水文地质学实验大纲和指导书.docx
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水文地质学实验大纲和指导书.docx
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水文地质学实验大纲和指导书
水文地质学实验大纲及实验指导书
《水文地质学》实验教学大纲
实验一孔隙与水
一、实验课程目的与任务
1.加深理解松散岩石的孔隙度、给水度和持水度的概念。
2.熟练掌握实验室测定孔隙度、给水度和持水度的方法。
二、实验课程内容、要求及学时安排
1.熟悉给水度仪并对仪器进行标定。
2.测定三种松散岩石试样的孔隙度、给水度和持水度。
学时安排:
2学时。
三、实验课程考核
完成实验报告,确定实验成绩。
四、主要参考资料
教材:
《水文地质学基础》章至洁等,中国矿业大学出版社
实验指导书:
《水文地质学基础实验讲义》
实验二达西渗流实验
一、实验课程目的与任务
1.通过稳定流条件下的渗流实验,进一步理解渗流基本定律——达西定律。
2.加深理解渗流速度、水力梯度、渗透系数之间的关系,并熟悉实验室测定渗透系数的方法。
二、实验课程内容、要求及学时安排
1.了解达西实验装置。
2.根据达西公式:
Q=KωΔH/L=KIω,测定不同试样的渗透系数K。
式中:
Q——渗透流量;ω——过水断面面积;ΔH——上下游过水断面的水头差;L——渗透途径;I——水力梯度。
学时安排:
2学时。
三、实验课程考核
完成实验报告,确定实验成绩。
四、主要参考资料
教材:
《水文地质学基础》章至洁等,中国矿业大学出版社
实验指导书:
《水文地质学基础实验指导书讲义》
实验三潜水模拟演示
一、实验课程目的与任务
1.熟悉与潜水有关的基本概念,增强对潜水补给、径流和排泄的感性认识。
2.加深对流网概念的理解,培养综合分析问题的能力。
二、实验课程内容、要求及学时安排
1.观察地表径流。
2.确定潜水面形状。
3.分析地下水分水岭的移动。
4.演示不同条件下的潜水流网。
学时安排:
2学时。
三、实验课程考核
完成实验报告,确定实验成绩。
四、主要参考资料
教材:
《水文地质学基础》章至洁等,中国矿业大学出版社
实验指导书:
《水文地质学基础实验讲义》
实验四承压水模拟演示
一、实验课程目的与任务
1.熟悉与承压水有关的基本概念,增强对承压水的补给、排泄和径流的感性认识。
2.练习运用达西定律的基本观点分析讨论水文地质问题。
二、实验课程内容、要求及学时安排
1.分析讨论承压含水层补给与排泄的关系。
2.观测天然条件下泉流量的衰减曲线。
学时安排:
2学时。
三、实验课程考核
完成实验报告,确定实验成绩。
四、主要参考资料
教材:
《水文地质学基础》章至洁等,中国矿业大学出版社
实验指导书:
《水文地质学基础实验讲义》
《水文地质学》实验指导书
实验一孔隙与水
一、实验目的
1.加深理解松散岩石的孔隙度、给水度和持水度的概念。
2.熟练掌握实验室测定孔隙度、给水度和持水度的方法。
二、实验内容
1.熟悉给水度仪并对仪器进行标定。
2.测定三种松散岩石试样的孔隙度、给水度和持水度。
可根据课程具体性质编写
三、实验仪器和用品
1.给水度仪(图1一1)。
2.十二指肠减压器,或大号吸耳球,用以抽吸气体。
3.量筒(25ml)和胶头滴管。
4.松散岩石试样:
砾石(粒径为5~10mm,大小均匀,磨圆好);砂(粒径为
