水资源开发与保护电子教案4

1、3 水文地质钻探水文地质钻探 一、水文地质钻探的任务及特点一、水文地质钻探的任务及特点1、水文地质钻探的任务水文地质钻探的任务n探明地层剖面及含水层岩性、厚度、埋藏深度和地下水探明地层剖面及含水层岩性、厚度、埋藏深度和地下水水位水位n采取岩土样和水样，确定含水层的水质及测定岩土水理采取岩土样和水样，确定含水层的水质及测定岩土水理性质性质n进行水文地质试验，确定含水层的富水性及水文地质参进行水文地质试验，确定含水层的富水性及水文地质参数数n施工开采井或观测孔施工开采井或观测孔3 水文地质钻探水文地质钻探 一、水文地质钻探的任务及特点一、水文地质钻探的任务及特点2、水文地质钻探的特点、水文地质钻探

2、的特点n钻孔孔径大钻孔孔径大n钻孔结构复杂钻孔结构复杂n对冲洗液要求严格对冲洗液要求严格n钻探工序多，施工周期长钻探工序多，施工周期长n观测项目多观测项目多n单孔投资大单孔投资大1、以线为主，点线结合、以线为主，点线结合n山间河谷山间河谷 例：例：n山前冲洪积扇山前冲洪积扇 n冲积平原冲积平原 n岩溶谷地岩溶谷地二、水文地质钻孔布置原则二、水文地质钻孔布置原则山间河谷水文地质钻孔布置山间河谷水文地质钻孔布置2、查明条件与定量评价结合、查明条件与定量评价结合n解析法解析法n数值法数值法3、一般任务与专门任务结合、一般任务与专门任务结合n钻孔点位钻孔点位n钻孔结构钻孔结构二、水文地质钻孔布置原则二

3、、水文地质钻孔布置原则4、设计与施工结合、设计与施工结合 总结：各地水文地质条件千变万化，勘探总结：各地水文地质条件千变万化，勘探目的任务也不相同，没有固定的模式可到处使目的任务也不相同，没有固定的模式可到处使用，要依据实际水文地质条件和勘探目的，以用，要依据实际水文地质条件和勘探目的，以地下水系统为单元，灵活运用上述的钻孔布置地下水系统为单元，灵活运用上述的钻孔布置原则，争取做到每孔目的明确布置有据、一孔原则，争取做到每孔目的明确布置有据、一孔多用。多用。二、水文地质钻孔布置原则二、水文地质钻孔布置原则 1、孔深：、孔深： 一般要求揭露或打穿主要含水层一般要求揭露或打穿主要含水层n供水勘探孔

4、：打穿主要取水层位供水勘探孔：打穿主要取水层位n矿坑排水勘探孔：打穿主要充水岩层矿坑排水勘探孔：打穿主要充水岩层n基坑排水勘探孔：打穿主要含水层基坑排水勘探孔：打穿主要含水层n长观孔：打入观测目的层，保证长期观测长观孔：打入观测目的层，保证长期观测 2、勘探孔结构及孔径、勘探孔结构及孔径n钻孔结构钻孔结构 图：图：n孔径：孔径： 先确定终孔孔径，根据变径次数推算开孔先确定终孔孔径，根据变径次数推算开孔孔径，再根据抽水设备和过滤器校核孔径。孔径，再根据抽水设备和过滤器校核孔径。 三、水文地质钻孔设计三、水文地质钻孔设计钻孔结构钻孔结构 3、过滤器、过滤器n过滤器的作用过滤器的作用n滤水管的类型滤

