水文地質(zhì)學(xué)實(shí)驗(yàn)大綱和指導(dǎo)書(shū)

1、水文地質(zhì)學(xué)實(shí)驗(yàn)大綱及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)水文地質(zhì)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱實(shí)驗(yàn)一 孔隙與水一、實(shí)驗(yàn)課程目的與任務(wù)1加深理解松散巖石的孔隙度、給水度和持水度的概念。2熟練掌握實(shí)驗(yàn)室測(cè)定孔隙度、給水度和持水度的方法。二、實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容、要求及學(xué)時(shí)安排1熟悉給水度儀并對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定。2測(cè)定三種松散巖石試樣的孔隙度、給水度和持水度。學(xué)時(shí)安排：2學(xué)時(shí)。三、實(shí)驗(yàn)課程考核 完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，確定實(shí)驗(yàn)成績(jī)。四、主要參考資料教材：水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ) 章至潔等，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)：水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)講義實(shí)驗(yàn)二 達(dá)西滲流實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)課程目的與任務(wù)1通過(guò)穩(wěn)定流條件下的滲流實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步理解滲流基本定律達(dá)西定律。2加深理解滲流速度、水力梯度、

2、滲透系數(shù)之間的關(guān)系，并熟悉實(shí)驗(yàn)室測(cè)定滲透系數(shù)的方法。二、實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容、要求及學(xué)時(shí)安排1了解達(dá)西實(shí)驗(yàn)裝置。2根據(jù)達(dá)西公式： Q = KH/ L = K I，測(cè)定不同試樣的滲透系數(shù)K 。式中：Q滲透流量； 過(guò)水?dāng)嗝婷娣e；H 上下游過(guò)水?dāng)嗝娴乃^差；L滲透途徑； I 水力梯度。學(xué)時(shí)安排：2學(xué)時(shí)。三、實(shí)驗(yàn)課程考核 完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，確定實(shí)驗(yàn)成績(jī)。四、主要參考資料教材：水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ) 章至潔等，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)：水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)講義實(shí)驗(yàn)三 潛水模擬演示一、實(shí)驗(yàn)課程目的與任務(wù)1熟悉與潛水有關(guān)的基本概念，增強(qiáng)對(duì)潛水補(bǔ)給、徑流和排泄的感性認(rèn)識(shí)。2加深對(duì)流網(wǎng)概念的理解，培養(yǎng)綜合分析問(wèn)題的能力。二

3、、實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容、要求及學(xué)時(shí)安排1觀察地表徑流。2確定潛水面形狀。3分析地下水分水嶺的移動(dòng)。4演示不同條件下的潛水流網(wǎng)。學(xué)時(shí)安排：2學(xué)時(shí)。三、實(shí)驗(yàn)課程考核完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，確定實(shí)驗(yàn)成績(jī)。四、主要參考資料教材：水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ) 章至潔等，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)：水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)講義實(shí)驗(yàn)四 承壓水模擬演示一、實(shí)驗(yàn)課程目的與任務(wù)1熟悉與承壓水有關(guān)的基本概念，增強(qiáng)對(duì)承壓水的補(bǔ)給、排泄和徑流的感性認(rèn)識(shí)。2練習(xí)運(yùn)用達(dá)西定律的基本觀點(diǎn)分析討論水文地質(zhì)問(wèn)題。二、實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容、要求及學(xué)時(shí)安排1分析討論承壓含水層補(bǔ)給與排泄的關(guān)系。2觀測(cè)天然條件下泉流量的衰減曲線。學(xué)時(shí)安排：2學(xué)時(shí)。三、實(shí)驗(yàn)課程考核完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，確

4、定實(shí)驗(yàn)成績(jī)。四、主要參考資料教材：水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ) 章至潔等，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)：水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)講義水文地質(zhì)學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)實(shí)驗(yàn)一 孔隙與水一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?加深理解松散巖石的孔隙度、給水度和持水度的概念。2熟練掌握實(shí)驗(yàn)室測(cè)定孔隙度、給水度和持水度的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1熟悉給水度儀并對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定。2測(cè)定三種松散巖石試樣的孔隙度、給水度和持水度。可根據(jù)課程具體性質(zhì)編寫(xiě)三、實(shí)驗(yàn)儀器和用品1給水度儀(圖1 一1)。2十二指腸減壓器，或大號(hào)吸耳球，用以抽吸氣體。3量筒(25ml)和膠頭滴管。4松散巖石試樣：礫石（粒徑為510mm，大小均勻，磨圓好）；砂（粒徑為0.45mm0.6mm）；砂礫混合樣