0.45mm~0.6mm);砂砾混合样(指把上述砂样完全充填进砾石样的孔隙中得到的一种
新试样)。
四、实验室准备工作
1.标定透水石的负压值
透水石是用一定直径的砂质颗粒均匀胶结成的多孔板。
透水石的负压值是指在气、
液、固三相介质界面上形成的弯液面产生的附加表面压强。
标定方法如下:
首先,饱和透水石并使试样筒底部漏斗充满水(最好用去气水,即通过加热或蒸
馏的方法去掉水中部分气体后的水)。
具体做法是:
将试样筒与底部漏斗一起从开关a
处卸下(见图1-1),浸没于水中并倒置,将漏斗管口与十二指肠减压器抽气管连接,
抽气使透水石饱水,底部漏斗全充满水。
用弹簧夹在水中封闭底部漏斗管,倒转试样
筒,将装有水(可以不满)的试样筒放回支架。
同时打开a、b两开关,在两管口同时流
水的情况下连接塑料管。
关闭a、b开关,倒去试样筒中剩余的水,将A滴定管液面
调至零刻度,并与透水石底面水平。
图1-1给水度仪装置图图1-2退水时给水度仪安置示意图
1—装样筛;2—筛板;3—试样筒;4—透水石;1—H为三通管液面到透水石第面的距离;
5—固定连接板;6—试样筒底部漏斗;7—弹簧夹;2—三通管液面
8—硬塑料管;9—滴管;10—三通管
第二步,测定透水石的负压值。
打开a、b开关,缓慢降低A滴定管,同时注意
观测其液面的变化。
当滴定管液面突然上升时,立刻关闭b开关。
此时滴定管液面到
透水石底面的高度就是透水石的负压值。
反复测定几次,选其中最小数值(指绝对值)作为实验仪器所采用的负压值。
2.标定试样筒的容积
将试样筒装满水,用量筒或滴定管测出所装水的体积即为试样筒的容积。
(以上两步可以由实验室同志在实验课前做好。
)
五、实验步骤
1.连接:
将试样筒与滴定管装满水,同时打开a、b两开关,在两管口同时流水
的情况下连接塑料管。
关闭a、b开关,倒去试样筒中剩余的水。
2.检查:
试样筒与滴定管连接之后,检查仪器底部漏斗是否有气泡,如有气泡先
要参照实验室准备工作中第1点进行排气,然后重复第1步。
3.装样:
装样前,将A滴定管液面调到零刻度,关闭a、b开关,用干布把试样
筒内壁擦干(注意不要将干布接触透水石)。
装砾石样和砂样时,不用安装装样筛,直
接将试样逐次倒入试样筒并轻振试样筒以保证试样密实,直至与试样筒口平齐。
装砂
砾混合样时,先按上述方法把砾石装满,再安装装样筛,将砂样从装样筛中漏入,直
至完全充填砾石样孔隙。
4.测定孔隙度
适当抬高滴定管,使其液面略高于试样筒口。
打开a、b开关(同时用手表计时),
用b开关控制进水速度。
试样饱水后立即关闭b开关。
记下A滴定管进水量及饱水累
计时间,填入附表一。
进水量(体积)与试样筒容积之比就是这种试样的孔隙度。
5.测定给水度
将A滴定管加满水并装上三通管。
用胶头滴管调整三通管液面(如图1~2)。
将B
滴定管初始刻度调至100m1处。
同时降低A、B滴定管后,打开b开关,使从试样中
退出的水沿三通管进入B滴定管。
退水过程中,三通管液面到透水石底面的距离不得
大于透水石的选用负压值。
退水终止后,将退水量和累计退水时间记入表1。
退水量
(体积)与试样体积之比就是试样的给水度。
6.重复上述3、4、5步骤,测定另两种试样的孔隙度和给水度(也可以分组测定
不同试样,各组交换实验记录)。
六、实验成果
1.完成实验报告表(附表一)。
2.回答下列问题:
(1)从试样中退出的水是什么形式的水?
退水结束后,试样中保留的水是什么形
式的水?
