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[关键词]盐渍化灌区 土壤盐分 时空变异 地下水埋深
[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2015)-7-110-1
1研究区域概况
试验区沙壕渠灌域位于内蒙古河套灌区解放闸灌域中东部,属黄济渠灌域中游的分干渠灌排系统。近似为一狭长的三角形,南北平均长为15 km,东西平均宽约4. 0 km,总控制面积4.93×103 hm2,其中农田灌溉面积3.47×103 hm2。地处干旱、半荒漠草原地带,冬季严寒少雪,夏季高温干热,降雨稀少、蒸发量大,无霜期短,土壤封冻期长,温差大,为典型的大陆性气候、季节性冻土地区。
2数据来源
沙壕渠灌域在全灌域均匀布置了19 眼长期地下水观测井测定地下水埋深,并同时对该点的土壤进行分层取样,为获得更加精确的土壤盐分分布,在整个灌域范围内加设30 个土壤盐分监测点,每个点采用GPS 定位。采样时间为2009 年的五水前(7 月21 日) 、秋浇前(9 月10 日) 和秋浇后(11 月12 日) 3 个时期(河套灌区全年共灌水八次) ,土壤盐分的采样深度分别为0―20cm、20―40 cm、40―60 cm。地下水位埋深用皮尺测定,土壤盐分EC 值测定过程为: 称取过2 mm 筛的风干土试样50―100 g,按土水比1∶5 配制土壤饱和浸提液,采用DDS-307 型电导率仪测定土壤EC 值。
3结果与分析
3.1土壤盐分的统计特征
按照经典统计学方法分析,样本的标准差对平均数的百分数为样本的变异系数(Cv) ,在某种程度上它可以反映样本的变异程度,在土壤科学中,根据Cv 值可以对土壤性质的变异程度进行分类: Cv 值在0―15% 为弱变异,16%―35%为中等变异,大于36%为强变异。Cv 值对于估计结果可以提供一些预警信息,Cv 值大于100%标识存在一些特别大的样本值,他们对变量的估计有很大的影响。
通过对土壤盐分的统计结果分析,沙壕渠灌域在不同灌溉时期和不同土壤深度的土壤盐分Cv均大于36%,表现为强变异特征,尤其秋浇前和秋浇后表层0―20 cm 土壤盐分Cv 大于100%,变异性最强,表明数据受较大土壤盐分EC 值的数据影响。从不同灌溉时期来看,就其平均水平而言,空间变异强度秋浇后最大,五水前最小,从不同土壤深度来看,随着土壤深度的增大,土壤EC 值的空间变异程度减小,这主要是受秋浇洗盐影响,土壤盐分降低,由于淋洗时间不一致、淋洗水量不均匀及盐荒地干排盐等原因,导致不均匀性进一步提高。同时表层土壤由于受人类活动影响大,因而其变异系数也最大。
3.2土壤盐分半方差函数的结构分析
半方差函数是地质统计学解释土壤特性空间变异结构的理论基础。C0表示块金效应,C0 +C1表示基台值,滞后距表示参数的空间变异特性,如某变量观测值之间的距离大于该值时,则说明他们之间相互独立,若小于该值时,则说明他们之间存在一定的相关关系; 各土壤特性参数的空间相关性可根据块金值与基台值之比C0 /( C0+C1) 来划分,该比值高,说明由随机部分一起的空间变异性程度较大,相反则由结构性因素引起的空间变异性程度较大。当C0 /( C0 +C1)
3.3地下水埋深对土壤盐渍化的影响
研究表明土壤盐分含量和土壤盐渍化状况受地下水位及地下水矿化度的控制和影响最大,地下水埋深是土壤发生盐渍化的一个决定性条件。土壤盐分与地下水埋深有着紧密的联系,地下水位埋深愈浅,蒸发量越大,土壤积盐越严重,地下水位埋深较深的区域土壤盐分含量低。这说明沙壕渠灌域地下水埋深状况制约着土壤含盐量,“盐随水来,盐随水去”,土壤盐分主要通过潜水蒸发由地下水带至土壤耕层。地下水位较浅,即使地下水盐分含量较少,由于蒸发进入土壤中的水分较多也会携带较多的盐分,使土壤积盐。因此,只有将地下水控制在不致因蒸发而使土壤积盐的深度,土壤才不会发生盐渍化。
4结论
(1)沙壕渠灌域在不同灌溉时期和不同土壤深度的土壤盐分表现为强变异特征,Cv 均大于36%,由于受到秋浇淋洗不均匀的影响,秋浇后土壤盐分EC 值的空间变异强度最大,表层土壤由于受人类活动影响大,变异系数也最大,随着土壤深度的增大,土壤EC 值的空间变异程度减小。
