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水文地質(zhì)學范文第1篇

第一，分段線性插值；所謂分段線性插值是通過相鄰的兩個基點作為線性插值，其主要的優(yōu)點是可以克服拉格朗日（Lagrange）插值在計算過程中可能出現(xiàn)的數(shù)值不收斂性。使用該方法處理數(shù)據(jù)主要是增加了插值的基點，從而進一步的提高了數(shù)據(jù)的準確度。但是，通過幾何方法分析，分段插值法存在著基點處不光滑等缺點。盡管分段線性插值的精度可能會差一些，但是在實際中還是有著廣泛的應用，比如在水文地質(zhì)學的計算中，就因其不會出現(xiàn)不收斂的現(xiàn)象而常常被使用。

第二，三次樣條插值；這種方法最大的特點就是客服了上述兩種方法存在的不足，即基點處的不光滑，以及插值的不收斂性。但是，使用三次樣條插值法必須要滿足下列條件：首先，y(x)在每個子區(qū)間上的次數(shù)都不能多于3；其次，y(x)、y'(x)以及y＂（x）在插值區(qū)間上必須是連續(xù)的等。使用三次樣條插值可以降低多項式的次數(shù)，從而使得計算的結(jié)果具有較高的光滑性。

第三，近點法；該方法是按近點距離加權平均法的簡稱，其主要的優(yōu)點是計算程序設計步驟簡單，而且計算的速度也相對較快，而且使用該方法得出的等線值圖的光滑性是比較令人滿意的。該方法的缺點就是其唯一性較差，計算結(jié)果和選擇點的數(shù)量有直接的關系，如果選擇的點數(shù)不同，那么得到的數(shù)值就會不同。而且該方法的使用范圍也受到一定的限制。

第四，方位法；這種方法的全稱是四方位按距離加權平均法。該方法的優(yōu)點是計算速度快，但是在計算不均勻的數(shù)據(jù)時，獲得的插值效果較差。如果用該方法在水文地質(zhì)中的含水層厚度空白區(qū)插值計算，則會出現(xiàn)去全局趨勢不吻合的現(xiàn)象。分析其原因，主要是因為方位法獲得插值是由一個插值點上的四個數(shù)據(jù)點來決定的，當出現(xiàn)的數(shù)據(jù)分布較為稀疏的時候，這種方法則不能包含所有的信息。所以，在實際的應用中要根據(jù)具體的情況來決定是否使用該方法。

第五，雙三次多項式曲面片擬合法（曲面法）；該方法適用于按規(guī)律分布的數(shù)據(jù)，在這種條件下，該方法可以發(fā)揮其擬合度高的優(yōu)點。而且我們可以利用相鄰結(jié)點的導數(shù)值，將整個區(qū)域組合成一個連續(xù)的大曲面。但是，不足的是該方法只能用于規(guī)則的數(shù)據(jù)，這使其使用價值顯著降低。而且其程序設計也相對復雜。

第六，加權二乘法；雖然該方法需要考慮的因素較多，但是使用該方法所得到的圖形可以較好的反應一定的變化趨勢，而且圖形的平滑性相對較好，也有較好的唯一性。但是，由于計算每一個插值都需要解一個一次方程組，所以影響了計算速度。

2在水文地質(zhì)學中使用數(shù)學插值法應該注意的問題以及改進方法

首先，有效的處理好方位因素的影響；對插值方法影響較大的是出現(xiàn)數(shù)據(jù)分布不均勻的時候。當數(shù)據(jù)分布不均勻時，對加權二乘法的影響最為顯著，主要是因為當數(shù)據(jù)點的選擇不當，會使去面片發(fā)生異位。對于該問題，筆者認為可以采取以下兩種措施來盡可能的避免誤差的出現(xiàn)：第一，用方向性對數(shù)據(jù)分析結(jié)果進行補償；第二，以插值點為中心，進行角限選值，主要是將平面分成n等分，然后在每一個角限域內(nèi)選擇合適的數(shù)據(jù)進行計算。其次，科學的選擇權函數(shù)；主要是針對近點法以及加權二乘法。所以，筆者認為根據(jù)不同條件下水文地質(zhì)學計算的要求，我們選擇不同的權函數(shù)。第三，斷層問題的處理；在水文地質(zhì)學中經(jīng)常會遇到斷層問題的計算。但是，從實際的經(jīng)驗看來，如果使用斷層兩側(cè)的數(shù)據(jù)來計算插值是不符合邏輯的。筆者認為，在遇到斷層需要計算時，可以在程序的設計中將斷層假定為簡單的直線或是曲線f（x）。這樣在計算時，可以將斷層分成幾段不連續(xù)的曲面，在計算的過程中就可以對其進行有效的控制。但是，如果用將斷層用直線表示，則可以用：（fx,y）=y-(b+bx)。第四，數(shù)據(jù)點的選擇；當需要處理的數(shù)據(jù)很多的時候，選擇有效的數(shù)據(jù)點數(shù)成為計算效率和準確率的關鍵。如果選擇的點過多，則會導致計算量加大，相反，如果選的點不夠則會影響數(shù)據(jù)的準確度。通過實踐，我們發(fā)現(xiàn)，在距離Z點近的數(shù)據(jù)點對數(shù)據(jù)的影響是最大的，而較遠的點影響相對較小，所以，選擇近點的4到8個數(shù)據(jù)進行計算就可以達到一定的精準度。

3結(jié)束語

水文地質(zhì)學范文第2篇

論文關鍵詞：高職院校；水文地質(zhì)學基礎；課程建設；教學方法改革

《水文地質(zhì)學基礎》是高職院校金屬礦產(chǎn)地質(zhì)與勘查技術專業(yè)、水文地質(zhì)與勘查技術專業(yè)，金屬礦開采技術專業(yè)、礦山地質(zhì)專業(yè)的專業(yè)基礎課。水文地質(zhì)學是研究地下水的科學，主要研究在巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈以及人類活動相互作用下地下水水量和水質(zhì)的時空變化規(guī)律，并研究如何運用這些規(guī)律興利除害，為人類服務。通過該課程的學習，可以掌握水文地質(zhì)學的基本概念、理論和方法，為以上4個專業(yè)的專業(yè)課程學習奠定良好的基礎，為學生在實際工作中參與地下水的觀測、進行地下涌水的處理等提供理論依據(jù)，因此，搞好這門課的教學顯得尤為重要。

《水文地質(zhì)學基礎》課程教學存在的問題

據(jù)統(tǒng)計，云南省有5所高職院校開設了資源開發(fā)與測繪大類專業(yè)。筆者所在的學校自2005級開始在金屬礦產(chǎn)地質(zhì)與勘查技術專業(yè)、金屬礦開采技術專業(yè)、礦山地質(zhì)專業(yè)中招收高職全日制脫產(chǎn)和函授大專學生，到2010年已有三屆畢業(yè)生、三屆在校生。先后有10個教學班開設了《水文地質(zhì)學基礎》課程，筆者一直承擔該課程的教學工作。結(jié)合教學實際，筆者認為，在高職院?！端牡刭|(zhì)學基礎》課程的教學中普遍存在以下問題。

對《水文地質(zhì)學基礎》課程的性質(zhì)和地位認識不足在高職教育中，資源與測繪大類的專業(yè)少，開設《水文地質(zhì)學基礎》課程的專業(yè)更少，學習本門課程的人數(shù)少，課程在專業(yè)以外的認知度低。在筆者所在的學校，制定高職人才培養(yǎng)方案時，《水文地質(zhì)學基礎》應作為金屬礦產(chǎn)地質(zhì)與勘查技術專業(yè)的專業(yè)基礎課還是專業(yè)主干課，曾在相關教師中發(fā)生了激烈的爭論，最終根據(jù)教育部教育司2005年版的《高職高專專業(yè)概覽》才塵埃落定。

使用的教材多為高等學校教材，與高職教育的要求不相匹配高職教育主要培養(yǎng)具有一定理論知識和較強實踐能力，面向生產(chǎn)、建設、管理、服務第一線的高素質(zhì)技能型專門人才。要求學生具有夠用的理論知識，較強的動手能力和工作適應性，強調(diào)學生在實際工作中要“素質(zhì)高，上手快，技能強”。高職教育與高等教育培養(yǎng)高級專門人才的目標是不同的。培養(yǎng)目標的不同決定了教學內(nèi)容的不同，但是，在高職實際教學中，《水文地質(zhì)學基礎》主要選用的大多是高等院校的教材，學科理論介紹多，實際應用介紹少。

