水工程地质勘察中地下水分类及水位观测方法研究

曲国娜，崔艳鹏，王国樑

(1. 辽宁工程技术大学 矿业学院，辽宁 阜新 123000； 2. 北京建工集团有限责任公司，北京 100010)

水工程地质勘察中地下水位的应用涉及诸多方面，首先分析工程地质勘察中常见的水文地质问题；其次，对工程勘测过程中水文地质参数的测定方法进行简单的介绍，然后对地下水的分类进行简单的阐述；最后，结合地下水分类以及特征，提出地下水位正确观测[1]。

1 规范对地下水位的要求与应用

在我国出台的《水利水电工程地质勘查规范》中明确指出，要求水利水电工程勘察中必须要将地下水位查明清楚，且在工程每一阶段均需明确掌握勘察场区地下水位的要求。其具体体现在如下几方面：①勘察灌区水文地质；②喀斯特渗漏问题；③将地下水等水位线图绘制出来；④判别水库浸没的基本要求；⑤水库区判别库岸渗漏的基础参数；⑥在出险加固环节，各部位的地下水位往往用来对混凝土坝基基底的扬压力、坝体浸润线形态、土坝坝后坝基位势进行判定；⑦组合两项来将作业现场的地质情况复杂级别与程度明确；⑧施工区域降排水的基本要求；⑨灌区水资源地下水均衡计算的要求；⑩地震液化判别需要[2]。

2 工程地质勘察中常见的水文地质问题

1)地下水位上升造成的影响

连续降雨、人工灌溉、工业废水和生活污水的渗透，含水层构造等因素都会造成地下水位上升。地下水位上升进而引起潜水位上升的情况，造成的主要危害表现为：①造成土壤水分过分饱和，通气不良、导致土壤盐碱化，造成工程区域沼泽化、盐渍化；②工程建筑会受到岩土和地下水不断侵蚀，存在角度的斜坡、山缘、海岸等岩土会产生位移、滑坡、崩塌等现象；③会破坏部分岩土体结构，使岩土强度下降、软化，粉细砂及粉土成饱和状态从而产生细砂流动、土层中细颗粒从粗颗粒中冲出，对工程安全造成严重的影响[3]。

2)地下水位下降引起的危害

地下水位下降的主要是人为造成的，随着经济的发展，人类的生产和生活需要大量的水资源，大量集中抽取地下水对地下水消耗非常大，部分地区在修建水库、矿区矿产开采过程中过度抽取地下水，而忽略了地下水的补给问题，导致地下水位下降，诱发地表开裂、地面沉降、地面塌陷等一些地质灾害，加上地下水源枯竭、水质恶化等不良环境问题，不仅仅对水工程建设的安全和质量造成严重的影响，还会严重威胁到人类的生存和发展。

3)地下水不断升降造成的危害

如果地下水频繁升降变化，岩土反复膨胀收缩，形成地裂，对建筑工程造成不同程度破坏。同时地下水升降会引起土层中铝、铁、胶结物等有机成分的流失或是富集，改变土质构造，造成岩土含水量孔隙变大、土质变松、岩土承载力下降等诸多不良现象，土层承载力下降，就会形成地表塌陷，给工程建设带来较大的困难和隐患[4]。

4)地下水动压力变化造成的危害

在自然状态下地下水动压力是稳定和平衡的，但是随着人类活动越来越频繁，地下水动压受到干扰引起地下水的变化，天然地下水动力失衡，加大岩土自重应力，对工程造成损害。

3 水文地质参数的测定

水文地质勘察地下水位测定需要的参数主要有：渗水及倒水系数、吸水率，释水系数等参数，这些参数都需要一一进行测定。不同的参数的测定方法会有所不同，因此需要先从总体上了解他们的不同之处，例如在测量地下水位的时候，通常会采取地基钻孔和借助测验管观测的方法来获取所需的数据，但是如果是在深水溪水处进行测量时，则需要进行注水压水实验等方法来获取相关数据，所以要想获取准确的地下水测定的相关数据，就必须对这些测量对象进行深入的了解，才能选择正常的测定方法进行测定，保证数据的可靠性[5]。

在进行地下水位的测定时，一般要测量的都是静止的地下水位，因此需要提前工程地质状况进行全面的勘察后再进行此项测定，一方面能够降低人为因素的影响，另一方面，如果在测量时遇到多层含水的地质环境，可以采取隔水或止水措施，以确保数据的准确性。

4 地下水位分类

4.1 按含水介质的空隙分类

我国水文地质学者普遍认为以含水介质的空隙为依据对地下水进行分类，可将地下水分为3类：孔隙地下水(松散未胶结岩石)、裂隙水(非可溶性坚硬岩石)和岩溶水(石灰岩、白云岩等可溶性岩石)3类，其中裂隙水根据基岩裂隙的不同又可细分为风化裂隙水、成岩裂隙水、构造裂隙水3种，裂隙水的存在、类型、运动、富集等与裂隙发育程度、性质及成因密切有关[6]。因此，为了更好地掌握裂隙水的规律，需要我们深入了解裂隙发生、发展变化规律。

