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文檔簡介
1、非穩(wěn)定流抽水試驗的理論及資料整理,第一部分 抽水試驗方法一、抽水試驗的任務二、主要水文地質參數三、常用的野外水文地質試驗方法四、抽水試驗的基本方法五、抽水試驗設備及驗安裝第二部分 抽水試驗理論及資料整理一、抽水試驗的相關理論二、抽水試驗三、資料整理四、抽水試驗實例,主要內容,第一部分 抽水試驗方法,抽水試驗是掌握含水層富水性,求取含水層水文地質參數最直接的手段。,-,查明含水層的富水性,獲取含水層
2、水文地質參數,評價地下水開采對環(huán)境影響,提出合理供、排水方案,一、水文地質試驗的任務,釋水系數s,水文地質參數,,滲透系數(k),導水系數(T),越流系數k/m,釋水系數(S)(給水度u),壓力傳導系數(a),又稱貯水系數或彈性給水度。表征單位含水巖體釋水(貯水)能力的參數(無量綱)。,二、主要的水文地質參數,,三、常用的野外水文地質試驗方法,1、抽水試驗,(1)根據抽水試驗的水動力特征:分為穩(wěn)定流抽水試驗、非穩(wěn)定流抽水試驗;
3、(2)根據抽水試驗孔的數量和組合方式:分為多孔抽水試驗、單孔抽水試驗、干擾孔抽水試驗等, (3)抽水試驗的方法:在水井或鉆孔中進行抽水,觀測記錄水量和水位隨時間的變化。試驗時要求對抽水時的水位和流量進行系統(tǒng)的觀測和記錄,并繪制水位與流量關系的曲線。 (4)利用水位與流量之間的函數關系,評價井(孔)出水能力。計算含水層滲透系數,確定抽水影響半徑(R)和降落漏斗形狀、了解巖層給水度和含水層與地表水及含水層間的水力聯(lián)系等。,是
4、往鉆孔中連續(xù)定量注水,使孔內保持一定水位,通過水位與水量的函數關系,測定透水層滲透系數的水文地質試驗工作,它的原理與抽水試驗相同,但抽水試驗是在含水層內形成降落漏斗,而注水試驗是在含水層上形成反漏斗。其觀測要求和計算方法與抽水試驗類似。注水試驗可用于測定非飽和水透水層的滲透系數。,2、注水試驗,3、試坑滲水試驗,是在地表挖試坑注水,在坑底保持一定水層厚度,使水在地下水面以上的干土層中穩(wěn)定下滲,根據單位時間內試坑的穩(wěn)定耗水量測算土層滲透系
5、數的野外水文地質試驗方法。在確定渠道、水庫、灌區(qū)的滲漏水量時,多采用此法測定干燥土層的滲透系數。,水文地質試驗方法的適用條件 在地下水埋深較大,不能滿足抽水試驗的條件下,可采用注水試驗近似代替抽水試驗; 滲水試驗僅適用于淺部土層滲透系數的求取。不同試驗方法取得參數的差異性分析注水試驗求取的水文地質參數一般比抽水試驗取得的參數偏小1/5~1/3.,四、抽水試驗的基本方法,(一)抽水試驗 的目的
6、,根據地下水有無壓力,水井分為無壓井和承壓井。當水井布置在具有潛水自由面的含水層中時,稱為無壓井;當水井布置在承壓含水層中時稱為承壓井。 當水井底部達到不透水層時稱為完整井,否則稱為非完整井。 在巨厚的巖溶含水層中,應該根據巖溶發(fā)育深度確定合理的有效含水帶厚度。,無壓完整井抽水試驗,無壓非完整井抽水試驗,(二) 試驗水井分類,單孔抽水,井群干擾孔抽水,沒有觀測孔而只有一個抽水孔的抽水試驗。用于概略求取含水層的是文地質參數
