曲國娜，崔艷鵬，王國樑

(1. 遼寧工程技術(shù)大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院，遼寧 阜新 123000； 2. 北京建工集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100010)

水工程地質(zhì)勘察中地下水位的應(yīng)用涉及諸多方面，首先分析工程地質(zhì)勘察中常見的水文地質(zhì)問題；其次，對工程勘測過程中水文地質(zhì)參數(shù)的測定方法進(jìn)行簡單的介紹，然后對地下水的分類進(jìn)行簡單的闡述；最后，結(jié)合地下水分類以及特征，提出地下水位正確觀測[1]。

1 規(guī)范對地下水位的要求與應(yīng)用

在我國出臺的《水利水電工程地質(zhì)勘查規(guī)范》中明確指出，要求水利水電工程勘察中必須要將地下水位查明清楚，且在工程每一階段均需明確掌握勘察場區(qū)地下水位的要求。其具體體現(xiàn)在如下幾方面：①勘察灌區(qū)水文地質(zhì)；②喀斯特滲漏問題；③將地下水等水位線圖繪制出來；④判別水庫浸沒的基本要求；⑤水庫區(qū)判別庫岸滲漏的基礎(chǔ)參數(shù)；⑥在出險加固環(huán)節(jié)，各部位的地下水位往往用來對混凝土壩基基底的揚壓力、壩體浸潤線形態(tài)、土壩壩后壩基位勢進(jìn)行判定；⑦組合兩項來將作業(yè)現(xiàn)場的地質(zhì)情況復(fù)雜級別與程度明確；⑧施工區(qū)域降排水的基本要求；⑨灌區(qū)水資源地下水均衡計算的要求；⑩地震液化判別需要[2]。

2 工程地質(zhì)勘察中常見的水文地質(zhì)問題

1)地下水位上升造成的影響

連續(xù)降雨、人工灌溉、工業(yè)廢水和生活污水的滲透，含水層構(gòu)造等因素都會造成地下水位上升。地下水位上升進(jìn)而引起潛水位上升的情況，造成的主要危害表現(xiàn)為：①造成土壤水分過分飽和，通氣不良、導(dǎo)致土壤鹽堿化，造成工程區(qū)域沼澤化、鹽漬化；②工程建筑會受到巖土和地下水不斷侵蝕，存在角度的斜坡、山緣、海岸等巖土?xí)a(chǎn)生位移、滑坡、崩塌等現(xiàn)象；③會破壞部分巖土體結(jié)構(gòu)，使巖土強(qiáng)度下降、軟化，粉細(xì)砂及粉土成飽和狀態(tài)從而產(chǎn)生細(xì)砂流動、土層中細(xì)顆粒從粗顆粒中沖出，對工程安全造成嚴(yán)重的影響[3]。

2)地下水位下降引起的危害

地下水位下降的主要是人為造成的，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類的生產(chǎn)和生活需要大量的水資源，大量集中抽取地下水對地下水消耗非常大，部分地區(qū)在修建水庫、礦區(qū)礦產(chǎn)開采過程中過度抽取地下水，而忽略了地下水的補(bǔ)給問題，導(dǎo)致地下水位下降，誘發(fā)地表開裂、地面沉降、地面塌陷等一些地質(zhì)災(zāi)害，加上地下水源枯竭、水質(zhì)惡化等不良環(huán)境問題，不僅僅對水工程建設(shè)的安全和質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響，還會嚴(yán)重威脅到人類的生存和發(fā)展。

3)地下水不斷升降造成的危害

如果地下水頻繁升降變化，巖土反復(fù)膨脹收縮，形成地裂，對建筑工程造成不同程度破壞。同時地下水升降會引起土層中鋁、鐵、膠結(jié)物等有機(jī)成分的流失或是富集，改變土質(zhì)構(gòu)造，造成巖土含水量孔隙變大、土質(zhì)變松、巖土承載力下降等諸多不良現(xiàn)象，土層承載力下降，就會形成地表塌陷，給工程建設(shè)帶來較大的困難和隱患[4]。

4)地下水動壓力變化造成的危害

在自然狀態(tài)下地下水動壓力是穩(wěn)定和平衡的，但是隨著人類活動越來越頻繁，地下水動壓受到干擾引起地下水的變化，天然地下水動力失衡，加大巖土自重應(yīng)力，對工程造成損害。

