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《地質生涯過,實踐經驗存》 之二
2012/09/24 07:18:53瀏覽194|回應2|推薦39



三、河床滲漏,水到哪去了?

        地下水的來源 是由大氣降水和河流湖泊等水體的滲入,這已經是專業界的常識。但是在1958年河西走廊西部的疏勒河上為了建昌馬大壩立項,在昌馬堡進行了穿過河下礫石層的硐探。平洞挖成後,竟是乾的,沒有一滴水滲漏下來,一時把人弄糊塗了。聽參與工程的前輩講,河床到底滲漏不滲漏?當時他們甚至懷疑了。其實這是一個關於地下水形成的古老的辯題。古希腊學者就曾提出海水通過滲透,在地下脫去鹽分成為地下水的命題。這裡已經包含了滲入說。到了近一百多年前,有關地下水形成的滲透說已排除了海水滲入,而引入降水滲入。德國水文學家福利蓋爾懷疑此說,他在大雨中挖土察驗,發現士層僅潤濕數釐米,因此否認滲入說,並在1877年提出凝結水說。但是有學者計算,如果疑結說成立,地下的水氣就要像風一樣循環。從爾凝結說失去信任,滲入說仍占上風。但是實踐中遇到像昌馬平洞那種現像也不少,用現有的滲入理論解釋亦難。人們在工作中遇到這種問題只能采取“駝鳥戰術”,假裝問題不存在,就用滲入說的公式進行水文地質計算。

        但是我考慮這樣的做法不妥。我們進行地下水資源評價的原則和方法必須盡可能是准確的和科學的。因此我設計了一個驗測地表水滲入的試驗。這個試驗的目的,第一是要解決地表水是否發生下滲?如果第一問得到肯定的結果,那麼第二問就是這些滲入水所處的形態和下滲的途徑又是怎樣的?

        我選擇了一個兩米左右的土坎。在其上部平台挖了一個水池,注滿水並保持固定水頭。在土坎底部掏一洞穴,進深達水池下方。進行觀測了足夠的時間,一直沒有見到水從洞穴頂板漓下,情況和昌馬平洞相一致。這時我取一馬口鐵質打醬油的漏斗鑲嵌於洞穴頂板上。只20分鐘即有頂板的滲漏水從漏斗水管滴出。此現像說明,水池的滲漏水呈毛細水運動,在洞穴界面,雖然土體的毛細管被截斷,但水仍不能突破其毛細管口的表面張力而聚集成滴,而是改變路線繞過洞穴繼續下滲。當加裝漏斗之後,滲入水被囿於漏斗範圍內,聚攏成重力水,才從管口滴出來。

        這個簡單的裝解決了地表水滲入補給地下水的謎團,我甚至把它視為一種儀器。有水頭落差,有滲流距離,有滲漏量,有漏斗的截水面積或水池的底面積,套用達爾西滲流公式很容易計算重要的參數“滲透系數”。此是該儀器有較大的實際意義所在。我於1981年在《水文地質工程地質》雜志第六期發表了論文《地中滲透漏斗裝置》。

 

四、加大口徑

        水文地質學是上世紀50年代從蘇聯引進我國的。該學科是將地下水做為一種流體礦床來勘探和評價。對於中、蘇這樣的大國,進行大範圍的水文地質勘察是有實際意義的。學科的引入,在中國也第一次有了水文地質鑽孔這樣的勘探形式。最初的水文地質鑽探,井管都在150毫米以內,稱為“小口徑”。當時采用“小口徑”除了在於施工易成本低外,在理論上並無不妥。因為在“地下水向直立集水建築物運動”的求布衣方程式的決定因素中沒有“井徑”這一項。也就是說井徑的大小在湧水量試驗和富水性 評價中不起作用。但實踐經驗卻與此相反,井的直徑越大,湧水量就越大,富水性也越強。所以從50年代到60、70年代勘探井和開采井的直徑越“長”越大,從150毫米增加到300毫米,相應的誦水量也從每日千余方增加到數千方甚至過萬。今日的機井,井管直徑更達到400至500毫米。但是井徑增加為什麼出水量也增加,這原因無人知道。

        70年代末,以抽水試驗見長的同事何新亞工程師反映,他在一個觀測孔中觀測到其水位降超過了主井的水位降深s。我想到,求布衣方程式的條件和抽水井的實際工作情形肯定有不相符之處,尤其是在巨大厚度的含水層和非完整井情況下,其要求條件和實際脫節一定更為嚴重。我在西渠幅工作時設計了井壁測壓試驗,就是在貼近井壁的不同位置上設置多達十根測壓管,用以觀測抽水試驗中的動水頭規律。我問長於成井工藝的周興智工程師:這個設計能實現嗎?他說行。我們就這樣做了。

        試驗結果得知,抽水過程中滲流場的等勢面不像求布衣方程描寫的那樣是以井為軸心的圓筒形,而是一個軸向沿著井軸的橢球體。負壓最大的位置也不是在井口,而是在水泵進水口位置的橢球體的核心。所以接近“核心”部位的測壓管測得的水頭都低於水井的抽水降深值s。依據這個試驗,我寫了一篇題為《井壁測壓試驗及其意義》的論文發表在《水文地質工程地質》期刊1984年笫五期上。

        通過這個試驗也定性地解決了井徑和湧水量的關系問題。因為滲流網顯示,抽水當中,井徑越小,等勢面圍成的橢球體就愈加瘦長;井徑愈大,這一橢球體就愈加接近球體。在抽水設施功率相同的情況下,當然從球狀的滲流場取出的水量會大於從橢球狀滲流場取出的水量。

( 創作散文 )
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了客
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兩股地下水流不同之交會聲
2012/09/28 14:38
紐約鄉下的家探地水是請印地安人用手抓著 Y樹枝僅幾分鐘 樹枝傾斜便是地水処,再從另一方向過來 樹枝又傾斜後告知..兩股地下水流一高一低在此會合,劃了個x,打井公司來了,才打了幾十米便裝管了,至今仍可從管綫聽到 兩股地下水流不同之交會聲

王树庄
实践出真知
2012/09/24 07:39
实践出真知。这些实践流汗甚至还可能流血得出来的经验是应该总总结结。佩服你的精神!
譚老(t663) 於 2012-09-25 07:38 回覆:
我现在考虑,上学学一点知识可以实用,这不是最重要。重要的是训练了思维方法,能在实践中和思考中不断有新发现、新方向。