什么是水文地质勘查
Ⅰ 水文地质勘查
这里的水文地质勘查包括基础地质和构造地质调查、水文地质条件调查、地下水开发利用调查、与地下水开发有关的环境地质问题调查、水文地质物探调查等。
一、基础地质和构造地质调查
基础地质和构造地质调查主要利用已有的地质资料,边调查边熟悉,要求很快熟悉并掌握区域地层和岩层岩性、岩相及其分布规律,群、组、段的划分,区域构造的特征,主要断裂的展布等。在此基础上重点对勘查地区或勘查点进行详细的调查,以快速识别出勘查地区或勘查点地层的岩性、岩相及次级、次次级断裂构造的类型、规模、力学性质、活动性、胶结和充填程度、展布特征、断裂带的产状、性质、延伸情况、断裂带宽度及其变化与地下水储存、运移关系、储水构造的分布等。
鉴于本次工作的性质,根据区域地层的分布特点,我们先后在黄土、灰岩和碎屑岩地层分布区集中开展了野外调查,并测制了两条地质剖面,快速统一了有关第四系松散堆积层厚度、地层层序、时代、岩性、岩相以及基岩地层群、组、段、层序、时代、厚度、岩性、颜色、粒度成分、矿物组成、结构构造、地层接触关系、裂隙发育特征、含水层与隔水层分布组合特征、与地下水及其水质形成关系等认识,为水文地质调查、水文地质物探调查和井位的确定打下了坚实的基础。
两条地质剖面分别位于夹津口镇韵沟村和北山口镇山川村。
(一)夹津口镇韵沟村中元古界五佛山群和下寒武统实测地层剖面(图5-1至图5-5)
上覆中寒武统毛庄组
砂质页岩夹灰岩
整合接触
下寒武统馒头组 总厚>130m
9.下部为紫红色页岩、灰白、灰黄色灰泥灰岩,夹竹叶状砾屑灰岩。砾屑成分主要为灰色灰泥灰岩,呈板片状、竹叶状,含量85%以上,填隙物主要为灰泥,砾屑灰岩层厚10~20cm。上部以紫红色页岩为主,自下往上存在多个紫红-灰黄-青灰沉积旋回。顶部见两条断裂斜交,走向分别为300°和235°
整合接触
下寒武统朱砂洞组 总厚>27.22m
8.灰黄色钙质页岩,水平层理发育,向上颜色渐变为紫红色 1.61m
7.灰白色灰泥灰岩,水平纹理发育,清晰可见。风化面上因成分差异可见明显的突出条带3.25m
6.深灰色灰泥灰岩,具水平纹理,下部纹理发育,上部渐稀。发育溶蚀现象 14.65m
5.深灰色豹皮状白云质灰岩,中-厚层状,生物扰动痕迹明显,水平纹理不清晰。风化面见风化刀砍状构造,为白云质含量差异所致。发育大量溶洞和溶缝 7.71m
整合接触
下寒武统辛集组 总厚>15.13m
4.深灰色泥粒灰岩,风化面上呈浅灰-灰白色,含生物碎屑,水平纹理较差 3.26m
3.深灰-灰色纹层状灰岩,纹层清晰,具水平、包卷、扰动等多种形态,为斜坡沉积环境所致。向上渐变为灰色中-厚层状灰岩,纹理不清晰 5.34m
2.深灰色薄层状含生物碎屑砂屑粒泥灰岩,单层厚度2~8cm,具水平纹理,夹中-薄层状细砂岩和
粉砂质白云岩。灰岩中生物碎屑小且少,指示深水低能沉积环境 6.53m
不整合接触
中元古界五佛山群马鞍山组
1.浅肉红-紫红色石英砂岩,致密块状,浅变质略呈石英岩状
该实测地层剖面的岩性与本次实施的钻孔岩心基本可以一一对应(图5-6)
图5-1 河南巩义市夹津口镇韵沟村中元古界五佛山群和下寒武统实测地层剖面图
图5-2 马鞍山组致密块状浅肉红色石英岩化砂岩,镜下见次生加大边,孔隙不发育
图5-3 辛集组灰色砂屑粒泥灰岩,灰岩中见孔隙,部分被方解石充填
图5-4 朱砂洞组豹皮状白云质灰岩大量发育的溶洞和溶缝
图5-5 馒头组中砾屑灰岩夹层,砾屑间发育孔隙,部分被方解石充填
图5-6 夹津口镇韵沟村钻孔岩心柱状图
(二)北山口镇山川村上二叠统石千峰组实测地层剖面(图5-7,图5-8和图5-9)
上覆第四系卵砾石层。
不整合接触关系
上二叠统石千峰组 总厚>12 67.7m
6.紫红色中-薄层状石英砂岩,中-细粒砂质结构,具平行层理 >10m
5.紫红色薄层粉砂质页岩,含钙质结核,沿层理面及垂向裂隙发育,局部见揉皱构造 10.4m
4.灰色薄-中层状石英砂岩,细粒砂质结构。裂隙发育,钙质充填 10.4m
3.紫红色薄-中层状粉砂-细砂岩,粉-细粒砂质结构,具平行层理。因受断层错动牵引影响,岩层面
略呈上翘。上覆卵砾石层,不整合面呈波浪状,卵砾石粒径多为10~50cm,含量在80%以上,
成份主要为砂岩 20.9m
断层接触
2.紫灰色薄-中层状石英砂岩。砂岩较破碎,地貌形态为负地形,推测为断裂破碎带 25m
断层接触
1.紫红色中—厚层状石英砂岩,细-中粒砂质结构,局部夹粉砂质页岩。岩层裂隙发育,未见底>50m
图5-7 河南巩义市北山口镇山川村上二叠统石千峰组实测地层剖面图
图5-8 紫红色薄-中层状粉砂-细砂岩
图5-9 灰色薄-中层状石英砂岩
二、水文地质调查
水文地质调查作用主要包括含水层空间结构调查、地下水补径排条件调查、水文地质条件变化调查、地下水开发利用调查和地下水开发有关的环境地质问题调查等。
(一)含水层空间结构调查
1)含水层的埋藏条件和分布规律,包括含水层岩性、厚度、产状、层次、分布范围、埋藏深度、水位、涌水量、水化学成分以及水文地质参数,各含水层之间的水力联系等。
2)隔水层埋深、厚度、岩性和分布范围。
3)包气带的厚度、岩性、孔隙特征、含水率及地表植被状况。
