供水水文地质勘察(hydrogeological investigation for water supply)

以城镇、工矿企业和农业生产、生活的供水为目的而进行地下水的探测、评价和开发利用的综合性工作。是工程勘察的一个专业。它以地质学、构造地质学、水文地质学和地下水动力学等学科理论为基础，通过水文地质测绘、污染源调查、水文地质钻探、水文地质试验、水质检验、地下水动态监测、水文地质参数计算和地下水资源评价等项工作和手段，研究地下水的形成和赋存条件、地下水运动、地下水补给、地下水径流、地下水排泄和地下水流速、地下水动态等规律，最后依据获得的勘察资料，在地下水源保护的前提下，提出地下水合理开采、地下水集水构筑物，以及在需要和可能条件下，采取地下水人工补给、修筑地下水库等措施的建议。并以供水水文地质勘察报告书的形式提出勘察成果，作为经济建设的依据。

供水水文地勘察是一门综合性的应用于水文地质方面的勘察技术，其发展主要体现在水文地质调查，水文地质钻探、水文地质试验以及地下水资源评价和地下水开采几大步骤的全过程中，最终归结于供水勘察工程的经济效益和质量优劣上。

简史   中国是世界上最早对地下水有相当认识和广泛利用的国家之一。泉水无疑是最早利用的地下水源。“阙地及泉”、“凿井而饮”，见于商代前的记载。据考古发现的水井，已有4000多年的历史。浙江余姚河姆渡1977年发现的一口木结构井，用C¹⁴测定年龄为5700年。

甲骨文中发现“井”字是在公元前1500年前后。在古籍中，《华阳国志》记载李冰曾根据水脉定井位，约在2200年以前。《周易》列述了水的种种活动方式，中国周秦间《素问》一书说明了云和水的关系，《吕氏春秋》的《回道》则阐明了水循环法则。《山海经》多处提到地表水潜入地下成为伏流。周朝《洪范》称“润下作成”，即指水渗入补给地下水，水质由淡变咸。

16世纪前后，徐光启认为“井与江河地脉贯通”，并以此度井水的浅深(见《农政全书》)。徐霞客解释了自流井的成因：认为另一处有与喷射高度大致相同的水头。他的最大贡献是对岩溶成因和类型的考察和分析。

在西方，公元前384～322年，古希腊亚里士多德提出地下的空气凝结成为地下水的凝结说。此后。罗马鲍利又提出降雨和融雪渗入地下形成地下水的渗入说。17世纪法国马利奥特(E.Marriotte)观测了降雨量和渗入量，得出其间关系，为渗入说提供了佐证。

18世纪末叶地质学开始形成，给地下水赋存和运动规律提供了条件。

19世纪下半期，随着欧洲资本主义生产发展的需要，法国达西(H.Darcy)于1856年提出了达西线性定律。1863年，法国迪布依(J.Dupuit)提出了稳定流水井流量公式；1870年，德国齐姆(A.Thiem)发展了他的公式，称其公式中的R为影响半径。1877年，法国提出了布西涅斯克(M.J.Boussinesq)方程。1886年，奥国弗尔赫米尔(P.Forchheimer)提出了“关于地下水等势面和流网的概念”等。直至1935年，美国泰斯(C.V.Theis)提出了地下水径向非稳定流计算公式，使地下水动力学有了很大的发展。

自水文地质学(Hydrogéologie)一词由法国拉马克(J.de Lamark)于1802年提出以来，直到19世纪末叶经历了相当长的过程才逐渐形成。

20世纪前半期，中国的地质学家曾为南京、上海、北京、天津、西安、兰州和南昌等城市地下水源进行过大量的调查工作，并提出过报告。民间的打井从业人员和城市少数凿井公司，曾开展过凿井工作。上海到1921年已有22口深井，出水量30万m³／a。当时北京几口有名的深井都开凿于1920年前后。天津打的9口深井，其中1935年在天津洗染厂的一口，取水段深为716.5～745.6m。鞍山钢铁公司和山东铝厂等也建有取水廊道和大口井。这样，以地下水源调查(找水)和打井为主要内容的水文地质工怍状态一直延至中华人民共和国建立后的若干年。冶金系统直至1954年，通过供水勘察工程的实践，才形成比较完整和系统的供水水文地质勘察。

50年代后半期，刚开始时，水文地质调查大多利用现有的地质图补充井、泉的调查，以后发展到可进行水文地质测绘(如山西中条山)。水文地质钻探对冲积层通常采用套管护壁的手动冲击钻进。通过泥浆护壁和套管护壁的对比试验，以及随后创造了水压护壁法钻探，套管护壁法被逐渐淘汰。由于基岩工程(山东铝厂沣水)钻探的需要，1955年引进了YKC–20型钢绳冲击钻机。以后也用于冲积层的钻进，对特大卵石地层的钻进，首次使用了厚壁加重抽筒钻头(如首都钢铁公司)。水文地质试验已开展了单孔、带观测孔、干涉孔的抽水试验，有的规模相当大，抽水时间一般较长。在水文地质计算上则以稳定流为主，水量评价多采用苏联普罗特尼柯夫()四大储量(见地下水资源评价)的计算方法。

