广东省地质局“新进地质技术人员培训班（2010-2）”讲课材料（4-1）
水文地质勘察基本技术方法
广东省地质科学研究所 魏德超 编写
一、常用的地下水分类方法
（一）按赋存形式和物理性质划分
1．结合水
被分子力吸附在岩土颗粒周围形成极薄的水膜，可抗剪切，不受重力影响，不能传送静水压力，在110°C消失，主要存在于粘土中，影响其物理力学性质。
2．毛细管水
赋存于岩土毛细孔中，受毛细管力和重力的共同作用，可被植物吸收，影响岩土的物理力学性质，会引起沿海地区和北方灌区的土地盐碱化。
3．重力水
赋存于岩土孔隙、裂隙和洞穴中，不能抗剪切，受重力作用，可以传送静水压力。
结合水、毛细管水属专门研究课题，在水文地质勘察中，所指地下水一般是重力水。
（二）按含水介质特征划分
1．松散岩类孔隙水
主要赋存于第四系、第三系松散~半固结的碎石土和砂性土的孔隙中。
2．碎屑岩类裂隙孔洞水
主要赋存于中、新生代红色岩层的孔隙、孔洞中。
3．碳酸盐岩类裂隙溶洞水（岩溶水）
主要赋存于古、中生代灰岩、白云岩的裂隙溶洞中，分为：
（1） 裸露型：灰岩、白云岩基本上出露。
（2） 覆盖型：灰岩、白云岩被第四系松散层覆盖。
（3） 埋藏型：灰岩、白云岩被非碳酸盐岩类覆盖。
.1.
4．火山岩裂隙孔洞水
赋存于火山岩的裂隙、孔隙、气孔、气洞（熔岩隧道）中，在广东主要分布于雷州半岛。
5．基岩裂隙水
（1）块状岩类裂隙水
赋存于侵入岩、混合岩、正变质岩的裂隙中。
（2）层状岩类裂隙水
赋存于沉积岩、副变质岩的裂隙中。
（三）按埋藏条件和水力特征划分
1．上层滞水
位于不连续隔水层之上的季节性潜水。
2．潜水
位于地表下第一个隔水层之上，具自由水面的水。
3．承压水
充满两层隔水层之间，具压力水头的水。
（四）按地下水矿水度划分
1．淡水：M﹤1g/L。
2．咸水：M≥1g/L，分为：
（1） 微咸水：1g/L≤M﹤3g/L；
（2） 半咸水：3g/L≤M﹤10g/L；
（3） 咸水：M≥10g/L，可分为：
①盐水：10g/L≤M﹤50g/L；
②卤水：M≥50g/L。
（五）按地下水的出露温度划分
1．冷水：水温低当地年平均气温（即常温带温度），一般t﹤25℃（据《地热资源地质勘查规范》GB11615-89）；
2．温水（低温热水）：25℃≤t﹤40℃；
3．温热水（中温热水）：40℃≤t﹤60℃；
4．热水（高温热水）：60℃≤t﹤100℃（沸点）；
.2.
5．过热水（超高温热水）：t≥100℃。
（六）按地下水化学类型划分
常用舒列夫分类，将水中大于25mmol百分比的6种常见离子（HCO3-、Cl-、SO4、Ca、Mg、Na（包括K）组成49种水型，按阴离子在前、阳离子在后的组合形式分类命名，如HCO3-Ca型、SO4-Mg型、Cl-Na型、HCO3·Cl-Ca·Na型等。此分类法基本上可以反映地下水的形成过程，如雷琼自流水盆地从补给区—>径流区—>排洩区，地下水的化学类型总的变化趋势是由HCO3-Ca—> HCO3·Cl-Ca·Na—>Cl-Na；滨海平原常见Cl-Na型水；白垩系红层盆地由于有膏盐分布，常出现SO4-Ca型水；花岗岩区多见HCO3-Na型水；碳酸盐岩类分布区常见HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg型水。
（七）按含水层埋藏深度划分
这种分类用于存在多层地下水的大型自流盆地、三角洲平原和滨海平原。以雷琼自流盆地为例划分为：
1．浅层水：埋深﹤30m的地下水，多属潜水或微承压水。
2．中层水：埋深介于30~200m的承压水，多属温水。
3．深层水：埋深介于200~500m的承压水，多属温热水。
4．超深层水：埋深﹥500m的承压水，为温热水或热水，部分为咸水。
二、水文地质勘察类型
水文地质勘察根据勘察目的分为四种类型：
（一）综合水文地质勘察
是为社会经济发展规划而作的水文地质勘察，是一项基础性的水文地质勘察工作，采用1:50000~1:200000的中小比例尺，以测绘为主，提交区域水文地质普查报告和综合水文地质图。任务是查明区域地下水的类型、分布和埋藏条件、含水层富水性、地下水的化学成分、地下水的补给、径流、排洩条件、动态特征及地下水资源概况。为社会经济发展规划和进一步的水文地质工作提供基础水文地质资料。
至上世纪80年代初，广东省已完成了44个国际图幅的1:20万区域水文地质普查，至今还完成了一些重点地区的1:5万~1:10万的区域水文地质调查工作。 2-2+2+++ .3.
