在天然条件下,通常可以判别以下3 种地下水位动态特征:①库坝区两岸地质体中的地下水位高程大于地表水位,即在与相邻河谷之间存在地下水分水岭;②库坝区地下水位埋深接近于河床底部高程,而与相邻河谷之间不存在地下水分水岭;③库坝区地下水位深埋于库区河床之下。前一种地下水动态特征一般出现在湿润气候地区或山区,而后两种地下水动态特征则主要出现在半干旱或干旱气候地区。
分析库坝区地下水位动态特征一般是通过钻孔内地下水位的观测来进行的。需要指出的是,在钻孔成孔过程中孔内所见水位的变化隐含着极为丰富的信息(宋汉周,1990)。归纳起来,在钻孔钻进过程中孔内所见水位的变化有如下6 种情形可以判别,见图3.2.1。
(1)钻进过程中所见水位相对稳定,即地下水流不存在垂向流分量。此表明,钻孔所揭露的含水层岩性组成单一,介质的水力传导性沿垂向无明显的变化,其水位沿孔深的变化曲线见图3.2.1 中曲线a。
图3.2.1 几种常见的钻孔地下水位随孔深变化曲线
(2)钻进过程中所见水位不稳定,即地下水流有一个向下的分量。此表明,钻孔所揭露的岩性具有良好的垂向水力传导性,其水位沿孔深的变化曲线见图3.2.1 中曲线b。
(3)钻进过程中所见水位不稳定,即地下水流有一个向上的分量。此表明,钻孔所揭露的含水层具有非均质、各向异性的水力传导性,以致在其所揭露的局部地段上的径流强度大于相邻地段的,而使成孔过程中地下水位埋深随孔深增大呈减小的趋势,其变化曲线见图3.2.1 中曲线c。
(4)钻进过程中当揭穿承压含水层顶板时,孔中水位呈明显的非稳定态即很快上升,以致接近地表并可能溢出,其变化曲线见图3.2.1 中曲线d。(www.daowen.com)
(5)钻孔过程中,地下水位在某一试段内相对稳定,但在继续钻进过程中变得不稳定而呈下降的趋势。此表明,钻孔所揭露的含水层组在剖面上具有“双层结构”的特征,并且位于较深部的含水层的水位(测压水位)低于其上部的含水层水位。这样,当钻孔揭穿第二个含水层的顶板时,孔中所见水位呈下降的趋势,其水位随孔深变化曲线见图3.2.1 中曲线e。
(6)钻孔中的水位在某一试段内也相对稳定,但在进行钻进过程中变得不稳定而呈上升的趋势。此表明,钻孔所揭露的含水层组的水文地质特性与上述第5 种情形相似,只是位于较深处的含水层的测压水位大于其上部含水层的水位,其水位随孔深变化曲线见图3.2.1 中曲线f。
综上所述表明,钻孔成孔过程中不同深处地下水位及其随孔深的变化,很大程度上反映了钻孔所揭露的岩(土)体介质的水力传导性质及其在垂向上的变化。显然,成孔后孔内的稳定水位实际上是一个混合水位,因而仅具有平均的意义。
钻孔成孔过程中,孔内地下水位的变化不仅与孔周围一定范围内地质体垂向上的渗透性变化有关,而且还与钻孔所处的地下水流系统的具体位置有关。根据流网理论,位于水流系统的补给区的地下水总水头势是随深度增大而趋于减小的;而位于排泄区则随深度增大而增大。由此可见,在分析钻孔成孔过程中孔内地下水位动态时,既要从细观的角度分析孔周围地质体的水力传导性,也要从宏观的方面判定该孔位于地下水流动系统中所处的位置。
在可溶岩分布地区,由于岩性、岩相以及地质构造的原因通常使岩溶化作用及其演变具有差异性,从而导致岩溶介质水力传导性的不均一性更显著于非岩溶介质。以致可能会出现如下情形。①在具有区域性的地下水位以下的某些岩溶化裂隙中的水体彼此间不存在水力联系,导致局部的地下水流偏离总的水流趋势;②在主含水层之上的局部地段的岩溶裂隙网络与构成主含水层的系统之间彼此隔离,储存于前者中的地下水具有“上层滞水”的特征。如位于长江支流清江某水利水电工程枢纽左岸土地岭河间地块的71 号钻孔,在其钻进过程中观测到孔内存在多重水位特征。其中,上层地下水位相对稳定在高程91.53m,而高出区域主含水层水位8.5m。
显然,当钻孔所钻深度小于主含水层的埋深时或相邻孔位介质的透水性较弱时,均有可能使孔中所见水位偏离主含水层水位,而若以局部地下水位认为就是区域地下水位,则将导致对库坝区渗漏预报的错误结论。
总之,在分析天然条件下库坝区地下水位动态时,应仔细测量钻进过程中不同深处的地下水位,并深入探讨其随孔深变化的形成机理。对于后者的分析既要从细观的(如钻孔岩芯)又要从宏观的(如区域水文地质条件)方面加以综合探讨。
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