7、。由于它只能用經驗公式及試算法求影響半徑,故測定的滲透系數精度較差。一般用于水文地質調查的初步階段,常用來了解和對比不同地段含水層的透水性和富水性。在鉆探成本較高的基巖地區(qū),僅需實際測定單孔涌水量時也采用單孔抽水。,也稱孔群抽水,即二個或二個以上抽水孔同時抽水,各孔的水位和流量有明顯的相互影響,故稱干擾孔抽水。在擬作井群供水或井群降低地下水位的地段和復雜的巖溶礦區(qū)使用。它的目的不僅為了求參,主要是依靠形成大型降落漏斗,充分暴露水文地質問
8、題,取得孔群的總涌水量或井群降漏斗中水位降深值的資料,測定水流的主要補給、排泄方向和預測涌水量等。,多孔抽水,是由一個抽水孔和若干個觀測孔組成的抽水試驗。它能比較精確地測定T、S值、影響半徑和下降漏斗形狀,還能確定含水層間的水力聯(lián)系。多孔抽水時觀測孔一般以抽水孔為中心呈放射線排列或十字形排列。,,,,(三)抽水試驗的種類,試驗性開采抽水試驗,是模擬未來開采方案而進行的抽水試驗;一般在地下水天然補給量不很充沛或補給量不易查清,或者勘察工作
9、量有限而又缺乏地下水長期觀測資料的水源地,為充分暴露水文地質問題,宜進行試驗性開采抽水試驗,并用鉆孔實際出水量作為評價地下水可開采量的依據。,,混合抽水,,是從兩個或更多含水層同時抽水。一次混合抽水只能得到各含水層的平均滲透系數。,1、穩(wěn)定流抽水,2、非穩(wěn)定流抽水,在一定持續(xù)的時間內流量和水位同時相對穩(wěn)定(即不超過一定的允許波動范圍),可進行1—3個落程的抽水。抽水試驗前應測量靜止水位,抽水結束后應測量恢復水位。穩(wěn)定流抽水試驗主要用于計
10、算含水層的滲透系數。分單井(因水躍,k值偏?。┖陀杏^測孔的試驗。不足之處在于:試驗時間長,取得的參數少。,是在抽水鉆孔中僅保持水量穩(wěn)定并使水位不斷改變,或僅保持水位穩(wěn)定使水量不斷改變的抽水試驗。非穩(wěn)定抽水試驗的目的是用人工控制的方法,使鉆孔周圍含水層中發(fā)生地下水的非穩(wěn)定運動,通過測定水位隨時間的變化過程(或水量隨時間的變化過程),來測求含水層中地下水在非穩(wěn)定運動時的水文地質參數。通過非穩(wěn)定抽水試驗可以測求含水層的導水系數(T)、壓力傳導
11、系數(a)、滲透系數(K),及給水度(μ)或釋水系數(S)。具有時間短(但有越流補給和隔水邊界時稍長),參數多,可以預測水位變化的特點。,(四)抽水試驗的方法,五、抽水試驗設備及試驗安裝,1、深井泵抽水試驗,深井泵抽水試驗安裝,深井泵抽水過去主要使用長軸泵,近年較多地采用深井潛水泵抽水。深井潛水泵下入深度沒有多少要求,根據水泵的揚程和水位的降神進行調整。長軸泵降深 長軸泵降深通過地面上的調節(jié)螺帽調節(jié)長軸的上下移動,從而達到調
12、整泵葉輪進水間隙,實現不同出水量,達到不同的降深潛水泵降深 潛水泵電機與泵均在井內,不能進行調整。要實現不同的降深和水量,最有效的就是更換不同揚程和出水量的深潛水泵來實現,深井泵抽水的優(yōu)缺點,◆優(yōu)點水位、水量能在較短的時間穩(wěn)定抽水成本較空壓機低可實現高揚程的抽水試驗利于定流量的非穩(wěn)定流抽水◆缺點不適應泥砂含量較重的抽水試驗,已造成葉輪、長軸、橡膠軸承等的磨損,可造成電機及其它部位的損壞。在野外施工中,因缺電需另
13、備發(fā)電機組。,①空壓機抽水的原理 抽水時,空壓機將壓縮空氣通過風管送入井中,通過混合器與水混合成水氣混合物,揚水管內的水氣混合物相對密度較輕,揚水管外(地層)水柱產生壓力差,不斷進入管內,管內的水氣混合物又被新形成的水氣混合物向上推,形成氣舉排出井口。,2、空壓機抽水試驗,安裝方法分為同心式和并列式兩種。 選擇空壓機類型時要考慮井深、井徑及其他水文地質條件,空壓機通常用9/7、6/7。通常通過通風管的沉沒比、沉
