水文地质学

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第0章绪论

50年代发展特色

1、区域水文地质学（Regional hydrogeology）：研究地下水埋藏、分布、形成条件及含水层的区域性规律的学科。

2、50年代地质部成立后，各省的水文地质专业队伍和研究机构及地质院校先后建立； 3、前苏联新的理论不断输入中国。

4、50年代中期起，全国开展区域水文地质普查，推动了区域水文地质学的发展。

60年代发展特色

60年代，由于在华北开展大规模的抗旱打井运动，成为农业水文地质学的开创时期。

70年代发展特色

1、70到80年代，各省开展了主要为城市和工业建设服务的水文地质工作。也可以说，这是我国城市水文地质学的开创时期。

80年代发展特色

1、80年代出版的《中国干旱半干旱地区地下水资源评价》，汇集了70~80年代北方各地区区域地下水资源评价的研究成果，基本反映了我国80年代在这一领域的理论水平。 2、不少有关地下水资源评价与计算方法的论著 3、80年代后期把主要目标逐渐转向管理模型的研究

90年代发展特色

在信息系统研究的基础上，国内正在开展关于城市水资源环境管理专家决策系统的研究。信息系统的研究，已成为水资源研究不可缺少的重要内容之一，主要包括数据管理系统、动态监测信息系统、专家决策系统的开发以及3S技术在模型研究中的应用等，已逐渐向信息水文地质学的方向发展。第一章

水文地质勘察概念

通过各种现代手段、方法，查明水文地质条件，进行地下水水量、水质的评价，并结合社会经济环境需求对发展趋势作出预报的工作过

基本任务

1、查明勘察区的水文地质条件，地下水开发利用状况，地下水管理与保护状况，包括地下水污染情况；

2、对地下水储藏量（包括可供开采量）、水质状况进行评价与风险预测； 3、对地下水资源的合理开发、安全利用和安全管理与保护提出具体建议。以上工作相互联系，缺一不可，否则就不可能说是全部完成任务。

工作内容

1、一般地区：指地下水动态基本受自然因素控制，包括未开采区和少量开采区，其工作内容包括：

水文地质测绘，水文地质物探，水文地质钻探，水文地质试验，地下水动态监测等有步骤分阶段的内容。

2、开采地区：指地下水动态主要受人为因素（开采）控制，并出现了与地下水开采有关的环境地质问题的地区，需要根据具体情况确定工作内容，一般包括：开采状态调查、补给条件调查、地下水污染调查，环境地质调查，勘探与试验，地下水动态与均衡观测。

勘察工作程序可分四个阶段：

1、勘察前组织工作， 2、编写勘察纲要， 3、外业作业，

4、内业作业。

划分阶段

普查阶段，初勘阶段，详勘阶段，开采阶段

普查阶段

概略评价区域或需水地区的水文地质条件，提出有无满足设计所需地下水水量可能性的资料。

地下水允许开采量评价应满足Ｄ级精度。

为设计前期的城镇规划，建设项目的总体设计或厂址选择提供依据。

开采阶段

查明水源地扩大开采的可能性，或研究水量减少，水质恶化和不良环境工程地质现象等发生的原因。

在开采动态或专门试验研究的基础上，验证的地下水允许开采量应满足Ａ级精度的要求。为合理开采和保护地下水资源，为水源地的改、扩建设计提供依据。在什么情况下勘察阶段可简化或合并：

（1）水文地质条件简单，工作量不大，或条件较复杂，但仅有一个水源地可选；（2）需水量不大；

（3）根据已有资料，就可以作出水文地质结论和确定水源方案的地区；

（4）当拟建水源与已建水源有类似的水文地质条件，可据此确定水源方案的地区。

一般勘察任务书包括：

（1）对应的设计阶段划分；

（2）需水量及其用途；水质、水温的要求；（3）勘察范围的要求；

（4）取水方案或拟建水源地位置；（5）工程规模和投资；

（6）勘察成果要求提交日期。第二章

水文地质测绘的目的

目的在于查明拟建水源地范围的地质、水文地质条件，为下一步勘探试验（包括物探、钻探）、地下水动态观测等工作量的布置提供依据

水文地质测绘的要求（精度要求）

（1）测绘所得的成果，主要反映在所填的各种图件上，填图精度与比例尺大小有关，取决于地层划分与地质界限的精确度。

（2）填图地图一般为地形图，不同勘察阶段对测绘比例尺的要求不同， ①普查阶段宜为1∶10—1∶5 万； ②详查阶段宜为1∶5—1∶2.5 万；

③勘探阶段宜为1∶1 万或更大的比例尺。

地下水人工露头

包括井、钻孔、试坑等

（1）井孔编号、位置、名称、井孔口标高、开凿时间；（2）井孔类型、形状、井壁结构、深度、口径；（3）柱状图、含水层位置、岩层性质，厚度；（4）井孔水位、水位，抽水试验资料，水样分析结果，用途，开采状况，开采量与水位变化关系；（5）计划统一测量水位（枯水期、水文年）