关键词:水化学;主离子;地球化学模拟
Analysis of Water Chemistry Characteristics and Evolution Trends of Groundwater in Tangshan Costal Areas
TIAN Xi-zhao1,2,SHAN Qiang2,SONG Li-zhen2
(1.HebEi Institute of Environmental Geology Exploration,Shijiazhuang 050021,China;
2.College of Environmental Science and Engineering,Guilin University of Technology,Guilin 541004,China)
Abstract: On the basis of water chemistry data of surface water,shallow and deep groundwater in Tangshan costal areas,the paper discussed the distribution of water chemistry types,the main causes of water chemistry and its evolution trends.The results showed that the water chemistry types in Tangshan costal areas presented some horizontal zoning regularity.The continuous and excessive exploitation of groundwater in this area caused the salinization of shallow groundwater and the increase in hardness of deep groundwater.Besides,results from an inverse hydrologic geochemistry reaction-path modeling of the deep groundwater in this area indicated that the deep groundwater mainly experienced the processes including the dissolution of calcites,dolomites,halites and fluorites,the precipitation of gypsums,and the cation exchange,during which the concentrations of Na+ and Cl- increased while those of Ca2+ and SO2-4 decreased and the water chemistry type turned from HCO3-Na to HCO3·Cl-Na.
Key words: water chemistry;major ion;geochemistry modeling
唐山沿海地区主要包括乐亭县、滦南县、丰南区、唐海县的一部分区域。在区内大规模区域开发的背景下,对水资源的需求量越来越大。持续大量的开采地下水,将可能造成一系列的环境地质问题。对于地面沉降、海(咸)水入侵、湿地退化等环境地质问题的研究已经比较深入,而对于地下水化学特征变化的研究还相对滞后。基于此,本文在深入分析唐山沿海地区地下水水化学特征的分布规律的基础上,对地下水化学特征的形成及演化过程和趋势进行定量的研究。
1 研究区水文地质概况
1.1 区域水文地质分区
