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1、第8章供水水文地質(zhì)勘察第1節(jié)概述 尋找地下水源而開(kāi)展的各項(xiàng)工作統(tǒng)稱為供水水文地質(zhì)勘察勘察的目的是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)有關(guān)部門(mén)的水源地設(shè)計(jì)和建設(shè)提供所需要的水文地質(zhì)資料。1.供水水文地質(zhì)工作者的任務(wù)根據(jù)甲方(用水單位)要求進(jìn)行水文地質(zhì)勘察工作,并完成以下任務(wù):查明當(dāng)?shù)氐牡叵滤|(zhì)與水文地質(zhì)條件、尋找并確定地下水取水源地。根據(jù)不同用水要求,進(jìn)行水源地的勘察及水質(zhì)、水量的評(píng)價(jià),并提供評(píng)價(jià)的依據(jù)。提出取水構(gòu)筑物選擇與布置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案(初步設(shè)計(jì))。闡明水源地環(huán)境保護(hù)的水文地質(zhì)依據(jù)。研究地下水的開(kāi)采動(dòng)態(tài),以便確定地下水開(kāi)采管理中的合理開(kāi)采量及開(kāi)采制度。提交水源地勘察報(bào)告。給水工作人員將根據(jù)勘察報(bào)告正確地進(jìn)行給水源地
2、的設(shè)計(jì)(施工圖設(shè)計(jì)),即設(shè)計(jì)開(kāi)采井的布局,井的結(jié)構(gòu)與供水管網(wǎng)的設(shè)計(jì),以及進(jìn)行開(kāi)采后生產(chǎn)井的管理工作。因此要求給水工作者必須學(xué)會(huì)閱讀和利用水文地質(zhì)勘察報(bào)告;讀懂報(bào)告中提供的所有條件;所以給水人員不僅應(yīng)有一定的水文地質(zhì)基本知識(shí),了解進(jìn)行水資源評(píng)價(jià)的計(jì)算方法與依據(jù);而且還應(yīng)懂得一些水源勘察的基本方法,以便進(jìn)行地下水供水源地的合理設(shè)計(jì)。 2.水文地質(zhì)資料的收集在水源勘察開(kāi)始之前的準(zhǔn)備工作中,應(yīng)收集下列水文地質(zhì)資料:(1)專門(mén)的水文地質(zhì)勘察資料:了解擬開(kāi)采地下水的地區(qū)是否進(jìn)行過(guò)供水水文地質(zhì)勘察工作。因?yàn)橐恍I(yè)的水文地質(zhì)單位常常對(duì)一些城市及工礦附近地區(qū)進(jìn)行過(guò)這項(xiàng)工作。(2)綜合性水文地質(zhì)普查資料:所謂綜
3、合性水文地質(zhì)普查,就是在較大的區(qū)域內(nèi)主要靠水文地質(zhì)測(cè)繪,配合少量的鉆探、物探工作,對(duì)整個(gè)區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)條件做一般了解。我國(guó)已在很多地區(qū)進(jìn)行過(guò)這種綜合性水文地質(zhì)普查,其資料雖還不能直接作為設(shè)計(jì)的依據(jù),但對(duì)擬開(kāi)采地下水地段的水文地質(zhì)規(guī)律可提供重要線索。(3)地質(zhì)普查及礦產(chǎn)勘察報(bào)告中的水文地質(zhì)資料:在普查找礦和礦區(qū)的勘察工作中,一般都有一些個(gè)別水點(diǎn)(民井、泉等)的調(diào)查資料以及礦區(qū)水文地質(zhì)條件的論述。這種資料對(duì)分析研究一個(gè)地區(qū)的水文地質(zhì)條件也會(huì)有重要的參考價(jià)值。 3.勘察工作的內(nèi)容與程序水文地質(zhì)勘察工作應(yīng)根據(jù)城鎮(zhèn)、廠礦企業(yè)的不同特點(diǎn)和不同發(fā)展方向,因地制宜開(kāi)展工作。對(duì)于地下水動(dòng)態(tài)基本受自然因素控制的
4、未開(kāi)采區(qū)和少量開(kāi)采區(qū),應(yīng)按一般要求有步驟分階段進(jìn)行供水水文地質(zhì)勘察工作,包括水文地質(zhì)測(cè)繪、物探、鉆探、抽水試驗(yàn)和地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)等;對(duì)于地下水動(dòng)態(tài)主要受開(kāi)采因素控制,并出現(xiàn)與地下水開(kāi)采有關(guān)環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的開(kāi)采區(qū),應(yīng)分別情況確定工作內(nèi)容,包括開(kāi)采現(xiàn)狀調(diào)查、補(bǔ)給條件調(diào)查、邊界條件調(diào)查、水質(zhì)污染調(diào)查,以及與開(kāi)采有關(guān)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題調(diào)查、勘察與試驗(yàn),地下水動(dòng)態(tài)與均衡觀測(cè)等。 勘察工作程序是:接受任務(wù)確定工作方案編制勘察綱要野外作業(yè)資料整理提交報(bào)告檢查驗(yàn)收質(zhì)量評(píng)定。4.勘察階段的劃分通常分為初勘與詳勘兩個(gè)基本階段。(1)初勘階段主要任務(wù)是解決水源地具體位置問(wèn)題。通過(guò)水文地質(zhì)勘察,在查明水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上,對(duì)