4)机井、民井的深度、结构、地层剖面、开采层位,水位、水量、水温、水质及其动态变化。
(二)地下水补给、径流和排泄条件调查
1)调查地下水的补给来源、补给方式或途径、补给区分布范围;调查地表水与地下水之间的补、排关系和补给、排泄量;调查地下水人工补给区的分布,补给方式和补给层位,补给水源类型、水质、水量,补给历史。
2)调查地下水的径流条件、径流分带规律和流向;调查不同含水层之间、地下水和地表水之间的水力联系。
3)调查地下水的排泄形式、排泄途径和排泄区(带)分布,重点调查机民井的开采量、矿坑排水量。
(三)水文地质条件变化调查
调查研究近些年来地下水的补给、径流、排泄条件、水化学条件的动态变化特征及其变化原因。
(四)地下水开发利用调查
1)调查开采井的位置、深度、成井结构、数量、密度、出水量。
2)调查统计地下水年开采总量和各含水层(组)的开采量。
3)调查统计地下水利用状况(工业用水、农业用水、生态用水和生活用水量)。
4)调查地下水开采历史,地下水开采量、水位、水质、水温的动态变化。
5)调查与地下水有关的地表水开发利用历史和现状。
(五)与地下水开发有关的环境地质问题调查
1.区域地下水位下降调查
2.地下水污染调查
调查地下水污染源类型与分布,有害组分与数量,地下水污染程度、范围、深度、方式与途径、危害程度等,预测发展趋势。耕作区要注意调查化肥、农药对地下水污染的影响及其防护措施;城市附近要注意调查工业废水与生活污水对地下水污染的影响及其防护措施;矿区附近要注意矿坑水对地下水的污染。
本次水文地质调查点共34处(表5-1),主要分布在虎山坡村、南侯村、李家窑村、新山村、水道口村、魏寨村、汇龙村、源村、神南村、后林村、五岭村、窑岭村、常封村、叶岭村、张岭村、裴峪村、韵沟村、后村等。调查点分布详见图5-10。
表5-1 水文地质点调查位置和地质条件
图5-10 水文地质调查点分布图
水文地质调查主要在十分缺水的北部黄土高坡和南部基岩山区进行(图5-11至图5-20)。由于时间非常紧张,为提高效率,我们在工作中对当时刚完工的一些深井进行了访问,详细了解并分析了有关钻孔岩性、含水层的特征、成井结构和出水量等,对下一步的勘查定井工作奠定了基础。如先后实地察看了鲁庄镇虎山坡村、西村堤东钢铁厂等刚完成的大涌水量深水井,也察看了西村堤东(山前)、张岭、米河魏寨、大峪沟新山村干深孔岩心和露头地层,分析研究了干孔的原因。
三、水文地质物探调查
根据以往找水经验,利用物探开展地下水勘查,指导寻找地下含水层位和具体井位的确定十分重要[5~12]。但由于各地地质条件不一、地下水位埋深不一、岩层干湿程度不一等,再加之物探解译多解性,所以,正确解释并利用物探信息非常关键。我们认为物探信息必须与当地地质实际相结合才能取得好的效果。
图5-11 在北部张岭村黄土高坡地区勘查
图5-12 在西南部西村五岭地区勘查
图5-13 在南部夹津口韵沟地区勘查
图5-14 在西南部西村李家窑地区勘查
图5-15 观察西村堤东钢铁厂钻孔岩心
图5-16 观察虎山坡村钻孔岩心
图5-17 讨论西村堤东(山前)干孔原因
图5-18 分析张岭干孔的原因
图5-19 观察米河魏寨村干孔与岩心
图5-20 观察大峪沟新山村干孔与岩心
本次水文地质物探主要应用了高密度电法技术(图5-21至图5-24),此外,也应用了激电测深技术和测井技术。通过利用水文地质物探并结合水文地质条件、构造展布特征等来确定井位。
(一)高密度电法
本次高密度电法测量采用温纳装置。由于每个工区的实际地质情况和施工条件不同,为了保证采集的视电阻率数据真实可靠,电极距,电极道数,布极方向及隔离系数的选取也有所不同。室内的数据处理主要利用Surfer绘图软件绘制高密度电阻率剖面图,进行数据处理时对于极个别不合格的点予以剔除,再利用RES2DINV软件对野外实测电阻率数据进行反演,得到高密度电阻率反演剖面图,结合工区地质条件并利用高密度电阻率剖面图和高密度电阻率反演剖面图进行联合解释。
图5-21 在韵沟村布物探测线
图5-22 耐心连接找水仪器线路
图5-23 物探结合地质条件,精确确定井孔位置
图5-24 在铁匠炉村进行钻孔测井
在反演时首先要判断原始数据的可靠性。对接地条件好,数据质量高的剖面进行解释时,采用视电阻率剖面和反演剖面相结合的办法进行定量解释;对接地条件差,原始数据质量较差的数据则进行以视电阻率剖面为主,反演剖面为辅的定性解释或局部定量解释。
在资料解释时,以视电阻率剖面为主进行宏观解释,如分层、定性等;对于局部异常则以反演剖面进行范围圈定。
本次工作采用重庆地质仪器厂生产的DUK-2型电阻率高密度电法仪。道间距采用5m,120道。
(二)激电测深法
装置类型:对称四极;测量参数:保持电流、电压处于正常有效范围,对畸变点重测,以查明畸变原因,对异常点加密观测,以保证异常形态完整。
本次测量除采用常规直流电阻率参数来推测垂向地层情况外,还采用含水相关参数,可以降低仅采用电阻率值和极化率值带来的多解性。
Th:半衰时,即断电后二次场第一个取样值衰减到一半时,所对应的时间。半衰时大,代表极化介质二次场放电慢,在含水岩体上,其半衰时Th常以高值异常形式出现。