（二）供水水文地质勘察
是以地下水作为供水水源的勘察工作。包括城市供水勘察、工矿、村镇、港口、机场、车站的供水勘察，农田供水勘察，畜牧场的供水勘察，以及热水勘察、矿泉水勘察等。是专项水文地质工作，一般采用1:5000~1:50000的比例尺，用测绘、物探、钻探、测试、监测等多种手段，查明含水层的分布、埋藏条件、地下水的形成条件、水质、动态变化、补给量、可采量和采水地段，以及开采工艺手段、地下水的保护措施，为开采地下水提供依据。勘察过程中可将钻孔安装成供水井，称为“探采结合”；在水文地质条件较简单的地方，也可以通过打供水井获取必要的资料，称为“采探结合”。
（三）工程水文地质勘察
是为防治地下水对建设工程的危害而进行的水文地质勘察工作。如疏排地下水勘察，防地下水渗漏勘察，降低地下水水位的勘察等，实际操作上常列入岩土工程勘察和治理工作范畴。
（四）特殊项目水文地质勘察
如防治地方病的水文地质勘察，为利用地下水中有用组份和元素（碘、溴、硼等）的水文地质勘察，为利用含水层储热、储冷的水文地质勘察，为治理地下水污染的水文地质勘察，为保护旅游资源的水文地质勘察，为进行地下水人工回灌的水文地质勘察，矿床水文地质勘察等。
三、水文地质勘察方法
水文地质勘察方法分为六种：
（一）测绘
用一定比例尺的地质图作底图，通过点、线、面的观测和记录，查明或了解有关问题，没有地质底图时，用地形图做底图，进行地质、水文地质测绘。注意三点：
（1）充分利用遥感影像，提高测绘质量和效率，注意室内判释和野外验证的结合；
（2）向当地居民、单位调查了解有关情况；
（3）注意点、线的控制程度和代表性，以穿越法为主，追踪法为辅。
.4.
观测路线宜按下列要求布置：
（1）垂直岩层或岩浆体、构造线走向；
（2）沿地貌变化显著方向；
（3）沿河谷、沟谷和地下水露头多的地带；
（4）沿含水层（带）走向。
观测点宜布置在下列地点：
（1）地层界线、断层线、褶皱轴线、岩浆岩与围岩接触带、标志层、典型露头和岩性岩相变化带；
（2）地貌界线；
（3）地质灾害点；
（4）井、泉、钻孔、矿井、岩溶点（如溶洞、暗河出入口、漏斗、落水洞）；
（5）溪沟。
水文地质测绘工作宜安排在旱季进行，便于溪沟测流。雨季复查重要井、泉，以便掌握地下水动态变化规律。
（二）物探
物探是一种先进的勘察手段，应用时应注意其针对性、适用性，应尽量采用多种方法，并注意配合钻探验证。常用水文地质物探方法有电法、电磁波法、浅震、放射性法、声波法等。广东水文地质物探在查明古河床分布、岩溶发育段分布、断裂富水带、热储分布、咸淡水界线等方面已积累了丰富经验。水文测井技术处于全国前沿地位。在雷琼地区利用测井资料划分含水层、咸水层和测量水温、井径、井斜、主要出水段等方面取得了成功经验，从而推行无岩芯钻进，大大提高了钻探成井速度。目前已从模拟测井向数字测井发展，提高了探测精度和效率。
（三）钻探
钻孔宜在测绘和物探的基础上布置，勘探线和点的布置要合理，钻孔结构要满足抽水实验、成井的要求。岩石要采用清水作冲洗液，松散层可采用泥浆作冲洗液，但做抽水实验前要彻底洗孔。钻探质量特别是岩芯采取率要满足要求：一般完整岩层、粘性土不少于70%，破碎带、溶蚀带、碎石土、砂性土不少于30%。钻进过程要详细记录进尺快慢、声响、返浆颜色、涌水、掉钻、冒气、返渣等情况。对取出的岩芯应顺序排列，及时填回次牌，认真进行编录。
.5.
