日本纖維高分子材料研究所

[拼音]：shuiwen dizhi shiyan

[英文]：hydrogeological test

為測定水文地質引數和了解地下水的運動規律而進行的試驗工作，內容包括抽水、注水、壓水、滲水、連通、流速和彌散係數測定等。其中抽水試驗是最主要的手段。

抽水試驗

利用井（孔）抽取地下水，以瞭解井的湧水量及其與水位下降的歷時變化關係。抽水試驗按地下水流態可分為穩定流和非穩定流抽水。按抽水井與觀測孔的關係可分為單孔抽水和多孔抽水；按井孔貫穿含水層的程度可分為完整井抽水和非完整井抽水；按抽水井與含水層的關係可分為分層抽水和混合抽水等。

（1）穩定流抽水。抽水時流量和水位降同時保持不變，適用於抽水量小於補給量的地區，這種抽水一般需進行三次水位降。其最大降深值，潛水應介於其含水層厚度的1/3～1/2之間;承壓水不得大於其承壓水頭。穩定時間一般為8～24小時。當水質和水量發生突然變化時則要延長穩定時間。

（2）非穩定流抽水。保持抽水量為常量，觀測水位隨時間的變化，在抽水量大於補給量或抽水過程中水位一直持續下降的地區更為適用。抽水時間視其目的、水文地質特徵、水位降與時間關係曲線型別和選用計算引數的公式而定。一般為12～24小時。穩定流與非穩定流抽水可結合進行，觀測孔兼顧兩者的計算要求佈設，既滿足後者對水量、水位的觀測精度，又達到前者的延續時間，互相校正，以獲得較理想的成果。抽水試驗的裝置通常為空氣壓縮機或深井泵。當地下水最大動水位深度小於7.5米時，可採用臥式離心泵。若是非穩定流抽水，則宜採用電動離心泵或深井泵。抽水試驗過程中，為便於發現和及時處理異常現象，確定抽水試驗延續時間，應根據試驗要求並作為成果繪製和提交下列資料：

當進行穩定流抽水時，繪製湧水量、水位降－歷時(Q、S-t)曲線、湧水量-水位降關係[Q＝f1(S)]曲線（圖1）及單位湧水量-水位降關係[Q＝f1(S)]曲線。

當進行非穩定流抽水時，應繪製抽水井水位降與時間，觀測孔水位降與抽水井距離(r)、水位恢復與時間的對數關係曲線，即S-lgt（圖2）、S-lgr、S-lg(1+tp/tr)(圖3)曲線。

注水試驗

連續往井內注水，使井中水位抬高，形成以井為中心的反漏斗曲面，並取得井中穩定的地下水位抬高值和注入水量，測定地下水位以上或某一深度井段岩層的滲透性，適用於不能進行抽水試驗的地段。在不含水的乾燥岩層中注水，且試驗段高出地下水位較多，介質為各向同性時，則井中注入水柱的高度應小於或等於試段長度，並與井半徑之比值為50～200之間。注水試驗裝置由注水管、開關和流量表組成。穩定時間一般為4～8小時。

壓水試驗

向井內壓水取得單位時間的漏水量與壓力、試段長度間的相互關係，以定性地瞭解地下不同深度堅硬、半堅硬岩層的相對透水性和裂隙的相對發育程度，主要為水工構築物設計提供資料。目前多采用自上而下栓塞隔離的分段壓水法。穩定時間通常要超過 2小時。壓水試驗所用止水栓塞多為雙管迴圈式和單管壓水式（圖4）。

滲水試驗

在表層乾土試坑中連續均勻注水，使坑內水層保持一定厚度，求出坑底單位時間的入滲水量，用以計算包氣帶鬆散岩層滲透係數。對灌溉設計、研究區域水均衡等都有十分重要意義。一般在潛水位深度大於5米的地區進行，試坑底面積多取30×30釐米2，並要求坑底水平和鋪設約2釐米厚的砂礫石緩衝層，保持坑內水層厚10釐米。當注入水量達到穩定後延續2～4小時即可結束。為排除試坑側向滲透影響，通常採用雙環法進行試驗，即在坑底嵌入兩個高約20釐米，直徑分別為25和50釐米鐵環，並保持內外環的水層厚度相同，從而使內環中的水只產生垂向滲入，同時利用土鑽獲取試驗時間內水由坑底向土層滲透的深度，就可求得精確度較高的滲透係數值。滲水試驗結束後，應提交試坑平面位置圖、水文地質剖面圖及滲透速度歷時曲線。

連通試驗

利用溶洞、裂隙等天然通道，研究地下水的流向、補給範圍、補給速度、補給量以及與相鄰地區地下水、地表水關係等。試驗需有確切水文地質測繪資料證實存在連通性的地段進行。常用的方法為：

（1）水位傳遞法。採取閘水、放水、堵水或抽水、注水等手段，觀測水位、水量、水色變化。

（2）示蹤劑法。在上游投放示蹤劑如染料、鹽類或放射性同位素等，觀測其在下游的出現。

（3）氣體傳遞法。在與地下水有聯絡的無水溶洞或裂隙內放煙，通過自然通風或用人工鼓風的方法使煙擴散。連通試驗的成果有試驗段(點)的水位、水量、水質或示蹤劑濃度變化的歷時曲線和岩溶、裂隙連通平面圖。

流速測定

測定地下水實際流速，首先根據已有等水位線圖或在無此圖時沿等邊三角形頂點布孔，確定地下水流向，然後分別在上下游佈設示蹤劑投放孔和觀測孔，孔距決定於含水層透水性，在細砂中為2～5米，含礫粗砂中為5～15米，裂隙岩層中為10～15米，岩溶發育岩層可大於50米。為避免示蹤劑繞過觀測孔，常在其兩側0.5～1.0米處各布一輔助觀測孔（圖5），所投示蹤劑種類及檢驗方法見簡表。

根據試驗資料，繪製觀測孔示蹤劑隨時間的變化曲線，並以示蹤劑濃度中間值出現時間來計算流速。還可由投劑孔內不同時間的示蹤劑濃度變化，利用單井稀釋法求得投劑孔附近之地下水流速。

彌散係數測定

彌散係數是描述地下水中汙染質混溶運移和進行水質預測的重要引數。通常是在一個井孔中連續或脈衝注入含有示蹤劑的流體，獲得投劑孔、觀測孔在不同時段內的水位及示蹤劑濃度變化，然後根據其具體條件選用數學模型。以數值解或解析解計算出彌散係數。要求示蹤劑毒性最小，能與地下水溶混運移而不改變地下水的密度、粘度、流速和流向等天然性質，並在預定時間、距離內保持其化學穩定性和易於微量檢測。多使用食鹽、熒光染料和放射性同位素 (I131)等。根據彌散距離確定測定方法：

（1）2～4米，多以單井脈衝注入。記錄井內不同深度的流速和示蹤劑濃度隨時間的變化。

（2）4～20米，需採用群井試驗（圖6），記錄觀測井中示蹤劑濃度隨時間的變化。

（3）20～100米，如地下水流向準確，可採用群井試驗。否則應利用物探電法測量。

（4）大於100米，則多應用物探技術或環境示蹤物(調查前就存在於土壤中的物質)如天然放射性同位素或海水入浸等。