14、沒深度及空氣消耗量和空氣壓力來確定。 1、沉沒比 風管在動水位以下的浸沒深度與混合器至出水口長度之比(a) a= 沉沒比一般不小于50—60%,沉沒比愈大,水汽混合與抽水效果愈好。但要考慮空壓機的壓力。 2、風管下入深度 風管下入靜水位以下深度 H= 式中: H-風管沉沒靜水位以下深度(m) Δp-壓風管路損
15、失(一般為0.05~0.08mpa) r1-水的相對密度,空壓機抽水設備安裝,空壓機抽水的優(yōu)缺點,◆優(yōu)點可根據靜水位設定抽水深度抽水孔徑適應范圍大可在含泥、沙較多的地下水中進行抽水可隨地下水的涌水量變化而變化◆缺點抽水成本高噪聲較大不利于定流量的非穩(wěn)定流抽水,第二部分 抽水試驗理論及資料整理,一、抽水試驗相關理論,,(一)裘布依穩(wěn)定流理論,基本假設:含水層均質、等厚、無限、各向同性。實驗條件:
16、室內沙層,“島狀含水層”,★潛水井:,,★承壓井:,2、水文地質參數計算,用裘布依公式和影響半徑的經驗公式聯(lián)立求解,通常使用試算法(逼近法)即可得到k、R,1、流量基本計算公式,由于在過水斷面處的水力坡度并非恒值,靠近井的四周誤差較大,k值一般偏小。但對于離井外有相當距離處,其誤差是很小的 。為降水影響半徑范圍內的平均滲透系數 。,裘布依公式中滲透系數K及影響半徑R經驗公式,,,,,,,潛水,承壓水,計算方法,根據含水層的性質分別選擇計
17、算模型。首先給定一個任意小的值 ,作為確定計算精度的約束值,然后任意給出一個假定的影響半徑 ,代入公式①中計算出 ,再將計算出的 帶入②式中計算出 ,……….,。如處反復計算,直到滿足 為止,此時的 和 就是計算得最終結果。,,,,,,,,,,曲線類型判斷及系數求解(曲度法),若 n≤1,為反常型 n=1,為直線型 1<n<2
18、,為指數型 n=2,為拋物線型 n>2,為對數型若只有兩次降深資料,只能用曲度法判定,用圖解法和最小二乘法,①類型判斷,②求解系數,,,(坐標圖解判斷或根據曲率判斷,推算最大Q值一般1.5-2倍)⑴直線方程: (承壓水) (2)冪函數曲線: (滲透好但補給差的地區(qū))⑶拋物線方程: (補給條件好 水量大的地區(qū))⑷對數曲線:
19、(相對隔離 補給差的地區(qū))⑸反常型(抽水錯誤或條件變化,不能用于計算),3、 推求最大涌水量Qmax,用抽水試驗所作Q-S曲線的經驗方程,,,,,4、裘布依理論不合理性的幾點討論,(1)基本假設與自然界實際條件差別較大。 地質體是非均勻的,很難完全滿足基本假設。推導前提與結論相矛盾。前提:無垂直方向的滲入補給及越流補給;無側向補給;原始水面水平;含水層及地下水不可壓縮等。結論:各斷面流量非常量也不等于抽水井的涌水量;R并非定值。
20、(2)地下水的運動是變化的,穩(wěn)定只是暫時和相對的 潛水含水層中抽水是逐漸疏干含水層的過程,承壓含水層中抽水來源于彈性儲量的補給(釋放)。抽水影響范圍內水位是不斷下降的,直到抽水影響擴大到補給邊界,井的水量完全來自邊界的補給所保證時為止。穩(wěn)定流理論只是非穩(wěn)定流理論在抽水很長時間以后達到的一個特例。,(3)裘布依公式的不合理性 公式認為井涌水量的大小與井徑的關系不大,但實際中發(fā)現,在含水層滲透系數大于1的條件下,隨著井徑