5、（指把上述砂樣完全充填進(jìn)礫石樣的孔隙中得到的一種新試樣）。四、實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備工作1標(biāo)定透水石的負(fù)壓值透水石是用一定直徑的砂質(zhì)顆粒均勻膠結(jié)成的多孔板。透水石的負(fù)壓值是指在氣、液、固三相介質(zhì)界面上形成的彎液面產(chǎn)生的附加表面壓強(qiáng)。標(biāo)定方法如下：首先，飽和透水石并使試樣筒底部漏斗充滿水（最好用去氣水，即通過(guò)加熱或蒸餾的方法去掉水中部分氣體后的水）。具體做法是：將試樣筒與底部漏斗一起從開(kāi)關(guān)a處卸下（見(jiàn)圖1-1），浸沒(méi)于水中并倒置，將漏斗管口與十二指腸減壓器抽氣管連接，抽氣使透水石飽水，底部漏斗全充滿水。用彈簧夾在水中封閉底部漏斗管，倒轉(zhuǎn)試樣筒，將裝有水(可以不滿)的試樣筒放回支架。同時(shí)打開(kāi)a、b 兩開(kāi)關(guān)，在

6、兩管口同時(shí)流水的情況下連接塑料管。關(guān)閉a、b 開(kāi)關(guān)，倒去試樣筒中剩余的水，將A 滴定管液面調(diào)至零刻度，并與透水石底面水平。圖 1-1 給水度儀裝置圖圖 1-2 退水時(shí)給水度儀安置示意圖1裝樣篩；2篩板；3試樣筒；4透水石； 1H 為三通管液面到透水石第面的距離；5固定連接板；6試樣筒底部漏斗；7彈簧夾； 2三通管液面8硬塑料管；9滴管；10三通管第二步，測(cè)定透水石的負(fù)壓值。打開(kāi)a、b 開(kāi)關(guān)，緩慢降低A 滴定管，同時(shí)注意觀測(cè)其液面的變化。當(dāng)?shù)味ü芤好嫱蝗簧仙龝r(shí)，立刻關(guān)閉b 開(kāi)關(guān)。此時(shí)滴定管液面到透水石底面的高度就是透水石的負(fù)壓值。反復(fù)測(cè)定幾次，選其中最小數(shù)值(指絕對(duì)值)作為實(shí)驗(yàn)儀器所采用的負(fù)壓值

7、。2標(biāo)定試樣筒的容積將試樣筒裝滿水，用量筒或滴定管測(cè)出所裝水的體積即為試樣筒的容積。（以上兩步可以由實(shí)驗(yàn)室同志在實(shí)驗(yàn)課前做好。）五、實(shí)驗(yàn)步驟1連接：將試樣筒與滴定管裝滿水，同時(shí)打開(kāi)a、b 兩開(kāi)關(guān)，在兩管口同時(shí)流水的情況下連接塑料管。關(guān)閉a、b 開(kāi)關(guān)，倒去試樣筒中剩余的水。2檢查：試樣筒與滴定管連接之后，檢查儀器底部漏斗是否有氣泡，如有氣泡先要參照實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備工作中第1 點(diǎn)進(jìn)行排氣，然后重復(fù)第1 步。3裝樣：裝樣前，將A 滴定管液面調(diào)到零刻度，關(guān)閉a、b 開(kāi)關(guān)，用干布把試樣筒內(nèi)壁擦干(注意不要將干布接觸透水石)。裝礫石樣和砂樣時(shí)，不用安裝裝樣篩，直接將試樣逐次倒入試樣筒并輕振試樣筒以保證試樣密實(shí)，