根据成因类型,唐山市平原区划分为山前冲洪积倾斜平原和滨海平原两大水文地质区[1]。冲洪积倾斜平原水文地质区分布于平原区北部,由规模大小不等的冲洪积扇组成。滨海平原水文地质区主要为河流冲积及海湖积而形成,分布于平原区南部,是本文的主要研究对象。该区内含水层颗粒较细,一般由细砂或粉砂组成。在垂直方向上,由于咸水体的存在,在地下具有双层结构或三层结构[1]。
1.2 区域含水组的划分
唐山市第四系含水层可划分为4个含水组,即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ含水组,分别相当于Q4、Q3、Q2和Q1的地层[2]。按水文地质条件和目前开采现状,将这4个含水组概化为浅层地下水和深层地下水(表1)。区内主要开采层集中分布在第Ⅱ含水组和第Ⅲ含水组,大部分开采井深度为200~300 m,利用深层淡水。
1.3 地下水的补给、径流和排泄
唐山沿海地区浅层地下水主要接受大气降水、地表水体入渗和地下水的侧向径流补给。浅层淡水,主要消耗于人工开采及蒸发和以越流的方式补给深层地下水;浅层咸水的主要排泄方式为潜水蒸发及越流补给深层地下水。2009年区内地下水位动态监测资料显示,唐山市沿海地区浅层地下水水位埋深为0~12 m,总体分布规律为北部水位埋深较大,南部水位埋深较小,地下水自南向北流动。
[JP+3]深层地下水的主要补给来源为地下水侧向径流及上覆含水层的越流补给,主要消耗于人工开采[1]。2009年区内地下水位动态监测资料显示,深层地下水水位埋深为20~70 m,总体分布规律为北部水位埋深较小,南部地下水集中开采水位埋深较大,并形成了区域地下水位降落漏斗。
2 研究区水化学特征
2.1 浅层地下水化学平面分布特征
唐山沿海地区浅层地下水水化学类型具有一定的水平分带规律性,自北向南总体变化为HCO3-CaHCO3-Ca·MgHCO3·SO4-Na·Mg·CaCl·HCO3-NaCl-Na,见图1。矿化度由山前平原5 g/L,滨海一带>10 g/L,最高达30 g/L左右。
2.2 深层地下水化学平面分布特征
深层地下水水化学类型分带规律明显,山前平原地下水径流条件较好,循环交换强烈,矿化度一般
2.3 浅层地下水水质动态特征
根据多年地下水化学资料分析,唐山沿海地区浅层地下水矿化度、总硬度和主要离子成分变化十分剧烈,升降互现,其中总体趋势为浅层地下水的咸化。以区内柏15孔为代表,见图2。其矿化度由1981年的3 105 mg/L增长到1997年的7 634.8 mg/L,但矿化度并不是单一的直线上升,而是在起伏中呈现上升的趋势。阴离子以氯离子上升为主,阳离子则以钾、钠离子上升为主[3]。
2.4 浅层地下水水质动态特征
唐山沿海地区分布有大面积的浅层咸水,浅层淡水资源较匮乏,多年来一直以开采深层地下水为主。据20世纪70年代的水化学资料,区内大部分地区地下水阴离子以重碳酸根离子和氯离子为主,局部存在硫酸根离子和氯离子为主的地下水,阳离子以钠离子为主[2]。以区内柏14孔为代表,见
总体来看,区内深层地下水矿化度、总硬度和主要离子含量有一定波动变化,变化幅度较小,基本保持稳定状态。但近年来,由于对深层地下水的不合理开采,导致矿化度和硬度呈上升趋势。
3 地下水化学特征的成因分析
3.1 主要离子成分
表2为唐山沿海地区不同代表性水样主要离子含量统计情况。从表2可以发现,区内地表水、浅层地下水和深层地下水存在迥异的水化学组成和离子比值特征,表明三者具有不同的地下水化学成因,且相互之间的水力联系较差。
3.2 水化学吉布斯分布模式
对于离子起源的自然影响因素,吉布斯(Gibbs,1970)根据世界河流、湖泊及主要海洋水TDS与Na+/(Na++Ca2+)、TDS与Cl-/(Cl-+HCO3-)关系图能够确定天然水化学成分的3 个主要来源:大气降水作用、风化作用、蒸发-结晶作用[4]。将唐山沿海地区地表水(河水)、浅层地下水和深层地下水的水化学数据投到Gibbs图上,见图4。
从图4可以看出,地表水和浅层地下水点在图中的分布较为一致,均位于右上方的蒸发-结晶沉淀作用区,远离大气降水作用区,显示地表水和浅层地下水的化学组分主要受蒸发控制。深层地下水在图中的分布具有较大差异,在TDS与Cl-/(Cl-+HCO3-)关系图中,深层地下水位于岩石风化作用区,显示深层地下水化学组分主要受含水层盐分控制;而在TDS[HJ1.6mm]与Na+/(Na++Ca2+)关系图中,深层地下水则主要位于大气降水作用区和蒸发-结晶沉降作用区之间,表示其受到两种因素的综合作用。
