抽水试验理论及资料整理

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1、非稳定流抽水试验的 理论及资料整理 第一部分 抽水试验方法 一、抽水试验的任务 二、主要水文地质参数 三、常用的野外水文地质试验方法 四、抽水试验的基本方法 五、抽水试验设备及验安装 第二部分 抽水试验理论及资料整理 一、抽水试验的相关理论 二、抽水试验 三、资料整理 四、抽水试验实例 主要内容主要内容 第一部分 抽水试验方法 抽水试验是掌握含水层富水性， 求取含水层水文地质参数最直接的手段。 - 查明含水层的富水性 获取含水层水文地质参数 评价地下水开采对环境影响 提出合理供、排水方案 一、水文地质试验的任务 释水系数s 水文地质参数 渗透系数(k) 导水系数(T) 越流系数k/m 释水系数

2、（S）（给水度u ） 压力传导系数(a) 又称贮水系数或弹性给水度。表征单位含水岩体释水 （贮水）能力的参数（无量纲）。 二、主要的水文地质参数 渗透系数k 表征含水层透水能力重要水文地质参数 ，是水力坡 度为1时，地下水在介质中的渗透速度。渗透系数不仅与 介质性质有关，还与在介质中运动的地下水的粘滞系数、 比重及温度等物理性质有关。量纲为（md）。 导水系数T 表示含水层全部厚度导水能力的参数。定义为水力坡 度为1时，地下水通过单宽含水层垂直断面的流量。导水 系数T等于含水层渗透系数K与含水层厚度m的乘积。量纲 为（m2d）。 三、常用的野外水文地质试验方法 1、抽水试验 （1）根据抽水试验

3、的水动力特征：分为稳定流抽水试验 、非稳定流抽水试验； （2）根据抽水试验孔的数量和组合方式：分为多孔抽水 试验、单孔抽水试验、干扰孔抽水试验等， （3）抽水试验的方法：在水井或钻孔中进行抽水，观测 记录水量和水位随时间的变化。试验时要求对抽水时的水位和 流量进行系统的观测和记录，并绘制水位与流量关系的曲线。 （4）利用水位与流量之间的函数关系，评价井（孔）出 水能力。计算含水层渗透系数，确定抽水影响半径（R）和降 落漏斗形状、了解岩层给水度和含水层与地表水及含水层间的 水力联系等。 是往钻孔中连续定量注水，使孔内保持一定水位，通过水位与水量的函 数关系，测定透水层渗透系数的水文地质试验工作，

4、它的原理与抽水试验相 同，但抽水试验是在含水层内形成降落漏斗，而注水试验是在含水层上形成 反漏斗。其观测要求和计算方法与抽水试验类似。注水试验可用于测定非饱 和水透水层的渗透系数。 2、注水试验 3、试坑渗水试验 是在地表挖试坑注水，在坑底保持一定水层厚度，使水在地下 水面以上的干土层中稳定下渗，根据单位时间内试坑的稳定耗水量 测算土层渗透系数的野外水文地质试验方法。在确定渠道、水库、 灌区的渗漏水量时，多采用此法测定干燥土层的渗透系数。 水文地质试验方法的适用条件 在地下水埋深较大，不能满足抽水试验的条件 下，可采用注水试验近似代替抽水试验； 渗水试验仅适用于浅部土层渗透系数的求取。 不同试

5、验方法取得参数的差异性分析 注水试验求取的水文地质参数一般比抽水试验取得 的参数偏小1/51/3. 四、抽水试验的基本方法 （一）抽水试验 的目的 验证水文地质条件 求取水文地质参数 揭露系统边界条件 评价地下水允许开采量 查明主要来水方向 提供供排结合方案 查明地下水开采对环境的影响 根据地下水有无压力，水井分为无压井和承压井。当水井布置在 具有潜水自由面的含水层中时,称为无压井；当水井布置在承压含水 层中时称为承压井。 当水井底部达到不透水层时称为完整井，否则称为非完整井。 在巨厚的岩溶含水层中,应该根据岩溶发育深度确定合理的有效含水 带厚度。 无压完整井抽水试验 无压非完整井抽水试验 (

