阅读说明：本技术 一种快捷高效的地下水富集区直接探测方法 (Rapid and efficient underground water enrichment area direct detection method ) 是由 刘春明 王贵财 曹创华 唐冬春 陈儒军 汪衡珍 汪鑫强 康方平 于 2020-12-01 设计创作，主要内容包括：一种快捷高效的地下水富集区直接探测方法。本方法采用在测区不同测点上的地面浅表埋置能收集凝结水的装置,并测量每个测点获取的凝结水的质量,用每个测点所获取凝结水的时间长度、温度变化、空间坐标等对每个测点的凝结水的质量进行归一化处理,从而获得测点的地下水因子；对测区内所有测点的地下水因子进行分析,获得地下水因子的高值异常区,从而圈定富含地下水的普查靶区,为地下水其他精细化勘探技术提供靶区。该方法具有技术简单、操作方便、效率高等优点,该技术的适用范围为温度在0度以上的无积水区的地下水勘探,不宜在降雨期间开展。(A rapid and efficient method for directly detecting an underground water enrichment area. The method includes the steps that devices capable of collecting condensed water are buried in the ground shallow surfaces of different measuring points in a measuring area, the quality of the condensed water obtained by each measuring point is measured, and the quality of the condensed water of each measuring point is subjected to normalization treatment by using the time length, the temperature change, the space coordinates and the like of the condensed water obtained by each measuring point, so that underground water factors of the measuring points are obtained; and analyzing the underground water factors of all measuring points in the measuring area to obtain a high-value abnormal area of the underground water factors, thereby delineating a general survey target area rich in underground water and providing the target area for other underground water fine exploration technologies. The method has the advantages of simple technology, convenient operation, high efficiency and the like, and the application range of the technology is underground water exploration in a waterless area with the temperature of more than 0 ℃, and the technology is not suitable for being developed in the rainfall period.)

一种快捷高效的地下水富集区直接探测方法

技术领域

本发明涉及一种地下水勘查领域的快捷、高效、低成本的探测方法。

背景技术

目前地下水的勘探，特别是半干旱或干旱地区的地下水勘探，一般是采用水文地质、地球物理、钻探等勘查方法或技术手段进行；另民间也有一些寻找地下水的经验和认识。目前的地下水勘查方法或技术能获得较好的勘探效果，但勘探成本相对较高，效率较低，如何实现更快捷、更低成本、更高效的对地下水的富集区进行圈定，成为地下水的探测环节面临的技术难题。民间的一些寻找地下水的方法和经验，有时能起到比较好的效果，但由于外在影响因素较多，且多变，相关经验和认识普适性较差，准确率有待进一步提高。

目前地下水的普查环节主要方法有区域水文地质调查、测区水文地质调查、地球物理普查等。地下水的地球物理普查手段一般采用基于地下水或含水层的电阻率、极化率、衰减时间、激电相位等电性特性进行地下水的分析判断，即更多的是从地下水的间接特性来进行勘查，虽然目前的手段具有技术可行性和一定的效果，但由于存在较多的非地下水方面的影响因素影响测区内的电性特征，从而也经常遇到勘探失败的结果，即勘探结果具有较多的多解性可能。另地球物理勘探手段特别是主动源方式的勘探手段的效率较低、成本较高，其发现异常的精度较高，但难以开展较大范围内的地下水普查工作，且由于多因素的影响，时有失败案例；被动源方式的地球物理勘探手段，效率较高、成本较低，但由于干扰因素越来越多，从而降低其勘探效果。故有必要研发新的效率更高、成本更低、效果更直接的地下水探测技术或方法。