(2)根据实验结果,分析比较松散岩石的孔隙度、给水度、持水度与粒径和分选
的关系。
实验二达西渗流实验
一、实验目的
1.通过稳定流条件下的渗流实验,进一步理解渗流基本定律——达西定律。
2.加深理解渗流速度、水力梯度、渗透系数之间的关系,并熟悉实验室测定渗透系数的方法。
二、实验内容
1.了解达西实验装置。
2.根据达西公式:
Q=KωΔH/L=KIω,测定不同试样的渗透系数K。
式中:
Q——渗透流量;ω——过水断面面积;ΔH——上下游过水断面的水头差;L——渗透途径;I——水力梯度。
三、实验仪器及用品
1.达西仪(图2~1),分别装有不同粒径的均质试样:
①砾石(粒径5~10mm);
②粗砂(粒径0.6~0.9mm);③砂砾混合(①与②的混合样)。
2.秒表。
3.量筒(100ml,500ml各一个)。
4.直尺。
5.计算器。
四、实验步骤
1.测量仪器的几何参数(实验员准备)。
分别测量过水断面面积(ω)、测压管a、b、c
的间距或渗透途径(L);记入附表二。
2.调试仪器(实验员准备)。
打开进水开关2,待水缓慢充满整个试样,且
出水管有水流出后,慢慢拧动开关2,调节进水量,
使a、c两测压管读数之差最大。
同时注意打开排气
口排尽试样中的气泡,使测压管a、b的水头差与测
压管b、c的水头差相等。
3.测定水头
待a、b、c三个测压管的水位稳定后,读出各测
图2—1达西仪装置图
1—试样;2—进水开关;3—出水管;
4—测压管;5—仪器架;6—排气口
压管的水头值,记入附表二中。
4.测定流量
在进行步骤3的同时,利用秒表和量筒测量t
时间内水管流出的水体积,及时计算流量Q。
连测
两次,使流量的相对误差小于5%[相对误差
δ=〔(Q2−Q1)÷(Q1+Q2)/2〕×100%]],取平均值记入附表二。
5.由大往小调节进水量,改变a、b、c三个测压管的读数,重复步骤3和4。
6.重复第5步骤l一3次。
即完成3—5次试验,取得3—5组数据。
7.按记录表计算实验数据,并抄录其它小组另外两种不同试样的实验数据(有条件的,可分别做不同的试样)。
注意:
(1)实验过程中要及时排除气泡。
(2)为使渗透流速—水力梯度(ν—I)曲线的测点分布均匀,流量(或水头差)的变化要控制合适。
五、实验成果
1.提交实验报告表(附表二)。
2.在同一坐标系内绘出三种试样的ν—I曲线,并分别用这些曲线求渗透系数K值,与直接据附表二中实验数据计算结果进行对比。
思考题(任选2题回答)
1.为什么要在测压管水位稳定后测定流量?
2.讨论三种试样的ν—I曲线是否符合达西定律?
试分析其原因。
3.将达西仪平放或斜放进行实验时,其结果是否相同?
为什么?
4.比较不同试样的K值,分析影响渗透系数K值的因素。
实验三潜水模拟演示
一、实验目的
1.熟悉与潜水有关的基本概念,增强对潜水补给、径流和排泄的感性认识。
2.加深对流网概念的理解,培养综合分析问题的能力。
二、实验内容
1.观察地表径流。
2.确定潜水面形状。
3.分析地下水分水岭的移动。
4.演示不同条件下的潜水流网。
三、实验仪器及用品
1.地下水演示仪(图4-1)。
该仪器的主要组成部分及功能介绍如下:
(1)槽体:
内盛均质砂,模拟含水层。
(2)降雨器:
模拟降雨,可人为控制雨量大小及降雨的分布。
(3)模拟井:
两个完整井和两个非完整井分别装在仪器的正面(A面)和背面(B面),
均可人为对任一井进行抽(注)水模拟,也可联合抽(注)水。
(4)模拟集水廊道:
可人为控制集水廊道的排水。
(5)测压点:
与测压管架上的测压管连通,可以测定任一测压点的测压水头;与示
踪剂注入瓶连通可以演示流线。
(6)测压管架。
(7)示踪剂注入瓶。
(8)稳水箱:
用于稳定河水位。
2.示踪剂选用红墨水演示流线。
3.直尺(50cm)和计算器等。
图4—1地下水演示仪装置图
四、实验步骤
1.熟悉地下水演示仪的结构及功能。
2.地表径流的演示。
打开降雨开关,人为调节降雨强度。
保持两河较低水位排水。
认真观察地表径流
产生情况。
分析讨论:
(1)降雨强度与地表径流的关系。
(2)地形与地表径流的关系。
3.观测有入渗条件的潜水面形状
如图4-2所示,潜水含水层中,等势线上各点的水头都相等,即B、C、D各点测
压水位分别与潜水面上M、N、O各点的测压水位相等。
由此可以按以下具体步骤确
定潜水面形状。
(1)中等强度降雨,保持两河同等低水位排水,待水位稳定后测定井水位和河水位,
并按比例表示在A剖面图上(见附图一)。
(2)在河与分水岭之间选择3~5个测压点,注入示踪剂,观察流线特征,分析流网
分布规律,在A剖面图上画出流线和等势线。
(3)选择3~5个测压点与测压管连接(注意连接时不要进气),测定测压水位,按比
例表示在A剖面图上。
自各测压点测压水位顶点作水平线交各测压点所在的等势线(各
交点均在潜水位线上)。
结合井水位和河水位以及各平行线与等势线的交点,在A剖面图上描绘潜水位线。
图4—2潜水含水层中等势线任一点水头示意图
1—等势线;2—流线;3—测压管C涂黑部分为该点测压高度;4—隔水底板;
5—含水层;6—河水位及潜水位
4.观测地下分水岭的偏移
中等强度均匀降雨,保持两河等值低水位排水,观察地下分水岭位置。
抬高一侧河水位,即抬高一侧的稳水箱。
观察地下分水岭向什么方向移动。
试分
析为什么分水岭会发生移动?
