测量地下有水的方法

㈠ 地下水水量

地下水水量监测主要是测量地下水(或地下热水)孔(井)及泉的水量。方法主要有容积法、堰测法、差压法、叶轮式孔口瞬时流量计法、喷水钻孔法、流速仪法和浮标法。

一、容积法

容积法主要使用量水箱、水塔、蓄水池及时钟等设备。通过记录量水箱、水塔和蓄水池中水位上升高度及相应的时间t，计算涌水量Q。

Q＝V/t

式中：Q—涌水量(m³/s)；V—容器的体积(m³)；t—装水相应时间(s)。

1.方法一

主要仪器设备：1m³容积的量水箱、秒表；

适用条件：涌水量较小，且有管状引水设备的井(孔)；

使用方法：记录量水箱水位上升高度及相应的时间t，反复2～3次，取平均值计算涌水量Q；

优缺点：水箱大时较准确，但比较笨重。

2.方法二

主要仪器设备：有水塔、蓄水池和水位观测设备室，另配计时钟表等即可；

适用条件：在备有水塔(并有水位标尺)的自备水源井采用；

使用方法：记录水塔或蓄水池中水位上升高度及上水时间t，计算涌水量Q；

优缺点：这种方法测时短，精度差，反复观测取其平均值需较长时间。

二、堰测法

使用堰测法时，堰箱水位波动较大，影响观测精度，所以堰测法只适用于涌水量较大的水文环境。测量过堰水位h时，应在堰口上游≥3h处进行。涌水量Q可以通过观测过堰水位进行计算获得，也可以根据水头高度(即过堰水位)，查堰流量表获得。

堰测法通过使用三角堰(图2-10)、梯形堰(图2-11)和矩形堰(图2-12)观测水位并查算表得知涌水量。

图2-10 三角堰示意图

B—渠道宽度；b—堰口宽度；p—堰高；h—过堰水位(或水头高度)

图2-11 梯形堰示意图

B—渠道宽度；D—水头测量断面；b—堰口宽度；h—过堰水位(或水头高度)

图2-12 矩形堰示意图

B—渠道宽度；b—堰口宽度；p—堰高；h—过堰水位(或水头高度)

1.三角堰

适用条件：在涌水量较小时采用三角堰；

主要仪器设备：量水三角堰箱；

涌水量计算公式：Q＝

(式中：h—过堰水位(cm)；c—随h变化的系数，其值查表21)；

使用方法：观测过堰水位，计算涌水量Q；或根据水头高度，查三角堰流量查算表(表2-2)。

表2-1 三角堰法计算公式中系数c值选取表

注：数据来源于中国地质调查局主编的《水文地质手册(第二版)》(2012)。

表2-2 三角堰水头高度与流量查算表

续表

注：数据来源于中国地质调查局主编的《水文地质手册(第二版)》(2012)。

2.梯形堰

适用条件：在涌水量较大时采用梯形堰；

主要仪器设备：量水梯形堰；

涌水量计算公式：

(式中：h—过堰水位(cm)；b—堰切口底宽(cm))；

使用方法：观测过堰水位，计算涌水量Q；或查梯形堰流量查算表(表2-3)。

适用条件：在涌水量很大时采用矩形堰。

3.矩形堰

主要仪器设备：量水矩形堰；

涌水量计算公式：Q＝0.01838×

(式中：h—过堰水位(cm)；b—堰切口底宽(cm))；

使用方法：观测过堰水位，计算涌水量Q；或查矩形堰流量查算表(表2-4，表2-5)。

表2-3 梯形堰水头高度与流量查算表(堰底宽b＝1m)

续表

注：数据来源于中国地质调查局主编的《水文地质手册(第二版)》(2012)。

表2-4 矩形堰水头高度与流量查算表

续表

注：数据来源于中国地质调查局主编的《水文地质手册(第二版)》(2012)。

表2-5 b＝50cm时矩形堰水头高度与流量查算表

注：数据来源于中国地质调查局主编《水文地质手册(第二版)》(2012)。

三、叶轮式孔口瞬时流量计法

设备组成：叶轮式孔口瞬时流量计有探头部分和仪表部分。探头部分由叶轮、磁棒、感应线圈组成；仪表部分由表头、晶体管电路、电源构成。

涌水量(m³/h)＝读数(格)×格值(不同管径应预先标定出“管径-格值关系曲线”)。

适用条件：①适用管径：仪器的测试范围取决于叶轮直径的大小，现试制的叶轮式孔口瞬时流量计，适用于测量3″～6″出水管的瞬时流量；②适用温度：-10～45℃；③测量误差：与标准三角堰箱对比，误差﹤5%；④适用电源：4F45-2型6 V电池3节；⑤质量：约2.5kg；体积：25cm×19cm×11cm。

四、喷水钻孔法

喷水钻孔法通过测量套管内径和水头喷出高度来计算涌水量：

Q＝396d²h

式中：d—套管内径(mm)；h—涌水高度(mm)。

由于喷水钻孔法难以测得准确的水头喷出高度，所以测量精度较差。

五、流速仪法

流速仪主要有旋杯式流速仪和旋桨式流速仪(图2-13，图2-14)。该测量法宜在流量较大的井、泉或测明渠流量时采用。井、泉流量测量，应在井、泉出水口设置明渠，选择顺直的渠段，用流速仪测量断面上各点的流速，计算水流量。其流量计算公式：

地质环境监测技术方法及其应用

式中：ƒ_t—测流断面分割的面积(m²)，由相邻测线深的平均值与其间水平距离相乘而得；υ_t—相应部分平均流速(m/s)。

图2-13 旋杯式流速仪

图2-14 旋桨式流速仪

六、浮标法

浮标法通过计算水流断面面积和水流速度的乘积来测量。流量计算公式为

Q＝K×A×V

式中：K—浮标系数；A—水流横断面积(m²)；V—水面流速(m/s)。

水面流速计算公式为

V＝L/t

式中：L—上下断面的距离(m)；t—浮标流经上下断面经历的时间(s)。

在井、泉出水口有明渠时，选择顺直的渠段投放浮标；投放浮标数目，视渠道宽度而定。宽度﹤3m时，投放1～2个；宽度为3～5m时，投放2～3个；宽度为5～10m时，每隔3m投放一个；一般河道K＝0.8～0.9；普通渠道水深为0.3～1.0m时，K＝0.55～0.75；长满草的土渠中，K＝0.45～0.65。

浮标法属于经验法，浮标系数K值较难确定，选用经验数值时，误差较大。仅适用于没有其他仪器设备测量水量时，粗略估算涌水量时使用。

七、差压法

差压法测定水量主要包括圆缺孔板仪、缩径管、孔板流量计几种测量手段(表2-6)。相关查算表及系数值详见中国地质调查局主编的《水文地质手册(第二版)》(2012)。

表2-6 差压法测量地下水流量观测仪器设备、方法和条件

注：数据来源于中国地质调查局主编的《水文地质手册(第二版)》(2012)。