6、二) 试验水井分类 单孔 抽水 井群 干扰 孔抽 水 没有观测孔而只有一个抽水孔的抽水试验。用于概略求取 含水层的是文地质参数。由于它只能用经验公式及试算法求影 响半径，故测定的渗透系数精度较差。一般用于水文地质调查 的初步阶段，常用来了解和对比不同地段含水层的透水性和富 水性。在钻探成本较高的基岩地区，仅需实际测定单孔涌水量 时也采用单孔抽水。 也称孔群抽水，即二个或二个以上抽水孔同时抽水，各孔 的水位和流量有明显的相互影响，故称干扰孔抽水。在拟作井 群供水或井群降低地下水位的地段和复杂的岩溶矿区使用。它 的目的不仅为了求参，主要是依靠形成大型降落漏斗，充分暴 露水文地质问题，取得孔群的总涌

7、水量或井群降漏斗中水位降 深值的资料，测定水流的主要补给、排泄方向和预测涌水量等 。 多孔 抽水 是由一个抽水孔和若干个观测孔组成的抽水试验。它能比 较精确地测定T、S值、影响半径和下降漏斗形状，还能确定含 水层间的水力联系。多孔抽水时观测孔一般以抽水孔为中心呈 放射线排列或十字形排列。 （三）抽水试验的种类 试验性 开采抽 水试验 是模拟未来开采方案而进行的抽水试验；一般 在地下水天然补给量不很充沛或补给量不易查清， 或者勘察工作量有限而又缺乏地下水长期观测资料 的水源地，为充分暴露水文地质问题，宜进行试验 性开采抽水试验，并用钻孔实际出水量作为评价地 下水可开采量的依据。 混合 抽水 是从

8、两个或更多含水层同时抽水。一次混合 抽水只能得到各含水层的平均渗透系数。 1、稳定流抽水 2、非稳定流抽水 在一定持续的时间内流量和水位同时相对稳定（即不超过一定的允许波 动范围），可进行13个落程的抽水。抽水试验前应测量静止水位，抽水结 束后应测量恢复水位。稳定流抽水试验主要用于计算含水层的渗透系数。分 单井（因水跃，k值偏小）和有观测孔的试验。不足之处在于：试验时间长, 取得的参数少。 是在抽水钻孔中仅保持水量稳定并使水位不断改变，或仅保持水位稳定 使水量不断改变的抽水试验。非稳定抽水试验的目的是用人工控制的方法， 使钻孔周围含水层中发生地下水的非稳定运动，通过测定水位随时间的变化 过程（

9、或水量随时间的变化过程），来测求含水层中地下水在非稳定运动时 的水文地质参数。通过非稳定抽水试验可以测求含水层的导水系数（T）、 压力传导系数（a）、渗透系数（K），及给水度（）或释水系数（S）。 具有时间短（但有越流补给和隔水边界时稍长），参数多，可以预测水位变 化的特点。 （四）抽水试验的方法 深井 潜水泵 需掌握深井潜水泵的水泵部 分、电机部分、进水部分和 密封装置四部分 长轴深 井泵 需掌握深井水泵的泵体部分 、输水管部分、传动装置部 分 。 特点：需电源、水源清洁，大小水 量不限，但降深间距不易拉开 五、抽水试验设备及试 验安装 1、深井泵抽水试验 深井泵抽水试 验安装 深井泵抽水过

10、去主要使 用长轴泵，近年较多地采用 深井潜水泵抽水。深井潜水 泵下入深度没有多少要求， 根据水泵的扬程和水位的降 神进行调整。 长轴泵降深 长轴泵降深通过地面上的 调节螺帽调节长轴的上下移 动，从而达到调整泵叶轮进 水间隙，实现不同出水量， 达到不同的降深 潜水泵降深 潜水泵电机与泵均在井内 ，不能进行调整。要实现不 同的降深和水量，最有效的 就是更换不同扬程和出水量 的深潜水泵来实现 深井泵抽水的优缺点 优点优点 水位、水量能在较短的时间稳定 抽水成本较空压机低 可实现高扬程的抽水试验 利于定流量的非稳定流抽水 缺点缺点 不适应泥砂含量较重的抽水试验，已造成叶轮、长轴、 橡胶轴承等的磨损，可