Md:衰减度,即断电后衰减的二次场在某一段时间内的积分值除二次场第一个采样值,该参数在含水岩体上也呈高值反应。
偏离度Rr:用来衡量实测衰减曲线与理想数学模型的偏差,Rr越小,岩石含水量增加。
供电电源采用干电池组,最大供电电压700V。供电导线为被复线,测量导线为胶质屏蔽线,测量电极为铜电极及硫酸铜不极化电极,通讯工具为无线电对讲机。大极距一次场电压偏低,多次重复读数压制干扰。在野外工作时,应尽量减小接地电阻,具体办法有:加深电极、增加电极根数、挖坑填土、浇盐水等。一个野外工作日或一个测深点观测完毕,操作员和记录员应逐页审查观测记录和草图或将仪器内存数据打印、转存。测量结束后及时提交物探成果。
激电测深法:直接测取视电阻率、视极化率、综合参数、半衰时及衰减度,依据各参数曲线了解深部地层结构及富水性。仪器采用D ZD-6A 多功能直流电法仪。为精确计算,测量装置适度加密,采用六分十进制对比排列。测量装置见表5-2。
表5-2 激电测深法测量装置表
(三)技术要求
正式开展工作前,须了解拟工作区域岩土的特征,对与工作区具有相似条件场地的已有物探资料进行认真分析,以指导勘探工作的正确开展,然后实测并确定区内勘测对象的有关物性参数。资料显示,(工作区及邻域的物探和测井资料获得的各岩性电性参数如下:粉土30~50Ω·m,粘土8~12Ω·m,细砂15~25Ω·m,中砂25~35Ω·m,砂砾石35~80Ω·m,泥岩40~100Ω·m,砂岩>100Ω·m)。
电法勘探执行的技术标准为《水利水电工程物探规程》(DL5010—32),具体要求为:
1)用于电法勘探仪器供电电源的干电池,开路电压与额定值之差需小于定额值的5%,短路电流要大于额定值的2/3;供电需使用铁电极,测量需使用铜电极;导线的绝缘电阻要求大于2MΩ/L。
2)电测深点、电测深剖面及各种剖面的端点、转折点以及较大坡度的转折点、充电法充电点须测定坐标,测定结果在地形图上的平面误差不得超过2mm,高程误差不得超过0.5m。
3)测线布置应尽量垂直于地下水流向,并尽量消除地形、地物等因素的干扰影响;对于异常地段,至少应有2~3条剖面通过,且每条剖面上至少应有3~5测点表现出异常。
4)在电测深法极距的选择中,供电极距应使各电极距在双对数坐标纸上沿电极距坐标轴较均匀地分布,相邻电极距间的比值控制在1.2~1.8之间,最小供电电极距以获得第一电性层电阻率为原则,4B/2应等于1.5m,最大供电电极距的选择需满足规范要求;测量电极距与供电电极距的比值应保持在1/3~1/30之间。
5)使用激电测深法探测时,应采用MN/AB=1/3的温奈尔装置以尽可能获得大的二次场电位差,相邻电极距比值一般取得较小,以1.2为宜。
6)工作开展过程中,当仪器不稳定或V小于3mV 或I小于3mA时,须进行重复观测,重复观测不应少于3次;电测深、电剖面曲线的突变点或畸变线段,电剖面每隔10个观测点均要求进行检查观测,重复观测时,个别相差太大的读数应删去,不参加平均值计算,舍去的观测点个数须少于总观测点数的1/3;充电法测量时的电位极大点、极小点或梯度零点、曲线上的突变点、可疑点、转折点都须进行重复观测;采用激发极化测量时,当出现二次电位差 V2小于1mV,以及观测读数前后有明显干扰现象、视激发比大于或接近视极化率、视衰减度大于或接近100%和视极化率、视激发比或半衰时测深曲线上有重要意义的异常或出现线段锯齿状等现象,应进行重复观测。
7)电极接地位置在预定跑极方向上的前后偏差不得大于该极距的1%,垂直预定方向的左右偏差不得大于该极距的5%。
8)在单个电测深点最大供电电极距、单条电剖面在工作开始、每隔10~20个测点、转移测站或工作结束、电测深电剖面曲线的畸变电、无穷远供电电极在每天开始工作或工作结束等情况中须开展漏电检查。
9)物探解译工作应在勘探现场进行,以便随时检查和区分各种干扰因素对观测结果的影响,同时解译工作须与地质相结合,严禁提交单一的物性解译成果。
10)勘探线及测点应标明在较大比例尺图上,对勘探点应采用专门手簿认真记录,并及时绘制测量草图。
11)物探工作结束后,应及时编写物探成果报告并提交物探工作布置图、勘探成果平剖面图、电测深曲线图、原始记录手簿等。
(四)测井
本次测井方法为电阻率测井法,主要是为了解第四系或岩层的岩性和厚度。基本要求是:①配合钻探取样划分地层,评价水文地质条件,为取得有关参数提供依据。②测井需在裸孔中进行。图5.25展示了铁匠炉物探测井梯度曲线。
水文地质物探完成的工作量主要有激电测深点5个,高密度电法10m电极距945个点,约9.34km,高密度电法5m电极距150个点,约740m(表5-3)。
事实表明,本次采用的高密度电阻率法和激电测深法技术帮助寻找地下水取得了十分好的效果,并为在该地区今后开展寻找地下水的工作积累了经验。
表5-3 巩义县抗旱主要物探工作量
图5-25 铁匠炉物探测井梯度曲线图
Ⅱ 什么叫地质勘察