（四）测试
水文地质测试包括抽水试验、注水试验、压水试验、试坑渗水试验、地下水实际流速的测定和连通试验等。用得最多的是钻孔抽水试验。
抽水试验段尽量布置在富水性较好和拟选择的水源地。按抽水孔水量、水位的稳定控制方法分为稳定流抽水试验和非稳定流抽水试验；按抽水孔和观测孔的数量，分为单孔抽水试验、多孔抽水试验和群孔抽水试验；按试段含水层的数量分为分层抽水试验和混合抽水试验；按试段揭露含水层的完整程度分为完整井抽水试验和非完整井抽水试验；按抽水降深顺序分为正向抽水试验和反向抽水试验。
完整岩石抽水段，可用裸孔；破碎岩石、碎石土和砂土抽水段，应下过滤管，抽水段管径一般不小于108mm。抽水段上、下应做好止水工作。试验开始前彻底洗孔。
试验中除观测静止水位、动水位和涌水量外，应同时测定水温。抽水试验结束前采取水样。停抽后测定恢复水位。
在岩溶地区做抽水实验时，应注意观测钻孔附近地面变形情况，防止出现塌陷、裂缝。
（五）实验
水文地质勘察过程，要采取一定数量的岩样做磨片鉴定、化学分析和物理力学性质测定；土样、砂样做物理性质、水理性质、化学性质、力学性质测定；水样做化学分析、光谱分析、细菌分析。必要时，取古生物进行鉴定，砂、土做微生物、孢子花粉鉴定和重砂分析，水、土作同位素年龄测定。
（六）监测
主要是地下水动态的长期观测，还应对水源地附近的地面稳定情况进行长期观测。观测点为钻孔、井、泉点和地面变形点，应根据水文地质条件和地下水动态类型布置。
地下水动态类型可分为三种：
（1）气象型：地下水动态主要随气象因素呈季节性变化，是最主要的动态类型；
（2）潮汐型：海岸地带地下水动态随潮汐周期变化，主要是日变化，是海 .6.
岸地下水动态类型；
（3）人工开采型：地下水动态随开采强度变化，呈多年变化，为开采区地下水动态类型。
地下水动态观测项目为地下水位、涌水量、水化学成分、水温和地面变形。水位、涌水量、水温一般半月至1个月观测1次，水化学成分一般枯、平、丰水期各测试1次，地面变形视情况每年~多年观测1次。
地下水动态观测时间不得少于1个个水文年。
四、供水勘察成井工作
（一）水源地分级
按需水量（万m3/d）分四级：
特大型：需水量≥15
大 型：5≤需水量＜15
中 型：1≤需水量＜5
小 型：需水量＜1万
（二）供水勘察阶段划分
1．普查阶段：概略评价工作区的水文地质条件，提供有无满足设计需水量可能性的资料，推测可能的富水地段，提供允许开采量满足D级精度要求。为规划、选址提供依据。
2．详查阶段：基本查明可能富水地段的水文地质条件，初步评价地下水资源，进行水源地比较，提出的允许开采量应满足C级精度要求，为水源地初步设计提供依据。
3．勘探阶段：查明拟建水源地的水文地质条件，进一步评价地下水资源，提出合理开采方案，探明的允许开采量满足B级精度要求，为水源地施工图设计提供依据。
4．开采阶段：查明水源地扩大开采的可能性，研究开采中出现的区域地下水位下降、水质变化、海水入侵、地面沉降等不良环境地质问题产生原因和防治对策，在开采动态监测和专门实验的基础上，验证允许开采量，其精度应满足A级要求，为地下水资源保护和水源地的改、扩建提供依据。
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当水文地质条件简单，已有资料较多，水源地已基本确定，少数管井即能满足需水量时，可直接打勘探供水井。
