水利工程论文-裂隙含水层井址选择方法与经济分析.doc

水利工程论文-裂隙含水层井址选择方法与经济分析摘要：地下水流过稀疏、狭窄裂隙的区域，含水和不含水钻井位置常常相距仅在几十米。在这些区域的钻井成功率很低，因为有水的钻井位置很少被发现，而且很难识别。利用映象和表面地球物理学的结合在钻井位置选择上的应用，钻井成功率有很大的提高。用这种方法对诸多的选址方法进行了经济利益评价，证明了地球表面物理学和航空摄影在这些区域的应用是成功的，减少了近2倍的钻井成本，提高了钻井成功率，那是因为狭窄裂隙带上覆盖了好几米厚的风化土和植被被形象地刻画出来。在井址选择中起到了重要的指导作用，并收到了一定的社会效益和经济效益。关键词：裂隙含水层井址选择方法经济分析前言在西非的许多地区，地下水非常贫乏，为寻找地下水就必须依靠地质单元，因地下水的储存和流动均限制在非渗漏岩床上的狭小裂隙里。该区域的钻井成功率很低，枯井占很大的百分比。因此，利用了映象（卫星航拍）和地球物理学方法确定钻井位置，提高了钻井成功率。但是不知道能否降低钻井成本。在这篇论文里，我们对几种钻井位置选择方法进行了对比和经济效益分析。在加纳的ATEBUBU行政区每年的降雨量接近140cm，70%的降雨来自长达5个月的雨季（ATEBUBU农业局1996）。旱季期间，地表水从聚集地到使用地通常要搬运几千米。由于污染家庭用的地表水是疾病的主要来源。地下水的应用能够改善社区的健康状况，用水更加方便。开采地下裂隙水是唯一的途径。但是这些地区被一层腐泥土覆盖着，而且腐泥土由数米厚的肥沃风化物质组成。腐泥土覆盖着古新世年代的长石砂岩和砂岩，除了断层区外它的渗透性很差。通过稀少的露出地面的岩层里，我们观测到很少破裂面超出5度顶角的裂隙。而且，表面裂隙没有储水条件，在众多区域里，两位置钻到同样的深度要小于40m（一般的距离小于70m）。一口井的出水量也不过10升/分多，就认为是丰水井了。造成这种情况的原因之一是岩体完整，二是干旱的结果。但是在肥沃的泥土风化层厚度通常是在2m到5m之间。在破裂带上，深厚的风化带深度可达到20m左右，对利用1973年收集的黑白立体航空照片，和1993年收集的人造卫星定位及跟踪映象，联合分析可以看出。线性黑暗地貌是灌木茂盛的绿色植被与浅薄的线性地形在映象上被识别。这些面部轮廓被看成一个可能存在岩床裂隙带的暗示，有孔性和渗透性比周围的区域要更大。茂密的植被可能是出自于一个深厚的风化层，使得地下水的存储的形成量要比邻近的完整区域更大一些（SANDER等人，1997）。观测地貌、植被和地表水不用映象或地球物理学也能知道地形起伏。但观察的低洼地形不足1m。传统上利用植被喜水性作为找水指示，包括daniella(daniellaolivieri)、kapok(ceibapentandra),和babao(adansoniadigitata)等地方，尽管我们认为这些种类被看作是有利的指示，没有办法用数量来评价这一假设。大多数的棕榈树认为是不重要，因为他们经常是被种植供养以达到农艺目的。在旱季期间不能干涸的表面水或者浅的人工凿井是有利的指示。在旱季干涸的表面水或者浅的人工凿井重要性不大，因为他们通常是低水量。再者深颜色的泥土覆盖层，也不可能得到深水的指示。反而白蚁垛被显示成与之关联的潮湿土壤或深厚的风化层(gustafsson1993)因此被认为是有利的指示。甚至在注意这些表面特征、回顾这些照片和SPOT人造卫星定位及跟踪映象后，也只能在100m破裂带常与厚的风化层有关系，并在深处增强水的容量。