3.3 离子组合比
从唐山沿海地区水样的γCa2+/γNa+与γMg2+/γNa+、γCa2+/γNa+与γHCO3-/γNa+的关系及其与硅酸盐岩和蒸发盐岩的γCa2+/γNa+与γMg2+/γNa+、γCa2+/γNa+与γHCO3-/γNa+的关系可以看出[5],该区地表水、浅层和深层地下水中化学组分主要来源于γCa2+/γNa+、γMg2+/γNa+、γHCO3-/γNa+比值均较低的蒸发盐岩和硅酸盐岩的风化,见图5。根据2009年12月份曹妃甸地区含水层易溶盐的分析报告,含水层易溶盐γCa2+/γNa+介于0.017~031、γMg2+/γNa+介于0.01~0.21、γHCO3-/γNa+介于0.01~0.88[6]。[JP+2]与全球蒸发盐岩平均特征比值相比,本地区含水层易溶盐的特征比值明显偏小,这也从侧面证明该区水化学组分主要来源于含水层易溶盐和硅酸盐岩的溶解。
3.4 水化学特征的成因分析
从图6γ(SO42-+Cl-)与γHCO3-的关系图上可以发现,唐山沿海地区地表水和浅层地下水水样点位于1∶1线以下,γ(SO42-+Cl-)远高于γHCO3-,表明地表水和浅层地下水的水化学组分主要来源于蒸发盐岩溶解。深层地下水水样点则多位于1∶1线的上方,表明深层地下水水化学组分主要起源于碳酸盐的溶解[6-7]。
地下水中的HCO3-、Ca2+和Mg2+很可能来自含钙、镁的硫酸盐或碳酸盐矿物的溶解,因此,通常选用γ(Ca2++Mg2+)/γ(HCO3-+SO42-)比例系数的方法来确定这几种离子来源[7-8]。唐山沿海地区深层水的γ(Ca2++Mg2+)/γ(HCO3-+SO42-)平均值为0.32,γ(Ca2++Mg2+)远小于γ(HCO3-+SO42-),表明硅酸盐或硫酸盐矿物溶解对深层地下水化学组分有较大的控制作用;局部地区地下水化学组分也受到碳酸盐的影响[7]。
4深层水反向水文地球化学反应路径模拟
4.1 典型剖面选取
反向水文地球化学模拟要求反应路径的起止点位于同一水流路径上[9]。典型模拟剖面的选取根据研究区2009年的深层水等水位线,选择大致处于同一条流线上的水化学资料丰富的A-B作为模拟路径,见图7。典型剖面上选择水质资料较全、时间序列连续性较好的井孔的水样作为初、末刻水样,研究深层水流经这些井孔时所发生的水-岩相互作用,见表3。
4.2 约束条件、相态、参数确定
由地下水化学特征分析可知唐山沿海地区深层地下水化学演化主要受碳酸盐、含钙、镁的硫酸盐、硅酸盐的溶滤作用、蒸发浓缩作用的共同影响。碳酸盐、含钙、镁的硫酸盐、硅酸盐类矿物是该区地下水化学组分的主要来源,且部分水中含有一定量的F。把方解石、白云石、石膏、盐岩、萤石和阳离子交换作为进行反向水文地球化学模拟的“可能矿物相”。约束变量是质量平衡反应模型中考虑的元素。根据研究区水化学测定结果,考虑到各化学组分来源的多元性,最终选择了K、Na、Ca、C、F、Si6种元素作为约束变量。由于所
模拟路径位于第三含水岩组,可以将所模拟系统近似看作封闭系统,忽略CO2分压的影响。
4.3 模型建立与模拟
由于矿物相的选取往往要多于元素的数目,因而就造成了模型的多解性[10]。一般情况下,为选取最恰当的解需要遵循以下原则:①符合热力学原理;②符合化学原理,例如某些矿物(长石类、云母等)的水解反应是不全等溶解反应,是不可逆的反应[11];③符合水文地质条件,例如蒸发和稀释条件、阳离子交换条件以及氧化还原条件等;④模拟结果的数量级要适合。利用Phreeqc软件对水样点A-B过程中所发生的水文地球化学作用进行模拟
4.4 模拟结果分析
注:表中正值表示该矿物相发生溶解作用,进入地下水;负号表示该矿物相在地下水中沉淀,离开地下水,单位为mol/L·H2O;“-”表示该矿物相未参加反应。
从模拟结果来看,满足化学组分质量平衡的反应模型共有6个,这些模型均符合热力学规律和溶解平衡规律。模拟水流路径上的反应模式可概括为:
关键词:南秦岭地区;溪水;地下水;铀矿水化学找矿;找矿试验 文献标识码:A
中图分类号:P632 文章编号:1009-2374(2015)15-0158-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2015.15.082
1 概述
20世纪90年代二二四大队在南秦岭安康幅1∶5万水化学区调中,通过溪水铀矿水化找矿试验,肯定了溪水水化铀矿区调效果和方法可行性,本文总结了该项研究成果。
2 试验区地质背景、水文地质条件
试验区位于南秦岭印子褶皱带,主要出露古生代中―浅变质地层,碳硅质岩石铀含量高、为铀成矿有利岩性,分布于碳硅质岩石中的东西向断裂为区域铀矿化控矿构造。试验区属于秦巴山地,降水是地下水的主要补源。中部为分水岭,分水岭以北水文网密度0.26条/km2,分水岭以南水文网密度0.46条/km2。
地下水:(1)第四系孔隙水,安康盆地富水性强、埋深5~30m,二级以上阶地富水性中等、埋深20~50m,HCO3-Ca型水,矿化度0.2~0.3g/L,pH值6~7;(2)裂隙水,发育于变质岩中,富水性较弱,HCO3-CaMg、HCO3SO4-CaMg型水,矿化度0.1~0.5g/L,pH值6~8;(3)岩溶水,分布于碳酸盐岩区,富水性中等―弱,HCO3-CaMg型水,矿化度0.1~0.46g/L,pH值7~8。
3 技术要求
在一、二级水系及其交汇处系统采样,采样密度0.5个/km2,样品均匀分布,检查工作量≥10%。分析项目为水中铀。其他的技术要求执行《铀矿水化学找矿规范(EJ276-86)》规定。
4 试验成果及对比
4.1 水中铀含量及特征
经统计,水中铀含量有溪水略低于地下水的特征,标准差有溪水小于地下水的特征,底数有溪水本底略低于地下水本底的特征,偏高值、增高值、异常值有除碳酸盐岩类地区外溪水低于地下水的特征(表1)。
表1 水中铀含量特征表
统计
单元 标准差 本底(ug/L) 偏高值(ug/L) 增高值(ug/L) 异常值(ug/L) 统计
点数
地下水 3.57 0.307 1.06 3.87 13.03 4888
溪水 2.52 0.304 0.77 1.95 4.91 2059
溪水及地下水水中铀含量高值分布地区基本吻合,都在试验区南部早阳―桂花乡和东部冷水乡。
4.2 水异常特征
水异常点数量:溪水为230个、地下水432个,主要是地下水取样密度是溪水的1倍造成二者差异。异常点率溪水8.8%、地下水8.1%,溪水异常点率略高于地
下水。
水异常片:地下水及溪水圈定异常片都是30个。
异常片面积:面积50km2的异常片地下水多于溪水,面积5~10km2、10~50km2的异常片二者
接近。
异常极大值及异常系数:地下水为220.7ug/L、107.1,溪水为36.5ug/L、38.3。地下水大于溪水。
4.3 异常片形态及控制因素
溪水异常片形态多呈不规则纺锤状、透镜铀状,地下水异常片则多为不规则长齿状、块状、纺锤状。
溪水异常片沿水系呈纺锤状展布,地下水异常片呈不规则的长齿状、块状及纺锤状展布,都受有利地质体及构造控制。二者位移一般为0.5~1.2km。
4.4 找矿效果
溪水及地下水铀远景区的分布范围、类别、面积相近,地下水73.1%的异常点、溪水84.3%的异常点集中在志留系、寒武系、奥陶系的变质岩类中,成矿铀有利岩性中水异常点比率溪水高于地下水,显示了溪水效果更明朗、突出的优点。
4.5 成本和效益
据安康幅资料,采样密度地下水是溪水的2倍,工作效率溪水样是地下水样的7~9倍,采样劳动效率溪水较地下水提高8~10倍,每平方公里采样成本地下水26.6元、溪水5.5元,溪水可节约79%,溪水成本和效益优于地下水。
5 结语
(1)溪水与地下水找矿效果基本一致;(2)小比例尺水化铀矿区调溪水比地下水更有优越性;(3)溪水比地下水更有快速经济的优点;(4)在南秦岭地区水文网发育的地区进行水化铀矿找矿溪水可以代替地下水。
参考文献
[1] 薛裕鹤.加拿大铀矿水文地球化学考察报告[R].1978.
[2] B.A.科骆托夫,等.金属矿床水文地球化学找矿基础[M].1985.