（三）供水管井结构
管井的结构包括井深、井径、止水位置、过滤管类型、沉淀管长度等内容。
1．井深：宜穿过有供水意义的主要含水层（带）。开采的有效带长度为30m。当含水层层次多、厚度大时，应分层、分段开采。
2．井径：由最下部的过滤管直径和下置的泵体直径确定。过滤管直径一般不小于108mm。完整岩石可不下过滤管。
3．一般在含水层上部0.5~1.0m采用套管变径止水。
4．过滤管分为4种类型：
（1）骨架过滤器：宜用于较破碎的岩石。过滤管上孔眼面积应大于15%。
（2）缠丝过滤器：宜用于很破碎的岩石和碎石土、砾砂、粗砂、中砂层。
（3）包网过滤器：宜用于细砂、粉砂层。
（4）填砾过滤器：宜用于砂层。
在过滤管外填砾，可增大井径，从而增大出水量；另可防止滤网堵塞，延长水井使用期限。砾圈宽度100mm。
5．沉淀管：位于过滤管的下部，长度2~4m。
（四）成井工艺环节
1．钻进
（1）基岩应尽量用清水作冲洗液，破碎带下套管护壁；松散层采用清水套管跟管钻进，或泥浆作冲洗液。
（2）基岩采用合金钻头、钢砂钻头或金刚石钻头回转转进，松散层采用合金钻头回转钻进或用锤式、刀式钻头冲击钻进。
（3）要掌握好转速、压力、冲洗液浓度和流量，保持快速钻进。
（4）钻进过程中详细记录进尺快慢、返水颜色、声响、返渣、涌砂、漏水、孔壁坍塌、掉快、钻具自动下落、水温变化、气体逸出等情况。
（5）钻孔深度和孔径应满足成井要求，孔深误差不大于2‰，孔斜每百米不大于1.5°。
（6）及时对岩芯进行编录，根据钻进记录和岩芯确定开采段和止水位置。 .8.
（7）采取岩样、土样、砂样。
2．下管
下管前应换浆、排渣。确保过滤器和止水位置正确。一般采用套管异径止水。
3．洗井
可采用抽洗、活塞、洗刷、二氧化碳、化学（如焦磷酸钠）等洗井方法，洗井结束前的出水含砂量不大于1/20000（体积比）。
4．抽水实验
（1）测定静止水位
（2）抽水：稳定流抽水实验一般宜进行3次降深，松散层宜顺向抽水，基岩宜反向抽水。水位降深不少于1m。稳定延续时间：卵石、砾石和粗砂含水层为8h，中砂、细砂、粉砂含水层为16h，基岩含水层（段）为24h。开始抽水时的第5、10、15、20、25、30min各测一次动水位和出水量，以后每隔30min或60min测一次，水温、气温每隔2h同步测量一次。
（3）抽水结束前采取水样。
（4）停抽后测恢复水位。
（5）探测孔深。
五、工程水文地质勘察要查明的主要问题
工程水文地质勘察是岩土工程勘察的内容，一般在岩土勘察中进行，当岩土勘察工作不能满足要求，或工程设计或施工过程中地下水问题突出时，则需补做或专做工程水文地质勘察工作，查明地下水的不良作用和防治措施。例如当场地水文地质条件复杂，在基坑开挖过程中需要对地下水进行治理（降水或隔渗）时，应进行基坑支护工程水文地质勘察。工程水文地质勘察要查明的主要问题：
（一）地下水类型和含水层的分布、埋藏情况
1．地下水类型
地下水按赋存介质特征分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙孔洞水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水、火山岩裂隙孔洞水和基岩裂隙水；按埋藏条件和水力特征分为上层滞水、潜水和承压水，已在前面介绍。
2．含水层层次、岩性、分布、埋藏深度、厚度
.9.
