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水文地质调查在岩土勘察中的应用

2021-11-29

中国金属通报 2021年12期
关键词:水井含水层泉水

伍 凯

(四川川邑矿业技术咨询服务有限公司,四川 成都 610000)

水文地质调查(可简称为找水),是指对某地区范围内地下水情况及其与自然地理和地质因素之间的关系进行调查与研究,和岩土工程勘察之间存在间接的联系,能为岩土工程勘察中区域地下水情况的确定提供参考。

1 水文地质测绘

1.1 任务

水文地质测绘能解决以下几方面问题:

(1)确定测区范围内地下水属于何种类型,以及不同类型地下水实际分布状态和之间的联系。

(2)确定测区范围内分布的含水层及含水带,并明确其埋藏条件,此外还能确定隔水层自身调整及分布情况[1]。

(3)确定测区范围内地下水各项条件,包括补给、径流与排泄。

(4)对测区范围内含有的含水层进行富水性评价,初步判断地下水资源储量,并确定其化学特征和变化规律。

(5)明确不同构造对应的水文地质情况及特征。

(6)讨论所有与地下水有直接或间接关系的其它环境地质问题。

1.2 内容

为顺利完成以上各项任务,在水文地质测绘工作中,需做好以下几方面内容:

(1)对基岩开展地质调查。

(2)对测区范围内的地貌和第四级开展地质调查。

(3)对区域内地下水露头进行调查。

(4)对区域内地表水体进行调查。

(5)对区域内地表植物,尤其是对地下水有指示作用的植物进行调查。

(6)对区域内所有和地下水有关的其它地质状况进行调查。

由此可见,水文地质测绘实际上是一项综合性调查工作。

1.3 方法

1.3.1 准备工作

(1)对测绘区范围内所有地质资料进行收集和简单的熟悉,包括自然地理、地貌、地质和水文地质等。

(2)计算不同工作的实际工作量,并对测绘的路线及测点进行合理安排。

(3)解译航、卫片。

(4)通过现场踏勘确定各地层的层序及具体标志层。

(5)按照相关规范进行各项技术要求、工作规程及成果标准等的制定,同时编制完善的规章制度。

1.3.2 野外工作

(1)实测剖面:首先将地层的层序、基本岩性及不同地层的厚度和之间的接触关系查明,并确定标志层;然后对岩石内空隙等和水文地质有关的内容进行检测。剖面应按照以下原则进行布置:选择代表性良好的地段,且宜沿着地层的倾向进行布置[2]。

(2)观测点布置:所有测点的观测都必须仔细,同时要保证描述的全面性、测量准确性及绘图清晰性。一般情况下,观测点主要可分成下列三类:一是地质点;二是地貌点;三是水文地质点(以下简称水点)。

观测点布置基本原则:在布置观测点的过程中,应严格遵循以下各项原则。

对于地质点,应布置在以下区域:①地层界面;②断裂带;③褶皱变化较为剧烈的地方;④裂隙;⑤岩溶发育区。对于地貌点,应布置在以下区域:①地形控制点;②地貌产生原因的主要控制点;③地貌分界线。对于水点,应布置在以下区域:①泉点;②井点;③钻孔;④地表水体;⑤渗漏点。

观测线布置基本原则:在布置观测线的过程中,应严格遵循以下各项原则。

基岩区中,当比例尺较小时,观测线应按照与地层和断层走向保持垂直的原则布置,而当比例尺较大时,可采用沿层追索的方法。松散层中,观测线按照与河路走向保持垂直的原则布置,此外也可以按照与地貌分界线保持垂直的原则布置。山前倾斜平原区中,沿地表上倾斜最大的方向布置观测线[3]。

除此之外,在布置观测线的过程中,还应对以下几点引起重视:其一,观测线应从含水层补给区开始延伸到排水区;其二,观测线的布置应能看到很多水点,如泉点、井点、钻孔和地表水体;其三,观测线范围内应有很多地质露头。

(3)轻型勘探与抽水:为确定断层具体位置,并找出裂隙或岩溶等特殊地质的发育情况和位置,通常还需要进行探坑、探槽及浅钻等的布置;此外,为确定含水层自身富水性及各项水文地质参数,还需要进行抽水试验。当需要确定松散层实际厚度时,还要做好物探布置。

(4)工作汇总:在野外测绘工作中,基本每天都要检查当天的工作记录及各类图件,然后从中总结得出规律性认识,另外还要对第二天需要完成的工作进行合理安排[4]。

1.3.3 室内工作

室内工作的主要目的为编制测绘成果,对得到的所有资料进行整理与分析,使提供高质量报告及成果的重要阶段。室内工作的内容为:

(1)对野外工作获得的所有原始资料进行检查核实,如果发现问题,则立即返回现场进行必要的补充。

(2)完成实验室各项工作,如试样分析、实验与鉴定。

(3)在图件报告编制之前,应先明确其需要遵循的原则。

(4)按照之前确立的原则进行图件编制,并编写相应的文字报告。

(5)按照相关规定对编制的报告进行评审,然后按照专业评审意见进行相应的修改或补充[5]。

(6)按照要求进行资料存档。

2 地下水露头调查

为寻找并认识区域地下水,调查测区范围内地下水露头是一种直接可靠且行之有效的方法,在整个测绘工作中也是一项核心工作。对于地下水露头,主要有以下两种类型:一是天然露头,如泉水、地下水的溢出带、沼泽湿地、暗河出口与岩溶洞穴;二是人工露头,如水井、钻孔、矿山开采时开挖的井巷和各类地下开挖工程。根据实际调查工作经验,以水井或钻孔及泉的使用较多。