地质勘查是地质勘查工作的简称,对一定地区内的岩石、地层构造、矿产、地下水版、地貌等地质情况进行重点权有所不同的调查研究工作。地质勘查是地质勘查工作的简称。广义地说,一般可理解为地址工作的同义词,是根据经济建设、国防建设和科学技术发展的需要,对一定地区内的岩石、地层构造、矿产、地下水、地貌等地质情况进行重点有所不同的调查研究工作。按不同的目的,有不同的地质勘查工作。例如,以寻找和评价矿产为主要目的的矿产地质勘查,以寻找和开发地下水为主要目的的水文地质勘查,以查明铁路、桥梁、水库、坝址等工程地区地质条件为目的的工程地质勘查等。地质勘查还包括各种比例尺的区域地质调查、海洋地质调查、地热调查与地热田勘探、地震地质调查和环境地质调查等。地质勘查必须以地质观察研究为基础,根据任务要求,本着以较短的时间和较少的工作量,获得较多、较好地质成果的原则,选用必要的技术手段或方法,如测绘、地球物理勘探、地球化学探矿、钻探、坑探、采样测试、地质遥感等等。这些方法或手段的使用或施工过程,也属于地质勘查的范围。狭义地说,在中国实际地质工作中,还把地质勘查工作划分为5个阶段,即区域地质调查、普查、详查、勘探和开发勘探。
Ⅲ 什么叫地质勘察
地质勘查就是对土层的钻孔查探。
一般可理解为地质工作的同义词,是根据经济建设、国防建设和科学技术发展的需要,对一定地区内的岩石、地层构造、矿产、地下水、地貌等地质情况进行重点有所不同的调查研究工作。
按不同的目的,有不同的地质勘查工作。例如,以寻找和评价矿产为主要目的的矿产地质勘查,以寻找和开发地下水为主要目的的水文地质勘查,以查明铁路、桥梁、水库、坝址等工程地区地质条件为目的的工程地质勘查等。
地质勘查还包括各种比例尺的区域地质调查、海洋地质调查、地热调查与地热田勘探、地震地质调查和环境地质调查等。
地质勘查必须以地质观察研究为基础,根据任务要求,本着以较短的时间和较少的工作量,获得较多、较好地质成果的原则,选用必要的技术手段或方法,如测绘、地球物理勘探、地球化学探矿、钻探、坑探、采样测试、地质遥感等等。
这些方法或手段的使用或施工过程,也属于地质勘查的范围。狭义地说,在我国实际地质工作中,还把地质勘查工作划分为5个阶段,即区域地质调查、普查、详查、勘探和开发勘探。
测绘是以计算机技术、光电技术、网络通讯技术、空间科学、信息科学为基础,以全球定位系统(GPS)、遥感(RS)、地理信息系统(GIS)为技术核心,将地面已有的特征点和界线通过测量手段获得反映地面现状的图形和位子信息,供工程建设的规划设计和行政管理之用。
Ⅳ 水文地质勘察与水文地质勘查是不是一回事
勘察,是指根据建设工程的要求,查明、分析、评价建设场地的地质、地理环境特回征和岩土工程条件并答提出合理基础建议,编制建设工程勘察文件的活动。在采矿或工程施工前,对地形、地质构造、地下资源蕴藏情况等进行实地调查。
勘查就是实地查看、现场调查的意思。勘查就是专门从事勘查的部门或人员利用现代科学原理、现代科技知识和方法,对需要取证的事实进行勘验、检查、调查访问、寻找、发现、固定和提取与有关的痕迹、物品等证据材料和信息,为科技鉴定、综合分析判断提供服务。如:现场勘查。
Ⅳ 水文地质勘查步棸及方法
世界水文地质图(图2)
《水文地质学》是地质工程专业一门必修的专业基础课。课程的主要任务是培养大家从水文循环的基本原理出发,获得水文地质学的基础知识和基本研究方法,能初步运用所学知识解决工程地质工作中与地下水有关的问题,要求大家掌握地下水形成、分布和运移规律,地下水的动态与均衡以及水化学相关问题;了解该领域目前研究状况及与其他学科的关系。为今后从事与地下水有关的实际工作或科学研究打下基础。 《水文地质学》是地质学的一个分支,是研究地下水(Groundwater)的一门学科,它是对地质环境中地下水的发生、运动及其水化学特性上的研究。主要研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空变化规律,并研究如何运用这些规律去兴利除害,为人类服务。
编辑本段课程研究对象
中国水文地质图(图3)
1.概念 地下水(groundwater):赋存并运移于地下岩土空隙中的水。含水岩土分为两个带,上部是包气带 ,即非饱和带 ,在这里,除水以外,还有气体;下部为饱水带,即饱和带,饱水带岩土中的空隙充满水。狭义的地下水是指饱水带中的水。 2.地下水 利:①分布广泛,便于就地开采使用;②洁净、不易被污染,水质普遍较优;③不占用地表空间;④动态比较稳定;⑤供水量受气候变化影响较小,具有较大到调蓄能力等。 害:①不合理的灌溉可造成次生盐碱化;②过量开采,可造成:在沿海地区,海水入侵,水质恶化;地面沉降,使区内建筑物失去稳定;不同含水层之间诱发水力联系,产生水的混合作用,使水质恶化;岩溶区地面塌陷;③其它,如矿坑涌水、基础及边坡的稳定问题等。 功能:①资源(不难理解);②生态环境因子;③灾害因子(干旱或洪水);④地质营力(滑坡、泥石流等);⑤信息载体(找矿等)。
编辑本段我国开发利用地下水的概况
水文地质剖析(图4)