5、可能利用的水源進(jìn)行初步的質(zhì)與量的評(píng)價(jià),加以比較和論證,確定擬建水源地,為給水工程初步設(shè)計(jì)和詳細(xì)勘察提供依據(jù)。(2)詳勘階段主要任務(wù)是在擬建水源地及其取水建筑物范圍內(nèi)進(jìn)行勘探及試驗(yàn)工作,以便全面地評(píng)價(jià)地下水資源,并提出最佳開(kāi)采方案,為給水工程施工圖設(shè)計(jì)取水構(gòu)筑物類型、布置方式提供資料依據(jù)。 5.允許開(kāi)采量的精度及其保證率要求 允許開(kāi)采量的精度是隨著勘察階段的發(fā)展而不斷提高的。允許開(kāi)采量的精度分為A、B、C、D、E共5級(jí)。E級(jí)精度最低,主要以搜集資料,用經(jīng)驗(yàn)的水文地質(zhì)參數(shù)估算,為預(yù)測(cè)資源量。D級(jí)要求通過(guò)小比例尺水文地質(zhì)測(cè)繪,在概略評(píng)價(jià)地下水資源的基礎(chǔ)上,估算允許開(kāi)采量,為推斷資源量。C級(jí)與B級(jí)的區(qū)
6、分,主要是完成的工作量不同,B級(jí)強(qiáng)調(diào)了對(duì)大型而復(fù)雜的水源地,要求一個(gè)水文年以上的地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料,以及要求進(jìn)行群孔干擾抽水或試驗(yàn)性開(kāi)采試驗(yàn),還需要建立和完善數(shù)學(xué)模型,預(yù)測(cè)地下水開(kāi)采條件下水位、水量、水質(zhì)的變化。A級(jí)要有三年以上水源地連續(xù)的開(kāi)采動(dòng)態(tài)資料,可作為水源地合理開(kāi)采以及改建、擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。B級(jí)允許開(kāi)采量、通常是供水工程施工圖設(shè)計(jì)的依據(jù);C級(jí)允許開(kāi)采量可作為供水工程初步設(shè)計(jì)的依據(jù);D級(jí)與E級(jí)允許開(kāi)采量,只能滿足可行性研究與規(guī)劃設(shè)計(jì)要求。 用地下水作為供水水源時(shí),與地表水一樣,一般要求達(dá)到90%97%的保證率。 除確保開(kāi)采量外,還有一個(gè)與開(kāi)采量有關(guān)的開(kāi)采年限問(wèn)題。它要求在開(kāi)采期間不發(fā)
7、生水泵吊泵,水質(zhì)惡化和地面沉降、塌陷等環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。第2節(jié)水文地質(zhì)測(cè)繪水文地質(zhì)測(cè)繪內(nèi)容 水文地質(zhì)測(cè)繪是水文地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)和先行工作。是在地表通過(guò)地質(zhì)、地貌、地下水及其他與地下水有關(guān)的各種現(xiàn)象的觀測(cè)、綜合分析和制圖工作,來(lái)認(rèn)識(shí)勘察區(qū)域地下水埋藏、分布和形成條件的基本調(diào)查方法。 鉆探、試驗(yàn)工作,都是建立在水文地質(zhì)測(cè)繪的基礎(chǔ)上的。水文地質(zhì)測(cè)繪的內(nèi)容:1.地質(zhì)調(diào)查地質(zhì)調(diào)查是整個(gè)水文地質(zhì)測(cè)繪的基礎(chǔ),其主要內(nèi)容有:(1)區(qū)內(nèi)各地層的巖性、構(gòu)造、產(chǎn)狀、厚度、成因、時(shí)代、層序組合、接觸關(guān)系及其空隙特征,透水性與富水性;(2)區(qū)內(nèi)大地構(gòu)造體系及其控水規(guī)律,褶皺與斷裂構(gòu)造的基本特征,分布范圍與富水部位;(3)野外
8、節(jié)理裂隙形態(tài)、力學(xué)性質(zhì)、充填情況、延伸方向與長(zhǎng)度的測(cè)量統(tǒng)計(jì),分析不同地層和構(gòu)造部位的裂隙及其富水性。 2.地貌、第四紀(jì)沉積物調(diào)查地形、地貌特征是內(nèi)外營(yíng)力綜合作用的結(jié)果,它反映了地質(zhì)構(gòu)造與近代沉積物之間的內(nèi)在成因聯(lián)系,控制著地下水的埋藏分布與補(bǔ)給排泄。第四紀(jì)沉積物是地下水分布活動(dòng)的重要場(chǎng)所,是供水的重要目的層。因此是水文地質(zhì)測(cè)繪的重要內(nèi)容。(1)各地貌單元的形態(tài)、成因、年代和分布規(guī)律;地形與巖性、構(gòu)造的內(nèi)在聯(lián)系;地貌結(jié)構(gòu)對(duì)地下水分布、埋藏、循環(huán)、富集的影響。(2)各類第四紀(jì)沉積物的分布、成因、時(shí)代與巖性,結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、厚度及其透水性和富水性。(3)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的基本特征及其對(duì)第四紀(jì)沉積物、地貌條件與
9、地下水的影響。3.地下水露頭的調(diào)查地下水露頭(泉、井)是認(rèn)識(shí)地下水及其含水層的“窗口”。因此,水文地質(zhì)測(cè)繪時(shí)要求在觀測(cè)點(diǎn)中占一定的比例。(1)調(diào)查泉水出露的位置、標(biāo)高及與當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面的相對(duì)高差;泉在出露處的地質(zhì)構(gòu)造和涌出地面的特征;找出泉水的補(bǔ)給含水層;了解泉水類型、溫度、流量及隨季節(jié)性變化情況;并取水樣作物理性質(zhì)、化學(xué)成分的分析,確定有無(wú)醫(yī)療價(jià)值,等等。(2)調(diào)查井的位置、標(biāo)高、深度、結(jié)構(gòu)、形狀及口徑;結(jié)合地層剖面確定井的取水層位置、厚度和巖性等;測(cè)量水溫、水位,并選擇有代表性的井做簡(jiǎn)易抽水試驗(yàn)和取樣分析;調(diào)查水位、水量的季節(jié)變化等。4.氣象調(diào)查及下墊面因素的調(diào)查(1)收集降水量、蒸發(fā)量、