3 水文地質(zhì)參數(shù)的測定

水文地質(zhì)勘察地下水位測定需要的參數(shù)主要有：滲水及倒水系數(shù)、吸水率，釋水系數(shù)等參數(shù)，這些參數(shù)都需要一一進(jìn)行測定。不同的參數(shù)的測定方法會有所不同，因此需要先從總體上了解他們的不同之處，例如在測量地下水位的時候，通常會采取地基鉆孔和借助測驗管觀測的方法來獲取所需的數(shù)據(jù)，但是如果是在深水溪水處進(jìn)行測量時，則需要進(jìn)行注水壓水實驗等方法來獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，所以要想獲取準(zhǔn)確的地下水測定的相關(guān)數(shù)據(jù)，就必須對這些測量對象進(jìn)行深入的了解，才能選擇正常的測定方法進(jìn)行測定，保證數(shù)據(jù)的可靠性[5]。

在進(jìn)行地下水位的測定時，一般要測量的都是靜止的地下水位，因此需要提前工程地質(zhì)狀況進(jìn)行全面的勘察后再進(jìn)行此項測定，一方面能夠降低人為因素的影響，另一方面，如果在測量時遇到多層含水的地質(zhì)環(huán)境，可以采取隔水或止水措施，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4 地下水位分類

4.1 按含水介質(zhì)的空隙分類

我國水文地質(zhì)學(xué)者普遍認(rèn)為以含水介質(zhì)的空隙為依據(jù)對地下水進(jìn)行分類，可將地下水分為3類：孔隙地下水(松散未膠結(jié)巖石)、裂隙水(非可溶性堅硬巖石)和巖溶水(石灰?guī)r、白云巖等可溶性巖石)3類，其中裂隙水根據(jù)基巖裂隙的不同又可細(xì)分為風(fēng)化裂隙水、成巖裂隙水、構(gòu)造裂隙水3種，裂隙水的存在、類型、運動、富集等與裂隙發(fā)育程度、性質(zhì)及成因密切有關(guān)[6]。因此，為了更好地掌握裂隙水的規(guī)律，需要我們深入了解裂隙發(fā)生、發(fā)展變化規(guī)律。

4.2 按埋藏條件分類

按照含水層介質(zhì)空隙對地下水進(jìn)行分類可以很好的反映出含水層所在空間環(huán)境，但含水層內(nèi)地下水在周邊介質(zhì)環(huán)境中運動力學(xué)特征不能被形象反映出來。因此，有學(xué)者提出按照含水層埋藏條件對地下水進(jìn)行分類，或者說是按照地下水所處邊界介質(zhì)環(huán)境，地下水類型可以分為包氣帶水、潛水以及承壓水3種。通過圖1可以形象的反映出地下水按埋藏條件分類。

圖1 地下水分類

包氣帶主要指的是地下水面以上、地表以下，巖石孔隙中含有空氣，并未充滿水的地帶。上層滯水主要存在包氣帶中，局部隔水層之上的重力水。其中包氣帶中的水包含了上層滯水與土壤水。而包氣帶巖性組合情況則決定了上層滯水的形成。通常情況下，地形低凹、平坦，或是其地質(zhì)構(gòu)造對地下水匯集有利的區(qū)域，地表巖石具有良好透氣性，其又存在一定范圍的隔水層在包氣帶中，一旦滲入補(bǔ)給水，就極易生成上層滯水。

土壤水則是處于地表周邊土壤層中的水，其主要是毛細(xì)水與結(jié)合水。而其補(bǔ)給主要來源于潛水、凝結(jié)的水汽以及入滲的降水。大氣降水往下滲透必定會經(jīng)過土壤層，此時便會有部分滲透水留在土壤層內(nèi)，變?yōu)樘镩g持水量。剩余部分便以重力水的方式向下滲透補(bǔ)給潛水。潛水具有以下幾方面特征：①其具有自由水面,由于其定位并不具有連續(xù)的隔水層，所以靜水壓力不會施加到潛水面上，其只是承受的阿奇壓力作用的自由表面，所以是無壓水[7];②潛水的動態(tài)變化具有區(qū)域性與季節(jié)性，這主要是因為其水質(zhì)、水量以及水位等變化都和地形、氣象水文等因素關(guān)聯(lián)密切;③潛水極易被人為因素所影響。

承壓水主要指的是充滿在兩個穩(wěn)定弱透水層或隔水層間的含水層中的水，其主要是由地質(zhì)構(gòu)造所決定，如若地質(zhì)構(gòu)造條件適宜，則不管是巖溶水、裂隙水亦或是孔隙水都有可能形成承壓水。如若水沒有充滿該類含水層，則其性質(zhì)則會和潛水相似。其通常埋藏在大的寫構(gòu)造、單斜構(gòu)造當(dāng)中。