古代:我国是世界上开发利用地下水最早的国家之一,早在相当于我国仰韶文化的母系氏族公社时期,据浙江余姚河姆渡村遗址发掘推测,距今约5700年前,我们的祖先就已经采用凿井取水。到了距今2000多年前的春秋战国时代,随着生产力的发展,凿井技术有了进一步提高,在四川自贡一带已有深达数百米的盐井,这可算是世界上在岩石中开凿的首批深井。汉武帝时,在今陕西渭北高塬上修筑了我国最早的井渠结合农田灌溉典范“龙首渠”。驰名中外的新疆“坎儿井”,至今仍不失为开发山前倾斜平原地下水的有效措施之一。 我国开发利用地下水资源的现状:①北方许多城市生活用水的重要水源;②北方干旱、半干旱地区(17省市)工农业生产、生活的唯一水源;③南方部分地区也开始利用地下水、并且需求量越来越大;④大的工业基地的建设首先要解决水源问题。 开发利用地下水资源的未来:①实现地下水资源的可持续开发;②加强地下水资源的科学管理;③加强与地下水资源开发有关的环境保护。(当今世界面临的三大问题:人口、资源、环境) 一些重大研究课题:地下水过量开采的对策;地下水污染防治;相关的环境质量评价。
编辑本段地下水资源开发利用历程
初期:地下水开发地点分散且数量较少阶段,主要进行地下水水源地的勘查,通过勘查论证地下水的开发方案。 中期:地下水处于连片开发,且水源地相互干扰明显增大的阶段,将区域性大面积地下水资源评价列为论证地下水合理开发的重要工作。 后期:地下水需求量与其多年平均补给量相接近,且需求量还在不断增长的阶段,将包括技术管理、政策和法规制定的地下水管理列为支持地下水合理开发的重点工作。同时,还将研究人工回灌补给地下水及地表水、地下水联合运用等问题,注意加强地下水资源保护,实施地下水系统管理。 水文地质探测(图5)
3.水文学发展简史 人类探索除水害、兴水利的历史,犹如人类的文明史那样悠久。在生产实践中,特别在与水旱灾害的斗争中,人类不断观测各种水文现象,思考和研究它们的规律,积累起关于水的丰富知识,逐渐形成并不断发展了水文科学。 水文学源远流长,经历了漫长的酝酿时期,而它的飞跃发展则是最近一个世纪的事。同自然科学的许多学科相似,人们还难以找出公认的里程碑,把水文科学的历史进程划分成若干明确的阶段。我们只是顺着它前进的足迹,大体划分为: ⑴萌芽时期(远古至约公元1400年) 在尼罗河、幼发拉底河、恒河和黄河这些古老文化发祥地的遗迹中,我们可以看到这一时期已经开始了原始的水文观测,最早的水位观测是在中国和埃及开始的。 约公元前22世纪,中国传说中的大禹治水,已“随山刊木”(立木于河中),观测河水涨落。此后,战国时李冰设于都江堰的“石人”,隋代的石刻水则,宋代的水则碑等,表明水位观测不断进步。 最早的雨量观测于公元前四世纪首先在印度出现,中国于公元前三世纪的秦代已开始有呈报雨量的制度,到了公元1247年,已有了较科学的雨量器和雨深计算方法,并开始用“竹笼验雪”以计算平均降雪深度。明代刘天和在治理黄河工作中,已采用手制“乘沙量水器”测定河水中泥沙的数量。 中国古籍《吕氏春秋》中写道:“云气西行云云然,冬夏不辍;水泉东流,日夜不休,上不竭,下不满,小为大,重为轻,国道也。”提出了朴素的水文循环概念。成书于公元约六世纪初的《水经注》中,记述了当时中国境内1252条河流的概况,成为水文地理考察的先驱。 水文地质钻探(图6)
诚然,这些原始的水文观测和水文知识是肤浅零星的,但已为当时生活和生产提供了重要的水文资料。例如,根据雨量多少决定税收的多少,根据上游的水位向下游传递水情等,标志着水文科学的萌芽。 ⑵奠基时期(约公元1400~1900年) 欧洲文艺复兴带来的科学思想的解放和科学技术的进步,为水文科学发展成为独立的学科奠定了基础。这一时期,水文仪器的发明使水文观测进入了科学的定量观测阶段。 1663年雷恩和胡克创制了翻斗式自记雨量计,1687年哈雷创制测量水面蒸发量的蒸发器,1870年埃利斯发明旋桨式流速仪,1885年普赖斯发明旋杯式流速仪。这些近代水文仪器使流量、流速、蒸发、降水的观测达到了相当的精度,利用这些近代水文仪器进行水文观测的各种水文站陆续出现。 1746年,中国在黄河老坝口设立了全国第一个正规水位站,开始系统观测水位,并进行报汛。这些成就使水文现象的观测视野在深度和广度上空前扩大,为水文科学在理论上的发展创造了条件。 在这一时期,近代水文科学理论开始逐渐形成。1674年佩罗提出了水量平衡的概念,成为水文科学最基本的原理之一;1738年伯努利父子发表水流能量方程,1775年谢才发表明渠均匀流公式;1802年道尔顿建立了研究水面蒸发的道尔顿公式;1856年,达西发表了描述孔隙介质中地下水运动的达西定律;1851年莫万尼提出了汇流和径流系数的概念,并发表了计算最大流量的著名推理公式。 这些科学理论的创立,为水文科学在河道水流、蒸发、地下水运动、径流形成和水文循环等领域的发展奠定了理论基础,它表明人类对水文现象的认识已由萌芽时期那种肤浅零星的知识,发展到了比较深刻系统的知识。同时也表明,人类对地球上水的运动、变化规律的探索,已发展到以大量观测事实为基础,进行假说、演绎和推理,进而建立各理论体系的近代科学方法论。 水文地质勘察(图7)