关键词 涞源盆地;地下水;动态;影响因素
中图分类号[P66] 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2013)92-0108-02
1 区域概况
涞源盆地被群山环抱,地势西北高、东南低,气候凉爽,多年平均气温8.3℃,历年极端最高气温38.3℃,最低-30.6℃;多年平均降雨量564.6mm,降水年际变化大,年内分布不均,具有春旱、夏秋多雨的特点。盆地出露地层齐全,构造发育,景观奇特,涞源县城就坐落在盆地中心。
2 区域水文地质特征
2.1含水岩组及其富水性
涞源盆地含水岩组及富水性受区域地层及构造总体控制,按地层岩性和地下水类型,盆地含水组可分为以下三类:
1)松散岩类孔隙水:以第四系冲洪积土、砂砾石、卵砾石互层为主,富水性好,主要分布在涞源北盆地,涞源南盆地局部发育,但较薄;第三系胶结砾岩、砂页岩、黏土夹煤层,主要分布在南盆地,富水性差。
2)碳酸盐岩裂隙岩溶水:主要分布在涞源盆地北部和西北部以及南部的灰岩、白云岩出露区。富水性极不均匀,地下水分布严格受地质构造控制,且大部分地段裂隙不发育,不利于降雨入渗和地下水径流,属严重缺水区。
3)基岩(片麻岩和岩浆岩)裂隙水:主要分布在盆地东南部、南部,富水性受风化壳发育规模和构造控制,地下水以散泉形式排泄,在断层带上呈串珠状分布,个别泉水量很大,不过受降水影响大,规模较小的风化壳只能形成季节性泉。
2.2地下水补、径、排特征
盆地地下水主要接受大气降水入渗补给、区内渠道入渗补给(沟谷洪水)为主。
天然条件下,地下水流向是自盆地四周中高山地区向盆地中心汇流,北盆地地下水流向由北、西北、西向旗山至北海泉一带汇流溢出,地下水水平运动较迟缓;南盆地地下水流向基本是自南向北流,以潜水或散泉形式向西神山-马圈一带排泄,地下水水平运动速度较快。
近年来,地下水的排泄方式以开采为主,开采方式主要是工业企业及盆地周边较大沟谷内工矿企业的地下水开采,其次为农业用水开采和生活用水开采,其余部分在涞源县城以泉群形式排泄溢出。
3涞源盆地地下水动态特征
3.1地下水流场特征
20世纪90年代以后,涞源盆地人工开采量的急剧增加,对地下水动态的影响日趋明显,影响地下水动态变化的因素主要为大气降水、人工开采,地下水动态类型主要为降水入渗-开采型和降水入渗-径流(泉流型)。
根据多年的动态变化规律研究表明:涞源盆地地下水动态具有周期性变化,在丰水年,降水量大,开采量小,地下水补给量也大,地下水水位回升幅度较大;在枯水年,降水量小,开采量大,地下水水位下降幅度大。但近年来,地下水长期处于超采状态,盆地内多年水位动态呈波状缓慢下降趋势,周期性越来越不明显。以涞17监测井为例,1998年之前,地下水开采量和降水量多年处于平衡状态,地下水位周期性明显,水位曲线呈“马鞍”状,1998年之后,地下水开采量常年大于补给量,地下水呈波动下降趋势,且下降趋势明显(图2)。
3.3年内地下水动态特征
降水入渗-径流(泉流型)地下水年内水位变化主要受降水、地下径流控制。基岩裂隙岩溶水分布区,由于降水量减少,高、低水位出现的时间发生了一定的变化,低水位一般出现在4月初至12月底,高水位多出现在第二年的一月至三月中旬。
降水入渗-开采型地下水年内水位变化一般可分为三个时期, 4~6月份为下降期,由于有效降水量少,而农业开采量大,水位迅速下降,至6月末,出现最低水位;7~9月份为水位上升期,随着雨季到来,农业开采量少,地下水接受降水渗入和地下水径流补给,使地下水位大幅度回升;10月至次年3月份为水位调整期,其中10~11月份由于降水减少及11月末的小麦冬灌,地下水位呈马鞍状小幅下降,12至次年3月其间由于较长时间无农业开采,地下水位缓慢上升。但在盆地中心高、低水位变化微弱,动态曲线较平直。
4 区域地下水水位埋深变化特征
5 地下水动态影响因素分析
6 结论