10、氣溫、相對(duì)濕度等歷年的氣象資料。地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源是降水。我國(guó)大多數(shù)地區(qū)的降水存在有每34年為一小周期(指豐、平、枯水年);每1020年為一中周期,每35年左右為一大周期。(2)收集下墊面因素的資料調(diào)查地表水的性質(zhì)、位置、分布范圍、水位、流量、水質(zhì)與動(dòng)態(tài)變化;地表水切割的地形、巖性、地質(zhì)構(gòu)造特征及與地下水的補(bǔ)給排泄關(guān)系等。5.地下水化學(xué)調(diào)查地下水化學(xué)特征是補(bǔ)給、徑流等水文地質(zhì)的綜合反映,同時(shí)也是水質(zhì)評(píng)價(jià)的依據(jù),因此是測(cè)繪的重要環(huán)節(jié)之一。6.地下水開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀調(diào)查調(diào)查的內(nèi)容主要包括:(1)開(kāi)采井的分布位置、井深、井的結(jié)構(gòu)、取水層位的巖性與厚度、開(kāi)采形式(連續(xù)開(kāi)采與季節(jié)開(kāi)采)、開(kāi)采量與開(kāi)采動(dòng)態(tài)。
11、(2)查明開(kāi)采漏斗中心的水位、漏斗面積與形態(tài);了解漏斗中心水位的下降速度與幅度。(3)了解地下水開(kāi)采對(duì)水質(zhì)的影響,以及其它不良環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象,如地面沉降等。不同地區(qū)水文地質(zhì)測(cè)繪的特點(diǎn) 1.山前沖洪積扇地區(qū)山前平原地區(qū),松散沉積物、地貌與地下水之間的成因聯(lián)系,主要反映在由山區(qū)向平原的水平分帶規(guī)律上。測(cè)繪的特點(diǎn)是抓兩頭:(1)抓上游山區(qū)與沖洪積扇的接觸性質(zhì),山區(qū)基巖的巖性與山口以上的匯水面積。以判斷松散沉積物的沉積厚度,山區(qū)地下徑流與地表徑流對(duì)沖洪積扇的補(bǔ)給。(2)抓下游沖洪積扇溢出帶的位置、溢出狀態(tài)與溢出量,并圈定沖洪積扇范圍,判斷其水資源量。2.山間河谷及沖洪積平原地區(qū)3.濱海地區(qū)2.山間河谷及
12、沖洪積平原地區(qū)第四紀(jì)地質(zhì)、地貌與地下水之間的成因聯(lián)系主要反映在垂直古、今河流的水平分帶上,河谷階地與古河道是調(diào)查重點(diǎn)。包括階地的時(shí)代、階地沉積物特征,階地的結(jié)構(gòu)與類型,階地的分布高度與范圍;古河道的變遷,分布規(guī)律與巖性特征及其補(bǔ)給排泄條件。此外,在平原地區(qū)還應(yīng)注意沉積物的垂向變化,調(diào)查深部承壓水的富水性及其開(kāi)采條件。3.濱海地區(qū)包括濱海平原、河口三角洲和沿海島嶼。在海相沉積物和潮汐作用的影響下,地下水的水質(zhì)變化復(fù)雜,查明咸淡水的分布范圍及其彼此之間的關(guān)系,尋找透鏡體是測(cè)繪的主要任務(wù)。調(diào)查中要注意海水中淡水泉分布出露條件與流量,分析其成因與補(bǔ)給來(lái)源。4.黃土地區(qū)5.沙漠地區(qū)6.基巖山區(qū)第3節(jié)水文
13、地質(zhì)物理勘探(簡(jiǎn)稱物探) 水文地質(zhì)物理勘探是通過(guò)對(duì)地殼的各種物理性質(zhì)(如彈性波、電阻率、磁性、密度等)的測(cè)定,間接地判斷地面以下各種地質(zhì)、水文地質(zhì)現(xiàn)象。 物探雖然不能代替其他勘察手段,但可提高勘察工作的精度和準(zhǔn)確性。 在綜合水文地質(zhì)勘察中,一般應(yīng)遵循在水文地質(zhì)測(cè)繪基礎(chǔ)上,先物探后鉆探的勘探程序。 供水水文地質(zhì)中常用的物探方法: 1.電阻率法。2.電測(cè)井法。3.地震折射法。第4節(jié)水文地質(zhì)鉆探 在水文地質(zhì)測(cè)繪和物探的基礎(chǔ)上,進(jìn)行水文地質(zhì)鉆探,它的特點(diǎn)是勘察深度大,是直接揭露含水層的最可靠手段,也是各種勘察方法中耗資最大、耗時(shí)最長(zhǎng)的工作。是開(kāi)采地下水必不可少的工程。 1.鉆探的任務(wù) 見(jiàn)P157,共6
14、條。 2.水文地質(zhì)鉆孔布置原則 見(jiàn)P157。第5節(jié)抽水試驗(yàn) 抽水試驗(yàn)是水文地質(zhì)勘察中的重要環(huán)節(jié)。抽水試驗(yàn)工作是完成地下水水量評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。抽水試驗(yàn)的主要目的是測(cè)定含水層的水文地質(zhì)參數(shù),為資源評(píng)價(jià)與取水構(gòu)筑物設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。 一、抽水試驗(yàn)的主要任務(wù)見(jiàn)P158,共5條。二、抽水試驗(yàn)的基本類型 1.單孔抽水試驗(yàn) 只在一個(gè)孔內(nèi)抽水,做一至三次水位下降,可求得鉆孔的出水量與水位下降的關(guān)系以及含水層的富水性和滲透性。 多在初步勘探階段進(jìn)行,用于對(duì)水文地質(zhì)條件起控制作用的地段;或者是用于含水層埋藏深度較大以及在基巖地區(qū)進(jìn)行勘探時(shí)施工困難地段。 2.多孔抽水試驗(yàn)在一個(gè)鉆孔內(nèi)抽水,而抽水孔的周圍又布置有一個(gè)或若