含水层：碎石土（卵石、碎石、圆砾、角砾）、砂土性（砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂）、粉土以及裂隙发育的基岩风化带、构造破碎带、红层的裂隙孔洞带、玄武岩裂隙气孔带、灰岩的裂隙溶洞带。
隔水层：粘性土（包括淤泥）和致密完整岩石。
（二）地下水静止水位及其变化幅度
天然地基承载力设计值的计算、砂土地震液化判别、膨胀土膨缩深度的确定、基础深度的确定、边坡稳定性评价、基坑土侧压力计算、基坑降水量和地下工程涌水量计算、基坑坑底突涌计算、地下室底板抗浮计算、判别岩土渗漏变形（流土、管涌、潜蚀）等一系列问题，都需要地下水静止水位资料。应准确测定，一般在终孔后24h后统一测定。尽量利用抽水孔、观测孔观测，必要时下测水管观测。
地下水位受地形、气象、水文和人为因素的影响而变化，要收集区域水文地质资料、邻区资料或通过长期观测和调查访问，查明地下水水位变化特征。一般随季节变化，海岸带随潮汐变化，江湖岸受洪汛影响，人工采排区受抽水影响。在进行地下室底板抗浮计算时，应提供最高地下水水位资料。如无最高地下水水位资料，平原区地下水设防水位可取建筑物的室外地坪标高。
（三）地下水的补给、径流、排泄条件
根据地形地貌、气象、水文、地质结构、含水层分布埋藏条件及其水力联系、地下水流向和动态变化特征分析、论述。
地下水流向根据等水位（压）线图确定。水力坡度可根据等水位（压）线图计算。
（四）地下水化学成分及其对建筑材料腐蚀性评价，需要时进行生活饮用水适宜性评价。
只作腐蚀性评价时作简分析（又称工程水分析），需作生活饮用水适宜性评价时作全分析。
广东省属湿润区，作腐蚀性评价时按Ⅱ类或Ⅲ类环境评价；按地层渗透性评价时，弱透水层是指粉土和粘性土及一般岩石，强透水层是指砂性土（粉砂、细砂、中砂、粗砂、砾砂）、碎石土和裂隙、孔洞发育的岩石。
混凝土结构处于地下水位以上时，应取土样做土的腐蚀性测试。
.10.
水土腐蚀性测试项目、方法和腐蚀性评价标准详见《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001，20xx年局部修订）第12章。
（五）测定水文地质参数
根据工程要求，通过抽水实验、渗水实验、注水实验、压水实验、地下水流速测定、孔隙水压力测定、长期观测和室内实验，提供渗透系数、影响半径、导水系数、给水度、释水系数、单位吸水率、地下水实际流速、孔隙水压力等参数。 在一般性工程勘察中，常常只做简易抽水实验，稳定时间4h，提供粗略的渗透系数。重要工程应做2次以上降深抽水实验，宜最少布置1个观测孔，最大水位降深宜接近工程设计所需要的水位降深的标高或达到设计疏干降深的一半。一般采用大井法计算地下工程涌水量。
（六）预测地下水引起的不良地质作用
主要有：
1．沼泽化、盐渍化；
2．岩土软化，产生崩解、湿陷；
3．膨胀土的胀缩变形；
4．地面沉降、塌陷；
5．边坡失稳；
6．地下工程突水；
7．基础上浮，基坑底突涌；
8．海水入侵。
六、地下资源评价方法简介
地下水资源评价，必须在查明水文地质条件和获得必要的水文地质计算参数的基础上进行。包括天然资源、开采资源的计算和对计算结果的论证。评价方法有水力学法、水动力学法、水均衡法、相关分析法、模拟法、比拟法和开采试验法。这里只介绍简单、常用的方法。
（一）天然资源评价
天然资源是指地下水的补给量。常用的评价方法有三种：
1．大气降雨入渗法
.11.