涞源盆地地下水水位动态受降水及开采的控制,具有明显的周期性;但近年来,地下水开采量常年大于降水补给量,水位整体呈波动下降的趋势,下降量不大。由于涞源盆地地下水埋藏条件良好,如果遇到丰水年,降水量增加,或者当地政府加大地下水的管理,严格控制地下水开采,地下水位尚可恢复。
参考文献
关键词:地质勘察、水文地质、岩土
前言:
在一些水文地质条件较复杂的地区,由于工程勘察中对水文地质问题研究不深入,设计
中又忽视了水文地质问题,经常发生由地下水引发的各种岩土工程危害问题,令勘察和设计
处于难堪的境地,为提高工程勘察质量,在勘察中加强水文地质问题的研究是十分必要的,在工程勘察中不仅要求查明与岩土工程有关的水文地质问题,评价地下水对岩土体和建筑物的作用及其影响,更要提出预防及治理措施的建议,为设计和施工提供必要的水文地质资料,以消除或减少地下水对岩土工程的危害。下面就某地区工程地质勘察和水文地质工作现状,对在勘察中需要注意的水文地质问题进行简单的介绍。
1.岩土工程中水文地质的勘察要求
在岩土工程勘察中,应根据工程的具体要求,通过搜集资料和水文地质勘察工作,查明工程所属区域的水文地质条件。
1.1自然地理条件:这里面包括气象水文特征和地形地貌等内容,气象水文特征是指工程所属地域,是属于亚热带还是热带、季风气候,湿润程度与热量等。地形地貌是指工程区域周围的水系、平原或高原特征、地形开阔平坦与否、地貌侵蚀和堆积情况如何等。
1.2地质环境。包括工程所在区域的地质构造特征、基底构造及其对第四系厚度的控制、地层岩性、新构造运动等方面的内容。
1.3地下水位情况。包括近2~5年最高地下水位、水位变化趋势;地下水补给排泄条件、地表水与地下水的补排关系及对地下水位的影响等。地下水位的变化对岩土工程的影响巨大,是工程勘察的重点内容。
1.4各含水层和隔水层的埋藏条件、地下水类型、流向、水位及其变化幅度;主要含水层的分布、厚度及埋深;通过现场试验测定地层渗透系数等水文地质参数等;场地地质条件下对地下水赋存和渗流状态的影响、判定地下水水质对建筑材料的腐蚀性等。
2.水文地质类型区的划分
赋存于复杂地貌地质体中的地下水,它具有水资源的一般特征,又具有系统性、整体性、流动性、可调节性和循环再生性。通过对赋存环境的分析研究,可划分出不同的单元系统,这些单元系统相互联系,相互影响。因此开发利用地下水资源时,必须从含水系统整体上考虑取水方案,寻求整体开发利用地下水资源的最优方案,水文地质类型区的划分就是将赋存环境类似的地下水地貌地质体进行分类,从而进行系统性和整体性的管理。
2.1定义
水文地质类型区是指按照地下水含水层岩石的结构条件及地貌形态和成因相似性划分的独立或相对独立的区域。
2.2特征
水文地质类型区的特征是地下水按一定的地下水流域分布、运移,在一定的地质、水文地质条件制约下,在一定的空间范围内存储、运动,完成补给、径流、排泄过程。
2.2.1具有一定的边界类型和构造组合。
2.2.2具有一定的容积和内部组合。
2.2.3在空间范围内有势能的转换机能。
2.2.4具有相对独立的补给、径流、排泄系统即同一地下水类型区中,一定的排泄量等于一定的补给量(或包含部分储存量的变化量。
2.2.5与相邻的水文地质类型区存在一定的联系。
2.2.6具有一定的水质类型和组合关系。
2.2.7具有自身的发展变化历史。
2.3划分原理。
2.3.1划分原则。
a.水文地质类型区勘查和地下水资源评价相结合。
b.水文地质类型与地质成因相结合。
c.主要含水层的介质类型与地形地貌、埋藏条件、岩性、透水性能和地下水化学类型相结合。
d.舍小就大原则。
e.水文地质类型区的划分要达到分类命名简单、便于操作和水政管理为目的。
2.3.2划分标准
根据上述分类原则,水文地质类型区划分采用自然条件、地貌条件、地质条件、埋藏条件、边界条件和含水层的储存条件来综合考虑,侧重考虑水文地质类型区勘查方法和评价方法。划分标准选用地貌类型和不同的含水介质相结合作为划分标准。
3.工程地质勘察中水文地质问题的评价内容