资料的整理

一、经常性整理二、阶段性整理三、野外结束后整理第三章

水文地质钻探的目的

1.查明含水层或控水构造的数量、埋深、厚度、岩性和类型； 2.查明含水层或控水构造在水平方向上和垂直方向上的变化规律； 3.查明地下水位、水的物理化学性质及其空间变化； 4.查明各含水层之间、地下水与地表水之间的水力联系

勘探钻孔的类别

（一）地质孔：主要用于查明地层的地质年代、成因、岩性、地质构造，了解含水层（带）的位置和地下水位；

（二）试验孔：主要指抽水、回灌、弥散、注水、压水、地下水流向、流速试验等；（三）勘探生产孔：试验工作结束后的勘探钻孔，留做生产井，移交取水部门使用；（四）观测孔：用水各种试验的，以观测地下水动态、渗流状况的钻孔。

钻孔布置原则

1.充分利用已有资料，在水文地质测绘、地面物探等基础上进行；

2.布置要与勘察任务要求、勘察阶段、地质与水文地质条件、资源评价方法相适应。钻孔过程中的水文地质观测与编录一、岩芯的描述与测量 1、岩芯的地质描述 2、岩芯的测量二、水文地质观测 1、观测冲洗介质的变化 2、水位观测

3、涌水现象观测

4、其它现象观测三、水文地质钻探的编录 1、钻孔类型与位置 2、钻探工作概况 3、地层

4、水文地质观测 5、钻孔结构第四章

抽水试验的目的

1.测量钻孔出水量、单位出水量(抽水降深平均每下降1米时的出水量)、计算钻孔最大可能出水量，了解出水量与水位下降的关系；

2.测定含水岩组的水文地质参数，如K,T,μ,S及影响半径R等； 3.揭示地下水与地表水以及不同含水层之间的水力联系； 4.确定合理的井距、降落漏斗形状及扩张情况； 5.了解含水层的边界条件、边界性质和范围。

多孔抽水试验

（1）为一孔抽水、多孔观察，适用于详查阶段，多布置在拟建水源地或有供水意义的典型

地段。

（2）该类试验可用来确定含水岩组不同方向的渗透性、影响半径、降落漏斗的形态；了解各含水层间及地

下水与地表水之间的水力联系；可进行流速测定、连通试验等。（3）所获得资料的精度较高。

群孔干扰抽水试验

（1）在两个或两个以上主孔中同时抽水，并有多个观察孔；

（2）适用于勘探与开采阶段，多布置在拟建水源地的典型地段，并尽量结合生产井布置。（3）在试验可用来确定井与井同时抽水时之间相互干扰的程度，确定合理的井距、布井方案及区域水位下降与总开采量的关系，并可用来定量评价地下水资源

观测孔的布置方向

一般观测孔布线方向取垂直或平行于自然状态下的水流方向；当仅布置一排观测线时，应以垂直于水流方向为优先，原因主要是：

（1）用观测结果求参时，公式一般都要求初始水位水平，而仅当垂直于水流方向时，各观测孔初始水位才可能一致；

（2）公式计算条件常要求水位降落曲线关于抽水井对称，如果平行于水流方向布线，在水流方向上水位下降曲线与抽水井下游水位下降曲线，将因补给速度不同而不对称。

观测孔的数量

与采用的计算公式有关，一般要求：

（1）做稳定抽水试验时，每条观测线上布置3个；

（2）做非稳定抽水实验时，若利用S－lgt关系整理资料，可布置1个观测孔；若利用S－lgr关系，观测孔不宜少于3个。

稳定抽水试验抽水试验的方法与要求

1.抽水试验的水位下降次数

（1）抽水试验应进行三次水位下降。当进行水资源评价或疏干计算时，最大水位降深应按设计动水位进行，其余两次降深，分别为最大降深的1/3和2/3，各次降深差>1m；如单纯为求去水文地质参数，可采用小降深抽水，以减少或避免抽水时的三维流影响。