5、水管的类型 图：图：骨架滤水管骨架滤水管缠线滤水管缠线滤水管包网滤水管包网滤水管填砾滤水管填砾滤水管包砾滤水管包砾滤水管 4、孔斜孔斜 一般要求孔深一般要求孔深100m时，孔斜时，孔斜1，以后，以后每增加每增加100m，孔斜，孔斜3三、水文地质钻孔设计三、水文地质钻孔设计滤滤 水水 管管 类类 型型 5、钻进方法及技术要求、钻进方法及技术要求n钻进方法钻进方法 基岩：回转钻进基岩：回转钻进 松散岩层：回转钻进或冲击钻进松散岩层：回转钻进或冲击钻进n技术要求技术要求u 冲洗液：清水或稀泥浆冲洗液：清水或稀泥浆u 取芯：取芯： 松松 散散 层：层： 岩心采取率岩心采取率80 基基 岩：岩： 岩心采

6、取率岩心采取率70%，无岩心长度，无岩心长度2m 岩心采取率岩心采取率(K)： 岩心长度岩心长度(l)与进尺长度与进尺长度(L)之比。之比。 即：即：%100LlK三、水文地质钻孔设计三、水文地质钻孔设计（一）观测工作（一）观测工作1、岩心观测、岩心观测n岩性描述岩性描述n裂隙观测裂隙观测裂隙率裂隙率 n岩溶观测岩溶观测岩溶率岩溶率%100LbYi%100VvY%100LbYk四、水文地质钻探的观测与编录工作四、水文地质钻探的观测与编录工作q计算岩心采取率：计算岩心采取率：回回 次次12345进尺进尺(m)2.003.002.503.002.50岩心长岩心长(m)1.801.503.502.9

7、02.50采取率采取率(%)四、水文地质钻探的观测与编录工作四、水文地质钻探的观测与编录工作2、冲洗液观测、冲洗液观测n颜色和含砂量的观测颜色和含砂量的观测n消耗量的观测消耗量的观测3、孔内水位的观测、孔内水位的观测 起钻后和下钻前测水位起钻后和下钻前测水位4、孔内异常现象观测孔内异常现象观测n进尺变快进尺变快n异常响声异常响声n钻具陷落钻具陷落剩加原消）（QQQQ四、水文地质钻探的观测与编录工作四、水文地质钻探的观测与编录工作思考题思考题1、水文地质钻孔应如何布置？以山前倾斜平原为例。、水文地质钻孔应如何布置？以山前倾斜平原为例。2、水文地质钻探过程中应如何观测水位？利用水位、水文地质钻探过

8、程中应如何观测水位？利用水位可以分析哪些水文地质问题？可以分析哪些水文地质问题？（二）编录工作（二）编录工作 指水文地质钻探的观测、记录、整理及编制钻探指水文地质钻探的观测、记录、整理及编制钻探成果的全部工作。成果的全部工作。 表：水文地质钻探综合成果表（参看课本）表：水文地质钻探综合成果表（参看课本）四、水文地质钻探的观测与编录工作四、水文地质钻探的观测与编录工作 q井流试验井流试验 抽水试验抽水试验 注水试验注水试验 压水试验压水试验 溢水试验溢水试验q渗水试验渗水试验q示踪试验示踪试验q连通试验连通试验 4 水文地质试验水文地质试验1、抽水试验任务、抽水试验任务n确定含水层的富水程度和评

9、价井（孔）出确定含水层的富水程度和评价井（孔）出 水能力水能力n确定含水层的水文地质参数确定含水层的水文地质参数n确定降落漏斗的形状及影响范围确定降落漏斗的形状及影响范围图：图：n查明含水层之间以及与地表水之间的水力联系查明含水层之间以及与地表水之间的水力联系n查明含水系统边界的性质及简单边界的位置查明含水系统边界的性质及简单边界的位置 图：图：2、抽水试验类型抽水试验类型 表：表：一、抽水试验的任务及类型一、抽水试验的任务及类型降落漏斗形状降落漏斗形状返回含水系统边界含水系统边界返回返回抽水试验类型抽水试验类型 1、抽水孔布置抽水孔布置p满足勘探目的要求满足勘探目的要求 各个含水层都要有抽水