对工程有影响的水文地质因素有:地下水的类型,地下水位及变动幅度,含水层和隔水层的厚度和分布及组合关系,土层或岩层渗透性的强弱及渗透系数,承压含水层的特征及水头等。为提高工程地质勘察质量,应在工程地质勘察中加强对水文地质问题的研究,不仅要求查明与岩土工程有关的水文地质问题,评价地下水对岩土体和建筑工程可能产生的作用及其影响;更要提出预防及治理措施的建议,为设计和施工提供必要的水文地质资料,以消除或减少地下水对工程建设的危害。但在工程地质勘察报告中,通常缺少结合基础设计和施工的需要评价地下水对岩土工程的作用和危害。今后在工程地质勘察中应从以下几个方面对水文地质问题进行评价。
3.1应重点评价地下水对岩土体和建筑的作用和影响,预测可能产生的岩土工程危害,提出防治措施。
3.2工程地质勘察中还应密切结合建筑物地基基础类型,查明与该地基基础类型有关的水文地质问题,提供选型所需的水文地质资料。
3.3不仅要查明地下水的天然赋存状态和天然条件下的变化规律,更重要的是分析和预测今后在人为工程活动影响下地下水的变化情况,及其对岩土体和建筑物的不良作用。
3.4地下水位的高低对各种建筑物都很重要,在分析工程地质问题时,地下水位以上和以下要分别对待。
4.地下水位升降变化引起的岩土工程危害
地下水位升降变化能引起膨胀性岩土产生不均匀的胀缩变形,严重者形成地裂,引起建筑物特别是低层或轻型建筑物的破坏。当地下水位变化频繁或变化幅度大时,不仅岩土的膨胀收缩变形往复,而且胀缩幅度也大。因此,在膨胀性岩土地区进行工程勘察时,应特别注意对场地水文地质条件的研究,特别是地下水位的升降变化幅度和变化规律。这对地基基础深度的选择(宜选在地下水位以上或地下水位以下,不宜选在地下水位变动带内)有重要的参考价值。若水位在压缩层范围内上升时,软化地基土,使其强度降低、压缩性增大,建筑物可能产生较大的沉降变形;若水位在压缩层范围下降时,岩土的自重应力增加,可能引起地基基础的附加沉降,如果土质不均匀或地下水位的突然下降也可能使建筑物发生变形破坏。
5.岩土工程勘察中地下水问题分析及对策
5.1传统地下水测量方法的一些问题
岩土工程勘察中,地下水的测量与计算沿用的传统方法为:(1)钻孔;(2)提取岩芯后0.5h,测量孔内水位;(3)有条件时,测量终孔后24h水位,作为稳定地下水位。对于只有含水层贯通的地层,这种方法是合理的,但对于含水层不贯通的地层和局部(或大部)不透层水的地,这种方法会带来一些问题。
5.2岩土工程勘察中地下水问题解决方法探讨
为测取岩体中的真实地下水位,进而找出透水带,可采取如下方法在钻孔中进行水位测量。为操作方便,可以采取分段钻进方法,设计好每天的钻进工作量,开钻后可以先以一天的钻进量为一段。每天钻进结束后,将孔中水抽干,第二天开钻前测量水位,即可查明该段是否含水。若上部地层均不含水,则可一直这样进行下去。若上部已有含水层(如第四系含水层),则需将测量段密封起来,抽干其中的水,第二天测量该段是否有水及水压大小以确定其含水性及水位情况。岩体完整段一般不含水,节理、裂隙密集段可能有水,也可能无水,总体来说,由于岩体中渗透的裂隙性,钻孔中肯定只有小部分区段有水(一般在断层、密集节理带产出部位)。这样,通过测量可以把地层分为含水段与不含水段,再结合地球物理勘探测量,确定出地层的含水部位(裂隙带)与不含水部位(与水文地质中的找水勘探类似)。以此资料作为岩体稳定性分析的依据,要准确可靠得多。含水带确定之后,可以根据含水带的分布特点,用裂隙渗透的原理,来确定地下水对岩体稳定性的影响。以最简单的边坡平面破坏模型为例,其计算如下:边坡滑面裂隙带宽d,长为L,全滑面上的水头差为H,则地下水作用力为:
J=(H/L)γwdL=Hγwd
此即为裂隙带上的总渗透力,平行于滑面,方向向下,作为下滑力参与计算,而滑面上计算应力时不再计及地下水浮力。边坡的上安全系数为:
Fs=
式中W-滑体的总重量;α、Φ、c-分别为滑面的倾角、内摩擦角和粘聚力。这样算出的地下水对岩体稳定性的影响,比之用浸润线计算的影响要小得多。
6.结束语