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地下水充电法：测定流速与流向

2023-09-18 理论教育版权反馈

【摘要】：供电后地下水充电,地下水周围岩层中就分布有电场,以井口为中心呈放射状移动M极测量相同各点的电位,并连成等位线,这时的等位线大致呈圆形。然后向井中注入食盐水,再测量等电位线,此时,等电位线在水流方向上会由原来的圆形变成椭圆形,等位线的移动方向即为地下水流方向。图5-33利用充电法测定地下水流向流速地下水流速的计算式[5]:式中:u为地下水的流速,m/h;t为加盐后到测量时的间隔时间,h;x为等电位线中心点的移动距离,m。

利用充电法测定地下水的流速和流向在我国水利工程建设中已被广泛应用,多年来的实践证明,它比其他方法简单,只要测区内有民用井或钻孔就可以进行,也不用什么复杂的设备,只需一部自制的简易电位计和20kg左右的食盐即可施测。一般施测只需12小时(流速较大地区6～8h)即可。

具体做法是:将供电电极A放到井下含水层的位置,B极放在井上距井口足够远(一般为A至井口距离的20～50倍)的任意方向上,N极大致放在地下水上游方向固定,其距井口距离等于A极到地表的距离(井有套管时为A极到地表的距离的2～3倍)。供电后地下水充电,地下水周围岩层中就分布有电场,以井口为中心呈放射状移动M极测量相同各点的电位,并连成等位线,这时的等位线大致呈圆形。然后向井中注入食盐水,再测量等电位线,此时,等电位线在水流方向上会由原来的圆形变成椭圆形,等位线的移动方向即为地下水流方向。中心点的移动速度为地下水流速之半,如图5-33所示[5]。

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图5-33　利用充电法测定地下水流向流速

(摘自《工程地质手册》第四版)

地下水流速的计算式[5]:

式中:u为地下水的流速,m/h;t为加盐后到测量时的间隔时间,h;x为等电位线中心点的移动距离(图5-33),m。

用充电法测定地下水的流速、流向的适用条件是:①含水层深度小于50m,流速大于1m/d;②地下水的矿化程度微弱(ρ＞15Ω·m),围岩的电阻率较大(ρ≥50Ω·m),电性较均匀;③钻孔没有套管,含水层上部无高阻屏蔽层;④地形较平坦。

利用充电法测定地下水的流速流向时要注意以下几点:

(1)水井(钻孔)的选择:必须选择富有代表性的井孔,同时还要注意含水层的岩性是否均匀。井的直径也应当选择最小的,以减少食盐的消耗量。

(2)电极距的选择:供电电极A和食盐袋应放在含水层的中部和井(孔)中心,如果选用的钻孔有套管时,必须加大ON的距离,但也不宜过大,如果大于或等于OA的3倍时,由溶液产生的电场也将大大衰减,就会影响资料的精度。一般距离等于2～2.5倍的OA的深度就能得到圆满的结果。

(3)为了正确确定地下水的流向,可在观测第2次以后应在反应异常的方向上增加测线2～4条,以便找出最大突出点。

(4)大致确定测区的含水层岩性以后,应掌握观测时间。观测时间和含水层的颗粒粗细成反比。为了证实资料的准确性,放盐后要观测2～3次。

(5)在冬季或水温较低的地区做充电法时,最好先把一部分食盐(5kg),用温水溶解后再注入井内,这样可以节省观测时间。测区内冻土层较厚(超过1m)时,可以根据含水层的岩性,大致定出测量时的M极所在的位置,进行小爆破揭开冻土层,这样可以提高工作效率。

(6)在有自流井分布的地区测定地下水流速和流向时,必须把井管加高,使套管高出静水位后才能放入食盐,否则食盐溶液将随水流出注盐井外。

(7)在淡水和流速较大地区,等电位线的变化较为明显;而在地下水流停滞区等电位线不明显,放盐后所测得的等电位线为一近似等半径的圆。

(8)放在井中的盐袋不要等食盐全部溶解后再加,应不断增加食盐。在盐添加时还可观测食盐的消耗量的变化。

(9)当工作区只有一个含水层时,可得单一解。如有两个以上含水层时,应分层测定。

练习题

某勘察场地的地下水为潜水,布置K1、K2、K3三个观测孔,同时观测稳定水位埋深,分别为2.70m、3.10m、2.30m。观测孔坐标和高度数据如表5-13所示。地下水流向的选项是哪一个?(　)

(A)45°　(B)135°　(C)225°　(D)315°

表5-13　各孔的坐标值

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