適合課堂教學的電子課件少，教師多沿用傳統(tǒng)教學模式，教學方式單一《水文地質(zhì)學基礎》課程專業(yè)性強，盡管近年來多媒體電子課件在網(wǎng)絡上隨處可見，但關于《水文地質(zhì)學基礎》課程的課件少之又少。要做好一件成熟的實用的電子課件，需要大量的資料和圖片，但由于專業(yè)性較強，這方面的資料往往有一定的保密要求，一般人很難找到相關資料，再加上水文地質(zhì)工作目前主要是相關專業(yè)的工程技術人員在實施，高職教師參與很少，導致現(xiàn)在的課件以羅列教材中的內(nèi)容為主，質(zhì)量不高，適用性和吸引力不強。

教師大多沿用傳統(tǒng)教學模式，教學方式單一在實際教學中，《水文地質(zhì)學基礎》的任課教師大多采取單一的講授形式，教學仍然是以課堂為中心、以課本為中心、以教師為中心，整個教學過程都在教室里完成。學生沒有機會到實地考察，將理論與生產(chǎn)實際對應，因此，學習的積極性、主動性較差。學生的注意力主要集中在接受教師傳授的現(xiàn)成知識上，學習圍繞課本和考試，沿襲著“上課記筆記、下課抄筆記、考試背筆記”的傳統(tǒng)學習方式。講授方式單一，課程缺少吸引力，導致本門課程枯燥無味；學習方式單一，學得快，忘得快，導致課程學與不學一個樣；再加上有些學生本身對所學專業(yè)認識不清，更是降低了課程學習的積極性。

《水文地質(zhì)學基礎》課程的教學體會

筆者從2006年開始講授《水文地質(zhì)學基礎》課程，到2010年，已經(jīng)完成了10個教學班的教學工作。經(jīng)過在教學中不斷總結(jié)和完善教學方法，歸納起來主要有以下三點體會。

根據(jù)專業(yè)特點，確定教學目標高職院校金屬礦產(chǎn)地質(zhì)與勘查技術專業(yè)、水文地質(zhì)與勘查技術專業(yè)、金屬礦開采技術專業(yè)、礦山地質(zhì)專業(yè)的學生學習《水文地質(zhì)學基礎》課程的目的，并不是要把他們培養(yǎng)成為水文地質(zhì)專家或?qū)ｉT從事水文地質(zhì)科學研究的專業(yè)人員，而是讓他們掌握水文地質(zhì)的基本概念和基本理論，能夠?qū)⑺牡刭|(zhì)理論和技術應用于其今后的工作領域，成為既熟悉本專業(yè)業(yè)務，又掌握水文地質(zhì)基本概念和基本理論的技能型人才。對這些專業(yè)的學生進行水文地質(zhì)教育，應該面向金屬礦產(chǎn)地質(zhì)與勘查、水文地質(zhì)與勘查、金屬礦開采、礦山地質(zhì)等工程領域的應用，以掌握基本理論、突出實踐應用為目的。因此，本門課程的教學目標是講清《水文地質(zhì)學基礎》的基本概念、基本理論，重點抓好基本概念、基本理論的實踐性和實用性教學。

根據(jù)教學目標，增加課程的實踐性和實用性教學筆者所在學校屬于企業(yè)辦學，隸屬國有大型企業(yè)集團，在學生實習實訓和企業(yè)工程技術人員到學院兼職講課等方面具有得天獨厚的優(yōu)勢和條件。結(jié)合集團與學校的實際情況，筆者重新編寫了高職《水文地質(zhì)學基礎》課程的教學大綱，突出了課程的實踐性和實用性。在實際教學中逐步嘗試進行課程改革。首先是改變單一的教學方式。在2006、2007級金屬礦產(chǎn)地質(zhì)與勘查技術專業(yè)的《水文地質(zhì)學基礎》課程講授中，嘗試性地引入討論式教學和現(xiàn)場教學。在講授“巖石中孔隙”時，先講清基本理論，然后通過布置課外作業(yè)的方式，讓學生通過互聯(lián)網(wǎng)或相關書籍查閱砂巖、泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r中孔隙的異同，最后讓學生結(jié)合《普通地質(zhì)學》、《巖石學》等課程展開討論，加深對理論知識的理解。在對2007級金屬礦產(chǎn)地質(zhì)與勘查技術專業(yè)的學生進行生產(chǎn)實習動員時，筆者結(jié)合實訓基地的情況，向?qū)W生介紹了即將實習的工作區(qū)的水文地質(zhì)情況，并要求學生在實習過程中收集實習礦區(qū)的水文地質(zhì)資料。這一嘗試在學生一年后的畢業(yè)論文中收到了很好的效果，筆者參與評閱的12份畢業(yè)論文中，有多達11份介紹了實習礦區(qū)的水文地質(zhì)情況，有的還提出了礦山巷道涌水的處理方案。在給2008級金屬礦產(chǎn)地質(zhì)與勘查技術專業(yè)的學生講授“大氣降水入滲機制”時，恰逢降雨，筆者便直接將學生帶到一個建筑施工工地，通過地表的一個新鮮垂直剖面給學生介紹此部分內(nèi)容，極大地提高了教學效果和學生學習的熱情。其次是積極與實訓基地的工程技術人員溝通，建議實訓基地的工程技術人員在學生進行認識實習、課程實習、生產(chǎn)實習及畢業(yè)實習的過程中注意介紹水文地質(zhì)的內(nèi)容，包括地下水量的計算、地下涌水的處理、礦山巷道水的處理等，增加課程對實際工作的參與性，提高學生學習的主動性。教學方式的改變和調(diào)整，大大增強了課程的吸引力，得到了學生的一致好評。

制作PPT演示文稿，增加課程講授的直觀性和吸引力從2008年開始，筆者將教學講義的部分章節(jié)做成PPT演示文稿，利用多媒體將枯燥的教學內(nèi)容通過圖片和動畫展示出來，大大提高了課程講授的直觀性和吸引力。

《水文地質(zhì)學基礎》課程教學方法改革思路

高職教育作為高等教育的一個類型，肩負著培養(yǎng)面向生產(chǎn)、建設、管理和服務第一線需要的高技能人才的使命，在我國加快推進社會主義現(xiàn)代化建設進程中具有不可替代的作用。隨著我國走新型工業(yè)化道路、建設社會主義新農(nóng)村和創(chuàng)新型國家對高技能人才要求的不斷提高，高職教育必須向培養(yǎng)大量高素質(zhì)技能型專門人才轉(zhuǎn)變和發(fā)展。高職教育的人才培養(yǎng)模式必須強調(diào)實用性和技能性，這就要求在高職課程建設中充分考慮課程的實踐性環(huán)節(jié)。

應進一步明確高職院?！端牡刭|(zhì)學基礎》課程的實踐性教學目標高職院校開設《水文地質(zhì)學基礎》課程的目的是學習水文地質(zhì)的基本概念、基本理論及其應用。課程建設與改革是提高教學質(zhì)量的核心，也是教學改革的重點和難點。高職院校要積極與行業(yè)企業(yè)合作開發(fā)課程，根據(jù)技術領域和職業(yè)崗位（群）的任職要求，參照相關的職業(yè)資格標準，改革課程體系和教學內(nèi)容，要根據(jù)現(xiàn)在和將來的實際應用及需要確定教學目標和教學內(nèi)容。近年來，各種地質(zhì)災害頻發(fā)，不斷地提醒人們必須加強對自然科學知識的學習和應用，才能增強人類改造自然的能力?！端牡刭|(zhì)學基礎》作為一門自然科學類課程，有責任在人類改造自然的進程中對其研究領域的知識進行普及和介紹，讓更多的人了解其學科性質(zhì)和內(nèi)容，因此，在教學目標中突出實踐性和實用性至關重要。

應充分發(fā)揮多媒體教學的優(yōu)勢，增加課程的直觀性和吸引力《水文地質(zhì)學基礎》課程的應用性和實踐性較強，如果沿用傳統(tǒng)的教學方法，與學生學習的心理相違背，教學效果肯定不理想。多媒體技術的迅速發(fā)展為教學提供了很大的方便，在《水文地質(zhì)學基礎》課程的教學中必須使用現(xiàn)代化的教學手段，將枯燥的理論形象地展示出來，增加課程的直觀性和吸引力，提高教學效率和教學質(zhì)量。在教學過程中，針對水文地質(zhì)的具體教學內(nèi)容、（地球上的水及其循環(huán)、巖石中的孔隙與水分、地下水的賦存、地下水運動的基本規(guī)律、毛細現(xiàn)象與包氣帶水的運動、地下水的化學成分及其形成作用、地下水的補給與排泄、地下水系統(tǒng)、地下水的動態(tài)與均衡、孔隙水、裂隙水、巖溶水、地下水資源、地下水與環(huán)境）學習目標及學生特點等具體情況，采用不同的多媒體形式進行教學。例如，在講流網(wǎng)時，可引入如何判斷礦區(qū)的潛水含水層和地表水的補給關系的內(nèi)容，利用動畫模擬地下水的流動方向，從而判斷它們之間的補給關系。這些直觀的演示可以加深學生對流網(wǎng)的認識，并可以充分發(fā)揮學生的視覺、聽覺、觸覺等器官的功能，使學生在輕松愉快的環(huán)境中，用有限的時間獲得更多的信息和知識。若能結(jié)合專業(yè)特點以及課程內(nèi)容設計一些課件，會使教學活動更加豐富多彩。