15、干個(gè)觀測(cè)孔。 多孔抽水試驗(yàn)除測(cè)定含水層的水文地質(zhì)參數(shù)外,還可了解影響范圍、下降漏斗形態(tài)與變化,確定合理的井距及地下水與地表水之間的水力聯(lián)系等。 該類型抽水試驗(yàn)多用于詳勘階段,在有供水意義的主要含水層地段進(jìn)行。 觀測(cè)孔的布置應(yīng)以抽水孔為中心,分別垂直和平行地下水流向排列。根據(jù)含水層的均勻性和生產(chǎn)的具體要求,觀測(cè)孔的排數(shù)可為一排至四排,每一排上各觀測(cè)孔之間的距離應(yīng)當(dāng)是距抽水孔愈近距離愈小,以便控制下降漏斗的形狀變化。 3.群孔干擾抽水試驗(yàn) 在兩個(gè)或兩個(gè)以上的井孔中同時(shí)抽水,用來(lái)了解區(qū)域水位下降與總開(kāi)采量的關(guān)系,進(jìn)而評(píng)價(jià)地下水的允許開(kāi)采量及確定合理的開(kāi)采方案等。 該類型抽水試驗(yàn)比較復(fù)雜,成本高,故多
16、用于詳勘和開(kāi)采階段。4.試驗(yàn)性開(kāi)采抽水一般在開(kāi)采階段進(jìn)行。這種抽水試驗(yàn)通常需要投入較多的人力物力,而且工期較長(zhǎng),因此,只有在下列條件下才進(jìn)行: 勘察區(qū)為深層承壓水,補(bǔ)給量不易查清,評(píng)價(jià)地下水開(kāi)采量有困難;進(jìn)行的勘察工作量較少,又缺乏地下水長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料,因而對(duì)開(kāi)采過(guò)程中的允許開(kāi)采量還不能作出準(zhǔn)確評(píng)價(jià)時(shí),可通過(guò)開(kāi)采性抽水試驗(yàn),取得水文地質(zhì)參數(shù),確定抽水井的實(shí)際出水量,作為評(píng)價(jià)允許開(kāi)采量的依據(jù)。 開(kāi)采抽水試驗(yàn)應(yīng)在枯水期進(jìn)行,而且使各抽水井的總水量接近需水量。 當(dāng)抽水時(shí)下降漏斗的水位如能達(dá)到穩(wěn)定,則抽水延續(xù)時(shí)間不宜少于1個(gè)月,如果達(dá)不到穩(wěn)定,則抽水宜延續(xù)到下一個(gè)補(bǔ)給期。 三、抽水試驗(yàn)的技術(shù)要求 1
17、.穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)(1)抽水試驗(yàn)層次及試驗(yàn)段的確定一般要選擇富水性最好的層或段作抽水試驗(yàn)。多含水層地區(qū)應(yīng)做分層抽水試驗(yàn),只有在含水層很薄或不易分層的情況下,才可做幾個(gè)層在一起的混合抽水試驗(yàn)。但在水質(zhì)差別較大的沿?;驆u嶼地區(qū),無(wú)論如何亦得進(jìn)行分層或分段抽水試驗(yàn)。(2)抽水試驗(yàn)井中水位下降值和下降次數(shù)的確定 一般要求進(jìn)行三次水位降深(三個(gè)落程),以保證試驗(yàn)的正確性和確定Qs曲線;只有當(dāng)水位下降很大而出水量很小,或是水位下降很小而出水量很大,或者進(jìn)行開(kāi)采抽水試驗(yàn)時(shí),才可做12次的最大水位下降。 最大降深值smax對(duì)潛水應(yīng)為其含水層厚度的 之間,對(duì)承壓水不得低過(guò)隔水頂板。并應(yīng)盡量接近實(shí)際使用時(shí)的動(dòng)水位值
18、。如地下水很豐富,水位下降有困難,smax至少不得小于3m。三次落程的關(guān)系式為s1=smax; ; 在粗大的卵石層及基巖中抽水,抽水落程應(yīng)由大到小,以利于含水層中的細(xì)小顆粒再一次被沖洗并排出孔外;在松散地層中抽水則應(yīng)由小到大,以免孔壁坍塌和由于抽水過(guò)猛造成過(guò)濾器堵塞。 在抽水設(shè)備和允許流速可能的條件下,下降值愈大愈好,最好接近甚至大于將來(lái)開(kāi)采條件下的水位下降值。在各次水位下降的抽水試驗(yàn)中,吸水管口的安裝深度應(yīng)當(dāng)相同。(3)抽水穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)和穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間的確定 見(jiàn)P159。(4)抽水試驗(yàn)中的測(cè)量要求見(jiàn)P160。2.非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)(1)抽水試驗(yàn)中的測(cè)量要求在非穩(wěn)定流抽水的過(guò)程中,抽水井的出水量必須保
19、持不變。 為了繪制slgt曲線,抽水試驗(yàn)初應(yīng)加密觀測(cè),即按1、2、3、4、5、6、8、 10、15、20、25、30min各觀測(cè)1次,以后則每隔30min觀測(cè)1次。(2)抽水延續(xù)時(shí)間的確定 非穩(wěn)定流抽水延續(xù)時(shí)間,常按slgt曲線來(lái)判斷。 當(dāng)曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)后趨近于穩(wěn)定水平狀態(tài)時(shí),則可結(jié)束抽水試驗(yàn)工作。當(dāng)slgt不出現(xiàn)拐點(diǎn)而呈直線下降、動(dòng)水位不穩(wěn)定時(shí),則抽水延續(xù)時(shí)間應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康倪m當(dāng)延長(zhǎng)。 四、抽水試驗(yàn)資料的整理與分析1.穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)資料整理(1)現(xiàn)場(chǎng)資料整理繪制Qs、Qt與st關(guān)系曲線,以便發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的異?,F(xiàn)象,可及時(shí)處理。 還可根據(jù)曲線變化趨勢(shì),判斷穩(wěn)定時(shí)間的起點(diǎn)和穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短。