21、的加大,井涌水量成倍地增加,并且根據大口井徑抽水試驗的結果計算的滲透系數、單位涌水量比小口徑井抽水試驗成果計算的參數大得多。 因此,在礦區(qū)水文地質勘探中,采用小口徑鉆孔進行抽水試驗,利用試驗結果評價巖層的富水性以及求取的水文地質參數,得出的結果是錯誤的。(4)不能確定,,,,(5)“井損”與“水躍”問題討論 實際抽水試驗中,,井筒中的水位與井壁含水層的水位是不一致,這個差值⊿h由兩大部分組成,一是井
22、損,二是水躍。 水躍是受過水斷面影響而出現的差值。井損是由于井中濾水管及其填礫造成的。 因此,采用單孔抽水試驗從試驗中測得的水位實際上僅是一個近似水位,求得的水文地質參數是偏小的。解決該問題的方法是采用帶觀測孔的抽水試驗。,(二)非穩(wěn)定流理論(泰斯Theis)理論 1、基本觀點:認為非均質是含水介質的基本屬性,地下水的運動不穩(wěn)定是絕對的,穩(wěn)定是有條件的、相對的。,2、滲流基本理論,,,
23、W(u)-井函數 u-參變量,◆雅可布、漢圖什 、博爾頓和紐曼在此基礎上進行了發(fā)展。,對于地下水的承壓運動,滲流偏微分方程經離散后,對于滲流場中任一點的水位降深,由下式給出:,② 模擬抽水試驗流場過程——正演求參,①利用抽水試驗資料求取參數——反演求參,★標準曲線對比法(雙對數W(u)-1/u配線法):,★直線圖解法:,★水位恢復法:,3、水文地質參數的求取方法,(3)非穩(wěn)定流抽水試驗的基本規(guī)律,★水位:①t一定,r
24、越近,s越大;反之s越小。②r一定,t越大,s越大。③隨著抽水時間愈長,水位降速愈來愈小,表現為曲線隨時間逐漸變平緩。最后趨于穩(wěn)定?!锼浚孩賠越近,水力坡度越大,水量也越大,非常量。②通過任一斷面的流量都小于井的涌水量。,(一)抽水試驗方法的適用勘查階段在基本查明水源地水文地質條件,初步掌握地下水補、逕、排規(guī)律以及富水性情況下進行鉆孔布設;一般詳查以下階段都采用單孔抽水試驗,抽水孔應該布置在徑流排泄區(qū)及強富水地段;多孔
25、或孔群抽水試驗一般在水源地勘探階段使用,由于成本較高,主孔應該布置在有代表性的典型地段;根據水源地規(guī)模及復雜程度確定孔組數量。,二、非穩(wěn)定流抽水試驗,(二)多(群)孔試驗組布設的原則主副孔布置:主孔口徑滿足安設大泵以發(fā)揮單井最大出水效能;為避免三維流及水躍一般應設計副孔作觀測孔;觀測孔:布置一般呈放射狀或十字形,以了解降落漏斗的發(fā)展形態(tài)和不同方向透水性,計算礦塵及含水層參數,充分揭露邊界條件及地下水補、排方向為原則;各觀測孔應在對數
26、數軸上呈均勻分布; 鉆孔深度:應大于疏干深度和揭露強含水帶(完整或非完整),預留沉砂段。觀測孔深度一般要求與抽水孔大致相同,按測孔施工。,抽水井及觀測孔的設計,主要有三方面的內容: 一是確定井位;二是 井結構設計;三是確定井的施工工藝。 在合理的選擇好孔位后,水井的出水量與井的結構設計和成井工藝有很大的關系。結構設計不合理,施工工藝有漏洞,都有可能達不到目的,甚至成為廢井。因此應對水井的結構進行科學的設計,保證過濾器有
27、足夠的過水能力;在施工過程盡量少堵塞或不堵塞含水層,不影響水井過濾器周圍含水層的過水能力。 單孔抽水試驗鉆孔的機構設計,原則上抽水試驗段的井徑應滿足抽水設別的下入。,甕福磷化基地丁家寨水源地十字形排列的多孔抽水試驗現場,抽水試驗孔組:抽水試驗的主孔是試驗孔組的核心,主孔應布置在地下水的主徑流帶上,并在施工主孔前,應先施工副孔,一是避免主孔的失誤,二是利用副孔在試驗中觀測試驗中心的水位,避免抽水孔中出現的“水躍”。主控應按照大口
