七、环境水文地质试验
环境水文地质试验是地下水环境现状调查中不可缺少的重要手段，许多水文地 质资料皆需通过环境水文地质试验才能获得。环境水文地质试验的种类很多，下面以野外抽水试验为主，其他几项试验为辅予以介绍。
1. 抽水试验的目的和任务
抽水试验是通过从钻孔或水井中抽水，定量评价含水层富水性，测定含水层水 文地质参数和判断某些水文地质条件的一种野外试验工作方法。
随着水文地质勘察阶段由浅入深，抽水试验在各个勘察阶段中都占有重要的比 重。其成果质量直接影响着对调查区水文地质条件的认识和水文地质计算成果的精确程度。在整个勘察费用中，抽水试验的费用仅次于钻探工作费用;有时，整个钻 探工程主要是为了抽水试验而进行。
抽水试验的目的、任务是:、
(1) 直接测定含水层的富水程度和评价井(孔)的出水能力;
(2) 抽水试验是确定含水层水文地质参数(K、T，ju, //，«)的主要方法;
(3) 抽水试验可为取水工程设计提供所需的水文地质数据，如单井出水量、单位出水量、井间干扰系数等，并可根据水位降深和涌水量选择水泵型号;
(4) 通过抽水试验，可直接评价水源地的可(允许)开采量;
(5) 可以通过抽水试验查明某些其他手段难以查明的水文地质条件，如地表水 与地下水之间及含水层之间的水力联系，以及边界性质和强径流带位置等。
2. 抽水试验的分类和各种抽水试验方法的主要用途
按抽水试验所依据的井流公式原理和主要的目的与任务，可将抽水试验划分为 表3-19所示的各种类型。由表3-19所示的各种单一抽水试验类型，又可组合成多种综合性的抽水试验类型。如表3-19中的I类和II类抽水试验，可组合成稳定流 单孔抽水试验和稳定流多孔干扰抽水试验，非稳定流单孔抽水试验和非稳定流多孔干扰抽水试验等。
一般应根据地下水环境现状调查工作的目的和任务确定抽水试验类型。比如， 在区域性地下水环境现状调查及专门性地下水环境现状调查的初始阶段，抽水试验的目的主要是获取含水层具代表性的水文地质参数和富水性指标(如钻孔的单位涌 水量或某一降深条件下的涌水量)，故一般选用单孔抽水试验即可。当只需要取得 含水层渗透系数和涌水量时，一般多选用稳定流抽水试验;当需要获得渗透系数、导水系数、释水系数及越流系数等更多的水文地质参数时，则须选用非稳定流的抽 水试验方法。进行抽水试验时，一般不必开凿专门的水位观测孔，但为提高所求参 数的精度和了解抽水流场特征，应尽量用更多已有的水井作为试验的水位观测孔。当己有观测孔不能满足要求时，则需开凿专门水位观测孔。
在专门性地下水环境现状调查的详勘阶段，为获得开采孔群(组)设计所需水 文地质参数(如影响半径、井间干扰系数等)和水源地允许开采量(或矿区排水量) 时，则须选用多孔干扰抽水试验。当设计幵釆量(或排水量)远小于地下水补给量时，可选用稳定流的抽水试验方法;反之，则选用非稳定流的抽水试验方法。
抽水试验类型
亚类
主要用途
(1) 确定水文地质参数欠、H(r)、R;
(2) 确定水井的曲线类型;
①判断含水层类型及水文地质条件;
②下推设计降深时的开采量
I -1稳定流抽 水试验
-2-1定流量非稳定流 抽水试验
(1) 确定水文地质参数//、//、K：imf (越流 系数)、T、a, B (越流因素)、\/a (延迟指 数);
(2) 预测在某一抽水量条件下，抽水流场内 任一时刻任一点的水位下降值
-2非稳定流 抽水试验
1-2-2定降深非稳定流 抽水试验
II-1-1无观测孔 的单孔抽水试验
同I
II-1-2带观测孔 的单孔抽水试验 (带观测孔的多 孔抽水试验;带 观测孔的孔组抽 水试验)
(1) 提高水文地质参数的计算精度;
①提高水位观测精度;
②避开抽水孔三维流影响