8、直至與試樣筒口平齊。裝砂礫混合樣時(shí)，先按上述方法把礫石裝滿，再安裝裝樣篩，將砂樣從裝樣篩中漏入，直至完全充填礫石樣孔隙。4測(cè)定孔隙度適當(dāng)抬高滴定管，使其液面略高于試樣筒口。打開(kāi) a、b 開(kāi)關(guān)(同時(shí)用手表計(jì)時(shí))，用b 開(kāi)關(guān)控制進(jìn)水速度。試樣飽水后立即關(guān)閉b 開(kāi)關(guān)。記下A 滴定管進(jìn)水量及飽水累計(jì)時(shí)間，填入附表一。進(jìn)水量(體積)與試樣筒容積之比就是這種試樣的孔隙度。5測(cè)定給水度將 A 滴定管加滿水并裝上三通管。用膠頭滴管調(diào)整三通管液面（如圖12）。將B滴定管初始刻度調(diào)至100m1 處。同時(shí)降低A、B 滴定管后，打開(kāi)b 開(kāi)關(guān)，使從試樣中退出的水沿三通管進(jìn)入B 滴定管。退水過(guò)程中，三通管液面到透水石底面

9、的距離不得大于透水石的選用負(fù)壓值。退水終止后，將退水量和累計(jì)退水時(shí)間記入表1。退水量（體積）與試樣體積之比就是試樣的給水度。6重復(fù)上述3、4、5 步驟，測(cè)定另兩種試樣的孔隙度和給水度（也可以分組測(cè)定不同試樣，各組交換實(shí)驗(yàn)記錄）。六、實(shí)驗(yàn)成果1完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告表（附表一）。2回答下列問(wèn)題：（1）從試樣中退出的水是什么形式的水？退水結(jié)束后，試樣中保留的水是什么形式的水？（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析比較松散巖石的孔隙度、給水度、持水度與粒徑和分選的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)二 達(dá)西滲流實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)穩(wěn)定流條件下的滲流實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步理解滲流基本定律達(dá)西定律。2加深理解滲流速度、水力梯度、滲透系數(shù)之間的關(guān)系，并熟悉實(shí)驗(yàn)室

10、測(cè)定滲透系數(shù)的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1了解達(dá)西實(shí)驗(yàn)裝置。2根據(jù)達(dá)西公式： Q = KH/ L = K I，測(cè)定不同試樣的滲透系數(shù)K 。式中：Q滲透流量； 過(guò)水?dāng)嗝婷娣e；H 上下游過(guò)水?dāng)嗝娴乃^差；L滲透途徑； I 水力梯度。三、實(shí)驗(yàn)儀器及用品1達(dá)西儀（圖21），分別裝有不同粒徑的均質(zhì)試樣：礫石（粒徑510mm）；粗砂（粒徑0.60.9mm）；砂礫混合（與的混合樣）。2秒表。3量筒（100ml,500ml 各一個(gè)）。4直尺。5計(jì)算器。四、實(shí)驗(yàn)步驟1測(cè)量?jī)x器的幾何參數(shù)（實(shí)驗(yàn)員準(zhǔn)備）。分別測(cè)量過(guò)水?dāng)嗝婷娣e()、測(cè)壓管a、b、c的間距或滲透途徑(L)；記入附表二。2調(diào)試儀器（實(shí)驗(yàn)員準(zhǔn)備）。打開(kāi)進(jìn)水開(kāi)關(guān)2，

11、待水緩慢充滿整個(gè)試樣，且出水管有水流出后，慢慢擰動(dòng)開(kāi)關(guān)2，調(diào)節(jié)進(jìn)水量，使a、c 兩測(cè)壓管讀數(shù)之差最大。同時(shí)注意打開(kāi)排氣口排盡試樣中的氣泡，使測(cè)壓管a、b 的水頭差與測(cè)壓管b、c 的水頭差相等。3測(cè)定水頭待a、b、c 三個(gè)測(cè)壓管的水位穩(wěn)定后，讀出各測(cè)圖 21 達(dá)西儀裝置圖1試樣；2進(jìn)水開(kāi)關(guān)；3出水管；4測(cè)壓管；5儀器架；6排氣口壓管的水頭值，記入附表二中。4測(cè)定流量在進(jìn)行步驟3 的同時(shí)，利用秒表和量筒測(cè)量t時(shí)間內(nèi)水管流出的水體積，及時(shí)計(jì)算流量Q。連測(cè)兩次，使流量的相對(duì)誤差小于5 相對(duì)誤差= （Q2 Q1）÷（Q1 + Q2）/2×100%, 取平均值記入附表二。 5由大往小調(diào)