20、一般Qt和st曲線在抽水初期,水位下降和出水量較大而不穩(wěn)定,一定時(shí)間后, Q、s 漸趨穩(wěn)定,Qt 和st 兩曲線平行。 繪制Qs曲線。此曲線需有兩次以上降深的抽水試驗(yàn)資料,將各次穩(wěn)定狀態(tài)下所選定的同一時(shí)間觀測(cè)的Q和s點(diǎn)在右圖上。常有以下4種形式:曲線一般情況下表明地下水具有承壓性,因承壓水符合直線滲透規(guī)律;但如果水位下降較大,或含水層富水性較弱,補(bǔ)給條件較差時(shí),承壓水亦可能成為曲線型;曲線在一般情況下表明地下水是沒(méi)有承壓性的潛水,符合拋物線滲透規(guī)律;但如果水位下降小,或含水層的富水性強(qiáng),補(bǔ)給條件好時(shí),潛水亦可能成為直線型; 曲線表明地下水源不足,沒(méi)有充足的補(bǔ)給來(lái)源,抽水時(shí)主要消耗的是地下水的固
21、定儲(chǔ)存量;當(dāng)過(guò)濾器被堵塞或井壁坍塌時(shí),亦可出現(xiàn)這種現(xiàn)象。 曲線表明抽水試驗(yàn)時(shí), 測(cè)量中有錯(cuò)誤或洗井工作未做好,致使單位出水量在抽水過(guò)程中逐漸增大,這種資料不能應(yīng)用,必須重新進(jìn)行抽水試驗(yàn),但亦有人認(rèn)為這種現(xiàn)象是由于抽水時(shí)吸水管口伸入到過(guò)濾器下半部,并有三維流造成的損失時(shí)而出現(xiàn)的一種正?,F(xiàn)象。(2)室內(nèi)資料整理見(jiàn)P161。2.非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)資料整理繪制slgt或slg 關(guān)系曲線。根據(jù)曲線形狀,選擇計(jì)算參數(shù)的公式。如有若干個(gè)觀測(cè)孔時(shí),可繪制slgr關(guān)系曲線。用理論曲線與實(shí)測(cè)點(diǎn)據(jù)對(duì)比法即配線法求T和m*。 從曲線的形狀可以幫助判斷含水層的性質(zhì)、有無(wú)邊界和邊界的類型?,F(xiàn)場(chǎng)繪圖決定抽水延續(xù)的時(shí)間,及時(shí)發(fā)
22、現(xiàn)問(wèn)題,查明原因,糾正差錯(cuò)。 繪制水位恢復(fù)曲線圖,可進(jìn)一步判斷含水層的性質(zhì)、有無(wú)邊界和邊界的類型。 其他室內(nèi)整理資料的內(nèi)容與穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)時(shí)相同可參考整理。第6節(jié)地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè) 地下水動(dòng)態(tài)是指地下水的水位、水量、水溫及水質(zhì)(化學(xué)成分和氣體成分)在各種因素綜合影響下隨著時(shí)間而有規(guī)律的變化。 研究地下水的動(dòng)態(tài)是為了掌握它的變化規(guī)律和預(yù)測(cè)它的變化方向。 1.地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)的內(nèi)容 水位、水溫、泉的涌水量、生產(chǎn)井的出水量,并取水樣及水中含的氣體樣進(jìn)行分析。 觀測(cè)時(shí)間的間隔根據(jù)含水層類型、季節(jié)、生產(chǎn)要求而定,一般每天到十天觀測(cè)一次,水樣分析可1個(gè)月或1個(gè)季度做一次。雨季可適當(dāng)加密觀測(cè)次數(shù)。 為了掌握地下水
23、與其影響因素之間的關(guān)系,掌握地下水動(dòng)態(tài)變化的形成規(guī)律,進(jìn)行地下水均衡計(jì)算時(shí),在地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)期間,應(yīng)同時(shí)對(duì)氣候、水文、地質(zhì)、生物、人類活動(dòng)等進(jìn)行研究,應(yīng)向附近氣象站、水文站收集氣溫、降水量、蒸發(fā)量、地表水體的水位、流量、水溫、水質(zhì)等方面的多年平均值、年平均值、月平均值、最大最小值等資料。 觀測(cè)期限一般不小于一個(gè)水文年。2.地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)點(diǎn)的選擇和布置原則見(jiàn)P162。3.地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料的整理見(jiàn)P162。第7節(jié)地下水資源評(píng)價(jià) 地下水資源是指有使用價(jià)值的各種地下水的總稱。地下水資源評(píng)價(jià)是指在水質(zhì)保證的前提下對(duì)地下水作出的定量判斷。一、地下水資源的評(píng)價(jià)內(nèi)容及評(píng)價(jià)原則見(jiàn)P163。二、地下水資源的補(bǔ)給
24、量和儲(chǔ)存量的計(jì)算 地下水資源的補(bǔ)給量的計(jì)算1.綜合補(bǔ)給量的計(jì)算根據(jù)水均衡方程式得出綜合補(bǔ)給量(Q補(bǔ)): Q補(bǔ)=E+Qy+Qj+QkW/365 式中 Q補(bǔ)每日地下水接受的補(bǔ)給量(m3/d); E地下水每日平均蒸發(fā)量(m3/d),可通過(guò)蒸發(fā)地段上、下游地下水徑流量之差值得知; Qy地下水每日平均溢出量(m3/d),可由實(shí)測(cè)得知;Qj每日流出計(jì)算地段的地下水徑流量(m3/d),可由計(jì)算地段下游斷面測(cè)得;Qk每日平均開(kāi)采量(m3/d);實(shí)測(cè)可得;W地下水儲(chǔ)存量的年變化值(m3),通過(guò)動(dòng)態(tài)觀察可算出(當(dāng)年儲(chǔ)存量小于上年者取負(fù)值,反之取正值)。2.大氣降水滲入補(bǔ)給量的計(jì)算對(duì)于淺層地下水資源大氣降水滲入補(bǔ)給