10、试验孔各个含水层都要有抽水试验孔 同一含水层的不同渗透性地段要有抽水试验孔同一含水层的不同渗透性地段要有抽水试验孔 主要评价地段抽水试验孔应多些主要评价地段抽水试验孔应多些 边界附近要有抽水试验孔边界附近要有抽水试验孔p满足水文地质参数计算的需要满足水文地质参数计算的需要 能用映射法处理能用映射法处理 避开承压避开承压无压流转折带无压流转折带注意：原则上所有勘探孔都要进行抽水试验注意：原则上所有勘探孔都要进行抽水试验二、抽水孔和观测孔的布置二、抽水孔和观测孔的布置2、观测孔布置、观测孔布置（1）观测孔布局）观测孔布局n消除消除“井损井损”、“水跃值水跃值”影响，井旁布一个观测孔影响，井旁布一个

11、观测孔n试验层不均一时，布成观测线的形式试验层不均一时，布成观测线的形式图：图：（2）观测孔数量）观测孔数量n稳定流抽水试验稳定流抽水试验非稳定流抽水试验非稳定流抽水试验 曲线，曲线，1个观测孔个观测孔 曲线，曲线，3个个观测孔观测孔注意：为了能综合利用资料，一般每条观测线上布置注意：为了能综合利用资料，一般每条观测线上布置3个观测孔。个观测孔。wrRMSQkln2tslgrslg二、抽水孔和观测孔的布置二、抽水孔和观测孔的布置观测孔线形布置观测孔线形布置返回(3) 观测孔孔距观测孔孔距n求降落漏斗形状，由密变疏求降落漏斗形状，由密变疏n含水层渗透性，好的疏些，差的密些含水层渗透性，好的疏些，

12、差的密些n 计算，在对线轴上分布均匀计算，在对线轴上分布均匀注意：注意：n最近的观测孔应在紊流区和三维流区以外最近的观测孔应在紊流区和三维流区以外n最远的观测孔水位要有明显的下降最远的观测孔水位要有明显的下降（4）观测孔的深度）观测孔的深度n观测孔水位要能反映被测岩层的水力性质观测孔水位要能反映被测岩层的水力性质n保证试验过程中能测到水位保证试验过程中能测到水位rslg二、抽水孔和观测孔的布置二、抽水孔和观测孔的布置 1、有关概念、有关概念n静止水位：抽水前的天然水位静止水位：抽水前的天然水位n动水位：抽水过程中的水位动水位：抽水过程中的水位n稳定水位：抽水过程中保持不再变化的水位稳定水位：抽

13、水过程中保持不再变化的水位n降深：非稳定流抽水试验指静止水位与动水位之降深：非稳定流抽水试验指静止水位与动水位之差；稳定流抽水试验指静止水位与稳定水位之差差；稳定流抽水试验指静止水位与稳定水位之差三、抽水试验技术要求三、抽水试验技术要求 2、稳定流抽水试验稳定流抽水试验（1）降深的确定）降深的确定 降深次数降深次数 求水文地质参数，一次降深求水文地质参数，一次降深 验证水文地质参数，二次降深验证水文地质参数，二次降深 推求井孔最大涌水量推求井孔最大涌水量 图：图： 总结：为了最有效利用资料，一般要求进行总结：为了最有效利用资料，一般要求进行 三次降深，每次降深又叫一个三次降深，每次降深又叫一个

14、“落程落程”)(sfQ三、抽水试验技术要求三、抽水试验技术要求)(sfQ QQ3Q2Q1S1S2S3S返回三、抽水试验技术要求三、抽水试验技术要求n最大降深（最大降深（Smax）确定）确定 含水层性质含水层性质 潜水井潜水井 Smax 承压井承压井 Smax不能超过隔水顶板不能超过隔水顶板n试验目的试验目的 求水文地质参数求水文地质参数 Smax但必须保证揭露含水层性质但必须保证揭露含水层性质 模拟开采模拟开采 Smax应尽可能接近设计降深，最小也应应尽可能接近设计降深，最小也应3mn三次降深间距三次降深间距 若若S1 = Smax , S2 = , S3= M)2131(Smax )2131