由于用抽水试验正确测定水文地质参数是计算地下水资源的基础工作，通过大量工程实践，发现这项工作还存在不少问题，因此60年代前半期，中国一些工程勘察部门的水文地质工作者对此开展了研究，冶金勘察部门还进行了系统的室内外试验(北京南苑试验场的试验)，对经典水井公式和抽水试验方法有了进一步认识。

70年代是供水水文地质勘察进一步发展和达到相当成熟的阶段。作为水文地质地面调查方法之一的工程地球物理勘探(简称物探)，在60年代就曾经使用，到70年代已近成熟；另一种地面调查方法遥感技术则于1973年首次在万县的长平工程中作出水文地质图，后经许多工程的实践，也达到成熟，这两种技术于1978年纳入《供水水文地质勘察规范》(中国国家标准前身TJ27–78)。

随着中国在山区大量工程实践，丰富和创造了以构造地质力学为中心论点的基岩地下水赋存和运动理论。该理论与水文地质常规测绘、遥感技术和物探方法结合，使基岩找水达到新的高度。

水文地质钻探在60年代末采用了反循环钻进，80年代初期开始试用潜孔锤钻进工艺；非稳定流理论和抽水试验方法是60年代开始引用的，到了70年代已得到普遍采用，并用于计算水文地质参数。对地下水资源划分为补给量、储存量和开采量三大储量的新概念，已被广泛接受和运用，并在地下水资源评价中应用电子计算机采用数值法进行计算；电网络模拟试验也应用于工程实践。在地下水开发利用上，出现了地下水人工补给和修筑地下水库等技术。

80年代以来，水文地质调查以常规测绘、遥感技术和物探相结合的方法已被广泛接受。由冶金系统引进，1983年首次在沙岭子工程中用以测定地下径流量的放射性同位素测速法，经过大量的工程试验，于1988年纳入中国国家标准《供水水文地质勘察规范》(GBJ27–88)。

为加强地下水资源管理，在一些地区、城市和工矿企业，已经开始建立水资源管理模型和水质模型。

任务   在明确设计要求、搜集已有资料和现场踏勘的基础上，按各类地区的特点和任务要求开展供水水文地质勘察工作。这些地区包括：山间河谷，冲洪积扇，冲积、湖积平原，滨海平原和河口三角洲，岩溶，红层、碎屑岩，玄武岩，块状结晶岩和沙漠、冻土地区。通过针对性工作最终完成以下列内容为目标的勘察任务：(1)查明含水层特征、分布范围、埋藏条件、地下水的类型和补给、径流、排泄条件。(2)确定取水地段，建议集水构筑物型式和布局。(3)评价地下水允许开采量及其水质。(4)研究和掌握地下水动态规律，预测水源地开采后地下水水量和水质可能发生的变化。

阶段   与设计阶段相适应，一般分为初步勘察阶段和详细勘察阶段。(1)初步勘察阶段。在几个可能富水地段，基本查明水文地质条件，初步评价地下水资源，进行水源地的方案比较并推荐最优方案，即靠近用水地点、水文地质条件最佳和合理规划或避开与其他供水点的影响，为水源地的初步设计提供依据。(2)详细勘察阶段。查明拟建水源地范围内的水文地质条件，详细评价地下水资源为水源地的技术设计或施工图设计提供依据。

在初步勘察阶段之前，要进行可行性研究工作，概略地评价区域水文地质条件，提出与地下水有关的资料，为制定规划、选择厂址和编制设计任务书提供依据。在水源地投产后，当需要扩大开采地下水或查明出水量减少、水质恶化和不良地质现象时，为合理开采、保护和管理地下水资源，还需要进行专门性的水文地质勘察工作。

供水水文地质勘察的范围、内容和工作量，可根据勘察阶段、需水量大小、勘察区水文地质条件复杂程度和地下水资源评价方法等因素综合考虑确定。当水源地已确定、水文地质条件简单、既有资料较多、少数管井能够满足需水量要求时，可直接钻凿勘察生产井。对有使用价值的勘察孔，在不影响水源地统一开采布局的情况下，亦可作为成井。

展望   淡水资源不足和地下水污染是当今世界性的两大问题。可以预见，供水水文地质勘察今后的发展方向：(1)研究地下水、地表水、大气降水和经处理的污水的综合利用。(2)应用系统工程理论和方法，进行区域性地下水资源评价，采用电子计算机进行计算、建立数据库和电网络模拟的方法，以求更合理地开发地下水资源。(3)城市、大型工业企业和农田排灌，将逐步建立地下水资源管理模型，合理用水、节约用水，加强水资源管理。(4)人类的活动使地下水环境不断地受到影响，由于开采地下水所引起的地面沉降、地面塌陷和水质恶化等危害，已经成为值得重视和研究的一个新领域。