能否稳定?
停止降雨,地下分水岭又将如何变化?
认真
观察停止降雨后地下分水岭变化过程。
5.人为活动影响下地下水与河水的补给和排泄关系的变化(此项为选择内容)
中等强度降雨,保持两河同等较高水位排水。
选择3~5个测压点注入示踪剂。
使
地下水位处于稳定的初始状态。
具体演示:
(1)集水廊道抽水:
打开集水廊道开关进行排水。
观察流线变化特征,分析集水
廊道排水对地下水与河水的补给和排泄关系的影响。
(2)完整井抽(注)水:
恢复初始状态。
打开两个完整井开关,一个抽水,一个
注水。
观察地下分水岭的变化及流线形态。
(3)非完整井抽水:
恢复初始状态。
打开两个非完整井的开关,通过开关控制两
个非完整井等降深抽水。
在适当的测压点上注入示踪剂,观察流线形态并在B剖面图
(附图一)上描绘地下水流线。
分析讨论:
两非完整井等降深抽水时,各井的抽水量
是否相等?
五、实验成果
1.在附图一上根据步骤3绘制A剖面流网图;根据步骤5(3)的演示,在B剖
面上示意画出两非完整井等降深抽水时的流网图。
2.对于河间地块含水层,当河水位不等时,地下水分水岭偏向哪一侧?
试分析其
原因?
实验四承压水模拟演示
一、实验目的
1.熟悉与承压水有关的基本概念,增强对承压水的补给、排泄和径流的感性认识。
2.练习运用达西定律的基本观点分析讨论水文地质问题。
二、实验内容
1.分析讨论承压含水层补给与排泄的关系。
2.观测天然条件下泉流量的衰减曲线。
三、实验仪器和用品
1.承压水演示仪(如附图二)。
该仪器的主要组成部分的功能如下:
(1)含水层:
用均质石英砂模拟。
(2)隔水层:
用粘土模拟。
构成大致等厚的承压含水层的顶板和底板。
(3)断层上升泉:
承压含水层主要通过泉排泄,泉水通过开关9排出,可用秒表
和量筒配合测量其流量。
(4)模拟井(虚线部分为滤水部分):
中间b井和开关8连通,通过开关8可以
控制b井的抽(注)水。
(5)模拟河:
承压含水层接受河流补给,通过调整稳水箱(开关7接稳水箱)的高
度控制补给承压含水层的河水水位。
(6)隔水板:
上部穿孔,河水可以通过穿孔部分补给承压含水层。
2.秒表。
3.量筒:
500ml、50ml、25ml各一个。
4.直尺(50cm)。
5.计算器等。
四、实验步骤
1.熟悉承压水演示仪的装置与功能。
2.测绘测压水位线
抬高稳水箱,使河水保持较高水位,以补给含水层,待测压水位稳定后,分别测
定河水、a、b、c三井和泉的水位,在附图二上绘制承压含水层的测压水位线。
分析
自补给区到排泄区水力梯度有何变化?
为什么会出现这些变化?
3.测绘平均水力梯度与泉流量关系曲线
测定步骤2的泉流量、河水位(H河),泉点水位(H泉),计算平均水力梯度(I),记入附表五。
分两次降低稳水箱,调整河水位(但仍保持河水能补给含水层)。
待测压水位稳定
后,测定各点水头、计算平均水力梯度,同时测定相应的泉流量,记人附表五。
4.b井抽水,测定泉流量及b井抽水量
为了保证b井抽水后,仍能测到各井水位,抽水前应抬高河水位(即抬高稳水箱)。
待测压水位稳定后测定泉流量,记入附表五。
b井抽水,待测压水位稳定后,测定各
点水头,标在附表二的平面图上,画出b井抽水时的承压含水层平面示意流网;同时
测定泉流量及b井抽水量并记入附表五。
从测定结果分析,抽水后泉流量的减量是否
与b井抽水量相等?
为什么?
5.测绘泉流量随时间的衰减曲线
停止b井抽水(关闭开关8),待水位稳定后,关闭开关7,测量泉流量随时间的变
化,将测量结果记入附表五。
五、实验成果
1.提交实验报告表(附表五)。
2.在附图二上绘制承压水测压水位线。
3.绘出b井抽水时的承压含水层平面示意流网。
4.绘制泉流量随时间的变化曲线。
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