任务分析
本任务简单介绍其他试验的方法及技术要求，其中渗水试验是一种在野外现场测定包气带土（岩）层垂向渗透性的简易方法。注水试验，当钻孔中地下水位埋藏很深或试验层为透水不含水时，近似地测定该岩层的渗透系数。地下水实际流速测定采用示踪试验法，可直接用于地下水断面流量的计算。连通试验是采用水位传递法、示踪试验法、气体传递法，确定研究地段上地下水流经具体途径的一种有效方法。要求了解其他试验资料的整理与成果应用。
任务实施
（一）渗水试验
渗水试验是一种在野外现场测定包气带土（岩）层垂向渗透性的简易方法。在研究大气降水、灌水、渠水、暂时性地表水流对地下水的补给量时，常需进行此种试验。
试验方法主要有试坑法、单环法和双环法，其中，前两种方法多用于粗粒岩石和砂性土，后一种方法主要用于黏性土和其他松散岩层。
1.试坑法
其方法是在试验层中开挖一个截面积不大（0.3～0.5m2）的方形或圆形试坑，不断将水注入坑中，并使坑底的水层厚度保持一定（一般为10cm厚，图1-3-11），当单位时间注入水量（即包气带岩层的渗透流量）保持稳定时，则可根据达西渗透定律计算出包气带土层的渗透系数（K），即
水文地质勘察
其中，
水文地质勘察
式中：Q为稳定渗入流量（m3/d）；v为渗透水流速度（m/d）；ω为渗水坑的底面积，即过水断面面积（m2）；I为垂向水力坡度；Hk为包气带岩土层的毛细上升高度（m），可直接测定或用经验数据；Z为渗水坑内水层厚度（m）；L为水从坑底向下渗入的深度（m），可通过试验前在试坑外侧3～4m外和试验后在坑中钻两个小径钻孔取土样，测定其不同深度岩土的含水量（湿度）值的变化，经对比后确定。
图1-3-11 试坑渗水试验示意图
在通常情况下，当渗入水到达潜水面后，Hk=0，又因Z小于L，故由式（1-3-9）计算求得的水力坡度近似等于1（即I≈1）。于是式（1-3-8）可写成
水文地质勘察
式（1-3-10）说明，在通常条件下，包气带土层的垂向渗透系数（K）实际上等于渗入水在包气带土层中的渗透速度（v），即等于试坑底单位面积上的渗透水量。
由于试坑法直接从试坑中渗水，未考虑渗入水向试坑以外土层中侧向渗入的影响（图1-3-11），故所求得的K值常常偏大。
2.环渗法
为了克服试坑法侧向渗水的影响，常采用环渗法，环渗法有单环法和双环法。其中单环法是在试坑中嵌入一个铁环（直径约35.75cm，高一般为0.5m），以减少侧渗，提高精度，双环法的渗水试验装置如图1-3-12所示，整个装置置于试坑中，装置由内、外圆环及马氏瓶组成。内外环间水体下渗所形成的环状水帷幕即可阻止内环水向侧向渗透，使其竖直渗入，以便用内环渗水资料更精确的计算渗透系数（K），马氏瓶为定水头自动给水装置，为防止冲刷，环内还应铺设2cm厚的砾石层。试验时，用两瓶分别向内、外环注水，并记录渗水量，直至流量稳定并延续2～4h，即可停止注水，此时通过内环的稳定渗透速度，就是包气带岩石的渗透系数，即K=v。一般双环法的精度高于单环法。
在野外进行渗水试验时，为了说明试验过程和渗透速度的变化情况，一般要求在试验现场绘制渗透速度（v）随时间（t）变化的过程线（图1-3-13），其稳定后的v值，即为包气带岩土层的渗透系数（K）。由于水体下渗时常常不能完全排出岩层中的空气，对渗水试验结果有一定影响。
图1-3-12 双环法试坑渗入试验装置图
1—内环（直径0.25m）；2—外环（直径0.5m）；3—自动补充水瓶；4—水量标尺（单位为m）
图1-3-13 渗透速度与时间关系曲线图
（二）钻孔注水试验
当钻孔中地下水位埋藏很深或试验层为透水不含水时，可用注水试验代替抽水试验，近似地测定该岩层的渗透系数。注水试验还可用于人工补给和废水地下处理研究。
注水试验形成的流场，正好和抽水试验相反（图1-3-14），抽水试验是在含水层天然水位以下形成上大、下小的正向疏干漏斗，而注水试验则是在地下水天然水位以上形成反向的充水漏斗。目前一般是采用稳定注水方法，不稳定注水方法很少用。
图1-3-14 潜水注水井示意剖面图
一般，注水试验是向井内定流量注水，抬高井中水位，待水位稳定并延续至符合要求时，可停止注水，观测恢复水位，对稳定后延续时间的要求，与抽水试验相同。
对于稳定流注水试验，其渗透系数计算公式的建立过程与抽水井正好相反，其不同点仅是注入水的运动方向和抽水井中地下水运动方向相反，故水力坡度为负值。
潜水完整注水井，其注（涌）水量计算公式为（图1-3-14）
水文地质勘察
承压完整注水井，其注（涌）水量计算公式为
水文地质勘察
注水试验常常是在不具备抽水试验条件下进行的，由于洗井往往不彻底或不能进行选井（孔内无水或未准备洗井设备），同一水头差下注入流量往往比抽水偏小，所以所求得的渗透系数（K）也往往比抽水试验小得多。
注水试验所用水源应满足水量、水质要求。注水试验的资料整理与抽水试验相似。
（三）地下水实际流速和流向的测定