民间找水的方法和经验，主要是通过对测区的一些现象进行观测，从而对含水性进行判断和选择，如观测地形地貌、植被、动物活动规律等；具体的方法和经验有：1)通过观测测区的气温情况，如果冬季相对于周边温度较高，夏季温度较凉爽，即冬暖夏凉的地方的富水概率较高；2)观测地面水汽的情况，如地面潮湿，且容易形成雾气的现象，则富含地下水的概率较高；3)坑试法：在地面挖一个土坑，若气温低时如清晨，容易形成雾气或水汽，则该处富含地下水的概率较高；4)盘试法：在地面挖坑，并覆盖以容器，若容器内部有较多水珠，则富水的概率较高；5)烟火试法：在地面挖坑，在坑内烧火，若烟雾盘旋上升的现象越明显，则富水的概率越高；6)若某处容易生长喜湿的植物，则该处富含水的概率较高；7)若某处的植物发芽较早，且旱季时植被相对周边的植物要茂盛，则该处富水的概率较高；8)观测动物，特别是一些小型动物的活动，如蚂蚁、蚯蚓、蛙类、蚊虫等动物较多，则该处富水的概率较高；9)根据地形地貌总结的一些含水有利区如“撮箕地，找水最有利”、“两山夹一沟，沟中有水流”、“两沟相交，泉水滔滔”、“山嘴对山嘴，嘴下有好水”、“两山夹孤山，常常水不干”等等；民间的一些找水方法和经验有其相应的地下水形成机理和规律的认识和总结，但严谨度有些不足，普适性受到较大的影响，其经验和方法更侧重于表层找水，且相应技术没有进行量化，主要从定性方面进行表述，故对于埋藏较深的地下水则难以判断，且与技术采用者的个体经验、理解程度等关联较大，从而容易造成误判；故值得对其合理部分进行吸纳，并提高其严谨度，提高找水的准确率。

基于现有的地下水勘探技术现状，故有必要开展具有成本更低、效率更高、效果更明显、定量性更高等特性的地下水探测技术的研究，作为地下水勘探技术的一种完善和补充。

发明内容

：

基于现有地下水勘探技术所存在的问题，提出一种快捷高效的地下水探测方法。

一种快捷高效的地下水富集区直接探测方法，其具体步骤如下：

a)确定地下水探测区，按照网格方式布置测点，获取每个测点的空间坐标(X_i,Y_i,Z_i)(坐标单位为米)；求取所有测点的高程平均值(高程平均值单位为米，其中n为测点总数)；其中下标i为测点编号；相邻测点间距建议不小于1米；空间坐标的X_i,Y_i,Z_i也可以采用自定义坐标系，或相对坐标，只需要保证所有测点的相对坐标关系即可；若不同测区的测点进行对比时，则需统一坐标系，即保证不同测区的所有测点的相对坐标关系不变；

b)在每个测点的浅表埋置一个凝结水收集装置，每个凝结水收集装置的尺寸规格均相同，特别是凝结水收集装置的底面积相同；并记录埋置凝结水收集装置的时刻(t_0,i)和埋置时测点处的温度(T_0,i)；其中下标i为测点编号；凝结水收集装置为一个纵向截面为半椭圆形、底部有凝结水储藏空间的半椭球容器，半椭球容器的内表面为光滑面，凝结水收集装置带有排放凝结水的开关，从而保证凝结水能全部收集在凝结水收集装置，并方便排出凝结水进行凝结水质量测量；埋置凝结水收集装置时，凝结水收集装置周边用土壤覆盖，保证凝结水收集装置内部空气不与外部空气直接连通；凝结水收集装置埋置时，底部水平放置，并保证顶部露出地面，即整个装置不全部埋置在地面下；凝结水收集装置外壳建议采用高导热率的硬质金属材料，以便实现凝结水收集装置内部温度与测点周边温度接近或相同；凝结水收集装置埋置在土壤中的深度小于该装置的凝结水储藏空间的最小高度；

c)间隔一段时间(Δt)，再收集每个测点的凝结水收集装置，并记录收集凝结水收集装置的时刻(t_1,i)和收集时测点处的温度(T_1,i)；其中下标i为测点编号；建议间隔时间(24≥Δt_i＝t_1,i-t_0,i)≥1小时；建议T_1,i<T_0,i时才收集凝结水收集装置；

d)对每个测点的凝结水收集装置中的凝结水进行质量测量，获得每个测点的凝结水质量(M_i)；其中下标i为测点编号；

e)采用公式(1)对每个测点的凝结水质量进行归一化处理，获得每个测点的地下水因子(M_i ^D)；其中下标i为测点编号；exp()为自然常数e为底的指数函数；

f)根据每个凝结水收集装置的平面坐标对每个测点的地下水因子(M_i ^D)进行等值线图绘制；其中下标i为测点编号；

g)根据地下水因子(M_i ^D)的等值线图进行测区内的地下水富集情况分析判断，把呈现带状或面状高值异常带圈定为地下水的富集靶区，结合测区其他方面的成果如水文地质、地球物理勘探等成果，对地下水的富集靶区进行进一步细化；其中下标i为测点编号。

该方法适用于半干旱或干旱地区、地面无积水区的地下水普查阶段。该方法在岩性较单一或变化不大的测区的勘探效果更优；该方法更加适用于中大比例尺范围的测区开展，在小比例尺的大范围测区开展时，由于岩性、植被等方面的影响程度进一步增加，探测效果会有所下降。