應增加《水文地質(zhì)學基礎》課程的實踐性、開放性教學針對《水文地質(zhì)學基礎》課程應用性、實踐性較強的特點，增加實踐性、開放性教學環(huán)節(jié)是該課程改革的重點。要實現(xiàn)這一目標，僅靠高職院校自身力量是不夠的，高職院校要緊密聯(lián)系行業(yè)企業(yè)，實施校企合作，與企業(yè)實現(xiàn)資源共享，聘請行業(yè)企業(yè)的工程技術人員和能工巧匠到學校擔任兼職教師，將工程技術人員和能工巧匠多年在生產(chǎn)一線積累的水文地質(zhì)理論和經(jīng)驗帶進課堂，將水文地質(zhì)學基礎理論和方法應用于實際工作的事例帶進課堂，增加教學的針對性和實踐性。若能在學生實習實訓時，請帶實習實訓的工程技術人員針對具體工作面對水文地質(zhì)學基本理論和方法進行講解，整個課程的教學就會更上一層樓。

水文地質(zhì)學范文第3篇

關鍵詞:工程地質(zhì)；水文地質(zhì)；關系

1．工程地質(zhì)概述

工程地質(zhì)是調(diào)查、研究、解決與人類活動及各類工程建筑有關的地質(zhì)問題的科學。工程地質(zhì)勘查的目的是為了查明各類工程場區(qū)的地質(zhì)條件,對場區(qū)及其有關的各種地質(zhì)問題進行綜合評價、分析、預測在工程建筑作用下,地質(zhì)條件可能出現(xiàn)的變化和作用。選擇最優(yōu)場地，并提出解決不良地質(zhì)問題的工程措施,為保證工程的合理設計、順利施工及正常使用,提供可靠的科學依據(jù)。工程地質(zhì)研究的主內(nèi)容有:確定巖土組分、組織結(jié)構(gòu)、物理、化學與力學性質(zhì)及其對建筑工程穩(wěn)定性的影響,進行巖土工程地質(zhì)分類,提出改良巖土的建筑性能的方法。研究由于人類工程活動的影響而破壞的自然環(huán)境的平衡以及自然發(fā)生的崩塌、滑坡、泥石流及地震等物理地質(zhì)作用對工程建筑的危害及其預測、評估和防治措施。研究解決各類工程建筑中的地基穩(wěn)定性,如邊坡、路基、壩基、橋墩、硐室以及黃土的濕陷、巖石的裂隙破壞等,制定一套科學的勘察程序、方法和手段,直接為各類工程的設計、施工提供地質(zhì)依據(jù)。研究建筑場區(qū)地下水運動規(guī)律及其對工程建筑的影響,制定必要的利用和防護方案。研究區(qū)域工程地質(zhì)條件的特征,預測人類工程活動對其影響而產(chǎn)生的變化,作出區(qū)域穩(wěn)定性評價,進行工程地質(zhì)分區(qū)和繪圖。

隨著大規(guī)模工程建設的發(fā)展,其研究領域日益擴大。除了巖土學和工程動力地質(zhì)學、專門工程地質(zhì)學和區(qū)域工程地質(zhì)學外,一些新的分支學科正在逐漸形成,如礦山工程地質(zhì)學、海洋工程地質(zhì)學、城市工程地質(zhì)及環(huán)境工程地質(zhì)學、工程地震學等。

2．水文地質(zhì)概述

水文地質(zhì)主要研究地下水的分布、運動和形成規(guī)律，地下水的物理性質(zhì)和化學成分，地下水資源評價、開發(fā)及其合理利用，地下水對工程建設和礦山開采的不利影響及其防治等。在不同環(huán)境中地下水的埋藏、分布、運動和組成成分均不相同。查明上述各方面狀況，可為科學地利用或防治地下水提供根據(jù)。水文地質(zhì)學對地下水的研究，著重自然歷史和地質(zhì)環(huán)境的影響，同主要用水文循環(huán)和水量平衡原理研究地下水的地下水水文學關系密切，只是研究的側(cè)重點稍有不同。

隨著科學的發(fā)展和生產(chǎn)建設的需要，水文地質(zhì)學又分為區(qū)域水文地質(zhì)學、地下水動力學、水文地球化學、供水水文地質(zhì)學、礦床水文地質(zhì)學、土壤改良水文地質(zhì)學等分支學科。近年來，水文地質(zhì)學與地熱、地震、環(huán)境地質(zhì)等方面的研究相互滲透，又形成了若干新領域，如環(huán)境水文地質(zhì)學、地下水資源管理、同位素水文地質(zhì)學等。

3．工程地質(zhì)與水文地質(zhì)密切相關

實踐證明,在工程勘察、設計和施工過程中,水文地質(zhì)問題始終是一個極為重要但也是一個易于被忽視的問題。之所以重要,是因為水文地質(zhì)和工程地質(zhì)二者關系極為密切,互相聯(lián)系和互相作用。地下水既是巖土體的組成部分,直接影響巖土體工程特性,又是基礎工程的環(huán)境,影響建筑物的穩(wěn)定性和耐久性。至于容易被忽視,是在實際的地質(zhì)勘察工作中,在勘探成果內(nèi)因為很少直接涉及水文參數(shù)的利用,水文地質(zhì)問題往往只被認為是象征性的工作,在勘察中大多只是簡單地對天然狀態(tài)下的水文地質(zhì)條件作一般性評價。在一些水文地質(zhì)條件較復雜的地區(qū),由于工程勘察中對水文地質(zhì)問題研究不深入,設計中又忽視了水文地質(zhì)問題,經(jīng)常發(fā)生由地下水引發(fā)的各種巖土工程危害問題,令勘察和設計處于難堪的境地。

為提高工程勘察質(zhì)量,在勘察中加強水文地質(zhì)問題的研究是十分必要的,在工程勘察中不僅要求查明與巖土工程有關的水文地質(zhì)問題,評價地下水對巖土體和建筑物的作用及其影響,更要提出預防及治理措施的建議,為設計和施工提供必要的水文地質(zhì)資料,以消除或減少地下水對巖土工程的危害。

3.1工程地質(zhì)勘察中水文地質(zhì)評價內(nèi)容

3.1.1應重點評價地下水對巖土體和建筑物的作用和影響,預測可能產(chǎn)生的巖土工程危害,提出防治措施。

3.1.2工程勘察中還應密切結(jié)合建筑物地基基礎類型的需要,查明有關水文地質(zhì)問題,提供選型所需的水文地質(zhì)資料。

3.1.3不僅要查明地下水的天然狀態(tài)和天然條件下的影響,更重要的是分析預測在人為工程活動中地下水的變化情況及對巖土體和建筑物的反作用。

3.1.4應從工程角度,按地下水對工程的作用與影響,提出不同條件下應當著重評價的地質(zhì)問題。

3.2巖土水理性質(zhì)的測試和研究。

巖土水理性質(zhì)是指巖土與地下水相互作用時顯示出來的各種性質(zhì)。巖土水理性質(zhì)與巖土的物理性質(zhì)都是巖土重要的工程地質(zhì)性質(zhì)。巖土的水理性質(zhì)不僅影響巖土的強度和變形,而且有些性質(zhì)還直接影響到建筑物的穩(wěn)定性。以往在勘察中對巖土的物理力學性質(zhì)的測試比較重視,對巖土的水理性質(zhì)卻有所忽視,因而對巖土工程地質(zhì)性質(zhì)的評價是不夠全面的。結(jié)合水是地下水在粘性土中的主要賦存形式,在砂土中含量甚微。結(jié)合水尤其是弱結(jié)合水與粘性土相互作用時顯示出來的性質(zhì)如可塑性、膨脹性、收縮性等歸為粘性土的物理力學性質(zhì),因其受強力束縛,活動范圍極為有限,對巖土的動態(tài)水理性質(zhì)影響較小。

3.3由水文地質(zhì)引起的工程地質(zhì)危害。

3.3.1地下水升降變化引起的巖土工程危害

在巖土工程勘察中，要注意調(diào)查了解地下水位條件及其升降變化。在天然條件下地下水位一般是季節(jié)性變化的，雨季水位水位上升旱季水位下降，其天然變化是區(qū)域性漸變的，而且變幅較小。但是,人為因素引起的局部性地下水位升降變化的幅度往往大于天然變化所引起的巖土工程危害更為嚴重。