19世纪末,专门水文研究机构开始出现,一些国家开始出版水文年鉴。弗里西著的《河流水文测验方法》、福雷尔著的《日内瓦湖湖泊志》、马略特著的《水的运动》等水文学专著陆续出版。这些著作总结了当时水文观测和理论研究的成就,标志着水文科学作为一门近代科学已奠定基础。 ⑶应用水文学兴起时期(约公元1900~1950年) 这一时期,水文科学在观测方法、理论体系和研究领域等方面继续取得新成就,但它最重要的进展是应用水文学的兴起。 进入20世纪,特别是第一次世界大战以后,大量兴起的防洪、灌溉、交通工程和农业、林业乃至城市建设向水文科学提出越来越多的新课题,解决这些课题的方法也由经验的、零碎的逐渐理论化和系统化,水文科学的应用特色逐渐表现出来。 首先,从1914年到1924年,经过黑曾、福斯特等人的工作,把概率论、数理统计的理论和方法系统地引入了水文科学,使水文变量(如洪峰和洪量)和它出现的机率联系起来,为预估工程未来运行时期内可能出现的水文情势开辟了道路。 接着,从1932年到1938年,谢尔曼、霍顿、麦卡锡、斯奈德等人在产流和汇流计算方面取得开拓性进展,为根据降雨推算洪水开辟了道路。随后,克拉克、林斯雷等人在单位线、多个水文变量联合分析和径流调节的理论、方法等方面发展并丰富了上述内容。 在此期间,水文站在世界范围内发展成规模宏大的水文站网系统,这些成就为应用水文学的兴起在理论上、方法上和资料条件方面奠定了基础,并率先形成了它最重要的分支学科——工程水文学。接着,农业水文学、森林水文学、都市水文学也相继兴起。 水文地质测量(图8)
1949年,林斯雷和柯勒、保罗赫斯合著《应用水文学》;同年,姜斯敦和克乐斯合著的《应用水文学原理》、美国土木工程师学会编著的《水文学手册》等应用水文学专著陆续问世,总结了这一时期的成就,标志着应用水文学的诞生。应用水文学,以它直接为生产和生活提供多方面服务这一鲜明特征,获得迅速发展,成为近代水文科学体系中最富有生气的分支学科。 ⑷现代水文学(1950~今) 20世纪50年代以来,社会生产规模空前扩大,科学技术进入了新的发展时期,并正在出现新的技术革命,人类改造自然的能力迅速增强,人与水的关系已经由古代的趋利避害,和近代较低水平的兴利除害,发展到了现代较高水平的兴利除害的新阶段。这个新阶段赋予水文科学以新的动力和新的特色。 首先,由于人类对水资源的突出需求,水文科学的研究领域正在向着为水资源最优开发利用的方向发展,以期为客观评价、合理开发、充分利用和保护水资源提供科学依据。 其次,大规模的人类活动对自然水体,进而对自然环境正在产生多方面的影响。研究和评价人类活动的水文效应和这种效应的环境意义,揭示人类活动影响下水文现象的规律,进而探讨水文分析的新方法和新途径,防止人类活动对水文循环的影响朝着不利于人类生存环境的方向发展,这一切正在成为水文科学面临的新课题。 另外,现代科学技术使获取水文信息的手段和分析水文信息的方法有了长足的进步。例如,遥感技术的应用,使同时观测大范围内的宏观水文现象成为可能;核技术的应用使人们能够获得微观水文信息;水文模拟方法、水文随机分析方法、水文系统分析方法,使人们研究水文现象的能力发展到新的水平;尤其是电子计算机的应用,使水文科学从水文观测到基本规律的研究,由人力和机械操作,发展到以电子计算机为核心的自动化。 水文科学和其他科学之间的边缘科学正在不断兴起,学科间的空隙逐渐得到填补。同时,人们开始看到,水已成为影响社会发展的重要因素。水在表现它的自然属性的同时,它的社会属性也日益表现出来,并逐渐为人们所认识。因此,水文科学将有可能发展成为具有自然科学和社会科学双重性质的一门综合性科学。 水文地质探测(图9)
总的来讲,水文学从它所隶属的学科领域看,作为地球物理科学的一个分支,主要研究地球系统中水的存在、分布、运动和循环变化规律,水的物理、化学性质,以及水圈与大气圈、岩石圈和生物圈的相互关系;作为水利学科的重要组成部分,主要研究水资源的形成、时空分布、开发利用和保护,水旱灾害的形成、预测预报与防治,以及水利工程和其他工程建设的规划、设计、施工、管理中的水文水利计算技术。
编辑本段水文学的分类
水文学开始主要研究陆地表面的河流、湖泊、沼泽、冰川等,以后逐渐扩展到地下水、土壤水、大气水和海洋水。 ① 传统水文学按研究的水体来进行划分:河流水文学、湖泊水文学、沼泽水文学、冰川水文学、海洋水文学、地下水水文学(水文地质学)、土壤水文学、大气水文学等。 ② 由水文学采用的实验方法,派生出三个分支学科:水文测验学、水文调查、水文实验。 ③ 由水文研究内容分为:水文学原理、水文预报、水文分析与计算、水文地理学、河流动力学等。 ④ 作为应用科学,水文学分为:工程水文学、农业水文学、土壤水文学、森林水文学、城市水文学等。 ⑤ 随新科学、新技术的发展和引进,出现新分支:随机水文学、模糊水文学、灰色系统水文学、遥感水文学、同位素水文学等。
编辑本段水文地质学的简要发展过程
水文地质学(图10)