频率畴电磁的方法(hazeletal.1992；boeckh1992)用作更精确识别破裂带特定范围，因为它在电特性里，随着风化厚度和湿度的增加而敏感度较好。对于大多数地点，浅层电的传导性(标准以20m水平距和垂直距)比深层电的传导性大(标准以20m的范围)。这是因为在数m厚的覆盖层中的湿土壤比在干而少缝隙的地方电导率要好。电导率随深度而增加的区域是在具有较深风化层的洼地，深处电性测量对潮湿的覆盖层灵敏而对基石不灵敏，而且常受到饱和断裂区的风化层的厚度的影响，这个仪表的研究深度对这种情况是足够的。电导测量是在沿横切面每10m或20m在垂直和水平方向进行，断裂带由航空图片和SPOT印象来识别的。最后位置的选择基于人造卫星定位和跟踪映象、航空摄影、地球物理学、植被和地形学联合考虑。实际上，地球物理学在决定什莫地方为最后的位置中起着主要的作用最强大的角色（一般以10m长为一个地球物理学的横断面）。在对于风化层厚度超过5倍裂隙带,这里用来解释电磁学的方法不太有效。因为解释方法的空间分辨率将不能充分识别破碎带的位置。这种方法对地下水面的深度不是特别敏感,因为此解释方法是寻找对地下水面以上的裂隙迹象认为是有效的，即使地下水面的深度比电磁学研究的深度还要深。裂隙被浸透是很重要的，这是因为破碎横断排水区域的选择是很重要的。只要肥沃的泥土风化层在裂隙带里形成，这种方法将也适用于广泛的岩床岩石学而工作。当完整区域上面风化层厚度比电磁学调查研究深度大时这种方法将不能启用。图区实例。在电磁外形的频率畴和钻孔位置。传导性随深度增加的范围用黑色阴影表示，成直线的外部轮廊与地球物理学连线都是用细点线表示的。在tintari的工程位置选择是一个典型例子。社区以西1km处季节性的排水区域有几条水道分支，那些水道分支在人造卫星定位和跟及航空摄影都是可见的。航空摄影能精细的刻画出面部轮廓形成在低压表面附近,并测量出穿过排水区域的偏移量。形态学的偏移量不能呈现出一致的溪流弯曲，但是能更多的提示出结合处的十字交叉点。精确的偏移量是很难在地面上被识别，因为植被比较茂盛。两个电磁横断面（距离40m）近似的与溪流平行被测出，且穿过并垂直于面部轮廓。用三个导电极能增加深度（图2中细线和黑色阴影区）面部轮廓。并能定位相似通过路线偏移量的地貌特征。如一个3m高的白蚁土墩被定位在这些特征的附近。在电导随深度而增加附近钻出的一口井，通过空压机抽水达9升/分，离开此井20m以外电导随深度的增加而降低。为了检验电导随深度增加而降低的依据,在钻孔外开凿了三对附加的钻孔井。对于每一对钻孔地点，一个钻孔地点是传导性增加深度保持不变，另一个钻孔地点40m的距离，测得此区域导电性随深度减少而减小（图3）。导电性随深度增加而降低或是保持不变的钻孔地点是有水井（相对丰水井），导电性随深度减小的钻孔是枯水井，不能用于抽吸井。这些成对的干湿井地点在有利区域开凿是通过映象识别的。无论如何，因为是在钻井地点的附近（小于40m），映象和表面特征不能辨别哪个地点可能是丰水的。在凿井之前，为了鉴别在每一对钻孔中哪一个有可能是有水井，这就要求电磁测量具有较高的鉴别能力。图电磁测量实例。两个位置在三个社区的钻孔，传导性增加或者随深度增加保持不变（阴影区域），传导性随深度增加而减少。安装一台水泵用空压机抽水在10分钟内出水量为9-10升/分。这样的钻孔位置被认为是成功的。尽管这是很拙劣的测试井出水量的一种方法，在干涸的井内是不能实现的。但是用这种测试方法所取得的钻