3.3.1.1水位上升引起的巖土工程危害

潛水水位上升的原因是多種多樣的,其主要受地質(zhì)因素如含水層結(jié)構(gòu)、總體巖性產(chǎn)狀；水文氣象因素如降雨量、氣溫等及人為因素如灌溉、施工等的影響,有時往往是幾種因素的綜合結(jié)果。由于潛水面上升對巖土工程可能造成如下影響：土壤沼澤化、鹽漬化,巖土及地下水對建筑物腐蝕性增強；斜坡、河岸塌陷等巖土體產(chǎn)生滑移、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象；一些具特殊性的巖土體結(jié)構(gòu)破壞、強度降低、軟化；引起粉細砂及粉土飽和液化、出現(xiàn)流砂、管涌等現(xiàn)象；地下硐室充水淹沒,基礎上浮、建筑物失穩(wěn)。

3.3.1.2地下水位下降引起的巖土工程危害

地下水位的降低多是由于人為因素造成的,如集中大量抽取地下水、采礦活動中的礦床疏干以及上游筑壩、修建水庫截奪下游地下水的補給等。地下水的過大下降,常常誘發(fā)地裂、地面沉降、地面塌陷等地質(zhì)災害以及地下水源枯竭、水質(zhì)惡化等環(huán)境問題，對巖土體、建筑物的穩(wěn)定性和人類自身的居住環(huán)境造成很大威脅。

3.3.2地下水位對巖土物理力學性質(zhì)的影響

地下水的升降變化能引起膨脹性巖土產(chǎn)生不均勻的脹縮變形,嚴重時形成地裂,引起建筑物特別是低層或輕型建筑物的破壞。當?shù)叵滤殿l繁時或變化幅度大時，不僅使巖土的膨脹收縮變形往復,而且會導致巖土的膨脹收縮幅度加大。因此,在膨脹性巖土地區(qū)進行工程勘察時應特別注意對場地水文地質(zhì)條件的研究,特別是地下水升降變化高度和變化規(guī)律，這對地基基礎深度的選擇(宜選在地下水位以上或地下水位以下,不宜選在地下水位變動帶內(nèi))有主要的參考價值。

在建筑工程的地基內(nèi),當?shù)叵滤辉诨A底面以下壓縮層范圍內(nèi)發(fā)生變化時,就能直接影響建筑物的穩(wěn)定性。若水位在壓縮層范圍以上時,軟化地基土,使其強度降低、壓縮性增大,建筑物可能產(chǎn)生較大的沉降變形。若水位在壓縮層范圍以下時,巖土的自重應力增加,可能引起地基基礎的附加沉降,如果土質(zhì)不均勻或地下水位的突然下降也可能使建筑物發(fā)生變形破壞。在地下水位以上、地下水位變動帶和地下水位以下,具有明顯的變化規(guī)律。土體從上到下,天然含水量、孔隙比由小一大一小,壓縮模量、承載力由大一小一大的變化規(guī)律。這是由于地下水位以上部位,經(jīng)長期淋濾作用,鐵鋁富集,并對土顆粒起膠結(jié)和充填作用,增大了土粒間連接力,往往形成“硬殼層”,因而含水量、孔隙比小而壓縮模和承載力高。而位于地下水位變動帶的土層,由于地下水積極交替,土中的鐵鋁成分流失,土質(zhì)變松,因而含水量、孔隙比增大,壓縮模量、承載力降低。位于地下水位以下的土層,由于地下水交替緩慢, 氧化、水解作用減弱,加之上覆土層的自重壓力作用,土質(zhì)比較密實,因而含水量、孔隙比減小,壓縮模量、承載力增高。巖土特別是各類軟質(zhì)巖石、風化殘積土、不同成因的粘性土等,其物理力學性質(zhì)的變化規(guī)律,與地下水位有著密切的聯(lián)系。因此,在分析研究巖土物理力學的變化規(guī)律時,應充分重視地下水位這一重要影響因素。

4．結(jié)語

工程地質(zhì)問題中,水文地質(zhì)在建筑物持力層選擇、基礎設計、工程地質(zhì)災害防治等方面都起著重要的作用,準確合理地查明地下水位,不僅使資料的可靠程度更高,而且可更好地發(fā)揮巖土體的潛在能力。因此,為提高工程勘察質(zhì)量,在工程勘察中要求查明與巖土工程有關的水文地質(zhì)問題,以消除地下水對巖工程的危害。隨著工程地質(zhì)勘察的發(fā)展,水文地質(zhì)必將受到越來越廣泛的重視,切實做好水文地質(zhì)工作，將對工程地質(zhì)勘察水平的提高起極大的推動作用。

參考文獻：

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[4] 肖長來,梁秀娟 ,王彪,水文地質(zhì)學, 清華大學出版社。2010年03月.

水文地質(zhì)學范文第4篇

提要：

礦區(qū)水資源保護和礦山防治水這兩個互相矛盾又緊密聯(lián)系的問題給傳統(tǒng)的礦山水文地質(zhì)學帶來了更多的挑戰(zhàn)和機遇，迫切需要新理論、新技術的發(fā)展。為了更好的實現(xiàn)礦區(qū)未來地下水資源的開采、利用與保護以及采煤安全和區(qū)域水資源可持續(xù)利用，本文選擇長治盆地為重點研究區(qū)，從采動引起的覆巖移動入手，在資料分析的基礎上，采用相似材料模擬、綜合物探、野外監(jiān)測、現(xiàn)場注（壓）水試驗的方法，運用水文地質(zhì)學原理研究了采煤引起含水層結(jié)構(gòu)變異厚度及其滲透性變化特征；在此基礎上，以長治盆地集中開采區(qū)水文地質(zhì)條件和野外監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎，建立了區(qū)域地下水流場三維動態(tài)模擬試驗臺，為研究含水層結(jié)構(gòu)變異后的地下水循環(huán)機理和水資源重新分布提供技術支撐；本文同時指出了我國礦山水文地質(zhì)研究目前存在的問題和面臨的挑戰(zhàn)，分析了礦山水文地質(zhì)學科的發(fā)展趨勢，展望了未來相關分支學科和關鍵核心技術的發(fā)展方向與前景。

關鍵詞：

礦區(qū)；采煤驅(qū)動；水文地質(zhì)；研究進展；發(fā)展方向

煤炭是我國可持續(xù)發(fā)展最可靠的能源支柱，由于特定的國情和條件，未來幾十年內(nèi)能源結(jié)構(gòu)不會有根本的改變，預計高峰產(chǎn)量38～40億噸，同時伴隨大量的資源枯竭礦井閉坑。特殊的地理地質(zhì)環(huán)境，決定了我國煤礦水文地質(zhì)條件與世界其他國家相比，是極其復雜的，我國煤炭資源的開采受水害的威脅嚴重，尤其是隨著開采深度、開采強度、開采速度、開采規(guī)模的增加，以及新的大型能源基地的建設，水害威脅愈來愈嚴重，礦山水文地質(zhì)問題越來越復雜據(jù)不完全統(tǒng)計，我國重點煤礦已有上百億噸受水害威脅的儲量，給煤礦防治水工作和實現(xiàn)安全生產(chǎn)造成了更大的困難和更為艱巨的任務。我國礦山水文地質(zhì)學科經(jīng)過多年發(fā)展，出現(xiàn)了眾多成績斐然的學者和一系列的研究成果，尤其是在煤層頂板巖移、采區(qū)應力分布及演化、突水風險判別、導水裂隙發(fā)育、涌水量計算、礦井水保護與利用等方面取得了較為突出的成就，為礦區(qū)建設和區(qū)域發(fā)展起到了及其重要的作用。值得注意的是，礦井水文地質(zhì)學科仍然存在許多問題急需我們投入更多的精力和時間展開研究。礦區(qū)水資源保護和礦山防治水這兩個互相矛盾又緊密聯(lián)系的問題給傳統(tǒng)的煤田水文地質(zhì)學帶來了更多的挑戰(zhàn)和機遇，迫切需要新理論、新技術的發(fā)展。本文以長治盆地煤礦集中開采區(qū)為核心研究區(qū)，針對采煤條件下的頂板含水層結(jié)構(gòu)變異與地下水流場演化開展了系列研究。

1研究區(qū)概況

長治盆地是一個相對獨立的水文地質(zhì)單元，奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層組為盆地內(nèi)主要含水層，位于煤層以下。而兩個主采煤層之間及以上依次展布著石炭系太原組裂隙巖溶含水層組，下二疊統(tǒng)山西組及上、下石盒子組砂巖裂隙含水層組，基巖風化帶與第四系松散含水層組等三個主要含水層組。其中基巖風化帶含水層由粗－細粒砂巖組成，富水性因地而異，第四系松散含水層主要由中－細砂組成，厚度一般為60～130m，富水性較好，具有重要的供水價值。在這種水、煤資源共生的特定水文地質(zhì)條件下，大規(guī)模采煤就成為地下水資源破壞的主要原因。長治盆地煤炭資源蘊藏豐富，含煤面積占到盆地總面積的2／3（圖1），煤礦開采完全改變了天然狀態(tài)下的水文地質(zhì)條件，原有的含水層空間結(jié)構(gòu)已經(jīng)嚴重變異，地下水循環(huán)演化模式發(fā)生根本性的變化。本文選擇長治盆地為整體研究對象，同時選擇文王山斷裂和二崗山斷裂之間這塊相對獨立且煤礦開采劇烈的區(qū)域為核心研究區(qū)，有利于研究問題的系統(tǒng)解決。