28、徑成井的結構設計和施工,保證出水量足夠大,充分揭露試驗場中的隱蔽的水文地質問題。觀測孔原則上應與主孔深度一致,并按垂直河平行地下水流向布置觀測線,每條向上觀測孔的分布應在對數曲線上呈均勻分布。并且最近的孔位距抽水主井壁應大于50m。,(三)多(群孔)抽水試驗的階段劃分:第一階段——試驗性抽水(目的為檢驗設備、人員、組織的合理性和有效性)第二階段——初始流場測量(了解試驗的初始條件,建立個觀測點天然條件下的動態(tài)趨勢方程)第三階段—
29、—正式抽水試驗(實驗的核心,并將資料分析和研究貫穿于全過程)第四階段——恢復流場測量第五階段——資料綜合分析和成果編制。,a.除單孔抽水試驗外,均應編制抽水試驗設計任務書; b.測量抽水孔及觀測孔深度,如發(fā)現沉淀管內有沉砂應清洗干凈; c.為防止抽出水的回滲,在預計抽水影響范圍內的排水溝必須采取防滲措施。d、環(huán)境調查。查明試驗前實驗場中的化境條件。對特殊地段布設觀測點。,(四)抽水試驗前的準備工作,1、鉆孔涌水量應保持常量(或
30、階梯流量),其變化幅度不大于3%。 2、抽水延續(xù)時間除多孔一般要求10天、群 孔 干擾抽水要求15天外,并可結合最遠觀測孔水位下降與時間關系曲線[S(或Δh2)-lgt]來確定。 a.當S(或Δh2)-lgt曲線至拐點后出現平緩段,并可以推出最大水位降深時,抽水方可結束; 注:在承壓含水層中抽水,采用S-lg t曲線,在潛水含水層中抽水采用Δh2-lgt曲線。Δh2是指潛水含水層在自然情況下的厚度H
31、和抽水試驗時的厚度h的平方差,即Δh2=H2-h2。 b.當S(或Δh2)-lg t曲線沒有拐點或出現幾個拐點,則延續(xù)時間宜根據試驗的目的確定。,(五)非穩(wěn)定流抽水試驗觀測技術要求,3 觀測頻率及精度應符合下列要求: a.水位觀測宜按第0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5、6、7、8、10、12、15、20、25、30、40、50、60、75、90、105、120分鐘進行觀測,以后每隔30分
32、鐘觀測一次,其余觀測項目及精度要求可參照穩(wěn)定流抽水試驗要求進行; b.抽水孔與觀測孔水位必須同步觀測; c.抽水結束后,或試驗期間因故中斷抽水時,應觀測恢復水位,觀測頻率應與抽水時一致,水位應恢復到接近抽水前的靜止水位。,,群孔干擾抽水試驗除按非穩(wěn)定流抽水要求進行外,還應滿足下列要求: a.干擾孔之間的距離,應保證一孔抽水,使另一孔產生一定的水位削減; b.水位降深次數應根據設計目的而定,一般應盡抽水設備能力做一次最大降深
33、; c.各干擾孔過濾器的規(guī)格和安裝深度應盡量相同; d.各抽水孔抽水起、止時間應該相同; e.試驗過程中,宜同時對泉和可能受影響的地表水點進行水位、流量和水溫的觀測。,試驗性開采抽水試驗除按群孔干擾抽水要求進行外(作過群孔干擾抽水則可以不再進行此項目),還應滿足下列要求: a.抽水試驗一般在枯水期進行; b.抽水鉆孔總涌水量盡量接近設計需水量; c.水位下降漏斗中心水位穩(wěn)定時間不宜少于一個月; d.若水位不能達到穩(wěn)定,應及