25、是主要的補(bǔ)給形式,一定區(qū)域內(nèi)補(bǔ)給量的計(jì)算可用下式 對(duì)于埋藏深度較大、山前側(cè)向徑流較強(qiáng)、開(kāi)采后自然回升干擾較大的山前平原區(qū),則可采用水量平衡法: 3.地下徑流流入補(bǔ)給量(側(cè)向補(bǔ)給量)從相鄰區(qū)流入開(kāi)采區(qū)的地下水側(cè)向補(bǔ)給量可直接用達(dá)西斷面流量公式進(jìn)行計(jì)算,即 在巖溶地區(qū)地下水流入量常用地下徑流模數(shù)法確定。 地下河系各個(gè)地段的地下徑流量Q即可根據(jù)全區(qū)徑流模數(shù)M0與各地段的徑流面積F求出: 地下徑流模數(shù)的數(shù)值大小存在著地區(qū)性及季節(jié)性的變化;因此,在利用M0計(jì)算地下徑流量時(shí),要考慮補(bǔ)給條件的變化。 4.河水滲入補(bǔ)給量Q滲 直接測(cè)量開(kāi)采區(qū)上游河流的斷面流量Q上和下游河流的斷面流量Q下,則:Q滲=Q上Q下式中
26、 Q滲河流對(duì)地下水的補(bǔ)給量,且必須Q上Q下。若Q上=Q下,為河流與地下水互不補(bǔ)給;Q上Q下則地下水向河流排泄。因河流兩岸的開(kāi)采條件不同,故河水對(duì)兩岸的滲漏補(bǔ)給量亦常不同。因?yàn)?所以 由于 ,則于是河流的滲漏補(bǔ)給量為: Q滲=Q1+Q2= Q上+ Q下5.越流補(bǔ)給量潛水含水層(開(kāi)采層)受相鄰含水層的垂直越流補(bǔ)給時(shí)的計(jì)算公式為 承壓含水層頂板和底板都有越流補(bǔ)給時(shí)的計(jì)算公式6.開(kāi)采補(bǔ)充量見(jiàn)P166。地下水資源儲(chǔ)存量的計(jì)算 地下水的儲(chǔ)存量是指儲(chǔ)存于含水層內(nèi)的重力水體積。是由補(bǔ)給量轉(zhuǎn)化而來(lái),其數(shù)量的變化決定于補(bǔ)給和排泄的關(guān)系。 1.容積儲(chǔ)存量 潛水或承壓水含水層的容積儲(chǔ)存量為 W容=mV 式中 W容容積
27、儲(chǔ)存量,m3;V含水層的體積(m3);m含水層的給水度。2.彈性儲(chǔ)存量承壓含水層的彈性儲(chǔ)存量為 W彈=Fm*h 式中 F越流面積(m2); m*承壓含水層的釋水系數(shù); h承壓含水層自頂板算起的壓力水頭高度,m。 地下水資源允許開(kāi)采量的評(píng)價(jià)方法 允許開(kāi)采量是通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的取水構(gòu)筑物,在整個(gè)開(kāi)采期限內(nèi),出水量不能減少、動(dòng)水位不超過(guò)設(shè)計(jì)要求、水質(zhì)變動(dòng)在允許范圍內(nèi)、不影響鄰近已有水源地的正常開(kāi)采、不發(fā)生危害性的工程地質(zhì)現(xiàn)象的前提下,單位時(shí)間內(nèi)從水文地質(zhì)單元或取水地段中能夠取得的最大水量。 供水工程要求其取水量不能超過(guò)允許開(kāi)采量,而長(zhǎng)期允許開(kāi)采中一般不包括儲(chǔ)存量部分,即不能消耗儲(chǔ)存量,否則將造成過(guò)量
28、開(kāi)采所引起的種種不量后果。當(dāng)枯水期(年)補(bǔ)給量不足時(shí)所使用的儲(chǔ)存量,必須從豐水期(年)得到補(bǔ)償加以償還。如果技術(shù)經(jīng)濟(jì)上允許動(dòng)用儲(chǔ)存量的一部分,則可抽用。 一般集中開(kāi)采的供水水源地,按其動(dòng)態(tài)特征可分為穩(wěn)定型、調(diào)節(jié)型和疏干型3種類型。1.對(duì)于穩(wěn)定型水源地在合理開(kāi)采的過(guò)程中,地下水的動(dòng)態(tài)趨于穩(wěn)定狀態(tài)。 這類水源地允許開(kāi)采量的評(píng)價(jià),一般情況下可根據(jù)井的布置、邊界條件和水力性質(zhì)等采用“穩(wěn)定流公式”。對(duì)于一些需水量不大,而地下水補(bǔ)給量又較豐富的地區(qū),則可用試驗(yàn)推斷法確定允許開(kāi)采量。對(duì)于泉水或暗河作為水源時(shí),其允許開(kāi)采量可通過(guò)天然和人工露頭測(cè)得流量并結(jié)合其動(dòng)態(tài)資料進(jìn)行確定。2.對(duì)于調(diào)節(jié)型水源地 這類水源地的
29、特點(diǎn)是:依靠?jī)?chǔ)存量的調(diào)節(jié)作用來(lái)彌補(bǔ)非補(bǔ)給時(shí)期的消耗量。所消耗的儲(chǔ)存量能在補(bǔ)給期內(nèi)很快得到補(bǔ)償。 評(píng)價(jià)這類水源地允許開(kāi)采量的最佳方法是“補(bǔ)償疏干法”。對(duì)于分布面積不大而厚度較大的含水層,當(dāng)開(kāi)采期儲(chǔ)存量起到調(diào)節(jié)作用時(shí),亦可采用資源平衡法、開(kāi)采試驗(yàn)法或降落漏斗法來(lái)確定允許開(kāi)采量,并論證豐水期補(bǔ)償?shù)目赡苄浴?.對(duì)于疏干型水源地這類水源地的特點(diǎn)是:距補(bǔ)給區(qū)較遠(yuǎn)或埋藏稍大的承壓含水層地區(qū),這種地區(qū)由于增加的開(kāi)采補(bǔ)給量和減少的天然消耗量不能滿足開(kāi)采量的要求,則使得儲(chǔ)存量逐年消耗,如不采取人工補(bǔ)給措施,這種水源將開(kāi)采枯竭。根據(jù)此種水源地的的動(dòng)態(tài)特征,其允許開(kāi)采量的評(píng)價(jià)方法應(yīng)當(dāng)采用“非穩(wěn)定流法”、“數(shù)值法”和“