2礦區(qū)水文地質(zhì)研究方法及數(shù)據(jù)采集

采煤過程中覆巖有規(guī)律的垮落、破裂、下沉，形成導水裂隙帶，含水層結(jié)構(gòu)發(fā)生變異。研究含水層圖1長治盆地水文地質(zhì)簡圖Fig．1SimplehydrogeologicalmapofChangzhiBasin結(jié)構(gòu)變異的方法較多，國內(nèi)外專家采用的方法包括物理模擬試驗法、地球物理勘測法、現(xiàn)場觀測法、鉆孔漏漿觀測、抽（壓）水試驗、理論推算法和經(jīng)驗公式法等。本文根據(jù)長治盆地地質(zhì)背景和開采情況，選擇了室內(nèi)模擬試驗、綜合鉆探、地球物理勘測、現(xiàn)場監(jiān)測、抽水試驗等多種方法有機結(jié)合，對長治盆地煤礦開采條件下覆巖含水層結(jié)構(gòu)變異情況進行了研究。

2．1覆巖含水層結(jié)構(gòu)變異物理模擬試驗

本模擬試驗的地質(zhì)原型是山西余吾煤礦，主要模擬S1202工作面，工作面對應的地面標高為＋932m，工作面標高為298m。工作面走向長1400m，工作面寬度為295m，煤層平均厚度為6m，主要開采3＃煤層，平均埋藏深550～600m，最大埋深超過800m。位于山西組下部，上距K8砂巖19．80～37．41m，平均31．85m，上距K10砂巖100m。工作面煤層傾角為3°～5°，試驗采取高密集點陣法進行覆巖變化精細化研究，見圖2。

2．2地球物理勘測

地球物理勘測區(qū)域選擇在S1202工作面及相鄰S1204工作面區(qū)域，主要目的是通過瞬變電磁高密集布點提高分辨率方法，宏觀掌握礦區(qū)采煤條件下含水層分布范圍、發(fā)育規(guī)模、埋深以及賦水狀態(tài)等基本信息，查明含水層結(jié)構(gòu)垂向變異特征和組合關系等。物探測線布置見圖3。

2．3井下仰孔鉆探及注水試驗

井下鉆探采用一個原巖孔注水試驗（在未采動區(qū)域打孔）和兩個采動孔注水試驗（在采動后區(qū)域打孔）對比方式進行。注水試驗場地選在王莊礦區(qū)某工作面進風巷道內(nèi)布置。鉆孔布置圖如圖4所示。仰孔鉆探注水試驗結(jié)果顯示（見圖5），開采前后上覆巖層變異范圍內(nèi)兩端巖體透水能力有明顯變化，首先壓水量從變異微弱區(qū)進入嚴重變異區(qū)時壓水量迅速增大，之后壓水量有明顯開始下降，當工作面推進到Z2－4、Z3－4區(qū)段范圍時壓水量明顯區(qū)別于之前區(qū)段，但仍大于原巖狀態(tài)鉆孔所測數(shù)值，此時鉆孔推進垂向高度約85m，當推進進尺超過Z2－4、Z3－4區(qū)段范圍時，壓水量又有了明顯下降，接近原巖鉆孔Z1所測數(shù)值，認為這部分巖層不屬于巖層變異區(qū)。由此，可以確定試驗工作面上方變異含水層厚度約90m。

2．4地下水位野外監(jiān)測

含水層結(jié)構(gòu)的變異必然引起區(qū)域地下水流場的變化，野外監(jiān)測包括采區(qū)沉降及水位動態(tài)監(jiān)測和現(xiàn)場抽水試驗。采區(qū)水位動態(tài)監(jiān)測主要布置了一眼潛水位動態(tài)監(jiān)測井和20個地表沉陷動態(tài)監(jiān)測點，其中5號監(jiān)測點與水井監(jiān)測點連線垂直走向，二者相距13m。共監(jiān)測了15個月，頻度為每天一次。采區(qū)水位動態(tài)監(jiān)測點布置如圖6所示。抽水試驗準備工作總共調(diào)查了研究區(qū)內(nèi)的水位波動帶中的186口水井，經(jīng)過綜合分析選擇了其中19口水井作為抽水試驗水井。具體試驗水井分布位置見圖7。

2．5區(qū)域地下水流場三維動態(tài)模擬試驗

覆巖結(jié)構(gòu)變異引起了含水層流場的變化，頂板含水層一旦受到導水裂隙破壞，水位將急劇下降，引起大面積的地下水疏干，但具體疏干邊界很難界定，本文針對這一問題專門研發(fā)了區(qū)域地下水流場三維動態(tài)模擬試驗臺進行了物理模擬試驗研究。試驗裝置見圖8。

3煤層頂板含水層結(jié)構(gòu)變異規(guī)律

3．1煤層頂板含水層結(jié)構(gòu)變異物理模擬分析

利用SPSS統(tǒng)計軟件對10條測線210個測點數(shù)據(jù)進行聚類分析，得到圖9聚類分析樹形圖。結(jié)合試驗過程中觀測到的巖層破壞程度，測線2和測線3位于模擬工作面垮落帶中，因此工作面上覆巖層的垮落帶高度大于30m。測線4、測線5、測線6和測線7位于模擬工作面裂隙帶中，其中的巖層破壞與下伏垮落帶中的破壞巖層雜亂無章，具有明顯的規(guī)律性，尤其在其頂部測線7附近具有明顯的層理性，這是裂隙帶頂部列些成層狀的明顯特征。因此確定模擬工作面的裂隙帶高度為94m，即上覆巖層變異高度為94m。測線8、測線9和測線10，其中的巖層位移量與前述兩帶中的巖層位移量有明顯差別，且其中巖層破壞不甚明顯，裂隙發(fā)育與采動前沒有明顯的差異性，規(guī)律具有明顯的相似性，這是彎沉帶明顯特征。結(jié)合模擬工作面水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，煤層上覆K8含水層距煤層約為30m，K8含水層位于垮落帶之中，采動過程中該含水層完全破壞。模擬工作面上部K10含水層距離煤層頂板約為90m，巖層變異帶高度大約為94m，該層位地下水會被疏干或半疏干，從而確定該含水層也發(fā)生了變異。

3．2煤層頂板含水層結(jié)構(gòu)變異物探分析

對比礦區(qū)水文地質(zhì)條件和煤層開采進度分析物探結(jié)果，從垂向來看，煤礦開采對煤層頂板覆巖破壞和影響范圍一般為250m～300m，影響范圍從下到上逐漸變小，影響強度從下到上逐漸變?nèi)酢Ｊ艿絼×矣绊懙捻敯甯矌r厚度約為整體影響范圍的1／3，厚度約為90～120m，基本與裂隙帶發(fā)育高度吻合。物探結(jié)果顯示，高阻異常區(qū)（即裂隙帶）分布有約150～200m厚的次高阻異常區(qū)，該區(qū)域完全位于采空區(qū)上方，從下往上呈現(xiàn)逐漸減小趨勢。分析認為該區(qū)域為裂隙帶外部的非連續(xù)裂隙變化區(qū)或裂隙微小變異區(qū)（圖10）。

3．3頂板含水層結(jié)構(gòu)變異厚度的確定

錢鳴高等人研究認為關鍵層位置對于導水裂隙帶高度影響十分明顯。通常認為堅硬巖層是剛性的，而軟巖具有塑性。如果工作面推進長度較大時，堅硬巖層多沿垂直層面方向斷裂；而于軟巖層多數(shù)只發(fā)生塑性變化，不會產(chǎn)生裂隙，故軟巖頂板不易發(fā)生突水。當關鍵層的懸露距離小于其極限跨度時，導水裂隙帶不會向上進一步發(fā)展；而軟巖層的下部自由空間高度小于其最大撓度時，軟巖層能夠保持塑性狀態(tài)不發(fā)生破壞，此時導水裂隙帶不向上繼續(xù)發(fā)展，即變異含水層高度得以確定，由此我們提出關鍵隔水層的概念。即當某一隔水層滿足公式υwmax≥Δi時（υwmax覆巖最大撓度；Δi自由空間高度），該隔水層即為關鍵隔水層，煤層至該隔水層的距離即為變異含水層厚度。以關鍵隔水層為界，可以劃分為水位波動帶和水位驟降帶。水位波動帶特征：水位波動，水資源未明顯漏失，巖層彎曲；水位驟降帶特征：水位驟降，水資源明顯漏失，巖層發(fā)生冒落、裂隙發(fā)育。

