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地下水和水井

克劳德·博伊德,博士

一些井水不适合水产养殖,其他则必须进行处理

落在地球表面的一部分雨水和融雪向下渗透通过土壤和下面的地质构造,最终到达不可渗透的岩石并积聚在不可渗透层上方的地质基质中。这种饱和的地质材料层称为含水层,其顶部称为地下水位。含水层容纳水,并根据重力将水输送到海拔较低的区域。

孔隙率,渗透率

1立方米含水层所容纳的水量取决于地质基质内孔隙的体积。例如,1立方米的粗砂可能容纳0.27立方米的水,而等体积的细粘土可能包含0.4立方米的水。在此示例中,基于沙子和粘土的含水层的孔隙率分别为27%和40%。由细颗粒组成的含水层比具有较粗颗粒的含水层容纳更多的水。

含水层传输水的能力取决于其渗透性。由于细颗粒中的流动阻力大于粗颗粒,因此水在砾石或沙子中的流动比淤泥或粘土更自由。 

渗透率通过水力传导率来测量。粘土,粉砂和粗砂的水导率分别为0.0000001、0.0001和0.5厘米/秒。响应于水头下降(水位降低)的运动在粗砂中可能比在淤泥中快5,000倍,在粘土中快500万倍。

主要含水层类型

含水层分为地下水位或无限制含水层和密闭含水层。在地下水位含水层中,水在钻入饱和层的孔中上升到地下水位的高度。密闭的含水层被困在两个不透水的地质层之间。如果在上层限制层上钻了一个孔进入饱和层,水将上升到限制层上方,有时会自由地流到地面上。表现出自由流动的井称为自流井。

两种主要类型的蓄水层如图1所示。地下水位蓄水层的补给区或水源位于其地下水位以上的陆地表面上的任何位置。但是,只有两个封闭层的露头之间的区域可用于补充封闭含水层。

地下水
图1:承压和非承压含水层的补给面积可能有很大不同。

含水层变异性

含水层的表面积和饱和厚度变化很大。它们的长度和宽度可以是几百公里,也可以只有几百平方米。饱和厚度的范围可以从小于1米到超过100米。地下水位的深度可以低于地面以下1 m或1,000米以上。在给定区域的土地下找到多个含水层并不罕见。

地下水流在地下水位以下的地方,含水层自然排出水。这种现象称为基流,在干旱天气下会维持水流。在某些地方,含水层拦截了地表和春季水流问题。含水层还可以排放到海床上。在沿海地区,海水可以渗透到地质构造中,并将盐水引入陆地以下的含水层。 

韦尔斯

通过在地面上钻一个洞或在水位以下将其延伸到含水层的底部来制造一口井。从周围的饱和区渗入孔中的水可以用绳和桶手动清除,但通常可以通过安装在孔底部的泵清除。很少有井深超过300米。  

井的钻孔用管子包装。由塑料或金属丝缠绕在垂直钢棒上并连接到套管底部的井筛可以使水进入,但可以防止含水层中的颗粒进入。井口保护也很重要,因为进入套管顶部的地表水会污染地下水。

抽水作业

在地下水位含水层中的水井中,泵将水从水井内部排空,而水头的下降使更多的水因重力而从水井滤网中渗出。水越容易流入滤网,滤井的产量就越高。 

因此,在确定油井产量时,含水层的渗透性通常比其孔隙度重要。而且,尽管增加井径会增加井的产量,但是不能从低渗透率的含水层获得高产量。

在启动泵之前,地下水位含水层中一口井中的水位处于地下水位。泵的运行导致井中的水位下降,地下水位下降,在井周围形成向下倾斜的圆锥体。当水接近井时,水位的下降称为下降曲线(图2)。

地下水
图2:抽水表将水面向下凹陷成锥形。

低渗透率的地质材料中的垂降曲线比高渗透率的地质材料中的陡峭曲线更陡。井从中抽出水的整个锥形容积就是凹陷锥。井周围地下水位下降的最大横向范围是影响半径。

承压含水层中的井的功能与非承压含水层中的井的功能非常相似,但抽水水位高于上承压层,并且井周围的饱和区不脱水。没有抽水的井中水位标记了测压表面(图2)。在抽水过程中,井周围的测压表面以与无限制含水层中井周围的地下水位表面相同的方式被下拉。一旦抽水水位降到限制层以下,则在承压含水层中的水井的功能与地下水位井完全相同。

地下水水质

地下水的质量在不同含水层之间甚至在同一含水层内都可能有很大差异,具体取决于地质基质的组成。与地表水相比,地下水可能具有不同寻常的化学性质。一些井水不适合用于水产养殖,而其他井水必须在使用前进行处理。 

井水中水质问题的一些例子是低pH值和高浓度的二氧化碳,铁,锰和硫化物。地下水中的钾,钙或镁离子也可能不足。在寒冷地区,地下水可能会被气体过饱和,在孵化场使用之前必须将其去除,以免产生气泡病。但是,其他地下水完全没有溶解氧,因此需要在孵化场进行通气。 

如果不了解含水层特征,则应在生产井上进行投资之前,先进行测试井以确定水质和可能的井产量。

地下水问题

在干旱或干旱导致地下水补给缓慢的干旱地区,油井可以除去大量的水,以致其排放量减少或变干。当井的距离太近时,一个井的锥度会与其他井的锥度重叠,从而导致井产量下降。 

在沿海地区,淡水含水层的超量抽水会减少淡水的水头,并使河口或海洋中的盐水渗入淡水含水层并引起地下水盐碱化。这种现象是使用沿海水产养殖池塘的水井中的淡水可能导致的不利影响之一。

含水层中的水有助于承受上方土地的重量。在台湾某些曾经曾经在对虾养殖中使用大量淡水的地区,发现含水层的过度抽水会导致土地沉降。

(编辑’注意:本文最初发表于2005年6月的 全球水产养殖倡导者


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