尽管19世纪已开始使用水文地质学一词,但到20世纪初科学家Mead才给出这个术语一个广泛的含义:水文地质学是研究地表以下水的发生与运动。20世纪50年代末期到80年代早期这将近30年的时间里,水文地质学一下子成熟了,成为地球科学羽翼丰满的一员。1960年之前,水文地质学主要是地质学家的领域,作为一个自然科学家,对于控制地下水流动的因素和规律,毫无兴趣或者知之甚少,任凭差分方程式去加以描述。另一方面,工程师在估算井的单位出水量和总出水量时,只顾得计算,处于岩层“透水”和“不透水”之间的灰域之中,无所适从。 久远以前直到20世纪50年代,两种分叉的、几乎完全独立的方法,各不相关地沿着平行的路径研究着地下水;一边被科学家好奇心所驱使;另一边受到工程师务实精神的推动。两个分支的演变在时间上也可以分为两个阶段:以理论与假说的定量表述,以及数学上的严格推导为其分界(图1)。 17世纪处在“自然科学分支”的“猜想”阶段,关于泉的成因以及水循环,出现了首批记录在案的问题与解答。伟大的思想家们,从公元前8世纪的荷马开始,包括亚里士多德、泰勒斯(Thales)、柏拉图,甚至笛卡儿和开普勒(17世纪)都曾猜想:泉水来源于海洋中挤榨出来的水,或者是在洞穴中冷凝而成的;而雨水不足以保持河水流量。然而,在另一个阵营中,波尔洛(Marcus Vitruvius Pollo)认为,泉来源于入渗的雨水,这一看法受到文奇(Leonardo da Vinci)和帕利西(Bernard Palissy,16世纪)的支持。定量水文观测始于17世纪,佩罗(Pierre Perrault,1608-1680)在塞纳河盆地测量了3年降水量,得出降水量是河流流量的6倍。马利奥特(Mariotte,1620-1684)验证了佩罗的观测结果,而哈雷(Halley,1656-1742)证明了注入地中海径流的不足部分消耗于蒸发。梅瑟利(La Metherie,1791)开始测量岩石的渗透性,将入渗水区分为地表径流和深部储存,于是,水均衡的初步概念形成了。 尽管第一个自流井是1126年在法国阿图瓦(Artois)成井的,但是,关于自流现象的第一个有记录的解释出现于17世纪,卡西尼(Cassini)和瓦里斯内利(Vallisnieri)都正确地指出:承压含水层的高水压是产生自流的原因。进一步试图将概念精确化的结果是,强化了绝对隔水性的观念,然而,对广泛分布的区域性含水层和隔水层的研究,很可能因而形成了地下水盆地的概念,在这方面,最基础同时也是最有影响的著作,则是赫伯特的“地下水运动理论”(M.King Hubbert,1940)。19世纪后期到20世纪初,开始了并非出于实用目的的地下水化学研究,着重于分类(Palmer,Scholler)及化学成分演变的影响因素分析(Chebotarev,Scholler,Back)。 “工程学科分支”的第一阶段,时间从很早前到1856年,主要着力于发展经验性实用方法技术,构建集取地下水的设施,以及从泉、井、坎儿井,以及其它水源提升输送地下水。第二阶段是“定量评价”阶段,以1856年达西定律的发表为标志。达西方程触发了根据地下水位变动预测井的出水量的兴趣;随之而来的是一系列人们熟知的计算公式:裘布依、泰斯、雅可布、温泽尔(Wenzel)等,讨论的全是地下水位和理想承压含水层的定量预测。 20世纪50年代晚期到60年代早期,也许是由于偶然的巧合,也许是由于下意识地交流渗透,绝对隔水性的观念受到来自两个分支的强烈质疑——工程师们从评价含水层和井的出水量出发产生疑问,而地质学家在研究盆地地下水流动时发现了问题。雅可布、汉图斯、诺曼(Neuman)、威瑟斯庞等,引入并发展了越流含水层的概念,并将其扩展到盆地尺度的含水层系。自然科学分支这边,托特的均质的“统一盆地”被弗里泽和威瑟斯庞 “非均质化”了,通过数值模拟,揭示了不同形态、不同规模含水岩系的基本流动型式。两方面共同的最终结论是,岩体存在水力连续性。基于岩体存在水力连续性的结论,很快人们就认识到,存在着时空尺度差别很大的流动系统,而每个系统具有自己的作用过程与伴随现象。于是,统一的观念诞生了,不断流动着的地下水是一种地质营力。 1980年前后,可以看作研究地下水的自然和工程科学两个分支的融合,从此进入成熟的当代水文地质学发展阶段。这个地球科学的新成员,既是一门基础学科,也是一个专门性分支。为了更好地理解几乎所有的地质活动,绝对有必要熟悉当代水文地质学的基本理论。与此同时,需要培养具有独特的教育和专业背景的、全职的水文地质学家。 当代水文地质学有以下3个主要特征概念:①地下水流动系统发育的空间尺度,变化范围很大;②地下水流动系统发育的时间尺度,变化范围很大;③流动的地下水是无处不在的地质营力,其作用可以达到地面以下极大深度,对极其广泛的自然过程与现象,都有着控制性影响。 水文地质学向何处去发展?作为一门成熟科学,建立于工程师的数学严谨和科学家自由想象之上,建立于相关学科的技能、方法和技术之上,在可以预见的未来,水文地质学的理论与技术方法不大可能有新的突破;反之,预期将会出现各种“名副其实”的学科分支,例如:环境水文地质学、污染水文地质学、农业水文地质学、油气水文地质学,等等。 就我国来讲,水文地质学的发展历史是与新中国的建立与发展分不开的,近半个世纪以来,水文地质学的成长与发展大致可划分为两个阶段:从20世纪50年代到70年代中期,可称为奠基阶段,主要接受前苏联学术思想的影响,基本依照前称联模式。