12、節(jié)進(jìn)水量，改變a、b、c 三個(gè)測(cè)壓管的讀數(shù)，重復(fù)步驟3 和4。6重復(fù)第5 步驟l 一3 次。即完成35 次試驗(yàn)，取得35 組數(shù)據(jù)。7按記錄表計(jì)算實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并抄錄其它小組另外兩種不同試樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(有條件的，可分別做不同的試樣)。注意：(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要及時(shí)排除氣泡。(2)為使?jié)B透流速水力梯度（ I ）曲線的測(cè)點(diǎn)分布均勻，流量（或水頭差）的變化要控制合適。五、實(shí)驗(yàn)成果1提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告表(附表二)。2在同一坐標(biāo)系內(nèi)繪出三種試樣的 I 曲線，并分別用這些曲線求滲透系數(shù)K值，與直接據(jù)附表二中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。思考題（任選2 題回答）1為什么要在測(cè)壓管水位穩(wěn)定后測(cè)定流量？2討論三種試樣的 I 曲線

13、是否符合達(dá)西定律？試分析其原因。3將達(dá)西儀平放或斜放進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，其結(jié)果是否相同？為什么？4比較不同試樣的K 值，分析影響滲透系數(shù)K 值的因素。實(shí)驗(yàn)三 潛水模擬演示一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉與潛水有關(guān)的基本概念，增強(qiáng)對(duì)潛水補(bǔ)給、徑流和排泄的感性認(rèn)識(shí)。2加深對(duì)流網(wǎng)概念的理解，培養(yǎng)綜合分析問(wèn)題的能力。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1觀察地表徑流。2確定潛水面形狀。3分析地下水分水嶺的移動(dòng)。4演示不同條件下的潛水流網(wǎng)。三、實(shí)驗(yàn)儀器及用品1地下水演示儀(圖4-1)。該儀器的主要組成部分及功能介紹如下：(1)槽體：內(nèi)盛均質(zhì)砂，模擬含水層。(2)降雨器：模擬降雨，可人為控制雨量大小及降雨的分布。(3)模擬井：兩個(gè)完整井和兩個(gè)非完整井

14、分別裝在儀器的正面(A 面)和背面(B 面)，均可人為對(duì)任一井進(jìn)行抽(注)水模擬，也可聯(lián)合抽(注)水。(4)模擬集水廊道：可人為控制集水廊道的排水。(5)測(cè)壓點(diǎn)：與測(cè)壓管架上的測(cè)壓管連通，可以測(cè)定任一測(cè)壓點(diǎn)的測(cè)壓水頭；與示蹤劑注入瓶連通可以演示流線。(6)測(cè)壓管架。(7)示蹤劑注入瓶。(8)穩(wěn)水箱：用于穩(wěn)定河水位。2示蹤劑選用紅墨水演示流線。3直尺(50cm)和計(jì)算器等。圖41 地下水演示儀裝置圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1 熟悉地下水演示儀的結(jié)構(gòu)及功能。2 地表徑流的演示。打開(kāi)降雨開(kāi)關(guān)，人為調(diào)節(jié)降雨強(qiáng)度。保持兩河較低水位排水。認(rèn)真觀察地表徑流產(chǎn)生情況。分析討論：(1)降雨強(qiáng)度與地表徑流的關(guān)系。(2)地形與

15、地表徑流的關(guān)系。3觀測(cè)有入滲條件的潛水面形狀如圖 4-2 所示，潛水含水層中，等勢(shì)線上各點(diǎn)的水頭都相等，即B、C、D 各點(diǎn)測(cè)壓水位分別與潛水面上M、N、O 各點(diǎn)的測(cè)壓水位相等。由此可以按以下具體步驟確定潛水面形狀。(1)中等強(qiáng)度降雨，保持兩河同等低水位排水，待水位穩(wěn)定后測(cè)定井水位和河水位，并按比例表示在A 剖面圖上（見(jiàn)附圖一）。(2)在河與分水嶺之間選擇35 個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，注入示蹤劑，觀察流線特征，分析流網(wǎng)分布規(guī)律，在A 剖面圖上畫(huà)出流線和等勢(shì)線。(3)選擇35 個(gè)測(cè)壓點(diǎn)與測(cè)壓管連接(注意連接時(shí)不要進(jìn)氣)，測(cè)定測(cè)壓水位，按比例表示在A 剖面圖上。自各測(cè)壓點(diǎn)測(cè)壓水位頂點(diǎn)作水平線交各測(cè)壓點(diǎn)所在的等勢(shì)線