2.1 泉水调查

泉水作为地下水主要天然露头,其出流说明区域内存在地下水。对泉水进行调查时,需完成以下几方面内容:

(1)确定泉水出露位置地质条件,尤其是地层层位与构造部位,明确包含补给含水层和泉水产生原因及出露实际高程等在内的特征。

(2)对泉水流量、水质情况和动态特征进行观测,在现场对泉水各项物理特性进行测定,包括泉水的温度、颜色、气味、是否存在沉淀物和气体逸出。

(3)掌握泉水实际开发利用情况,以及居民长期饮用泉水后的反馈。

(4)对于泉水温度,在分析以上各项内容的前提下,确定特殊的组分与出露条件,以及和周围地下水之间的关系,同时还应针对是否具备开发利用条件给出综合评价。

根据泉水实际出露条件与泉水的补给水源,可以为含水层层位确定提供很大的帮助。结合泉水出露标高,还能确定区域地下水资源的实际埋藏条件。根据泉水的水质、流量和动态变化,能评价含水层自身富水性,并掌握动态变化情况与遵循的规律,同时还能确定含水层属于承压水还属于潜水。另外,通过对泉水出露条件深入分析,还能对地质条件及水文地质条件等予以判别,包括确定是否存在构造界面和断层等[6]。

在研究泉水的过程中,可按照泉水流量对应的不稳定系数将泉水分成不同的类型,以此对泉水补给情况进行判断。对于,泉水不稳定系数,实际上就是年最小流量和年最大流量之比。当不稳定系数为1时,则泉水极稳定;当不稳定系数在0.5~1.0范围内时,则泉水稳定;当不稳定系数在0.1~0.5范围内时,则泉水变化;当不稳定系数在0.03~0.10范围内时,则泉水变化较大;当怒稳定系数小于0.03时,则泉水极不稳定。

对比较大的泉而言,引起水量丰富且水质良好,大多处在动态稳定状态,所以可用作供水水源;对矿泉与温泉而言,要在分析确定其产生原因、化学成分和水温的基础上,通过进一步的调查确定对人体是否有害,并确定热能的实际利用情况。

2.2 水井(钻孔)调查

在实际测绘工作中,对水井进行调查具有比泉水调查更大的现实意义,通过调查水井,能为之后含水层埋藏深度及厚度、出水段岩性及构造等的确定提供很大帮助,还能反映出含水层属于何种类型;另外,还能帮助相关人员确定含水层自身富水性等特征[7]。

其主要工作内容包括:

(1)对水井或钻孔对应的地质剖面及开凿过程中发现的水文地质进行调查,做好观测与记录。

(2)对水井或钻孔位置的地形地貌与地质环境进行记录,并明确周围卫生防护状况。

(3)对水井或钻孔内水位的深度、实际出水量、水质和温度等进行准确测量。

(4)确定水井或钻孔内出水层位及补充、径流和排水方面的特征,同时还要掌握其使用年限及结构。

此外,无论泉水或水井调查,都要进行水样的制备,以通过试验确定水的化学成分,必要时还应在钻孔或水井当中开展抽水试验,以得到所有相关参数,为之后的评价提供可靠参考。

3 地表水调查

地表水与地下水是自然界中两个主要水循环系统,这两者既独立存在又彼此联系、转化。在掌握了二者转化关系后,方可评价区域内资源量,防止发生重复或夸大,确定水质产生与导致污染的具体原因,进而制定有效的环保措施与资源开发规划。

对于地表水调查,需在查明包含地表水体类型及其分布情况等在内的基本内容后,做好下列几个方面的深入调查:

(1)确定地下水和分布在周围的地下水之间在时空上发生的变化。

(2)对地下水流速与流量进行观测,确定地表水和地下水之间在数量上的转化关系,并在各段上下游对地表水的流量进行测定[8]。

(3)根据之前调查得到的岩性和水位等成果,确定地下水与地表水的补充和排泄形式。

(4)对地表水和地下水自身物理性质及化学成分进行分析与对比,并确定两者水质特征是否存在变化关系。

(5)通过调查确定地表水含沙量或含泥量,必要时确定河床的淤积情况与侵蚀速度。

(6)对地表水实际开发利用情况进行分析研究,以掌握未来的远景规划。

植物的生长和水有直接关系,一些植物在空间上的分布也能在侧面反映出区域地下水。比如,在一些比较干旱的地区,若生长有喜水植物,则说明这个地区含有地下水;而在盐碱化地区中,则可结合植物分带情况对土壤自身盐碱化程度进行综合判断。

4 结语

综上所述,在岩土工程勘察的查明区域内低吸水类型、水质、埋深、分布和变化任务中,需通过水文地质调查来完成,而且水文地质调查(测绘)也有其自己的任务和内容,无论是对岩土工程勘察还是确定地区地下水状况,以及地下水和自然地理之间的关系都有重要作用与意义。相关工作人员应按照以上要求和方法操作,以保证调查成果的准确性。

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