红层地下水勘查及开发工作流程

红层地下水有效勘查方法组合~

要有效地解决地下水开发的找水难题，提高地下水开发的成功率，一要认真做好遥感解译和水文地质测绘工作，切实提高对地质环境及水文地质条件的研究程度，掌握地下水富水块段的形成条件和规律；二要有效地利用物探及钻探等勘查技术方法，验证地质认识，提高勘查的定量化水平，取得开发工程设计所需的地下水资源及开发技术条件方面的依据。一般而言，由于各种勘查方法本身的应用条件所限及地质因素复杂多变的影响，每种方法都有其独特的优点，但也都存在某一方面的不足，仅靠某一种勘查方法来解决问题一般难于取得预期效果。因此，应综合考虑各种勘查方法的特点及经济成本，密切结合勘查区的自然及社会环境条件，按照经济有效、简便快捷、先进适用的原则，针对地下水源地勘查的需要，选择有效的勘查方法组合综合进行水文地质勘查评价。红层地下水有效勘查方法常见组合参见表3.2。

表3.2 红层地下水有效勘查方法组合一览表

红层地下水勘查工作的布置，应当遵循下列行之有效的原则：
（1）勘查工作应按水文地质单元进行布置，按完整的水文地质单元进行地下水资源和相关环境地质问题的系统勘查评价。
（2）勘查工作基本的流程为：收集资料—野外踏勘—设计编制—遥感解译—水文地质测绘—物探—钻探—野外试验—采样测试分析—室内综合研究—数据库及报告编制—成果提交等。
（3）水文地质勘查技术定额核定的工作量，应根据勘查目的、任务、水文地质条件复杂程度和研究程度合理安排，突出重点，兼顾一般，避免平均使用，以有效地解决水文地质问题为衡量标准。
（4）水文地质测绘的观测路线布置，采用穿越法和追索法相结合。一般应垂直岩层（或岩浆岩体）、构造线走向和沿着地貌变化显著的方向布置。对重要的地质体、接触带、断裂带、含水层、岩溶发育带、河谷、沟谷和地下水露头多的地方，应做适当的定向追索。
（5）物探工作、钻探试验的布置，除了部分水文地质单元边界控制孔外，主要应用布置在宜建地下水开发工程的富水块段内。勘探剖面应尽量垂直地下水流向或沿含水层富水性变化最大的方向布置。
（6）地下水动态观测点的选择必须具有较强的代表性。观测点的水文地质及地下水动态特征应与拟评价的水文地质单元相似，通过动态观测资料计算的渗入系数、动态系数、径流模量等参数能够为水文地质单元的天然资源计算评价所利用。
目前，与红层地下水勘查相关的规范和规程中，红层地下水调查及勘查技术定额差异极大，很难作为勘查工作设计的依据。对于经验不足的勘查技术人员，在编制勘查工作设计时，难于把握实物工作量的控制尺度。因此，为了便于勘查实践，作者通过对已有水文地质勘查经验和本次示范工作的总结，结合对已有水文地质、工程地质及环境地质调查或勘查规范、规程的研究，结合红层区的实际及红层水文地质特征，编制了红层地区水文地质条件的复杂程度分类方案（表3.3），再针对不同的红层水文地质条件复杂程度分类，以达到相应勘查阶段的工作目的为基本标准，制定了红层地下水调查及勘查技术定额（表3.4、表3.5），以供红层地下水勘查工作设计参考。