16、(各交點(diǎn)均在潛水位線上)。結(jié)合井水位和河水位以及各平行線與等勢(shì)線的交點(diǎn)，在A 剖面圖上描繪潛水位線。圖 42 潛水含水層中等勢(shì)線任一點(diǎn)水頭示意圖1等勢(shì)線；2流線；3測(cè)壓管C 涂黑部分為該點(diǎn)測(cè)壓高度；4隔水底板；5含水層；6河水位及潛水位4觀測(cè)地下分水嶺的偏移中等強(qiáng)度均勻降雨，保持兩河等值低水位排水，觀察地下分水嶺位置。抬高一側(cè)河水位，即抬高一側(cè)的穩(wěn)水箱。觀察地下分水嶺向什么方向移動(dòng)。試分析為什么分水嶺會(huì)發(fā)生移動(dòng)？能否穩(wěn)定？停止降雨，地下分水嶺又將如何變化？認(rèn)真觀察停止降雨后地下分水嶺變化過(guò)程。5人為活動(dòng)影響下地下水與河水的補(bǔ)給和排泄關(guān)系的變化（此項(xiàng)為選擇內(nèi)容）中等強(qiáng)度降雨，保持兩河同等較高水位

17、排水。選擇35 個(gè)測(cè)壓點(diǎn)注入示蹤劑。使地下水位處于穩(wěn)定的初始狀態(tài)。具體演示：（1）集水廊道抽水：打開(kāi)集水廊道開(kāi)關(guān)進(jìn)行排水。觀察流線變化特征，分析集水廊道排水對(duì)地下水與河水的補(bǔ)給和排泄關(guān)系的影響。（2）完整井抽（注）水：恢復(fù)初始狀態(tài)。打開(kāi)兩個(gè)完整井開(kāi)關(guān)，一個(gè)抽水，一個(gè)注水。觀察地下分水嶺的變化及流線形態(tài)。（3）非完整井抽水：恢復(fù)初始狀態(tài)。打開(kāi)兩個(gè)非完整井的開(kāi)關(guān)，通過(guò)開(kāi)關(guān)控制兩個(gè)非完整井等降深抽水。在適當(dāng)?shù)臏y(cè)壓點(diǎn)上注入示蹤劑，觀察流線形態(tài)并在B 剖面圖（附圖一）上描繪地下水流線。分析討論：兩非完整井等降深抽水時(shí)，各井的抽水量是否相等?五、實(shí)驗(yàn)成果1在附圖一上根據(jù)步驟3 繪制A 剖面流網(wǎng)圖；根據(jù)步驟

18、5（3）的演示，在B 剖面上示意畫(huà)出兩非完整井等降深抽水時(shí)的流網(wǎng)圖。2對(duì)于河間地塊含水層，當(dāng)河水位不等時(shí)，地下水分水嶺偏向哪一側(cè)?試分析其原因?實(shí)驗(yàn)四 承壓水模擬演示一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉與承壓水有關(guān)的基本概念，增強(qiáng)對(duì)承壓水的補(bǔ)給、排泄和徑流的感性認(rèn)識(shí)。2練習(xí)運(yùn)用達(dá)西定律的基本觀點(diǎn)分析討論水文地質(zhì)問(wèn)題。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1分析討論承壓含水層補(bǔ)給與排泄的關(guān)系。2觀測(cè)天然條件下泉流量的衰減曲線。三、實(shí)驗(yàn)儀器和用品1承壓水演示儀（如附圖二）。該儀器的主要組成部分的功能如下：（1）含水層：用均質(zhì)石英砂模擬。（2）隔水層：用粘土模擬。構(gòu)成大致等厚的承壓含水層的頂板和底板。（3）斷層上升泉：承壓含水層主要通過(guò)泉排泄，泉水通過(guò)開(kāi)關(guān)9 排出，可用秒表和量筒配合測(cè)量其流量。（4）模擬井（虛線部分為濾水部分）：中間b 井和開(kāi)關(guān)8 連通，通過(guò)開(kāi)關(guān)8 可以控制b 井的抽(注)水。（5）模擬河：承壓含水層接受河流補(bǔ)給，通過(guò)調(diào)整穩(wěn)水箱(開(kāi)關(guān)7 接穩(wěn)水箱)的高度控制補(bǔ)給承壓含水層的河水水位。（6）隔水板：上部穿孔，河水可以通過(guò)穿孔部分補(bǔ)給承壓含水層。2秒表。3量筒：500ml、50ml、2