4含水層結(jié)構(gòu)變異滲透性分析

4．1水位波動帶含水層滲透性分析

試驗結(jié)果顯示，采煤前抽水井ZL－01測得滲透系數(shù)為0．58m／d，采煤過后（CZ－06）的滲透系數(shù)為3．14m／d，是采前的5．41倍；另一組抽水井相距稍遠，ZL－02井抽水試驗測定滲透系數(shù)為0．58m／d，CZ－14井抽水試驗測定滲透系數(shù)為4．69m／d，采后的滲透系數(shù)是采前的8．09倍。由此可知，采煤在改變地面形態(tài)的同時也使得潛水含水層的滲透性增大。采掘工作面推進過后使得采空區(qū)含水層滲透性明顯增大現(xiàn)象，且采空區(qū)上方距開采邊界20～70m范圍內(nèi)的永久裂隙區(qū)滲透性最大，其次是采空區(qū)中部裂隙閉合區(qū)，總體而言采動過后使得滲透性比采前增大約5～15倍。這對于礦區(qū)潛水循環(huán)將會產(chǎn)生積極意義（JiangHui，2011）。見表1。

4．2水位驟降帶含水層滲透性分析

采煤后頂板水層結(jié)構(gòu)性分布差異導致了滲透系數(shù)的變異不均衡性，根據(jù)試驗結(jié)果可將煤層覆巖含水層變異帶劃分為4個區(qū)，見圖11。①垮落儲水區(qū)：該區(qū)域巖塊大小不一，排列無序，巖塊間縫隙多且寬，連通性好，研究區(qū)內(nèi)一般厚20～30m，在煤壁附近垮落儲水區(qū)發(fā)育較高，采空區(qū)中部垮落儲水區(qū)發(fā)育較低。②裂隙滲透區(qū)：位于垮落帶之上，與垮落帶直接連通，垂向裂隙和層間裂隙發(fā)育，研究區(qū)內(nèi)一般發(fā)育到煤層頂板以上90m，試驗時注水量約為原巖注水量的10～20倍。③裂隙強徑流區(qū)：靠近煤柱部位的裂隙滲透區(qū)兩端是大角度張開裂隙發(fā)育密集區(qū)。從注水試驗中可明顯看到這部分區(qū)域發(fā)育上緣距煤層頂板約115m，裂隙強徑流區(qū)的注水量約為原巖注水量的20～100倍，本區(qū)對地下水將會起到導通作用，是發(fā)育高度范圍內(nèi)的含水層相互連通，水量交換的良好通道。④離層管流區(qū)：離層主要發(fā)育在裂隙帶以上部分巖體中，它數(shù)量不多，順層展布，連通性極好，具有時效性，隨煤層開采往往經(jīng)歷開裂發(fā)育閉合消失的過程。離層裂隙對地下水的意義主要表現(xiàn)為順層輸水。煤層的開采是一個動態(tài)的過程，應力場會隨煤層的開挖而不斷發(fā)展變化，因此動覆巖滲透特性也不是一成不變的。當工作面推進一定距離時，覆巖被當時的應力場改造，此時的滲透特性適應當時應力作用下的覆巖結(jié)構(gòu)。隨著工作面的繼續(xù)推進，應力場發(fā)生了改變，覆巖結(jié)構(gòu)層隨之變化，原有的張開裂隙變?yōu)殚]合，原來的完整覆巖開裂。覆巖的滲透特性隨之而變，原本滲透特性好的張開裂隙變化導水性質(zhì)較差的閉合裂隙，原不透水的原巖轉(zhuǎn)化為導水巖體的一部分。

5煤礦開采區(qū)地下水流場演化特征

5．1伴隨煤層開采地下水動態(tài)變化特征

5．1．1水位波動帶地下水動態(tài)變化特征

根據(jù)野外監(jiān)測結(jié)果，煤層采動過程中，潛水位下降與地表沉陷不完全一致，潛水位下降略滯后，采煤影響初期，地表沉降速度較小，沉降緩慢，監(jiān)測井內(nèi)水位未有變化。這是因為地下水具有天然調(diào)節(jié)能力，當?shù)孛娉两邓俣刃∮谥車畬訉Τ料輩^(qū)補給速度時，就觀測不到水位變化。在地面沉降的活躍期內(nèi)，觀測井水位變幅速度的趨勢與地面沉降速度的變幅趨勢相同。當?shù)孛娉料葸M入衰退期，沉降速度明顯放緩，潛水開始恢復，潛水水位動態(tài)曲線與地面沉陷動態(tài)曲線開始呈現(xiàn)完全不同的變化趨勢。監(jiān)測200d后，監(jiān)測井水位趨于穩(wěn)定，但是水位沒有恢復到采煤前位置，這說明含水層雖然受到采煤擾動，但是含水層結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變異；水位未恢復到采煤前位置，分析認為采動后黃土受到擾動與下伏含水層越流增大（圖12）。綜上所述，伴隨采煤活動推進，地表沉陷盆地逐漸形成，沉陷區(qū)內(nèi)的潛水位出現(xiàn)下降，而沉陷盆地以外潛水位沒有明顯變化，兩者之間形成水力梯度，使得盆地內(nèi)潛水位逐漸恢復，使得沉陷盆地內(nèi)水位形成了先下降后上升的波動現(xiàn)象。

5．1．2水位驟降帶地下水位變化特征

根據(jù)試驗結(jié)果，當工作面距離監(jiān)測井35m左右時監(jiān)測井中的水位尚未發(fā)生明顯變化，繼續(xù)推進水位開始出現(xiàn)明顯的下降，此時下降幅度較??；當工作面推進到監(jiān)測井上方時水位繼續(xù)下降，下降幅度未有發(fā)生明顯變化；當工作面推進超過監(jiān)測井約24m時，水位發(fā)生了明顯的變化，水位埋深變?yōu)?37．1m，繼續(xù)推進水位發(fā)生了不同程度的驟降。當工作面推過44．4m時，水位降至－147．52m；當工作面推過監(jiān)測井50．3m時，水位降至－150．3m；當工作面推過監(jiān)測井57．9m時，監(jiān)測井水位降至孔底－213m，孔內(nèi)地下水完全漏失。繼續(xù)監(jiān)測到工作面距離監(jiān)測井200m，仍未見到水位（圖13）。從上述水位變化過程來看，采動過程上覆巖層變異帶內(nèi)的含水層水位隨工作面的推進水位發(fā)生了緩變到驟降到消失的過程，水位的變化實際上反映了上覆巖層變異過程。水位的緩變過程反映了采動過程中上覆巖層裂隙逐漸增大，但是巖層尚未發(fā)生破斷。工作面推進到距離監(jiān)測井35m，水位開始發(fā)生緩變，說明采動對上覆巖層側(cè)向影響邊界范圍大約35m。工作面推過監(jiān)測井24m，水位發(fā)生了驟降，說明上覆巖層發(fā)生了破斷，同時由此可以推斷當?shù)夭擅褐芷趤韷撼^59m．從水位發(fā)生緩變開始，水資源漏失到礦坑內(nèi)，含水層近于疏干，完全反應了采動過程中上覆巖層的變異過程，也反應了變異帶內(nèi)水位動態(tài)特征：緩變—驟降—消失。

5．2覆巖含水層流場影響范圍的確定

通過區(qū)域地下水流場三維動態(tài)模擬試驗，可以得出煤層開采后地下水水位變化與地下水影響邊界時空變化的規(guī)律（圖14），直觀的再現(xiàn)了地下水流場的變化情況，其變化規(guī)律主要有以下幾個方面：①從流場變化顯著性來看，開采區(qū)的上游、下游及兩翼都表現(xiàn)出了隨著開采長度和面積的增長，地下水位和降深變化曲線曲率變化由小變大，最終趨于穩(wěn)定值。②從不同開采模式流場穩(wěn)定后呈現(xiàn)形狀來看，開采工作面中心處都呈現(xiàn)出了“水滴”型，但隨著工作面面積增長會演變?yōu)椤胺派洹毙?。③長治地區(qū)3號煤開采區(qū)上游地下水影響邊界最大值為929m，兩翼地下水影響邊界逐漸增大，從929m逐步增長至約1200m。④、煤礦開采覆巖含水層疏干半徑與地下水流向密切相關，上游影響半徑最小，側(cè)向影響半徑由上至下逐漸增大，下游影響半徑最大。