15、(Smax 31（2）稳定延续时间）稳定延续时间q稳定标准：定流量抽水，水位变幅稳定标准：定流量抽水，水位变幅1%Sq试验目的试验目的 农田抽水农田抽水 816小时小时 厂矿和城镇供水厂矿和城镇供水 1624小时小时q含水层性质含水层性质 卵砾石、粗砂卵砾石、粗砂 8小时小时 中细砂中细砂 16小时小时 基岩基岩 24小时小时q有观测孔时，应按观测孔水位为准有观测孔时，应按观测孔水位为准三、抽水试验技术要求三、抽水试验技术要求（1）降深确定）降深确定 同稳定流抽水试验同稳定流抽水试验（2）抽水延续时间）抽水延续时间q求水文地质参数求水文地质参数 用用 曲线：出现直线段，约曲线：出现直线段，约1

16、7小时小时 用用 曲线：曲线形态要完整曲线：曲线形态要完整q查明边界条件查明边界条件 曲线要出现第二个曲线要出现第二个直线段直线段q有观测孔时，要以观测孔曲线为准有观测孔时，要以观测孔曲线为准q模拟开采抽水试验，数日、数十日、甚至整模拟开采抽水试验，数日、数十日、甚至整个旱季个旱季tslgtslglg tslg3、非稳定流抽水试验、非稳定流抽水试验三、抽水试验技术要求三、抽水试验技术要求（3）抽水流量确定）抽水流量确定q求水文地质参数求水文地质参数 一般抽水流量没有专门要求，只要能保证降深要求就行一般抽水流量没有专门要求，只要能保证降深要求就行u根据洗井流量确定根据洗井流量确定u根据岩层透水性

17、确定根据岩层透水性确定 粉细砂粉细砂 3040 m3/h 中粗砂中粗砂 5060m3/h 砾砂砾砂 70100m3/hq模拟开采抽水试验模拟开采抽水试验 根据需水量或单井（孔）取水量确定根据需水量或单井（孔）取水量确定三、抽水试验技术要求三、抽水试验技术要求（3）抽水流量确定）抽水流量确定 总结：抽水流量、降深、延续（稳定）时间总结：抽水流量、降深、延续（稳定）时间是计算水文地质参数和评价井（孔）出水能力是计算水文地质参数和评价井（孔）出水能力的主要资料。要根据试验目的、试验层透水性的主要资料。要根据试验目的、试验层透水性能及有关井流理论和规范进行设计，并在试验能及有关井流理论和规范进行设计，

18、并在试验过程中及时进行调整和完善过程中及时进行调整和完善三、抽水试验技术要求三、抽水试验技术要求 1、水位观测、水位观测q天然水位观测天然水位观测q动水位观测动水位观测非稳定流：非稳定流：1、2、3、4、6、8、10、15、20、30、40、50、60、80、100、120分钟，以后每分钟，以后每30分钟测一次分钟测一次稳定流：稳定流：5、10、15、20、30、40、60、80、100、120分钟，分钟，以后每以后每30分钟测一次分钟测一次q恢复水位观测恢复水位观测 同非稳定流观测时间同非稳定流观测时间四、抽水过程中的观测工作四、抽水过程中的观测工作 2、流量观测、流量观测 与水位观测时间一