30、開(kāi)采試驗(yàn)法”。 水文地質(zhì)比擬法最常見(jiàn)的是以穩(wěn)定流為基礎(chǔ)的單位涌水量比擬法,其表達(dá)式為:滿足裘布依完整承壓井流時(shí), 則 符號(hào)含義見(jiàn)P168。 對(duì)于干擾井群的水源地,常用 上述表達(dá)式中,Q與s為線性關(guān)系,所以計(jì)算水量的結(jié)果往往偏大。實(shí)際上流量的增長(zhǎng)速度比水位降深要慢,尤其是呈潛水狀態(tài)時(shí),Q與s往往呈非線性關(guān)系。因此,也有采用以下表達(dá)式:或 式中m為待定的指數(shù),依不同井的水文地質(zhì)條件而定。上述比擬公式不含時(shí)間變量,顯然只適于含水層(或含水系統(tǒng))規(guī)模較大,補(bǔ)給來(lái)源充足的條件。試驗(yàn)推斷法 試驗(yàn)推斷法亦稱為Q-s曲線外推法。在地下水資源豐富地區(qū),常因抽水設(shè)備的限制,抽水量或水位降深達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,只能在小
31、于開(kāi)采量的條件下抽水。于是就不能用抽水結(jié)果直接評(píng)價(jià)允許開(kāi)采量,但可根據(jù)長(zhǎng)期穩(wěn)定抽水資料推斷允許開(kāi)采量。因?yàn)椴徽撌菃慰走€是群孔,其穩(wěn)定抽水量和穩(wěn)定水位下降之間,存在著一定的函數(shù)關(guān)系。試驗(yàn)推斷法,就是根據(jù)這種函數(shù)關(guān)系用外推法求出設(shè)計(jì)降深下的開(kāi)采量。可分下列2步進(jìn)行: 1.鑒別Q-s曲線類型及進(jìn)行曲線方程中各參數(shù)的確定 通過(guò)抽水試驗(yàn)取得的Q-s曲線,可能有4種類型,即直線型、拋物線型、指數(shù)型和對(duì)數(shù)型,可用曲度值n判別其類型,即(1)n =1時(shí)為直線型,方程為 Q=qs 式中 q 單寬滲透量,m2/s; s 水位降深,m。 一般出現(xiàn)在承壓含水層地下水呈層流運(yùn)動(dòng)的條件。(2)n=2時(shí)為拋物線型,方程為
32、式中 s設(shè)計(jì)水位降深值,m; Q設(shè)計(jì)水位下降時(shí)相應(yīng)的出水量,m2/d; a、b為系數(shù),可按兩次降深抽水試驗(yàn)資料求得當(dāng)有兩次以上抽降資料時(shí),可按最小二乘法求得 式中Q、s為同次抽水的水量和水位降深,N為降深次數(shù)。一般出現(xiàn)在含水層(或含水系統(tǒng))規(guī)模大,補(bǔ)給條件好,地下水運(yùn)動(dòng)呈層流紊流條件。(3)1n2時(shí)為對(duì)數(shù)型,方程為 當(dāng)有兩次以上抽降資料時(shí),可按最小二乘法求得 當(dāng)采用指數(shù)型和對(duì)數(shù)型曲線方程時(shí),應(yīng)對(duì)有關(guān)資料慎重加以鑒別,不要將不穩(wěn)定的Q、s值,當(dāng)作穩(wěn)定井流試驗(yàn)資料而建立相應(yīng)的方程。此外,當(dāng)s很小時(shí),不宜采用對(duì)數(shù)曲線方程。2.根據(jù)設(shè)計(jì)水位下降值推算允許開(kāi)采量 當(dāng)上述各方程的參數(shù)確定之后,只要給定一個(gè)
33、設(shè)計(jì)水位代入(8.15)或(8.16)或(8.17)式,即可推算出相應(yīng)的出水量。但實(shí)踐表明設(shè)計(jì)水位下降值并不能任意給定,必須符合下列原則: 見(jiàn)P170。開(kāi)采試驗(yàn)法 在某些地區(qū),如裂隙發(fā)育的基巖地區(qū)和巖溶地區(qū)等,水文地質(zhì)條件復(fù)雜,補(bǔ)給源一時(shí)不易查明,如果要急于確定允許開(kāi)采量時(shí),則只能采用開(kāi)采試驗(yàn)法(或稱開(kāi)采抽水法)。這種方法對(duì)潛水和承壓水、新舊水源地都適用,但不宜用于大型水源地。 具體步驟如下: 完全按照開(kāi)采條件抽水,最好在干旱季節(jié)進(jìn)行,延續(xù)一至數(shù)月,抽水結(jié)果可能出現(xiàn)兩種現(xiàn)象:(1)在長(zhǎng)期抽水過(guò)程中,水位達(dá)到設(shè)計(jì)水位下降后一直保持穩(wěn)定狀態(tài),而且抽水量亦大于或等于用水量,停抽后,水位又很快恢復(fù)到原
34、始水位。以上情況說(shuō)明抽水量仍然小于開(kāi)采條件下的補(bǔ)給量,所以按此抽水量開(kāi)采是有補(bǔ)給保證的。這時(shí)的抽水量就是要求的開(kāi)采量。 (2)在長(zhǎng)期抽水過(guò)程中,水位達(dá)到設(shè)計(jì)降深后并不穩(wěn)定,還繼續(xù)下降,停抽后,雖然水位有所恢復(fù),但始終達(dá)不到原始水位。這說(shuō)明抽水量已超過(guò)開(kāi)采條件下的補(bǔ)給量,按此抽水量開(kāi)采是沒(méi)有保證的。這時(shí),可以按下列方法評(píng)價(jià)允許開(kāi)采量: 在水位持續(xù)下降的過(guò)程中,只要大部分漏斗開(kāi)始等幅度下降,而且降速大小與抽水量成比例,則任一時(shí)段的水量均衡關(guān)系應(yīng)滿足下式: 見(jiàn)P171。 由上式可解出Q抽 這表明從含水層中抽出來(lái)的水量是由兩部分組成的,一是開(kāi)采條件下的補(bǔ)給量(Q補(bǔ)),二是儲(chǔ)存量( )。如果將(8.19