6礦區(qū)水文地質(zhì)研究發(fā)展方向

6．1深部礦區(qū)水文地質(zhì)研究亟待加強

上世紀末與本世紀我國經(jīng)濟的高速發(fā)展促進了礦產(chǎn)資源的劇烈開發(fā)，開采活動大多集中在500m以內(nèi)的淺部，相應的地質(zhì)和水文地質(zhì)研究工作也大多集中在500m以淺。近年來，我國淺部礦產(chǎn)資源逐漸枯竭，西部豐富礦產(chǎn)資源受到交通運輸和脆弱生態(tài)環(huán)境約束等外部條件限制，加大中、東部礦區(qū)深部和下組煤煤炭資源開發(fā)和生產(chǎn)強度，是滿足我國國民經(jīng)濟快速發(fā)展對能源需求的必然選擇。2008年國土資源部了《關于促進深部找礦工作指導意見》，到2020年，發(fā)現(xiàn)一批具有宏觀影響的深部礦床，顯著增加已有礦山接續(xù)資源儲量，明顯延長礦山服務年限。開展主要成礦區(qū)帶地下500m至2000m的深部資源潛力評價，重要固體礦產(chǎn)工業(yè)礦體勘查深度推進到1500m?？梢灶A計，在未來20年我國東部礦區(qū)許多礦井將逐步開采1000～1500m深度的礦產(chǎn)資源。目前，深部水文地質(zhì)研究的滯后已經(jīng)嚴重制約深部礦產(chǎn)的開發(fā)，急需加強：深部礦區(qū)水文地質(zhì)研究提供相應的技術理論支撐（KangHongpuetal．，2007）。

6．2關閉礦山水文地質(zhì)研究將逐步興起

我國許多老煤炭基地，在經(jīng)歷30余年的高強度開采后，煤炭資源趨于枯竭，已經(jīng)進入閉坑期。礦山開采過程中形成的地下水降落漏斗，其波及范圍遠遠超過礦井邊界，直接改變了區(qū)域的水循環(huán)與水動力場；礦井關閉后，地下水位將快速上升，原有的礦區(qū)地下水運動、循環(huán)條件和賦存環(huán)境再次遭受破壞，采空區(qū)的水文地質(zhì)條件和水文地球化學環(huán)境將徹底改變，關閉礦井將成為重大污染源，不僅采礦活動留下的各種污染物進入地下水系統(tǒng)，同時，礦井、采場、含煤地層、相鄰含水層的有害物質(zhì)也將進入地下水系統(tǒng)，嚴重污染和破壞地下水資源。伴隨我國煤炭產(chǎn)業(yè)開展的大規(guī)模資源整合，加之當前去產(chǎn)能政策要求，加速了煤礦廢棄過程，廢棄煤礦帶來的地下水環(huán)境問題也將更加突出，成為了老礦區(qū)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。關閉礦山產(chǎn)生的一系列地質(zhì)環(huán)境問題與原生地質(zhì)條件下礦山地質(zhì)環(huán)境問題有較大差異，基本屬于一個全新的礦山水文地質(zhì)領域，急需開展深入系統(tǒng)的研究為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展解決難題，提供助力（SunXiaohua．2010）。

6．3礦區(qū)水文地質(zhì)與生態(tài)環(huán)境安全交叉是礦區(qū)水文地質(zhì)學的重要發(fā)展方向之一

從目前國內(nèi)外礦山開發(fā)來看，資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境破環(huán)一對共生矛盾體，礦山開發(fā)無一例外地對礦區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境造成破壞。地下水作為礦區(qū)生態(tài)植被生長的基本要素，其動態(tài)變化直接影響著生態(tài)植被的生長，與礦區(qū)生態(tài)環(huán)境安全緊密相關。研究礦區(qū)地下水與地表植被生態(tài)之間的相互作用過程和機制，是采前生態(tài)環(huán)境保護、采后生態(tài)環(huán)境重建的基礎性工作，是礦區(qū)生態(tài)環(huán)境安全保障必然要求，也是礦區(qū)水文地質(zhì)學的豐富和拓展。

6．4礦山水文地質(zhì)試驗技術方法研究需要引起專家和學者的重視

我國水文地質(zhì)學者和相關技術人員針對礦山水資源保護和防治水等問題進行了大量的研究，發(fā)表了一系列成果，或多或少都涉及部分礦山水文地質(zhì)現(xiàn)場試驗的技術方法，但缺乏系統(tǒng)闡述和列舉實例，不夠通俗易懂，反倒是礦山技術人員由于具體問題倒逼走在了前面，對于礦山水文地質(zhì)物理模擬由于難度大更是較少涉及，礦山水文地質(zhì)數(shù)值模擬由于缺乏大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)支持無法逼真擬合失去了礦山工作人員的信任，讓本應占據(jù)重要地位的礦山水文地質(zhì)試驗陷入了尷尬的境地。目前的大型水文地質(zhì)模擬試驗技術方法尤其落后，急需相關學者投入精力與時間開展相關研究。

6．5礦區(qū)水文地質(zhì)相關技術設備研發(fā)前景廣闊

相對于發(fā)達國家而言，由于起步較晚和政策導向等原因，我國在礦區(qū)水文地質(zhì)技術設備方面的研發(fā)差距較大。近年來，國家對高精尖裝備的研發(fā)政策導向越來越明顯，了一系列鼓勵發(fā)明創(chuàng)新的政策，而日益發(fā)展的礦山水文地質(zhì)問題和安全需求對相關技術設備也提出了更高的要求，可以預見，未來幾十年將是我國水文地質(zhì)相關技術裝備飛速發(fā)展的黃金時期，值得相關專業(yè)人才和團隊投入精力，開發(fā)出屬于擁有世界先進水平的國產(chǎn)裝備，把我國礦山水文地質(zhì)行業(yè)研發(fā)水平推向世界前列。

6．6全國礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境問題形成規(guī)律有待開展系統(tǒng)的研究

我國水文地質(zhì)學者根據(jù)問題性質(zhì)、礦種類型、礦山開發(fā)階段等對我國礦山地質(zhì)環(huán)境問題類型劃分，發(fā)表了一系列成果，但缺乏系統(tǒng)闡述、較為空泛，其提出的防治措施也沒有針對性。我國地域遼闊，各地區(qū)各類型礦山開發(fā)方式、所處的地質(zhì)環(huán)境等因素造就了我國礦山地質(zhì)環(huán)境問題的復雜性，急需開展深入系統(tǒng)的研究：結(jié)合我國不同地區(qū)、不同時代、不同類型礦種聚集規(guī)律，①分析不同礦種地質(zhì)環(huán)境問題特點，找出不同礦種之間地質(zhì)環(huán)境問題的差別；②分析各類礦種地質(zhì)環(huán)境問題在區(qū)域上的分布規(guī)律；③針對地質(zhì)環(huán)境問題聚集規(guī)律，提出有針對性的防治措施，編制不同地區(qū)不同類型礦山地質(zhì)環(huán)境防治區(qū)劃。

7討論

（1）本次研究過程中，研究水位驟降帶的滲透性、水位動態(tài)和儲水能力時，仍然沿用傳統(tǒng)水文地質(zhì)學的原理，實際上它完全有別與以往的對未被破壞的原始地質(zhì)條件下地下水系統(tǒng)，也有別于由于人類過渡開采而引起的地下水系統(tǒng)改變，需要更新傳統(tǒng)水文地質(zhì)理論，甚至發(fā)現(xiàn)新的水文地質(zhì)理論才能全面闡釋水位驟降帶內(nèi)水文地質(zhì)學原理。

（2）礦區(qū)水文地質(zhì)監(jiān)測工作亟需加強，目前采動過程中水資源動態(tài)監(jiān)測點少，監(jiān)測周期短，尤其采煤后水位驟降帶動態(tài)監(jiān)測幾乎空白。加強這項工作有利于準確研究采動過程及采煤結(jié)束后礦區(qū)水資源特征。

（3）項目研發(fā)的區(qū)域地下水流場三維動態(tài)模擬試驗臺由于技術和資金等原因，處于初級研發(fā)階段，對復雜區(qū)域流場及群礦集采區(qū)流場等模擬尚具有一定的困難，需要進一步的技術改造升級和完善，以滿足礦區(qū)水文地質(zhì)科研的現(xiàn)實需求。

（4）隨著我國礦業(yè)變革和后礦業(yè)時代的來臨，現(xiàn)行的礦山水文地質(zhì)學加快發(fā)展以適應國家發(fā)展需要時代的需求，如深部礦山水文地質(zhì)、關閉礦山水文地質(zhì)、礦山水文地質(zhì)生態(tài)地質(zhì)交叉學科、水文地質(zhì)行業(yè)高精尖設備等相關分支學科將逐步興起，需要相關從業(yè)人員和學生引起足夠的重視。

8結(jié)論

本文從采動引起的覆巖移動入手，在資料分析的基礎上，采用相似材料模擬、地球物理勘測、現(xiàn)場注（壓）水實驗、野外觀測的方法，研究了采煤引起含水層結(jié)構(gòu)變異及其滲透性變化特征；在此基礎上，研究了采煤引起地下水流場演化特征，從水文地質(zhì)角度出發(fā)將采空區(qū)上覆含水層重新劃分為水位驟降帶和水位波動帶，確定了不分層位含水層滲透系數(shù)的分布規(guī)律，掌握了煤礦群采區(qū)地下水流場的演化機理，為研究煤礦群采區(qū)含水層結(jié)構(gòu)變異后的地下水循環(huán)和水資源重新分布提供技術支撐，對礦區(qū)未來地下水資源的開采、利用與保護以及采煤安全和區(qū)域水資源可持續(xù)利用具有重要的科學意義和實用價值。

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水文地質(zhì)學范文第5篇

關鍵詞:水文地質(zhì); 地下水; 基坑工程

Abstract: with the engineering technology and the development of scientific research level of ascent, the engineering hydrogeology gradually become an independent discipline. The study of groundwater and the related problems are, this paper in understanding engineering survey hydrogeology related problems, and on the basis of classification of the groundwater and summarizes, then analyzes the foundation pit engineering control groundwater of several measures.