(2) 准确求解水文地质参数;
(3) 了解某一方向上水力坡度的变化，从而 认识某些水文地质条件
按有无
水位观
测孔
II-1单孔抽水
试验
II -2-1 一般干扰 抽水试验
(1) 求取水工程干扰出水量;
(2) 求井间干扰系数和合理井距
II-2干扰抽水 试验
(1) 求水源地允许开釆量;
(2) 暴露和查明水文地质条件;
(3) 建立地下水流(开釆条件下)模拟模型
II-2-2大型群孔 干扰抽水试验
III按抽水 试验的含 水层数目
III-1分层抽水试验
III-2混合抽水试验
单独求取含水层的水文地质参数
求多个含水层综合的水文地质参数
3.抽水孔和观测孔的布置要求
(1)抽水孔(主孔)的布置要求
①布置抽水孔的主要依据是抽水试验的任务和目的，目的和任务不同，其布 置原则也各异：a)为求取水文地质参数的抽水孔，一般应远离含水层的透水、隔 水边界，布置在含水层的导水及储水性质、补给条件、厚度和岩性条件等有代表性 的地方;b)对于探釆结合的抽水井(包括供水详勘阶段的抽水井)，要求布置在含 水层(带)富水性较好或计划布置生产水井的位置上，以便为将来生产孔的设计提 供可靠信息;c)欲查明含水层边界性质、边界补给量的抽水孔，应布置在靠近边 界的地方，以便观测到边界两侧明显的水位差异或查明两侧的水力联系程度。
表3-19抽水试验分类方法
②在布置带观测孔的抽水井时，要考虑尽量利用已有水井作为抽水时的水位 观测孔。
③抽水孔附近不应有其他正在使用的生产水井或其他与地下水有联系的排灌 工程。
④抽水井附近应有较好的排水条件，即抽出的水能无渗漏地排到抽水孔影响 半径区以外，特别应注意抽水量很大的群孔抽水的排水问题。
(2)水位观测孔的布置要求
①布置抽水试验水位观测孔的意义
a) 利用观测孔的水位观测数据，可以提高井流公式所计算出的水文地质参数 的精度。这是因为：观测孔中的水位不受抽水孔水跃值和抽水孔附近三维流的影响，能更真实地代表含水层中的水位;观测孔中的水位，由于不存在抽水主孔“抽水冲 击”的影响，水位波动小，水位观测数据精度较高;利用观测孔水位数据参与井流公式的计算，可避开因Aa值选值不当给参数计算精度造成的影响。
b) 利用观测孔的水位，可用多种作图方法求解稳定流和非稳定流的水文地质 参数。
c) 利用观测孔水位，可绘制出抽水的人工流场图(等水位线或下降漏斗)，可 分析判明含水层的边界位置与性质、补给方向、补给来源及强径流带位置等水文地 质条件。大型孔群抽水试验渗流场的时空特征，可作为建立地下水流数值模拟模型的基础。
②水位观测孔布置的原则
不同目的的抽水试验，其水位观测孔布置的原则是不同的。
a)为求取含水层水文地质参数的观测孔，一般应和抽水主孔组成观测线，所求水文地质参数应具有代表性。因此，要求通过水位观测孔观测所得到的地下水位 降落曲线，对于整个抽水流场来说，应具有代表性。一般应根据抽水时可能形成的 水位降落漏斗的特点来确定观测线的位置。
第一，均质各向同性、水力坡度较小的含水层，其抽水降落漏斗的平面形状 为圆形，即在通过抽水孔的各个方向上，水力坡度基本相等，但一般上游侧水力坡度小于下游侧水力坡度，故在与地下水流向;垂直方向上布置一条观测线即可[图 3-26 (a)]。
第二，均质各向同性、水力坡度较大的含水层，其抽水降落漏斗形状为椭圆形， 下游一侧的水力坡度远较上游一侧大，故除垂直地下水流向布置一条观测线外，尚应在上、下游方向上各布置一条水位观测线[图3-26 (b)]。
第三，均质各向异性的含水层，抽水水位降落漏斗常沿着含水层储、导水性质 好的方向发展(延伸)，该方向水力坡度较小;储、导水性差的方向为漏斗短轴， 水力坡度较大。因此，抽水时的水位观测线应沿着不同储、导水性质的方向布置，
