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博客主人:拜水堂谭增任

 
 
 

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[原创]《地质生涯过,实践经验存》之二  

2012-09-15 15:39:44|  分类: 白色回忆 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 [原创]《地质生涯过,实践经验存》之二 - tanzengren - tanzengren的博客

 

 

       按:8月中旬我去兰州时见了甘肃地矿报总编刘崇贵,退休前我就认识他,比较熟悉。我说给你写点东西要不要?他说欢迎!欢迎!从兰回来我就写了《地质生涯过,实践经验存》这一篇。也不知他“欢迎欢迎”什么样的稿子?就把此篇寄去。不管他要不要,我先放在博客上。

 

《地质生涯过,实践经验存》 之二

三、河床渗漏,水到哪去了?

       地下水的来源 是由大气降水和河流湖泊等水体的渗入,这已经是专业界的常识。但是在1958年河西走廊西部的疏勒河上为了建昌马大坝立项,在昌马堡进行了穿过河下砾石层的硐探。平洞挖成后,竟是干的,没有一滴水渗漏下来,一时把人弄糊涂了。听参与工程的前辈讲,河床到底渗漏不渗漏?当时他们甚至怀疑了。其实这是一个有关地下水形成的古老辩题。古希腊学者就曾提出海水通过渗透,在地下脱去盐分成为地下水的命题。这里已经包含了渗入说。到了近一百多年前,有关地下水形成的渗透说已排除了海水渗入,而引入降水渗入。德国水文学家福利盖尔怀疑此说,他在大雨中挖土察验,发现士层仅润湿数厘米,因此否认渗入说,并在1877年提出凝结水说。但是有学者计算,如果疑结说成立,地下的水气就要像风一样循环。从而凝结说失去信任,渗入说仍占上风。但是实践中遇到象昌马平洞那种现象也不少,用现有的渗入理论解释亦难。人们在工作中遇到这种问题只能采取“驼鸟战术”,假装问题不存在,硬是用渗入说的公式进行水文地质计算。

        但是我考虑这样的做法不妥。我们进行地下水资源评价的原则和方法必须尽可能是准确的和科学的。因此我设计了一个验测地表水渗入的试验。这个试验的目的,第一是要解决地表水是否发生下渗?如果第一问得到肯定的结果,那么第二问就是这些渗入水所处的形态和下渗的途径又是怎样的?

        我选择了一个两米左右的土坎。在其上部平台挖了一个水池,注满水并保持固定水头。在土坎底部掏一洞穴,进深达于水池下方。进行观测了足够的时间,一直没有见到水从洞穴顶板漓下,情况和昌马平洞相一致。这时我取一马口铁质打酱油的漏斗镶嵌于洞穴顶板上。只20分钟即有顶板的渗漏水从漏斗水管滴出。此现象说明,水池的渗漏水呈毛细水运动,在洞穴界面,虽然土体的毛细管被截断,但水仍不能突破其毛细管口的表面张力而聚集成滴,而是改变路线绕过洞穴继续下渗。当加装漏斗之后,渗入水被囿于漏斗范围內,聚拢成重力水,才从管口滴出来。

        这个简单的装解决了地表水渗入补给地下水的谜团,我甚至把它视为一种仪器。有水头落差,有渗流距离,有渗漏量,有漏斗的截水面积或水池的底面积,套用达尔西渗流公式很容易计算重要的参数“渗透系数”。此是该仪器较大的实际意义所在。我于1981年在《水文地质工程地质》杂志第六期发表了论文《地中渗透漏斗装置》。

 

四、加大口径

        水文地质学是上世纪50年代从苏联引进我国的。该学科是将地下水做为一种流体矿床来勘探和评价。对于中、苏这样的大国,进行大范围的水文地质勘察是有实际意义的。由于本学科的引入,在中国也第一次有了水文地质钻孔这种勘探形式。最初的水文地质钻探,井管都在150毫米以内,称为“小口径”。当时采用“小口径”除了在于施工易、成本低外,在理论上也并无不妥。因为在“地下水向直立集水建筑物运动”的求布衣方程式的决定因素中没有“井径”这一项。也就是说井径的大小在涌水量试验和富水性 评价中不起作用。但实践经验却与此相反,井的直径越大,涌水量就越大,富水性也越强。所以从50年代到60、70年代勘探井和开采井的直径越“长”越大,从150毫米增加到300毫米,相应的诵水量也从每日千余方增加到数千方,甚至过万。今日的机井,井管直径更达到400至500毫米。但是井径增加为什么出水量也增加,这原因却无人知道。

        70年代末,以抽水试验见长的同事何新亚工程师反映,他在一个观测孔中观测到其水位降超过了主井的水位降深s。我想到,求布衣方程式的条件和抽水井的实际工作情形肯定有不相符之处,尤其是在巨大厚度的含水层和非完整井情况下,所要求条件和实际情况脱节一定更为严重。我在西渠幅工作时设计了井壁测压试验,就是在贴近井壁的不同位置上设置多达十根测压管,用以观测抽水试验中的动水头规律。我问长于成井工艺的周兴智工程师:这个设计能实现吗?他说行。我们就这样做了。

        试验结果得知,抽水过程中渗流场的等势面不像求布衣方程描写的那样是以井为轴心的圆筒形,而是一个轴向沿着井轴的纺锤体。负压最大的位置也不是在井口,而是在水泵进水口位置的纺锤体的核心。所以接近“核心”部位的测压管测得的水头都低于水井的抽水降深值s。依据这个试验,我写了一篇题为《井壁测压试验及其意义》的论文发表在《水文地质工程地质》期刊1984年笫五期上。

        通过这个试验也定性地解决了井径和涌水量的关系问题。因为渗流网显示,抽水当中,井径越小,等势面围成的纺锤体就愈加瘦长;井径愈大,这一纺锤体就愈加接近球体。在抽水设施功率相同的情况下,当然从球状的渗流场取出的水量会大于从纺锤状渗流场取出的水量。

 

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