測量地下有水的方法

㈠ 地下水水量

地下水水量監測主要是測量地下水(或地下熱水)孔(井)及泉的水量。方法主要有容積法、堰測法、差壓法、葉輪式孔口瞬時流量計法、噴水鑽孔法、流速儀法和浮標法。

一、容積法

容積法主要使用量水箱、水塔、蓄水池及時鍾等設備。通過記錄量水箱、水塔和蓄水池中水位上升高度及相應的時間t，計算涌水量Q。

Q＝V/t

式中：Q—涌水量(m³/s)；V—容器的體積(m³)；t—裝水相應時間(s)。

1.方法一

主要儀器設備：1m³容積的量水箱、秒錶；

適用條件：涌水量較小，且有管狀引水設備的井(孔)；

使用方法：記錄量水箱水位上升高度及相應的時間t，反復2～3次，取平均值計算涌水量Q；

優缺點：水箱大時較准確，但比較笨重。

2.方法二

主要儀器設備：有水塔、蓄水池和水位觀測設備室，另配計時鍾表等即可；

適用條件：在備有水塔(並有水位標尺)的自備水源井採用；

使用方法：記錄水塔或蓄水池中水位上升高度及上水時間t，計算涌水量Q；

優缺點：這種方法測時短，精度差，反復觀測取其平均值需較長時間。

二、堰測法

使用堰測法時，堰箱水位波動較大，影響觀測精度，所以堰測法只適用於涌水量較大的水文環境。測量過堰水位h時，應在堰口上游≥3h處進行。涌水量Q可以通過觀測過堰水位進行計算獲得，也可以根據水頭高度(即過堰水位)，查堰流量表獲得。

堰測法通過使用三角堰(圖2-10)、梯形堰(圖2-11)和矩形堰(圖2-12)觀測水位並查算表得知涌水量。

圖2-10 三角堰示意圖

B—渠道寬度；b—堰口寬度；p—堰高；h—過堰水位(或水頭高度)

圖2-11 梯形堰示意圖

B—渠道寬度；D—水頭測量斷面；b—堰口寬度；h—過堰水位(或水頭高度)

圖2-12 矩形堰示意圖

B—渠道寬度；b—堰口寬度；p—堰高；h—過堰水位(或水頭高度)

1.三角堰

適用條件：在涌水量較小時採用三角堰；

主要儀器設備：量水三角堰箱；

涌水量計算公式：Q＝

(式中：h—過堰水位(cm)；c—隨h變化的系數，其值查表21)；

使用方法：觀測過堰水位，計算涌水量Q；或根據水頭高度，查三角堰流量查算表(表2-2)。

表2-1 三角堰法計算公式中系數c值選取表

註：數據來源於中國地質調查局主編的《水文地質手冊(第二版)》(2012)。

表2-2 三角堰水頭高度與流量查算表

續表

註：數據來源於中國地質調查局主編的《水文地質手冊(第二版)》(2012)。

2.梯形堰

適用條件：在涌水量較大時採用梯形堰；

主要儀器設備：量水梯形堰；

涌水量計算公式：

(式中：h—過堰水位(cm)；b—堰切口底寬(cm))；

使用方法：觀測過堰水位，計算涌水量Q；或查梯形堰流量查算表(表2-3)。

適用條件：在涌水量很大時採用矩形堰。

3.矩形堰

主要儀器設備：量水矩形堰；

涌水量計算公式：Q＝0.01838×

(式中：h—過堰水位(cm)；b—堰切口底寬(cm))；

使用方法：觀測過堰水位，計算涌水量Q；或查矩形堰流量查算表(表2-4，表2-5)。

表2-3 梯形堰水頭高度與流量查算表(堰底寬b＝1m)

續表

註：數據來源於中國地質調查局主編的《水文地質手冊(第二版)》(2012)。

表2-4 矩形堰水頭高度與流量查算表

續表

註：數據來源於中國地質調查局主編的《水文地質手冊(第二版)》(2012)。

表2-5 b＝50cm時矩形堰水頭高度與流量查算表

註：數據來源於中國地質調查局主編《水文地質手冊(第二版)》(2012)。

三、葉輪式孔口瞬時流量計法

設備組成：葉輪式孔口瞬時流量計有探頭部分和儀表部分。探頭部分由葉輪、磁棒、感應線圈組成；儀表部分由表頭、晶體管電路、電源構成。

涌水量(m³/h)＝讀數(格)×格值(不同管徑應預先標定出「管徑-格值關系曲線」)。

適用條件：①適用管徑：儀器的測試范圍取決於葉輪直徑的大小，現試制的葉輪式孔口瞬時流量計，適用於測量3″～6″出水管的瞬時流量；②適用溫度：-10～45℃；③測量誤差：與標准三角堰箱對比，誤差﹤5%；④適用電源：4F45-2型6 V電池3節；⑤質量：約2.5kg；體積：25cm×19cm×11cm。

四、噴水鑽孔法

噴水鑽孔法通過測量套管內徑和水頭噴出高度來計算涌水量：

Q＝396d²h

式中：d—套管內徑(mm)；h—涌水高度(mm)。

由於噴水鑽孔法難以測得准確的水頭噴出高度，所以測量精度較差。

五、流速儀法

流速儀主要有旋杯式流速儀和旋槳式流速儀(圖2-13，圖2-14)。該測量法宜在流量較大的井、泉或測明渠流量時採用。井、泉流量測量，應在井、泉出水口設置明渠，選擇順直的渠段，用流速儀測量斷面上各點的流速，計算水流量。其流量計算公式：

地質環境監測技術方法及其應用

式中：ƒ_t—測流斷面分割的面積(m²)，由相鄰測線深的平均值與其間水平距離相乘而得；υ_t—相應部分平均流速(m/s)。

圖2-13 旋杯式流速儀

圖2-14 旋槳式流速儀

六、浮標法

浮標法通過計算水流斷面面積和水流速度的乘積來測量。流量計算公式為

Q＝K×A×V

式中：K—浮標系數；A—水流橫斷面積(m²)；V—水面流速(m/s)。

水面流速計算公式為

V＝L/t

式中：L—上下斷面的距離(m)；t—浮標流經上下斷面經歷的時間(s)。

在井、泉出水口有明渠時，選擇順直的渠段投放浮標；投放浮標數目，視渠道寬度而定。寬度﹤3m時，投放1～2個；寬度為3～5m時，投放2～3個；寬度為5～10m時，每隔3m投放一個；一般河道K＝0.8～0.9；普通渠道水深為0.3～1.0m時，K＝0.55～0.75；長滿草的土渠中，K＝0.45～0.65。

浮標法屬於經驗法，浮標系數K值較難確定，選用經驗數值時，誤差較大。僅適用於沒有其他儀器設備測量水量時，粗略估算涌水量時使用。

七、差壓法

差壓法測定水量主要包括圓缺孔板儀、縮徑管、孔板流量計幾種測量手段(表2-6)。相關查算表及系數值詳見中國地質調查局主編的《水文地質手冊(第二版)》(2012)。

表2-6 差壓法測量地下水流量觀測儀器設備、方法和條件

註：數據來源於中國地質調查局主編的《水文地質手冊(第二版)》(2012)。