19、致与水位观测时间一致3、水温观测、水温观测 一般一般24小时观测一次，小时观测一次， 同时观测气温同时观测气温4、地表水观测、地表水观测u水塘：标尺水塘：标尺u渠道：上下游剖面测流量渠道：上下游剖面测流量四、抽水过程中的观测工作四、抽水过程中的观测工作5、取水样取水样 按试验目的安排取样按试验目的安排取样6、抽水过程中的异常情况处理抽水过程中的异常情况处理q因故停抽因故停抽q水量愈抽愈大或水位不断回升水量愈抽愈大或水位不断回升u 有否地表水补给有否地表水补给u 是否有岩溶通道存在是否有岩溶通道存在u 排水是否合理排水是否合理q水浑水浑u 是否水量增大是否水量增大u 水浑程度水浑程度四、抽水过程

20、中的观测工作四、抽水过程中的观测工作五、抽水试验资料整理五、抽水试验资料整理1、稳定流抽水试验、稳定流抽水试验p现场资料整理现场资料整理 绘制水位、流量历时曲线绘制水位、流量历时曲线 图：图： 绘制绘制Q=f(s)曲线曲线 图：图：p室内资料整理室内资料整理 绘制抽水试验成果表和图绘制抽水试验成果表和图 见课本水文地质钻孔综合见课本水文地质钻孔综合 成果图表成果图表五、抽水试验资料整理五、抽水试验资料整理2、非稳定流抽水试验、非稳定流抽水试验n现场资料整理现场资料整理 绘制绘制s-lgt曲线图曲线图 图：图：n室内资料整理室内资料整理 绘制抽水试验成果表和图绘制抽水试验成果表和图 见水文地质钻

21、孔综合成果图表见水文地质钻孔综合成果图表水位流量历时曲线水位流量历时曲线返回Q S 曲曲 线线返回S lgt 曲曲 线线返回 总结：总结： 抽水试验是通过从钻孔（井）中抽水，来定量抽水试验是通过从钻孔（井）中抽水，来定量评价含水层富水程度，测定含水层水文地质参数以评价含水层富水程度，测定含水层水文地质参数以及判断某些水文地质条件。野外试验工作是水文地及判断某些水文地质条件。野外试验工作是水文地质调查工作中最基本和最常用的试验方法。要根据质调查工作中最基本和最常用的试验方法。要根据试验目的，试验层透水性能及有关井流理论和规范试验目的，试验层透水性能及有关井流理论和规范进行设计和组织实施。要在现场

22、绘制有关曲线，及进行设计和组织实施。要在现场绘制有关曲线，及时检查试验进展情况，保证试验资料的完整性和可时检查试验进展情况，保证试验资料的完整性和可靠性。靠性。 （一）（一）渗水试验渗水试验 1、试验目的：测定包气带岩层渗透性、试验目的：测定包气带岩层渗透性 2、试验方法、试验方法n试验装置试验装置 图：图：n参数计算参数计算试验改进试验改进 双环法渗水试验装置图双环法渗水试验装置图KIWQ IWQK 1LLZIVWQK六、其他试验方法六、其他试验方法渗水试验装置渗水试验装置返回双环法渗水试验装置双环法渗水试验装置返回 （二）示踪试验（二）示踪试验 1、试验目的：、试验目的： 测定地下水流向、

23、流速和水质弥测定地下水流向、流速和水质弥 散系数散系数 2、试验方法：、试验方法： 向钻孔中投放示剂，示剂在水动力作用下逐渐扩展，向钻孔中投放示剂，示剂在水动力作用下逐渐扩展，测定示剂的运移踪迹或孔内示剂稀释速度，就可求得地下水测定示剂的运移踪迹或孔内示剂稀释速度，就可求得地下水流向、流速和水质弥散系数。流向、流速和水质弥散系数。q多孔示踪试验多孔示踪试验 试验布置图试验布置图 六、其他试验方法六、其他试验方法（二）示踪试验（二）示踪试验q单孔示踪试验单孔示踪试验 将示剂投入到孔中预定深度，搅拌均匀，然后将探测器放将示剂投入到孔中预定深度，搅拌均匀，然后将探测器放入探测深度测量水柱的浓度变化，应用稀释原则确定渗透流速。入探测深度测量水柱