从20世纪70年代后期到90年代,可以称为发展阶段,这一时期由于实行改革开放政策,国内外学术交流日益频繁,因此受西方学术思想影响较多,特别是系统科学、环境科学、现代应用数学与计算机技术等新思想、新理论与新技术的输入,使水文地质学的基本概念与研究范畴发生了巨大的变革,使水文地质学从定性研究进入到了定量研究阶段,纳入到系统工程的轨道,与现代科学更紧密地融合了起来,因此我们把20世纪50年代到70年代奠基阶段的水文地质学称为传统水文地质学,而20世纪70年代后期至90年代发展阶段的水文地质学,称为现代水文地质学(图2)。 现代水文地质学的基本特征主要有:①与现代科学的新理论新学科紧密结合,比如系统论、信息论、控制论及相应产生的系统科学、环境科学、信息科学等,对水文地质学的发展产生了重大影响;②现代应用数学与水文地质学的结合,特别是数值模拟方法得到普遍应用,模型研究成为水资源研究的主要内容,使水文地质学从定性研究发展到定量研究的新阶段;③从地下水系统与自然环境系统相互关系的研究,扩大到与社会经济系统关系的研究。对地下水资源的研究,也从数学模型发展到管理模型与经济模型的研究;④许多新的分支学科的产生与发展,比如区域水文地质学、岩溶水文地质学、遥感水文地质学、环境水文地质学、医学环境地球化学、污染水文地质学以及数学水文地质学、水资源水文地质学;⑤新技术、新方法的应用、除计算机技术外,遥感技术、同位素技术、自动监测技术,室内模拟技术,以及高精度水质分析技术等,都得到普遍应用,推动了水文地质学的发展。 这要强调一点:水文地质学领域中的许多研究都是由水文地质学家、地质学家、水文学家好气象学家等多个学科领域的专家学者联合来完成的。
编辑本段水文地质学的研究内容
前边讲过,水文地质学是研究地下水的科学,在人类从事开发利用地下水活动的漫长过程中,通过长期实践经验和认识的不断积累,逐渐形成和充实、发展了有关地下水的知识,按其内涵范畴涵盖水文学、土壤学、地质学与流体力学等学科。 随着水文地质科学的发展,它的研究内容越来越广泛,主要研究内容可归纳为六个方面: ⑴地下水的形成与转化:阐述地下水起源与形成的基本知识(包括地下水的赋存条件),并探讨大气水、地表水、土壤水与地下水相互转化、交替的基本规律。 ⑵地下水的类型与特征:阐述地下水的储存条件及其基本类型,包括地下水的主要理化特性。 ⑶饱水带及包气带中水分和溶质的运动:主要研究地下水流的基本微分方程,包括地下水向井、渠的流动,以揭示地下水位和水量的时空变化规律。同时探讨包气带水与地下水溶质运移的基本方程。 ⑷地下水动态与水均衡:讨论在不同的天然因素和人为因素影响下的地下水动态变化规律,以及不同条件下的地下水水均衡方程。 ⑸地下水资源计算与评价:分别讨论局部开采区和区域性大面积开采区地下水资源评价的主要方法,并具体介绍有关含水层参数测定及地下水补给量和排泄量的计算方法。同时,阐述地下水水质评价的有关知识。 ⑹地下水资源系统管理:阐述地下水资源管理与保护方面的基本知识,着重讨论地下水资源系统管理模型及其应用。
编辑本段水文地质学的研究方法和手段
1.研究方法:数学物理方法和概率统计方法两类。 2.应用的技术手段:⑴调查、钻探、地球物理勘探和遥感技术;⑵各种观测和试验技术(水位、流量等的观测;抽水试验、示踪试验和弥散试验等);⑶各种地下水模拟技术(目前数值模拟用的较多);⑷同位素技术等。
Ⅵ 水文地质勘察的作用是什么
水文地质勘察主要在野外进行,工作的结果需要提交水文地质勘察报告并附有相应的图回件。根答据目的、任务、要求和比例尺的不同,水文地质勘察可分为综合性的水文地质普查和专门性的水文地质勘探两类。
一、水文地质普查
其目的是查明区域水文地质条件,了解该调查地区地下水的埋藏、分布状况及补给、径流、排泄条件,概略估算地下水资源的数量和质量,为国民经济规划提供基础资料。普查的结果一般用水文地质图(比例尺一般为1:20万或更小)表示并附有相应的普查报告。
二、专门性的水文地质勘探
为各种专门目的而进行的比较详细的水文地质勘察工作。一般在水文地质普查的基础上进行,采用较大的比例尺。如供水水文地质勘探、矿床水文地质勘探、地热水文地质勘探等。在工作中一般要投入较多的勘探工程量。与工程的设计阶段相适应,专门性的水文地质勘探常可分为初步勘探和详细勘探两个阶段,每一阶段工作的结果都要提交专门性的水文地质勘探报告和有关的图件。
Ⅶ 水文地质勘察和工程地质勘察一样吗
当然不一样。前者范围小,后者范围大
水文地质勘察:为查明水文地内质条件、开发利用地下水资源容或其他专门目的,运用各种勘探手段而进行的水文地质工作。
工程地质勘察是为查明影响工程建筑物的地质因素而进行的地质调查研究工作。所需勘察的地质因素包括地质结构或地质构造:地貌、水文地质条件、土和岩石的物理力学性质,自然(物理)地质现象和天然建筑材料等。
Ⅷ 水文地质勘查报告和工程地质勘查报告有什么区别
水文的报告,现在很少有人出了,大多数是区调上的,像水源地啦,污水入侵,过度抽水的地面沉降啦;
工程勘察报告也就是岩土勘察报告了,主要提供地基承载力,变形参数,还有地基处理的一些建议等!!!
Ⅸ 水文地质与勘探技术是干什么用的啊
就是做矿山水文的,现在勘查项目锐减,在做的公益性项目不是很多了,但是每个矿区只要专准备最终要开发利属用的,都需要搞水文,是必不可少的一部分,现在确实比较缺矿山水文的人才,已经出现断层了,但今后几年的情况我就不清楚了,去个稍微好点的单位事情肯定有得做,搞水文也不算辛苦。