附图说明：

图1为本发明的一种快捷高效的地下水富集区直接探测方法流程图；

图2为本发明中的凝结水收集装置的纵截面示意图；

图3为本发明中的凝结水收集装置埋置后的纵截面示意图；

图3中的1指凝结水收集装置的外壳；2为凝结水收集装置的凝结水储藏部位；h1为凝结水收集装置埋置在土壤中的高度；h2为凝结水收集装置的储水部位的最小高度，h1小于h2；

图4为本发明的野外布置示意图；

图4中的黑色圆点及编号为测点及测点编号，每个测点处埋置一个凝结水收集装置；

图5为一个示例数据表格图；

图6为图5中的示例数据绘制的地下水因子的等值线图；图6中的等值线上的数值为地下水因子的等值线的等位值。

具体实施方式

：

以下参照图1、图3、图4、图5和图6结合具体实施方式对本发明做进一步说明。

采用本发明所提出的一种快捷高效的地下水富集区直接探测方法，开展地下水普查勘探，其具体步骤如下：

a)确定地下水探测区，按照网格方式布置测点(如图4中，布置编号1～40的测点40个)，获取每个测点的空间坐标(X_i,Y_i,Z_i)(坐标单位为米)(如图5中的“X坐标”、“Y坐标”、“Z坐标”数据列，图5中的测点的坐标系采用自定义坐标系统)；求取所有测点的高程算术平均值(高程算术平均值单位为米，其中n＝40为测点总数)(如图5中的“Z坐标”数据列的平均值米)；其中下标i为测点编号；图4、图5和图6中测点间距等于50米，线距等于100米，共布置了4条测线，每条测线10个测点；

b)在每个测点的浅表埋置一个凝结水收集装置(如图3所示)，每个凝结水收集装置的尺寸规格均相同，并记录埋置凝结水收集装置的时刻(t_0,i)和埋置时测点处的温度(T_0,i)(如图5中的“开始时温度”数据列)；其中下标i为测点编号；凝结水收集装置设计为一个纵向截面为半椭圆形、底部有凝结水储藏空间的半椭球容器，半椭球容器的内表面为光滑面，凝结水收集装置带有排放凝结水的开关，从而保证凝结水能全部收集在凝结水收集装置，并方便排出凝结水进行凝结水质量测量；埋置凝结水收集装置时，凝结水收集装置周边用土壤覆盖，保证凝结水收集装置内部空气不与外部空气直接连通；凝结水收集装置埋置时，底部水平放置，并保证顶部露出地面，即整个装置不全部埋置在地面下(如图3所示)；凝结水收集装置外壳(如图3中的1所示)采用导热率高的铁制材质，以便实现凝结水收集装置内部温度与测点周边温度接近或相同；凝结水收集装置埋置在土壤中的深度(如图3中的h1)小于该装置的凝结水储藏空间(如图3中的2所示)的最小高度(如图3中的h2)；

c)间隔一段时间(Δt)，再收集每个测点的凝结水收集装置，并记录收集凝结水收集装置的时刻(t_1,i)和收集时测点处的温度(T_1,i)(如图5中的“结束时温度”数据列)；其中下标i为测点编号；Δt_i＝t_1,i-t_0,i为图5中的“时长(分钟)”数据列所示；建议T_1,i<T_0,i时才收集凝结水收集装置；

d)对每个测点的凝结水收集装置中的凝结水进行质量测量，获得每个测点的凝结水质量(M_i)；其中下标i为测点编号；

e)采用公式(1)对每个测点的凝结水质量进行归一化处理，获得每个测点的地下水因子(M_i ^D)(如图5中的“地下水因子”

数据列)；其中下标i为测点编号；exp()为自然常数e为底的指数函数；

f)根据每个凝结水收集装置的平面坐标对每个测点的地下水因子(M_i ^D)进行等值线图绘制(如图6所示的地下水因子等值线图)；其中下标i为测点编号；

g)根据地下水因子(M_i ^D)的等值线图(如图6)进行测区内的地下水富集情况分析判断，把呈现带状或面状高值异常带圈定为地下水的富集靶区，结合测区其他方面的成果如水文地质、地球物理勘探等成果，对地下水的富集靶区进行进一步细化；其中下标i为测点编号。根据图6的地下水因子的等值线可以发现在测区的左下角(即小号测点如1/2测点处)呈现明显的地下水因子的高值带异常，故推测测区的左下角为地下水的富集区，可以作为后续地下水的精细勘探靶区。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明内。