表3.3 红层地区水文地质条件复杂程度分类


续表


表3.4 1∶50000 红层地区水文地质调查每百平方千米基本技术定额


表3.5 1∶10000 红层地区水文地质调查基本技术定额


续表

红层地下水资源勘查，一般可分为区域水文地质调查和富水块段（地下水源地）勘查两大阶段（表3.1）。

表3.1 红层地下水资源勘查评价内容简表

区域水文地质调查的目的是为了查明流域的地质环境及水文地质条件，评价地下水天然资源潜力与开发技术条件和防污性能，为区域开发利用规划，以及开发工程建设的可行性研究提供地下水资源依据。调查研究的重点是：查明地质环境条件、流域分水岭、水文地质单元边界及其地下水动力学性质，地下水的补给、径流与排泄条件，地下水循环过程及富集规律，初步圈定富水块段，分析评价其开发技术条件及防污性能，系统地计算补给量、储存量，初步评价允许开采量，并对拟建地下水开发工程的可行性做出论证。其中，应特别注意对水文地质单元边界性质的调查和分析。前已述及，水文地质单元边界不仅限定了单元的范围和规模，其地下水动力学性质，如隔水的、透水的、越流的，往往决定了地下水补给、径流、排泄的基本形式和特征。譬如在一个完整的向斜储水构造基础上形成的水文地质单元，如果翼部隔水层构成了圈闭的隔水边界，没有大的断裂形成缺口，则单元内补给量与排泄量基本是平衡的。只需通过对所有排泄点进行流量统测，依据典型排泄点动态观测资料进行动态分析，计算评价储存调节能力，针对需水特点即可确定允许开采量。而如果是一个在断裂切割的单斜储水构造基础上形成的水文地质单元，沿断裂或旁侧含水层往往存在侧向深远程径流排泄，这就需要布置勘探剖面进行钻探试验和观测，采用断面法计算地下水径流量，才能够准确评价允许开采量。而且在开采状态下，还有可能与相邻水文地质单元发生相互干扰或袭夺，这在地下水开发利用规划中必须加以协调。所以，在水文地质调查中，都应对水文地质单元边界进行重点的追索调查，对于断层边界，应当布置控制性钻孔进行钻探和抽水试验，以确定其地下水动力学性质。
富水块段勘查的目的在于查明地下水的赋存特征、地下水资源、地下水开发技术条件及防污性能，为地下水开发工程建设提供技术和施工设计依据。勘查重点是：准确圈定富水块段的范围；探明含水层（带）的埋藏分布情况，富水性及均匀性；含水层（带）与隔水层（体）的空间组合形式，以及含水层中导水、储水空隙的形态、空间分布和联系，研究地下水的赋存特征及富集规律；富水块段的边界条件及内外水力联系、径流场特征，掌握地下水的循环途径及过程；进行地下水动态观测，掌握流量、水位、水温及水质动态特征及变化规律；通过地下水动态观测及钻探试验、取样分析测试，确定水文地质参数，建立数学模型，评价地下水的允许开采量和水质；评价富水块段的开发技术条件及防污性能，研究与相邻水源地的关系，分析预测水源地开采后可能产生的环境地质问题，提出地下水资源合理开发利用与地质环境保护的措施建议，论证地下水有效开发技术方案。
需要强调指出，无论在哪个阶段的水文地质调查或勘查中，都要认真地对已有的地下水开发工程进行现场观测记录、收集有关水文地质及地下水开发历史和现状的资料，进行综合整理及研究，以弥补勘查工作的局限。通过这些工作，可以发现地下水开发所暴露出来的更深远的问题，检验以往工作中的不足和认识上的错误。再据此通过修正和深化对水文地质条件的认识，调整有关水文地质参数，选择更为合理的地下水资源计算方法，切实提高地下水资源评价的精度。
地下水开发利用规划是以资源和环境科学、系统科学理论为指导，在区域水文地质调查的基础上，针对各类供水需求目标，应用工程与管理科学技术方法编制的较为全面和长远的地下水资源合理开发及保护计划。它是实现地下水资源因地制宜、综合开发、合理利用、积极保护、科学管理、可持续地开发利用的基础。作为一个完整的规划，主要内容包括：流域自然环境、社会经济现状、地下水资源及开发技术条件、水资源开发利用现状及需求；规划指导思想、原则及目标、规划分区；地下水资源开发工程部署（方案）、实施计划、投资估算、实施效益预测评价；监测与管理措施、制度保障。规划应特别注意贯彻下列原则：优先选择临近的地下水源地，就地开发就地供水，减少输水和水处理投资；紧密结合不同的地质环境条件和地下水类型特征，因地制宜地采用不同的有效勘查和开发技术方案；多源取水，综合利用，统筹解决资源性缺水、工程性缺水和水质性缺水等不同类型的缺水困难，满足不同的供水需求，实现经济有效地开发利用地下水资源。地下水开发工程科学布局方案，要应用常规技术与先进技术相结合，与地质环境条件及其变化相适应，针对流域不同地质环境条件下主要的地下水类型和地下水的富集特征及开发技术条件，结合需水特点规划部署地下水开发工程。同时，还要与地表水的开发利用规划相衔接，统一管理，实行地表水和地下水的联合调度，做到全面、协调、可持续地开发利用水资源。