（2）当出现下列情形时，可只进行1－2次水位下降抽水试验：出水量很小的含水层；出水量大，但降深<1m；已掌握一定的水文地质资料；精度要求不高、研究价值不大的含水层。 2.稳定延续时间

应根据试验的目的、含水层的类型和补给条件确定。如：单纯为了求K，稳定时间可短些；

当需要确定开采能力时，稳定时间则应长些；补给条件好的粗粒含水层，稳定时间可短些；补给条件差的细粒含水层，稳定时间应长些；水位降深大，稳定时间应长些；出水量较小，稳定时间可短些；

岩溶地区，出水量时大时小，应适当延长；

滨海地区，水化学成分尚未稳定之前（Cl），应延长；

雨季抽水，由于地下水位连续上升，应适当延长。

对于不同的含水层，抽水试验的稳定延续时间一般应达到下列要求：（1）卵石、砾石、粗砂质，t=4－8h；（2）中砂、细砂、粉砂质，t=8-16h；（3）裂隙、岩溶含水岩组，t=16-24h。

稳定标准

在生产实践中，一般应符合：

（1）在稳定延续时间内，出水量与动水位没有持续上升或下降的趋势（对动水位，有时可考虑与区

域水位变化趋势或幅度是否一致）；

（2）动水位与出水量的允许波动范围：用水泵抽水，水位波动2－3cm，出水量波动率<=3％；用空压机抽水，水位波动10－15cm，出水量波动率<=5%；（3）当有观测孔时，最远观测孔水位波动<2-3cm。

动水位及水量观测

应同时观测动水位、出水量及观测孔水位：观测时间一般要求在抽水开始后的第5、10、15、20、25、30分钟各1次；以后每隔30分钟观测1次。

恢复水位观测

抽水试验结束或中途停抽，一般要求在停抽后第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30min进行观测，以后每隔30min观测1次。

地下水流向的测定

多采用三角形法；

孔距一般为50~200m（水力坡度越小，孔距越大）要求同时测得各孔水位高程，并绘制等水位线。

连通试验的方法

1.水位传递法

通过地面放水补给地下水，或抽取地下水来观测水位动态变化，确定含水系统的连通性能及地下水补给、排泄与运动途径。 2.指示剂法

通过在上游投放某种指示材料，并在下游采集分析，确定地下水流向、流速、连通性、透水性和弥散性。第五章

水文地质参数是表征岩土水文地质性能大小的数量指标，是地下水资源评价的重要基础资

料。主要包括

潜水含水层的给水度，

含水层的渗透系数和导水系数，含水介质的水动力弥散系数，承压含水层贮水系数，弱透水层的越流系数。

水文参数

降水入渗系数，潜水蒸发系数，灌溉水回渗补给系数。 μ=Q*t/V 第六章

水量分类：补给量、储存量和允许开采量。允许开采量

是指通过技术经济合理的取水构筑物，在下述前提下，单位时间从水文地质单元或取水地段中能够取得的水量：

（1）整个开采期内出水量不会减少；

（2）动水位不超过设计要求；

（3）水质和水温变化在允许范围内，不影响已建水源地正常开采；（4）不发生危害性的环境地质现象。

应考虑的因素

1.“三水”在自然与人为因素下的相互转化； 2.地下水水量、水质、水文三方面关系及开采后可能发生的变化；

3.开采后排泄量的减少、补给量的增加以及储存量利用的可能性；

4.水源地之间的相互影响。

补给量计算

根据补给组成，分以下几个计算步骤：

（一）地下径流量计算 Qj= K* J* B *H（或M）（二）大气降水入渗量的计算 Qs= F* P*a / 365 地表水体入渗补给量计算 Qh=Q1+Q2-Q3+Q4-Q5-Q6

几种计算允许开采量的方法

一、二、三、四、五、六、

开采试验法水量均衡法水文地质比拟法降落漏斗法相关分析法数值法

水量均衡法的基本原理。

对一个含水层（组）来说，在补给和消耗的非平衡体系，任一时间段的补给量与消耗量之差，应等于含水层中水体积的变化量，这就是水量均衡法的基本原理。

步骤：

查明评价区水文地质条件，提供地下水资源评价所需要的数据，包括以下内容： ⅰ、划定评价区边界，确定边界条件。 ⅱ、给出评价区的初始水位分布。 ⅲ、圈定有垂直入渗补给的范围。

ⅳ、给出评价区水文地质参数的初值。

ⅴ、确定开采量在评价区域内的时空分布及变化。