Q=F·α·A/365 （1）
式中 Q——大气降雨入渗补给量（m3/d）；
α——入渗系数；
F——计算面积（m2）；
A——年平均降雨量（m）。
α可通过长期观测资料获得。
2．地下径流模数法
Q=M·F （2）
式中 Q——枯季地下水径流量（m3/d）；
M——枯季地下径流模数[m3/(d·km2)]；
F——计算区面积（km2）。
M可通过枯季测流和水文曲线分割获得。
3．断面法
Q=K·I·ω （3）
式中 Q——通过计算断面的地下水径流量（m3/d）；
K——计算断面的平均渗透系数（m/d）；
I——计算断面平均水力坡度；
ω——计算断面面积（m2）
对潜水，ω=h·B；对承压水ω=M·B。h、M分别为潜水层、承压水层厚度（m），B为计算断面宽度（m）。
4．越流法
Q??h?s?k'
m' （4）
式中Q——越流补给量（m3/d）；
△h——上、下含量水层水头差（m）
s——越流补给区面积（m2）
k
m''——越流系数（d—）。k’、m’分别为上、下含量水层间的弱透水层的渗
透系数（m/d）和厚度（m）
.12.
（二）开采资源评价
开采资源是指地下水的允许开采量。
1．枯季泉、井涌水量可作为泉、井的开采资源。
2．布井法
Q=n·Q。 （5） 式中 Q——计算段地下水开采资源（m3/d）；
Q。——代表性钻孔枯季涌水量（m3/d）；
n——计算段可布井数。
n?F
?R2 （6）
式中 F——计算段面积（m2）；
R——钻孔抽水影响半径（m）。
3．开采模数法
Q=α·F （7） 式中 Q——地下水开采资源（m3/d）；
α——经多年开采获得的开采模数[m3/(d·km2)]；
F——计算段面积（km2）。
采用此法，计算段的水文地质条件应与取得开采模数的长期开采段的水文地质条件相似。
七、水文地质勘察报告的基本内容
各类型、各阶段水文地质勘察报告各有侧重点，一般包括下列基本内容。
（一）前言
1．任务来源及要求；
2．水文地质研究程度；
3．地下水开发现状及规划；
4．所参照的技术规范、规程和标准；
5．任务完成情况（勘察工作布署、技术方法、工作进程、完成的工作量）。
（二）地理及地质概况
1．工作区位置及交通情况；
.13.
2．地形地貌条件；
3．气象和水文特征；
4．地质条件
（1）地层；
（2）岩石；
（3）地质构造。
（三）水文地质条件
1．含水层的分布、埋藏条件和富水性；
2．地下水的补给、径流、排泄条件；
3．水化学特征；
4．地下水动态变化规律；
5．含水层间和与江河湖海的水力联系。
（四）地下资源评价
1．地下水补给量、开采量计算，各种计算成果的对比、验证；论证计算精度。
2．地下水质评价；
3．开采地下水可能出现的环境地质问题。
（五）地下水开采技术条件
1．水源地的合理性；
2．开采井的布置；
3．开采井结构；
4．适用的泵型。
（六）结论和建议
1．工作成果及存在问题；
2．地下水源地保护措施；
3．地下水动态观测建议。
附图：
1．勘察工作平面布置图；
2．水文地质图（附水文地质剖面图）；
.14.
3．与地下水有关的各种等值线图；
4．钻孔柱状图及抽水实验综合图表。
附表：
1．井（泉）调查表；
2．水质分析成果表；
3．土、岩样有关实验成果统计表；
4．地下水动态观测图表。
若水源地小、水文地质条件简单、投入工作量小，上述内容可归并、简化。
八、努力学习，做好水文地质勘察工作
（一）注意学习、搜集和积累，逐渐熟悉工作区的自然地理、区城地质、水文地质情况，掌握必要的基础资料（地形地貌、气象、水文、地层岩石、地质构造、各种岩层[岩体]的含水特征、各类地下水的富集规律）。
（二）掌握水文地质基础、水文地质计算和地下水资源评价、水文地质实验、地下水勘察技术方法等理论知识，并结合具体条件熟练应用。
（三）重视外业工作，认真做好野外记录工作，保证第一手资料的真实性和准确性。及时综合整理资料，对工作区地下水的分布、埋藏和形成条件逐渐形成立体概念和动态概念。在丘陵山区，重视地质构造的研究，在平原地区，重视第四系地质年代和成因类型以及隐伏基岩构造的研究。
（四）认真学习、执行有关勘察规范。规范既是工作的技术标准，又是经验总结、工作指南，也是工具书，反映了一定时期行业的发展水平。对于常用的规范，应配备齐全，有关技术人员争取人手一套。
（五）多读专业书刊，了解行业发展趋势，学习和推广先进的技术方法。
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