简论水文地质勘察技术的科学应用

简论水文地质勘察技术的科学应用
多年来，由于对地下水的生态环境效应认识不足，重视不够，各地长期过量不合理开发利用地下水，引发了一系列严重的环境水文地质灾害，诸如地下水水位持续下降形成区域地下水降落漏斗并不断扩张、含水层疏干、劣质水进入供水含水层、供水井吊栗、泉水断流、地面沉降和塌陷等，其中仅发生地面沉降和塌陷的城市即达百座之多。

水文地质问题已经成为了制约工程质量的重要因素，进一步重视水文地质勘察，获取准确的水文地质参数使其为工程建设服务，已经成为一大重要的研究课题。

一、水文地质的主要问题及危害
由于人类的经济建设活动引起的环境水文地质问题日益严重，这类问题的潜伏期长，影响范围广，治理困难。

因此在建设初期，必须制定工程水害防治宏观决策，有效开展水文地质条件勘探和水害防治。

由人类开发建设活动引起的环境水文地质问题主要指由于大规模不合理采地下水所引起的地面下沉，并由此引起房屋塌裂；过量开釆地下水形成地下漏斗，引起农民饮用水井掉粟、水田变旱田，甚至引起土质沙化，水质恶化，污染物在地下水中的迁移扩散加快，沿海地区还会引起海水倒灌，良田变荒滩；水库、忙灰场等引起的地下水温度场、化学场、流场改变，影响人们正常的生产和生活；矿山开釆或开凿險道等造成的地下水疏千和排泄方式改变，甚至地面塌陷等。

二、水文地质勘察的主要原则
首先，立足于供水的安全可靠，优先选择供水保证率高和水源开发条件好的地下水水源地。

大型岩溶泉水、岩溶地下水，补给条件好的冲洪积扇、厚层第四系冲洪积层，往往是工程供水的首选对象。

注重了三水转化理论的应用，将地下水与地表水统一考虑进入水资源评价系统。

第二，重视多孔和群井抽水试验，将稳定流和非稳定流理论结合起来，计算水文地质参数。

第三，着眼于将完整的水文地质单元作为水资源评价的区域，在查明补给、径流、排泄以及边界条件的基础上建立水资源数学模型，综合考虑水资源开发利用现状、区域经济的发展，同时采用几种不同的水资源评价方法，进行对比分析，客观、科学地评价水资源的质和量，最终确定工程可以获得的可开采资源量。

第四，坚持可持续发展的原则，注意水资源的开发利用与环境保护的有机结合
三、工程建设中水文地质勘察的主要技术及应用
1.钻探技术在水文地质领域的应用现状
水文钻探是直接探明地下水的一种最重要、最可靠的勘探手段，是进行各种水文地质试验必需的工程，也是对地下水调查、水文地质物探成果所得出的地质结论进行检验的主要方法。

其基本任务一般为：通过岩芯揭露地层厚度、结构、岩性特征，查明主要含水层埋深、厚度、结构等特征；借助钻孔开展各种水文地质试验，获取相关参数；采集水、土样品，分析检测水质及岩土水理性质。

水文钻探大多工作在第四纪的卵砾层、砂层、粘土层或基岩裂隙层。

这些地层给钻探工作带来的问题是塌坍、漏失和不易取芯等。

故称为“复杂地层”，即发生事故多，效率低，钻进和采芯都困难的地层。

由于要获得分层水文地质资料，就要求切断各含水层之间的水力联系。

因此，下入套管的层次多；钻孔直径大；止水要求严格；井身结构复杂。

由于地层复杂，即使在一个钻孔中，往往会遇到迥然不同的几种地层，因此，使用多种钻进方法。

由于钻进方法多，要求钻进设备与之相适应。

因此，当前水文地质水井钻探所用的设备类型繁多。

由于水文地质水井钻探孔径大，破碎岩屑多；因此，给钻探工人增加了劳动强度。

2.物探技术在水文地质领域的应用现状
水文地质物探因其成本低、速度快等特点被广泛应用于水文地质勘察工作中。

其基本原理是依据不同含水岩土体、水体之间的物性差异来判断岩性、构造和富水性，为分析水文地质条件提供依据。

常用水文地质物探方法有：电阻率法、自然电场法、激发极化法、交变电磁场法、核磁共振找水、地震勘探、天然放射性找水法和地球物理测井法。

地下水资源勘察的主要任务是探明含水层的位置、储量及空间分布。

对于高电阻率含水介质而言，水分的存在降低了其电阻率。

利用电测深曲线解译的方可达到上述目的，但由于勘察范围有限，使其工作效率不高。

ERT方法可快速完成大范围地电数据的采集，通过对所采集的数据反演成像，直观地实现地质空间中含水介质精细结构的探测，便于全面地了解含水介质的富水性及位置，具有明显的优势。

近年来，地面核磁共振技术成为了一大热门的研究领域，地面核磁共振系统对地下水水信息反映比较灵敏，由于在地面交变电流形成的交变磁场激发下，使地下水中氢核通过吸收交变电磁场提供的能量，使氢核旋进运动，跃迁到高能态，产生核磁共振现象，如果有地下水存在，大量氢核会产生核磁共振产生NMR 信
号，在切断电流脉冲后可接收到该信号，NMR信号包络线呈指数规律衰减，信号强弱或衰减快慢直接与水中质子的数量有关，即NMR 信号的幅值与所探测空间内自由水含量成正比。

如果没有地下水赋存时，没有氢核被激发产生NMR 信号，所以就接收不到NMR 信号，只有噪音。

地面核磁共振系统对是对地下一定深度范围内的氢原子核进行激发，所以接收到的信号时该深度范围内的NMR 信号，其信号振幅大小反映该深度范围内氢核总量所产生的NMR 信号强度，所以当地下含水层含水总量相同，即含水层厚度与含水量的乘积相同，其MRS 的振幅就相同或相近。

3.GIS在水文地质领域的应用现状
近年来，国际上已将GIS技术成功地運用在地下水勘察与评价工作之中，尤其将GIS与RS和GPS技术相结合，极大地提高了地下水勘察与评价的精度和工作效率。

例如，英国赫特福德大学的M. T. Richard教授（1995）：在加纳沃尔塔盆地应用RS与GIS技术识别地下水开采有利地带的工作，他们利用了美国克拉克大学在联合国培训研究院支持下开发的GIS软件---IDRISI，对能反映与地下水赋存有关的植被、土壤、地质及地貌等特征的TM三个波段简单反差增强直方图进行了处理，得到了三个线性构造反差增强图像，然后利用评价体系，将从三个不同TM波段获取的二个线性构造图相叠加合成线性构造图，通过RS和GIS定位的场地与水井或已有的成功钻孔的位置进行了比较，结果表明用GIS确定的井位，有55%位于井或钻孔200m以内，而以前在此地区，利用航片解译的线性构造图进行定位的成功率仅为13%。

由此可见，通过将卫星图像处理、野外资料和GIS分析融合到一个整体中去，提高了找水靶区的准确率，费用低，使用简单；国内潘世兵、王忠静、孙江涛（2010）利用GIS技术建立了黄河三角洲地区浅层地下水开发适宜性综合评价模型。

评价模型考虑了浅层地下水补给，含水层导水性和储水性、地下水水质、土地利用以及地下水开采对环境影响等多因素，评价结果为地下水开发适宜性等级分区图，取得了满意的结果，具有重要的实用意义。