由于地下水循环及赋存条件的复杂和多变性，地区性差异非常明显。因此，必须通过区域水文地质调查研究，查明流域及水文地质单元的水文地质条件、地下水循环过程及富集规律、富水块段分布、开发技术条件及防污性能，评价地下水资源，进行开发工程建设的可行性论证。按流域编制地下水开发利用规划，纳入整个流域水资源开发规划中，在规划的指导下进行红层地下水开发工程建设，使各个水源地能够联合调度，合理开采，相互调节，避免相互过度干扰而降低开发效益、引发环境地质问题，达到合理有效地开发地下水的目的。对于红层地下水开发工程建设，还需要开展进一步的水文地质、工程地质及环境地质勘查评价，通过工程技术及施工设计，才能开工建设，避免盲目性，消除各种风险。总之，地下水开发工程的建设也必须根据科学研究和认识自然的基本规律，以及地质工程及水利工程建设的基本程序，遵循相关的技术标准要求。结合丰富的实践经验，本书总结形成了红层地下水有效开发的工作流程（图3.1）。

图3.1 红层地下水勘查及开发工作流程图

由于红层储水构造犹如水循环过程中的一座座天然的调蓄坝塘、水库，具有对径流的天然调蓄功能，水量保证程度高。并且一般水质好，无需水处理或仅需简单处理便可达标，含水层分布广泛，开发利用输水距离短，地质环境条件稳定，开发工程占地极少，对解决严重干旱缺水地区分散的农村生活及生产用水和园地、林草、耕地抗旱保苗用水，尤其是应急供水，具有得天独厚的优势和不可替代的作用。因此，在自来水管网未到达又无合格的地表水源的农村或山地丘陵区，红层地下水作为分散供水和应急后备水源得到了广泛的开发利用。在很多情况下，每项开发工程的规模仅为一口单井或数口浅井，能满足一户人家或一个村寨、一个企事业单位供水需求即可。对于这样的小型开发工程建设，上述工作流程可以结合实际需要加以适当简化。主要围绕供水用户所在位置，在用户允许的范围内，通过对已有的区域水文地质调查资料的研究，根据红层地下水富集规律，从有利于汇水的地形地貌条件、有利于地下水富集的地层构造条件方面，圈定钻探靶区。然后进行野外详细调查论证，结合钻井施工和地下水开发利用条件，最终确定钻井位置。当供水量要求较大、井深也较大，而当地勘查研究程度又很低时，为了减小钻探风险，应选择适用而有效的物探方法，做必要的点、线探测，对地质认识进行验证后，再确定钻井位置，同时也为钻井地质设计和施工组织设计提供更多的依据。此外，当水文地质条件简单，现有资料较多，水源地已基本确定，少数管井便能满足需水要求时，可直接打探采结合井。当其他前提条件与前者类似，但可比拟的勘探资料少，按开采井要求直接实施钻探存在一定风险时，若地下水水位埋藏浅，可采用小径探、大径扩的方式实施钻探，能够获得经济而快速的效果。即：以110～130mm的孔径开钻，钻到地下水位并深入30m左右，用微型电潜泵进行简易抽水试验。结合钻探岩心编录和简易水文地质观测资料，分析推断钻孔涌水量有望满足供水要求后，再按成井要求改用大口径钻头扩孔，钻至设计深度，同时根据施工进度下套管、滤水管止水护壁成井，安装水泵抽水试验。

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