以分别取得不同方向的水文地质参数。
第四，对观测线上观测孔数FI的布置要求。观测孔数目：只为求参数，l个即 可;为提高参数的精度则需2个以上，如欲绘制漏斗剖面，则需2?3个。观测孔距主孔距离：a.按抽水漏斗水面坡度变化规律，愈近主孔距离应愈小，愈远离主 孔距离应愈大;b.为避开抽水孔三维流的影响，第一个观测孔距主孔的距离一般应约等于含水层的厚度(至少应大于10 m); c.最远的观测孔，要求观测到的水位降深应大于20 cm; d.相邻观测孔距离，亦应保证两孔的水位差必须大于20 cm。
图3-26抽水试验水位观测线布置示意图
1 一地下水天然流向;2—水位观测线;3—抽水时的等水位线;4一抽水主孔;5—水位观测孔
b)当抽水试验的目的在于查明含水层的边界性质和位置时，观测线应通过主 孔、垂直于欲查明的边界布置，并应在边界两侧附近均布置观测孔。
C)对欲建立地下水水流数值模拟模型的大型抽水试验，应将观测孔比较均匀地布置在计算区域内，以便能控制整个流场的变化和边界上的水位和流量，应在每个参数分区内都布置观测孔，便于流场拟合。
d)当抽水试验的目的在于查明垂向含水层之间的水力联系时，则应在同一观测线上布置分层的水位观测孔。
6.渗水试验
渗水试验是一种在野外现场测定包气带土层垂向渗透系数的简易方法，在研究 地面入渗对地下水的补给时，常需进行此种试验。
试验方法：在试验层中开挖一个截面积为0.3?0.5 m2的方形或圆形试坑，不 断将水注入坑中，并使坑底的水层厚度保持一定(一般为10cm厚，图3-27)，当
图3-27试坑渗水试验示意图
单位时间注入水量(即包气带岩层的渗透流量)保持稳定时，则可根据达西渗透定 律计算出包气带土层的渗透系数(K)，艮P:
(3-25)
K 二 VII 二^~
WI
式中：Q——稳定渗透流量，即注入水量，m3/d;
V——渗透水流速度，m/d;
W——渗水坑的底面积，m2;
I——垂向水力坡度。
(3-26)
卜A+Z + /
I
式中：Hk——包气带土层的毛细上升高度，可测定或用经验数据，cm;
Z——渗水坑内水层厚度，cm;
I——水从坑底向下渗入的深度，可通过实验前在试坑外侧、试验后在坑中钻孔取土样测定其不同深度的含水量变化，经对比后确定，cm。
由于Z/k、/、Z均为已知，故可计算出水力坡度/值。但在通常情况下，当 渗入水到达潜水面后，凡则等于零。又因Z远远小于/，故水力坡度值近似等于
1 (7^1),于是式(3-25)变为:
K=^- = V (3-27)
W
式(3-27)说明，在上述基本合理的假定条件下，包气带土层的垂向渗透系数 (K)，实际上就等于试坑底单位面积上的渗透流量(单位面积注入水量)，也等于渗
入水在包气带土层中的渗透速度(F)。一般要求在试验现场及时绘制出F随时间的过程曲线(图3-28)，其稳定后的F值(即图中的6)即为’包气带土层的渗透系 数⑷。
由于直接从试坑中渗水，未考虑注入水向试坑以外土层中侧向渗入的影响(使 渗透断面加大，单位面积入渗量增加)，故所求得的K值常常偏大。为克服此种侧 品渗水的影响，目前多采用如图3-29所示的双环渗水试验装置，内外环间水体下 渗所形成的环状水围幕即可阻止内环水的侧向渗透。
V77Z^PZ^777
V77
8
2
T
图3-28渗透速度与时间关系 曲线图(据查依林)
图3-29双环法试坑渗水试验装置图 I—内环(直径0.25 m) ; 2一外环(直径0.5 m) 3—自动补充水瓶;4一水量标尺
渗水试验方法的最大缺陷是，水体下渗时常常不能完全排出岩层中的空气，这对试验结果必然产生影响。
环评工程师课程试听
