山谷里打三口井,井口高度差 30 米,水面高度差只有 3 米。井里的水面连起来是一条比地面平缓得多的曲面,它抄了地形的大势,却抹掉了细节。读懂这条面,就能判断水往哪流、哪里该有泉。
潜水面跟着地形走,坡度却只有地面坡度的几分之一
山区潜水面水力坡度常见 1/100 至 1/500,平原区降到 1/1000 至 1/10000。地面坡度可以是 1/3 甚至更陡,水面却始终保持缓坡,因为水在含水层里流动要克服颗粒的阻力。
结果是山顶与谷底的水面高差远小于地形高差。地形起伏 100 米,潜水面起伏可能只有 10–20 米。山坡陡而井水几乎水平,不必怀疑测量,这正是含水层调蓄的结果,也是本文判断。
山顶埋深大、谷底埋深浅,埋深图就是地形图的负片
分水岭处潜水面到地表的距离最大,山区常见 20–50 米;谷底接近排泄基准面,埋深可小到 0–5 米,泉就出露在这里。把各点埋深标在图上,深处连成山脊,浅处连成沟谷。
埋深还受隔水底板控制。底板倾斜时,即使地面平坦,潜水面也跟着倾斜,埋深可以在一公里内变化十几米。只看地面起伏推埋深,在底板起伏的地方会错得离谱。
潜水面是光滑曲面,不随小坑小坎起伏
潜水面是成千上万个孔隙水面的统计结果,直径几十米的洼地、几米高的土坎,在它上面留不下痕迹。地表有坑而水面平直,是正常现象,不是数据出错,判读时不必去找对应关系。
反过来,水面上的异常隆起一定有原因:局部补给如河渠渗漏与灌溉、下伏隔水脊、附近抽水形成的漏斗。等水位线图上出现闭合的高或低,先找这几个人为或岩性的原因,再谈地下分水岭。
地下分水岭可以和地表分水岭错开
地表分水岭由地形决定,地下分水岭由潜水面高低决定,两者只在理想情况下重合。岩层倾斜、隔水层起伏、邻区大量抽水,都能把地下分水岭推开几百米甚至几公里。
错开之后,山脊一侧的雨水会流到另一侧的河谷里去,地表看不见任何痕迹。泉的分布与地形流域不吻合时,首先要怀疑的就是地下分水岭偏移,而不是泉口被堵,这是本文判断。
关键数据
下列坡度为常见量级,测量要在同一周内完成,避免汛期与枯期数据混用,否则算出的坡度里混进了季节变化。
- 山区潜水面水力坡度 1/100–1/500
- 平原区潜水面水力坡度 1/1000–1/10000
- 地形起伏 100 米时,潜水面起伏常为 10–20 米
- 分水岭处潜水埋深 20–50 米,谷底 0–5 米
- 等水位线间距常为地形等高线间距的 2–5 倍
- 潜水面响应降雨的滞后多为 1–3 天
- 潜水面是光滑曲面,几十米级的洼地不显示
边界:抽水漏斗与弱透水夹层会把水面拧歪
集中开采区的水面是一个倒锥,半径几百米内坡度可达 1/50,完全不符合地形大势。此时读出的流向指向井,而不是河谷,据此判断排泄区会全错,连泉的成因也会跟着判错。
含水层里夹有弱透水层时,上下两层各有自己的水面,量到的水位属于哪一层要看花管位置。同一地点两口井水位差超过 1 米,先怀疑滤水管层位不同,不要急着解释成水流。
参考文献
- 王大纯, 张人权, 史毅虹, 等.《水文地质学基础》. 地质出版社, 1995. —— 潜水面形状与等水位线。
- 张人权, 梁杏, 靳孟贵, 等.《水文地质学基础》(第六版). 地质出版社, 2011. —— 地下水分水岭。
- Freeze R A, Cherry J A. Groundwater. Prentice-Hall, 1979. —— 潜水面形态与区域流动。