于抽水量小于补给量的地区，这种抽水一般需进行三次水位降。其最大降深值，潜水应介于其含水层厚度的1/3～1/2之间;承压水不得大于其承压水头。稳定时间一般为8～24小时。当水质和水量发生突然变化时则要延长稳定时间。

（2）非稳定流抽水。保持抽水量为常量，观测水位随时间的变化，在抽水量大于补给量或抽水过程中水位一直持续下降的地区更为适用。抽水时间视其目的、水文地质特征、水位降与时间关系曲线类型和选用计算参数的公式而定。一般为12～24小时。稳定流与非稳定流抽水可结合进行，观测孔兼顾两者的计算要求布设，既满足后者对水量、水位的观测精度，又达到前者的延续时间，互相校正，以获得较理想的成果。抽水试验的设备通常为空气压缩机或深井泵。当地下水最大动水位深度小于7.5米时，可采用卧式离心泵。若是非稳定流抽水，则宜采用电动离心泵或深井泵。抽水试验过程中，为便于发现和及时处理异常现象，确定抽水试验延续时间，应根据试验要求并作为成果绘制和提交下列资料：

当进行稳定流抽水时，绘制涌水量、水位降－历时(Q、S-t)曲线、涌水量-水位降关系[Q＝f1(S)]曲线（图1）及单位涌水量-水位降关系[Q＝f1(S)]曲线。

当进行非稳定流抽水时，应绘制抽水井水位降与时间，观测孔水位降与抽水井距离(r)、水位恢复与时间的对数关系曲线，即S-lgt（图2）、S-lgr、S-lg(1+tp/tr)(图3)曲线。

连续往井内注水，使井中水位抬高，形成以井为中心的反漏斗曲面，并取得井中稳定的地下水位抬高值和注入水量，测定地下水位以上或某一深度井段岩层的渗透性，适用于不能进行抽水试验的地段。在不含水的干燥岩层中注水，且试验段高出地下水位较多，介质为各向同性时，则井中注入水柱的高度应小于或等于试段长度，并与井半径之比值为50～200之间。注水试验装置由注水管、开关和流量表组成。稳定时间一般为4～8小时。

向井内压水取得单位时间的漏水量与压力、试段长度间的相互关系，以定性地了解地下不同深度坚硬、半坚硬岩层的相对透水性和裂隙的相对发育程度，主要为水工构筑物设计提供资料。目前多采用自上而下栓塞隔离的分段压水法。稳定时间通常要超过 2小时。压水试验所用止水栓塞多为双管循环式和单管压水式（图4）。

在表层干土试坑中连续均匀注水，使坑内水层保持一定厚度，求出坑底单位时间的入渗水量，用以计算包气带松散岩层渗透系数。对灌溉设计、研究区域水均衡等都有十分重要意义。一般在潜水位深度大于5米的地区进行，试坑底面积多取30×30厘米2，并要求坑底水平和铺设约2厘米厚的砂砾石缓冲层，保持坑内水层厚10厘米。当注入水量达到稳定后延续2～4小时即可结束。为排除试坑侧向渗透影响，通常采用双环法进行试验，即在坑底嵌入两个高约20厘米，直径分别为25和50厘米铁环，并保持内外环的水层厚度相同，从而使内环中的水只产生垂向渗入，同时利用土钻获取试验时间内水由坑底向土层渗透的深度，就可求得精确度较高的渗透系数值。渗水试验结束后，应提交试坑平面位置图、水文地质剖面图及渗透速度历时曲线。

利用溶洞、裂隙等天然通道，研究地下水的流向、补给范围、补给速度、补给量以及与相邻地区地下水、地表水关系等。试验需有确切水文地质测绘资料证实存在连通性的地段进行。常用的方法为：

（1）水位传递法。采取闸水、放水、堵水或抽水、注水等手段，观测水位、水量、水色变化。

（2）示踪剂法。在上游投放示踪剂如染料、盐类或放射性同位素等，观测其在下游的出现。

（3）气体传递法。在与地下水有联系的无水溶洞或裂隙内放烟，通过自然通风或用人工鼓风的方法使烟扩散。连通试验的成果有试验段(点)的水位、水量、水质或示踪剂浓度变化的历时曲线和岩溶、裂隙连通平面图。

测定地下水实际流速，首先根据已有等水位线图或在无此图时沿等边三角形顶点布孔，确定地下水流向，然后分别在上下游布设示踪剂投放孔和观测孔，孔距决定于含水层透水性，在细砂中为2～5米，含砾粗砂中为5～15米，裂隙岩层中为10～15米，岩溶发育岩层可大于50米。为避免示踪剂绕过观测孔，常在其两侧0.5～1.0米处各布一辅助观测孔（图5），所投示踪剂种类及检验方法见简表。

根据试验资料，绘制观测孔示踪剂随时间的变化曲线，并以示踪剂浓度中间值出现时间来计算流速。还可由投剂孔内不同时间的示踪剂浓度变化，利用单井稀释法求得投剂孔附近之地下水流速。

弥散系数是描述地下水中污染质混溶运移和进行水质预测的重要参数。通常是在一个井孔中连续或脉冲注入含有示踪剂的流体，获得投剂孔、观测孔在不同时段内的水位及示踪剂浓度变化，然后根据其具体条件选用数学模型。以数值解或解析解计算出弥散系数。要求示踪剂毒性最小，能与地下水溶混运移而不改变地下水的密度、 粘度、 流速和流向等天然性质，并在预定时间、距离内保持其化学稳定性和易于微量检测。多使用食盐、荧光染料和放射性同位素 (I131)等。根据弥散距离确定测定方法：

（1）2～4米，多以单井脉冲注入。记录井内不同深度的流速和示踪剂浓度随时间的变化。

（2）4～20米，需采用群井试验（图6），记录观测井中示踪剂浓度随时间的变化。

（3）20～100米，如地下水流向准确，可采用群井试验。否则应利用物探电法测量。

（4）大于100米，则多应用物探技术或环境示踪物(调查前就存在于土壤中的物质)如天然放射性同位素或海水入浸等。

弥散系数测定的试验结果，主要是提交投剂孔和观测孔内水头及示踪剂浓度随时间的变化曲线及弥散系数计算数据。