11、造成电机及其它部位的损坏。 在野外施工中，因缺电需另备发电机组。 空压机抽水的原理 抽水时，空压机将压缩 空气通过风管送入井中，通 过混合器与水混合成水气混 合物，扬水管内的水气混合 物相对密度较轻，扬水管外 （地层）水柱产生压力差， 不断进入管内，管内的水气 混合物又被新形成的水气混 合物向上推，形成气举排出 井口。 2、空压机抽水试验 安装方法分为同心式和并列式两种。 选择空压机类型时要考虑井深、井径 及其他水文地质条件，空压机通常用9/7、 6/7。通常通过通风管的沉没比、沉没深度 及空气消耗量和空气压力来确定。 1、沉没比 风管在动水位以下的浸没深度与混合 器至出水口长度之比（a） a

12、= 沉没比一般不小于5060%，沉没比愈 大，水汽混合与抽水效果愈好。但要考虑 空压机的压力。 2、风管下入深度 风管下入静水位以下深 度 H= 式中： H-风管沉没静水位以下深度（m） p-压风管路损失(一般为0.05 0.08mpa) r1-水的相对密度 空压机抽水设备安装空压机抽水设备安装 空压机抽水的优缺点 优点优点 可根据静水位设定抽水深度 抽水孔径适应范围大 可在含泥、沙较多的地下水中进行抽水 可随地下水的涌水量变化而变化 缺点缺点 抽水成本高 噪声较大 不利于定流量的非稳定流抽水 第二部分 抽水试验理论及资料整理 一、抽水试验相关理论 （一）裘布依稳定流理论 基本假设：含水层均质

13、、等厚、无限、各向同性。 实验条件：室内沙层，“岛状含水层” 潜水井： 承压井： 2、水文地质参数计算 用裘布依公式和影响半径的经验公式联立求解 ,通常使用试算法（逼近法）即可得到k、R 1、流量基本计算公式 由于在过水断面处的水力坡度并非恒值，靠近井的四周误差较大,k 值一般偏小。但对于离井外有相当距离处，其误差是很小的 。为降水 影响半径范围内的平均渗透系数 。 裘布依公式中渗透系数K及影响半径R经验公式 潜水 承压水 计算方法，根据含水层的性质分别选择计算模型。 首先给定一个任意小的值 ，作为确定计算精度的约束值，然后任 意给出一个假定的影响半径 ，代入公式中计算出 ，再将计 算出的 带

14、入式中计算出 ，.,。如处反复计算，直到 满足 为止，此时的 和 就是计算得最终结果 。 曲线类型判断及系数求解（曲度法） 若 n1，为反常型 n1，为直线型 1n2，为指数型 n2,为抛物线型 n2，为对数型 若只有两次降深资料，只能用曲度法判定 用图解法和最小二乘法 类型判断 求解系数 (坐标图解判断或根据曲率判断,推算最大Q值一般1.5-2倍) 直线方程： （承压水） (2)幂函数曲线： （渗透好但补给差的地区 ） 抛物线方程： （补给条件好 水量大的地区 ） 对数曲线： （相对隔离 补给差的地区 ） 反常型(抽水错误或条件变化,不能用于计算) 3、 推求最大涌水量Qmax 用抽水试验所

15、作Q-S曲线的经验方程 4、裘布依理论不合理性的几点讨论 （1）基本假设与自然界实际条件差别较大。 地质体是非均匀的，很难完全满足基本假设。推导前提 与结论相矛盾。前提：无垂直方向的渗入补给及越流补给 ；无侧向补给；原始水面水平；含水层及地下水不可压缩 等。结论：各断面流量非常量也不等于抽水井的涌水量； R并非定值。 （2）地下水的运动是变化的，稳定只是暂时和相对的 潜水含水层中抽水是逐渐疏干含水层的过程，承压含水 层中抽水来源于弹性储量的补给（释放）。抽水影响范围 内水位是不断下降的，直到抽水影响扩大到补给边界，井 的水量完全来自边界的补给所保证时为止。稳定流理论只 是非稳定流理论在抽水很长时间以后达到的一个特例。 （3）裘布依公式的不合理性 公式认为井涌水量的大小与井径的关系不大 ，但实际中发现，在含水层渗透系数大于1的条件 下，随着井径的加大，井涌水量成倍地增加，并且 根据大口井径抽水试验的结果计算的渗透系数、单 位涌水量比小口径井抽水试验成果计算的参数大得 多。 因此，在矿区水文地质勘探中，采用小口径