4.3 按巖石學(xué)分類

歐美國家多數(shù)學(xué)者認(rèn)為可以以巖石的類型作為地下水劃分的依據(jù)。與前兩種分類依據(jù)相比這種分類方案的優(yōu)點是更為直觀，更好掌握，但是世界上的巖石種類繁多，這種分類方法雖然更直觀，缺少科學(xué)性和系統(tǒng)性，無法充分的反應(yīng)出地下水貯、導(dǎo)水性質(zhì)等重要特征，對工程建設(shè)沒有指導(dǎo)性的意義。地下水含水層的介質(zhì)環(huán)境對含水量、力學(xué)特征、甚至地下水化學(xué)類型時空布局有決定意義，因此，為了更好的為工程建設(shè)服務(wù)，可以將含水層介質(zhì)環(huán)境與含水介質(zhì)類型相結(jié)合，這樣才能更好的為工程建設(shè)提供更有利的數(shù)據(jù)支撐。

5 地下水位正確觀測

5.1 包氣帶水和潛水

潛水則主要位于地表以下，第一個穩(wěn)定隔水層以上，具有自由水面的含水層中的重力水。在對包氣帶水、潛水進(jìn)行觀測時應(yīng)在鉆孔中借助測鐘、電測水位計等觀測設(shè)施來觀測初見水位及穩(wěn)定水位。一般在緊隨鉆探巖心性狀及時觀測時，需要充分考慮巖土層透水性，可參照穩(wěn)定水位的間隔時間，其中要注意砂土、碎石土的時間間隔不得少于0.5 h，對粉土、粘性土?xí)r間間隔不得少于8 h，并在勘探結(jié)束后，進(jìn)行統(tǒng)一測量，精度不低于2 cm。

5.2 承壓水

對承壓水的觀測應(yīng)分層止水、觀測水頭和水位。承壓水觀測中應(yīng)根據(jù)賦存介質(zhì)邊界環(huán)境隔水層的巖性分以下兩種情況：①隔水層松散層的隔水頂板。在對水利工程浸沒區(qū)進(jìn)行勘察預(yù)測時，如果地層為雙層結(jié)構(gòu)，上部粘性土厚度大于下部圖層厚度，且其水位受下部承壓含水層水位影響時，注意考慮承壓水頭跟鉆孔揭露含水層深度之間的關(guān)系；②完整基巖隔水頂板。一般情況下完整基巖隔水頂板巖體中地下水滲流是可以忽略的，在地下水位觀測需完整頂板附近分層止水后進(jìn)行觀測，但是如果遇到是的多裂隙性頂板，則需要參考松散層隔水頂板觀測方法，逐層進(jìn)行觀測，同時繪制歷時水頭與頂板之間的相關(guān)曲線，根據(jù)實際情況選擇正確的觀測方法。

5.3 土石壩體及滑坡體地下水位觀測

不同部位土石壩體的結(jié)構(gòu)、含水系統(tǒng)差異較大，尤其是壩體浸潤線和壩基揚壓力，流線、流網(wǎng)截然不同，在實際觀測過程中要加以區(qū)分，避免混淆和誤用。一般情況下滑體和滑床的地下水位是不同的，所以需要分層對地下水位進(jìn)行觀測；有時滑坡體堆積的多序次或在形成過程中多次滑動，滑坡體中也會形成兩個以上含水層系統(tǒng)，這種情況下也要分層對地下水位進(jìn)行觀測。

6 結(jié) 語

水工程主要用于合理、有效的控制環(huán)境水，包括地表水和地下水。而地下水則在很大程度上影響著水工程的建設(shè)與運用。然而，在開展水工程地質(zhì)勘察中不可避免的會遇到多種水文地質(zhì)問題，而對地下水的分類以及地下水位進(jìn)行準(zhǔn)確觀察對于水工設(shè)計、施工以及實際決策均發(fā)揮了巨大的影響。在對地下水進(jìn)行分類過程中，由于含水層的介質(zhì)環(huán)境在很大程度上決定了地下水的含水量、化學(xué)類型、時空布局以及力學(xué)特征，最紅是有效結(jié)合汗水介質(zhì)類型與介質(zhì)環(huán)境來對其進(jìn)行綜合性分類定名。而在觀測地下水位過程中，則需要與地下水的綜合分類相結(jié)合來有效開展相應(yīng)的觀察，確保其能夠使用合理。