Keywords: hydrogeology; Groundwater; Foundation pit engineering

中圖分類號：P64文獻標識碼：A文章編號：

前言

工程水文地質(zhì)學是介于水文地質(zhì)學與巖土工程學之間的邊緣學科,它是應用水文地質(zhì)學理論與知識, 如何有效防止與消除地下水對巖土工程的各種災害的一門學科。

實踐證明，在工程勘察、設計和施工過程中，水文地質(zhì)問題始終是一個極為重要但也是一個易于被忽視的問題。之所以重要，是因為水文地質(zhì)和工程地質(zhì)二者關系極為密切，互相聯(lián)系和互相作用，地下水既是巖土體的組成部分，直接影響巖土體工程特性，又是基礎工程的環(huán)境，影響建筑物的穩(wěn)定性和耐久性。至于容易被忽視，是在實際的勘察工作中，在勘探成果內(nèi)因為很少直接涉及水文參數(shù)的利用，水文地質(zhì)問題往往只被認為是象征性的工作，在勘察中大多只是簡單地對天然狀態(tài)下的水文地質(zhì)條件作一般性評價。在一些水文地質(zhì)條件較復雜的地區(qū)，由于工程勘察中對水文地質(zhì)問題研究不深入，設計中又忽視了水文地質(zhì)問題，經(jīng)常發(fā)生由地下水引發(fā)的各種巖土工程危害問題，令勘察和設計處于難堪的境地。為提高工程勘察質(zhì)量，在勘察中加強水文地質(zhì)問題的研究是十分必要的，在工程勘察中不僅要求查明與巖土工程有關的水文地質(zhì)問題，評價地下水對巖土體和建筑物的作用及其影響，更要提出預防及治理措施的建議，為設計和施工提供必要的水文地質(zhì)資料，以消除或減少地下水對巖土工程的危害。

1工程地質(zhì)勘察中水文地質(zhì)評價內(nèi)容

在以往的工程勘察報告中，由于缺少結(jié)合基礎設計和施工需要評價地下水對巖土工程的作用和危害，總結(jié)以往的經(jīng)驗和教訓，認為今后在工程勘察中，對水文地質(zhì)問題的評價，主要應考慮以下內(nèi)容：

1）應重點評價地下水對巖土體和建筑物的作用和影響，預測可能產(chǎn)生的巖土工程危害，提出防治措施。

2）工程勘察中還應密切結(jié)合建筑物地基基礎類型的需要，查明有關水文地質(zhì)問題，提供選型所需的水文地質(zhì)資料。

3）不僅要查明地下水的天然狀態(tài)和天然條件下的影響，更重要的是分析預測在人為工程活動中地下水的變化情況，及對巖土體和建筑物的反作用。

4）應從工程角度，按地下水對工程的作用與影響，提出不同條件下應當著重評價的地質(zhì)問題。

2 地下水的分類

地下水分類的方法有很多種,但歸納起來主要有兩種,其一是根據(jù)地下水的某一因素或某一特征進行分類; 其二是根據(jù)地下水的若干特征綜合考慮進行分類。如按照地下水的來源、水溫、化學成分等特征分類屬于前一種分類方法。這種分類方法有很大的局限性, 不能反映各特征間的內(nèi)在聯(lián)系。后一種分類方法即綜合分類,它是根據(jù)地下水的某一主要特征,同時也考慮到其他特征來進行分類的。它能夠比較全面的反映出不同類型地下水的規(guī)律和特征。綜合分類主要考慮地下水的埋藏條件和含水介質(zhì)(空隙) 類型。

3 全面了解地下水引起的巖土工程危害

地下水引起的巖土工程危害，主要是由于地下水位升降變化和地下水動水壓力作用兩個方面的原因造成的。

地下水位變化可由天然因素或人為因素引起，但不管什么原因，當?shù)叵滤坏淖兓_到一定程度時，都會對巖土工程造成危害 ，地下水位變化引起危害又可分為三種方式：

1）水位上升引起的巖土工程危害。

潛水位上升的原因是多種多樣的，其主要受地質(zhì)因素如含水層結(jié)構(gòu)、總體巖性產(chǎn)狀；水文氣象因素如降雨量、氣溫等及人為因素如灌溉、施工等的影響，有時往往是幾種因素的綜合結(jié)果。

a．土壤沼澤化、鹽漬化，巖土及地下水對建筑物腐蝕性增強。

b．斜坡河岸等巖土產(chǎn)生滑移、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

c．一些具特殊性的巖土體結(jié)構(gòu)破壞、強度降低、軟化。

d．引起粉細砂及粉土飽和液化、出現(xiàn)流砂、管涌等現(xiàn)象。

e．地下洞室充水淹沒，基礎上浮、建筑物失穩(wěn)。

2）地下水位下降引起的巖土工程危害。

地下水位的降低多是由于人為因素造成的，如集中大量抽取地下水、采礦活動中的礦床疏干以及上游筑壩、修建水庫截奪下游地下水的補給等。地下水的過大下降，常常誘發(fā)地裂、 地面沉降、地面塌陷等地質(zhì)災害以及地下水源枯竭、水質(zhì)惡化等環(huán)境問題，對巖土體、建筑物的穩(wěn)定性和人類自身的居住環(huán)境造成很大威脅。

4 基坑工程地下水控制措施

4. 1 基坑地下水對工程的影響

基坑工程一般位于地下水位以下, 地下水問題突出, 地下水對基坑工程的主要影響有以下幾點:

(1) 惡化基坑開挖施工的條件。地下水滲入基坑, 淹沒工作面, 將嚴重影響開挖施工的質(zhì)量和效率, 同時坑內(nèi)排水會造成基坑周圍地面沉降、變形, 導致周圍建( 構(gòu)) 筑物下沉、變形、開裂、傾斜等破壞;

(2) 造成流沙、管涌等不良現(xiàn)象。在顆粒細小的非粘性土中開挖基坑,由于坑內(nèi)外產(chǎn)生水頭差, 導致地下水向坑內(nèi)滲流, 甚至產(chǎn)生流沙、管涌等破壞作用, 嚴重影響基坑工程及周圍建(構(gòu)) 筑物的安全;

(3) 軟化基坑周圍的土質(zhì), 降低坑壁、坑低巖土體的強度,產(chǎn)生側(cè)壁變形、底鼓等。

(4) 增大支護結(jié)構(gòu)上的壓力。由于地下水的存在, 設計擋土止水結(jié)構(gòu)上的水土壓力增大, 相應地增加基坑支護的費用和施工困難。

4. 2 基坑工程地下水控制措施

基坑工程的地下水控制方法主要有明溝排水、降水和隔滲等幾種類型。

( 1) 明溝排水。明溝排水時在基坑內(nèi)設置拍( 截) 水溝和集水井, 用抽水設備將地下水從集水井內(nèi)排出, 達到坑內(nèi)無地下水的目的。明溝排水適用于潛挖基坑, 地下水位高出坑底不多,且坑壁土層不易產(chǎn)生流沙、管涌或坍塌。

( 2) 井點降水。井點降水是利用井(孔) 在基坑周圍同時抽水, 把地下水降低到基坑底面以下的降水方式。常用的井點降水方式主要有: 電滲法、輕型井點、噴射井點和深井井點。

( 3) 隔滲?；痈魸B方法包括側(cè)向隔滲和封底隔滲。側(cè)向隔滲方法非為截水墻、截水帷幕和凍結(jié)法等。基坑側(cè)向隔滲設施應穿過透水層底且應進入下臥隔水層一定深度。當透水層埋藏深、厚度大, 側(cè)向隔滲設施穿過透水層難度大或不經(jīng)濟時, 也可采用懸掛式側(cè)向隔滲(未穿透透水層)與基坑封底隔滲相結(jié)合的方法。

結(jié)語：水文地質(zhì)工作在建筑物持力層選擇、基礎設計、工程地質(zhì)災害防治等方面都起著重要的作用，隨著工程勘察的發(fā)展，其必將受到越來越廣泛的重視，切實做好水文地質(zhì)工作將對勘察水平的提高起著極大的推動作用。

參考文獻

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