4.2 按埋藏条件分类

按照含水层介质空隙对地下水进行分类可以很好的反映出含水层所在空间环境，但含水层内地下水在周边介质环境中运动力学特征不能被形象反映出来。因此，有学者提出按照含水层埋藏条件对地下水进行分类，或者说是按照地下水所处边界介质环境，地下水类型可以分为包气带水、潜水以及承压水3种。通过图1可以形象的反映出地下水按埋藏条件分类。

图1 地下水分类

包气带主要指的是地下水面以上、地表以下，岩石孔隙中含有空气，并未充满水的地带。上层滞水主要存在包气带中，局部隔水层之上的重力水。其中包气带中的水包含了上层滞水与土壤水。而包气带岩性组合情况则决定了上层滞水的形成。通常情况下，地形低凹、平坦，或是其地质构造对地下水汇集有利的区域，地表岩石具有良好透气性，其又存在一定范围的隔水层在包气带中，一旦渗入补给水，就极易生成上层滞水。

土壤水则是处于地表周边土壤层中的水，其主要是毛细水与结合水。而其补给主要来源于潜水、凝结的水汽以及入渗的降水。大气降水往下渗透必定会经过土壤层，此时便会有部分渗透水留在土壤层内，变为田间持水量。剩余部分便以重力水的方式向下渗透补给潜水。潜水具有以下几方面特征：①其具有自由水面,由于其定位并不具有连续的隔水层，所以静水压力不会施加到潜水面上，其只是承受的阿奇压力作用的自由表面，所以是无压水[7];②潜水的动态变化具有区域性与季节性，这主要是因为其水质、水量以及水位等变化都和地形、气象水文等因素关联密切;③潜水极易被人为因素所影响。

承压水主要指的是充满在两个稳定弱透水层或隔水层间的含水层中的水，其主要是由地质构造所决定，如若地质构造条件适宜，则不管是岩溶水、裂隙水亦或是孔隙水都有可能形成承压水。如若水没有充满该类含水层，则其性质则会和潜水相似。其通常埋藏在大的写构造、单斜构造当中。

4.3 按岩石学分类

欧美国家多数学者认为可以以岩石的类型作为地下水划分的依据。与前两种分类依据相比这种分类方案的优点是更为直观，更好掌握，但是世界上的岩石种类繁多，这种分类方法虽然更直观，缺少科学性和系统性，无法充分的反应出地下水贮、导水性质等重要特征，对工程建设没有指导性的意义。地下水含水层的介质环境对含水量、力学特征、甚至地下水化学类型时空布局有决定意义，因此，为了更好的为工程建设服务，可以将含水层介质环境与含水介质类型相结合，这样才能更好的为工程建设提供更有利的数据支撑。

5 地下水位正确观测

5.1 包气带水和潜水

潜水则主要位于地表以下，第一个稳定隔水层以上，具有自由水面的含水层中的重力水。在对包气带水、潜水进行观测时应在钻孔中借助测钟、电测水位计等观测设施来观测初见水位及稳定水位。一般在紧随钻探岩心性状及时观测时，需要充分考虑岩土层透水性，可参照稳定水位的间隔时间，其中要注意砂土、碎石土的时间间隔不得少于0.5 h，对粉土、粘性土时间间隔不得少于8 h，并在勘探结束后，进行统一测量，精度不低于2 cm。

5.2 承压水

对承压水的观测应分层止水、观测水头和水位。承压水观测中应根据赋存介质边界环境隔水层的岩性分以下两种情况：①隔水层松散层的隔水顶板。在对水利工程浸没区进行勘察预测时，如果地层为双层结构，上部粘性土厚度大于下部图层厚度，且其水位受下部承压含水层水位影响时，注意考虑承压水头跟钻孔揭露含水层深度之间的关系；②完整基岩隔水顶板。一般情况下完整基岩隔水顶板岩体中地下水渗流是可以忽略的，在地下水位观测需完整顶板附近分层止水后进行观测，但是如果遇到是的多裂隙性顶板，则需要参考松散层隔水顶板观测方法，逐层进行观测，同时绘制历时水头与顶板之间的相关曲线，根据实际情况选择正确的观测方法。

5.3 土石坝体及滑坡体地下水位观测

不同部位土石坝体的结构、含水系统差异较大，尤其是坝体浸润线和坝基扬压力，流线、流网截然不同，在实际观测过程中要加以区分，避免混淆和误用。一般情况下滑体和滑床的地下水位是不同的，所以需要分层对地下水位进行观测；有时滑坡体堆积的多序次或在形成过程中多次滑动，滑坡体中也会形成两个以上含水层系统，这种情况下也要分层对地下水位进行观测。

6 结 语

水工程主要用于合理、有效的控制环境水，包括地表水和地下水。而地下水则在很大程度上影响着水工程的建设与运用。然而，在开展水工程地质勘察中不可避免的会遇到多种水文地质问题，而对地下水的分类以及地下水位进行准确观察对于水工设计、施工以及实际决策均发挥了巨大的影响。在对地下水进行分类过程中，由于含水层的介质环境在很大程度上决定了地下水的含水量、化学类型、时空布局以及力学特征，最红是有效结合汗水介质类型与介质环境来对其进行综合性分类定名。而在观测地下水位过程中，则需要与地下水的综合分类相结合来有效开展相应的观察，确保其能够使用合理。