地下水实际流速和流向的测定是密切相关的，在测定地下水实际流速前应先测定或确定地下水流向。
1.地下水流向的测定
地下水的流向是阐明区域地下水径流条件，确定地下水补给方向和流量计算断面的方向、正确布置地下水取水、排水、堵水截流工程设施以及示踪试验井组位置等必不可少的依据。地下水流向的测定（确定）方法主要有：①根据等水线图确定：即垂直等水位线由高到低的方向就是地下水流向；②物探方法：如用充电法确定地下水流向，详见有关物探书籍；③三角形井孔法确定地下水流向：大体按等边三角形布置三个钻孔（图1-3-15），并测定天然地下水位，用插值的方法作出等水位线，垂直等水位线由高到低的方向即为地下水流向（图1-3-15）。
图1-3-15 地下水流向、流速测定钻孔布置示意图
1—投放示踪剂孔；2—主要流速观测孔；3，4—辅助观测孔；5—地下水流向
A，B，C—地下水位观测孔（水位标高：m）
2.地下水实际流速测定
地下水实际流速，可直接用于地下水断面流量的计算，判断水流属层流或紊流，可研究化学物质在水中的弥散，确定含水层的一些参数以及作为决定地下水灌浆中一些技术措施的依据等。测定地下水实际流速的方法有两种，一种为示踪试验法，另一种为物探方法，这里仅说明前者的试验方法。
1）测定流速前先测定地下水流向，方法同前。
2）布置投放示踪剂孔（注入孔）和观测孔（接受孔）。在地下水流向已知的基础上，沿地下水流向至少布置两个井孔，上游孔为投放示踪剂（或称指示剂）孔或注入孔，下游孔为观测孔或接受孔（取样孔），为防止流向偏离，可在下游孔两侧按圆弧相距0.5～5.0m各布置一个辅助观测孔（图1-3-15）。上游孔与下游孔之间距离主要取决于岩石透水性。如为细砂，一般相距2～5m，透水性好的裂隙岩石一般为10～15m。
3）选择示踪剂并在注入孔中投放，在观测孔中进行接受监测。应根据试验条件和要求选择合适的示踪剂。目前我国测定实际流速主要采用的是化学试剂和染料，见表1-3-2。进行试验时，首先将示踪剂以瞬时脉冲方式注入投剂孔（注入孔）中的含水层段，然后用定深取样分析方法或定深探头（如离子探针等）定时观测观测井（接受井）中示踪剂的出现，待示踪剂晕的前缘在观测孔中出现后，应加密观测（取样）次数，以准确地测定出示踪剂前缘和峰值到达观测井的时间。
表1-3-2 示踪剂类型、特点和应用条件
4）计算地下水实际流速。因为投放示踪剂孔与观测孔的距离是已知的，所以确定地下水实际流速的问题实际上就是确定示踪剂从投放示踪剂孔到达观测孔的时间。示踪剂在孔隙和裂隙中的运动，不是活塞式的推进，而是以对流-弥散方式进行的，由于空隙通道的复杂性，观测孔中示踪剂浓度历时曲线也是复杂多样的，它主要取决于岩性、示踪剂类型及投剂孔和观测孔间的距离等，一般条件下观测孔中示踪剂浓度历时曲线如图1-3-16所示。实际上，当所测流速用于供水时，常取b点对应的时间tb参与计算；当用于疏干时，常取a、b间c点所对应的时间tc。则
图1-3-16 观测孔中示踪剂含量变化过程曲线
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（四）连通试验
连通试验实际上是一种示踪试验，它是在上游某个地下水点（水井、岩溶竖井、落水洞、地下暗河表流段、坑道等）投入某种示踪剂，在下游地下水点（除前述各类水点外，尚包括泉水、岩溶暗河出口等）监测示踪剂是否出现，以及出现的时间和浓度，从而确定其连通情况。连通试验是确定研究地段上地下水流经具体途径的一种有效方法，主要用于研究和查明岩溶地下水的运动途径、速度、地下河系的连通、延展与分布情况、地表水与地下水的转化关系，以及寻找矿坑（井）涌水的水源与通道，查明水库漏失途径，判断地下水分水岭的位置等。
由于连通试验主要是查明地下水系统的补、径、排条件，因此，对试验井点布置及试验方法没有严格的要求，一般多利用现有的人工或天然地下水点和岩溶通道，监测水点应尽可能多，常用的试验方法简介如下：
1）水位传递法。一般是利用天然的岩溶通道，对天然地下水流进行堵、闸、放水或抽水、注水等，以改变地下水流水位，而在上、下游岩溶水点（包括钻孔）和其他点上观测水位、流量的变化，从而确定其连通性及具体途径。这种方法主要用于查明岩溶管流区岩溶水点间的联系。但也应考虑到，这种方法可能引起地下水天然流动方向的改变。
2）示踪试验法。一般多在岩溶管道发育区和裂隙岩溶区进行此种试验。常利用天然岩溶水点投放和接收示踪剂，一般可选用谷糠、锯屑、石松孢子、漂浮纸片等作为示踪剂（物）。对于流量较大的地下暗河还可用浮漂式小型定时炸弹和电磁波发射器来查明地下暗河流经途径和位置。近年来，一种微小彩色塑料粒的示踪物得到应用，此法除查明水点间连通性外，还可大致估算地下水流速。
3）气体传递法。对无水或非充满水的通道，可用烟熏、施放烟幕弹等方法，探明通道的连通性及连通程度，但一般只能做近距离试验。