35、)式分解開(kāi)求得Q補(bǔ), 則可以評(píng)價(jià)允許開(kāi)采量。 分解的方法是把抽水比較穩(wěn)定、水位下降比較均勻的若干時(shí)段資料,分別代入(8.19)式,再用消元法解出Q補(bǔ)和mF值。 為了校對(duì)Q補(bǔ)的可靠性,還可用水位恢復(fù)資料進(jìn)行檢查,因?yàn)樵诔樗^(guò)程中,如果出水量小于實(shí)際補(bǔ)給量時(shí),會(huì)發(fā)生水位均勻回升,這時(shí)(8.19)式中的 應(yīng)取負(fù)值,于是:當(dāng)停止抽水時(shí),Q抽=0則: 如果檢查Q補(bǔ)是可靠的,則可用Q補(bǔ)結(jié)合水文地質(zhì)條件和需水量來(lái)評(píng)價(jià)允許開(kāi)采量。 見(jiàn)P172例8.1 水均衡法 水均衡法是研究某一地區(qū)(均衡區(qū))在一定時(shí)間內(nèi)(均衡期)地下水的補(bǔ)給量、儲(chǔ)存量與消耗量之間的平衡關(guān)系,來(lái)評(píng)價(jià)該區(qū)水源地允許開(kāi)采量的一種方法。對(duì)于一個(gè)含水
36、系統(tǒng),補(bǔ)給量與消耗量之差即為儲(chǔ)存量的變化值。這就是質(zhì)量守恒定律在水均衡中的應(yīng)用。根據(jù)此原理,可建立水均衡方程。為保證水源地長(zhǎng)期穩(wěn)定開(kāi)采,并且不引起環(huán)境惡化,其允許開(kāi)采量Q采為: Q采Q1+Q2(根據(jù)具體條件而定) 此法主要適用于地下水埋藏較淺,地下水的補(bǔ)給和消耗條件比較單一地區(qū)。此法的優(yōu)點(diǎn)為:簡(jiǎn)單和切實(shí)可行;缺點(diǎn)為:評(píng)價(jià)的結(jié)果比較粗略。解析法 在滲流理論中,用偏微分方程求解地下水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,此法稱為解析法。1.穩(wěn)定井流原理及應(yīng)用條件 承壓井 潛水井 式中 稱為穩(wěn)定井流阻力系數(shù),其他符號(hào)意義同第5章。 對(duì)于不同邊界條件下的穩(wěn)定井流計(jì)算,可參照表8.4相應(yīng)的RA值進(jìn)行。 在集中分布的多井開(kāi)采水源地
37、中,由于井點(diǎn)分布面積較大,形狀十分復(fù)雜,直接采用上述公式計(jì)算會(huì)有困難。因此,可將形狀不規(guī)則的布井系統(tǒng)概化為一個(gè)理想的“大井”,整個(gè)系統(tǒng)的出水量相當(dāng)于此“大井”的抽水量,“大井”抽水時(shí)形成一個(gè)統(tǒng)一的降落漏斗。這樣,就可利用上述穩(wěn)定井流公式進(jìn)行水量預(yù)測(cè)。這種方法稱為“大井法”。采用“大井法”預(yù)測(cè)水量時(shí),要將井流公式中的井徑(r0)換算為假定“大井”的引用半徑。當(dāng)大井系統(tǒng)面積(F)接近正方形或其長(zhǎng)度比小于2時(shí),引用半徑( )可按下式計(jì)算 當(dāng)大井系統(tǒng)的長(zhǎng)、寬比大于2時(shí)有: 式中 P大井系統(tǒng)分布面積周長(zhǎng)(L)。然后,將井流公式中的R改為引用影響半徑(R0)。即 一些含水層分布范圍較廣的水源地,多年抽水所
38、形成的水位降深基本穩(wěn)定在一定范圍內(nèi),只是水位下降漏斗每年隨旱季、雨季而交替收縮和擴(kuò)大,這種情況,也可近似視為穩(wěn)定井流,采用“大井法”計(jì)算。 2.非穩(wěn)定井流原理及應(yīng)用條件 對(duì)于無(wú)限含水層,通過(guò)泰斯公式,可以預(yù)測(cè)供水計(jì)算中三個(gè)主要內(nèi)容。(1)已知s、t 求Q 承壓井 潛水井 非穩(wěn)定井流阻力系數(shù) (2)已知s、Q求t即根據(jù)已知的設(shè)計(jì)水位降深及供水能力,預(yù)測(cè)到達(dá)該水位降深所需的出水疏干時(shí)間。 承壓井 潛水井 (3)已知Q、t 求s承壓井 潛水井 與穩(wěn)流井流計(jì)算一樣,如將多井點(diǎn)分布的水源地概化為一個(gè)“大井”,則可按上述“大井”法進(jìn)行計(jì)算。 上述井流公式均適應(yīng)于無(wú)限含水層。 對(duì)于有界含水層,可將公式中的阻
39、力系數(shù)RA及Rn分別按表8.4的具體形式替換,再進(jìn)行計(jì)算。擴(kuò)建水源地的允許開(kāi)采量的計(jì)算方法下降漏斗法 此種方法最適合于計(jì)算大面積分布的深層承壓水地區(qū)的擴(kuò)充開(kāi)采 量,也可用于勘察區(qū)附近有水文地質(zhì)條件與之相似的水源地。 當(dāng)一個(gè)水區(qū)域內(nèi)有若干個(gè)井同時(shí)抽水時(shí),則會(huì)由于相互干擾形成一個(gè)大的區(qū)域下降漏斗,區(qū)域內(nèi)水位下降最大值往往在開(kāi)采區(qū)的中心或井群集中的地段,而區(qū)域水位下降值是與該區(qū)域內(nèi)地下水的開(kāi)采量成正比。因此,應(yīng)當(dāng)先根據(jù)區(qū)域開(kāi)采地下水資料,計(jì)算出區(qū)域的地下水單位水位下降值a,即區(qū)域內(nèi)開(kāi)采水量等于1000m3/d時(shí)的水位下降值,即: s值可根據(jù)等水位線圖和漏斗剖面圖求得,如果區(qū)域內(nèi)有幾個(gè)漏斗時(shí),則可利用各個(gè)小漏斗的最大降深值的加權(quán)平均值作為全區(qū)域的最大水位下降值。當(dāng)s值確定之后,代入(8.34)式即可得到a值,然后根據(jù)設(shè)計(jì)的區(qū)域最大允許水位下降值s允,計(jì)算出區(qū)域最大允許的開(kāi)采量Q允開(kāi): 從上面的討論中可以看出,下降漏斗法比較簡(jiǎn)單,只要確定了a值,就可以應(yīng)用(8.35)求出允許開(kāi)采量Q允開(kāi)。當(dāng)水文地質(zhì)條件相似時(shí),還可
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