34、時調節(jié)總涌水量,使其達到穩(wěn)定。,(六)群孔干擾抽水及試驗性開采抽水試驗,1、試驗期間,對原始資料應及時進行整理,編制各類歷時曲線,并進行綜合研究,發(fā)現問題,及時查找原因,對錯誤進行更正。 現場編制曲線圖包括:,四、抽水試驗資料整理,,,,2、試驗結束后: 抽水試驗應提交抽水孔和觀測孔平面位置圖(以水文地質圖為底圖)、勘查區(qū)初始水位等水位線、地下水水位下降漏斗平面圖、剖面圖、水位下降漏斗發(fā)展趨勢圖(編制等
35、水位線圖系列)、水位下降漏斗剖面圖、水位恢復后的等水位線圖、觀測孔的S-t、S-lg t曲線、各抽水孔單孔流量和孔組總流量過程曲線等。 3、編寫試驗小結,其內容包括:試驗目的、要求、方法、獲得的主要成果及其質量評述和結論。,五、抽水試驗資料應用,(一)根據單對數曲線形狀判斷邊界條件,無限邊界,一個直線隔水邊界,一個直線補給邊界,(二)抽水試驗反演求參方法及應用,★1、雙對數配線法優(yōu)點:①實測數據越多,愈利于
36、擬合,資料應用充分; ?、谏贁涤姓`差的點一般是觀測問題,可以舍去; ③重合程度反映了水文地質條件及抽水試驗條件是否滿足泰斯公式的推導前提。應用:用曲線較陡的部分利于擬合,即初期資料曲線,,,,,,,,,,,,,2、直線(單對數)法反演求參,,,,,,優(yōu)點:①作圖與計算相對簡便; ②便于確定直線段,一般情況都十分直觀; ③檢驗條件是否滿足泰斯公式。應用:用抽水時間較長的和距離抽水孔近的資料曲線,
37、★,★3、水位恢復法( )優(yōu)點:避免了流量不穩(wěn)定和復雜的水力條件應用:有兩點法、選擇法和直線法,建議用恢復水位的中、后期資料的直線段資料,s-1+,(三)地下水系統(tǒng)仿真模型建立及正演求參,剖 分 數 據 表,對實驗區(qū)按照有限差分計算的要求進行空間離散(剖分)。,根據勘探和試驗成果資料綜合分析,將計算區(qū)分為n個參數區(qū),并初步賦予各參數區(qū)相逢應的水文地質參數。,水源地水文地質參數一覽表,,,數值模型識別建
38、立流程,選擇試驗區(qū)內有代表性的觀測孔,運行數學模型,進的檢驗,在模擬檢驗中不斷調整參數分區(qū)和參數,最終使得各觀測孔水位下降與試驗中的實際歷史曲線趨勢一致。從而建立實驗區(qū)地下水系統(tǒng)的數學真模型。并得到實驗區(qū)的參數分區(qū)和個分區(qū)水文地質參數。,,5 LPRINT “礦區(qū)疏干井群干擾計算”6 LPRINT “------------------------------------------------------”10 INPUT “N=
39、?”; N13 INPUT “M=?”; M15 INPUT “t=?”; T20 INPUT “k=?”; K30 INPUT “a=?”; A35 DIM Q(N),S(M),H(M),Z(M)40 FOR P=1 TO N45 INPUT “q(”;P; “)=?”; Q(p)50 LPRINT “Q(”;P; “)=?”; Q(p)56 LPRINT “-------------------------
40、-----------------------------”57 LPRINT60 FOR L=1 TO M62 INPUT “H(”;L; “)=?”;H(L)64 NEXT L66 T1=070 FOR E=0 TO T STEP 3080 T1=T1+3082 LPRINT “ 第”;T1; “ 天”83 LPRINT “--------------------------------------------
41、----------”85 LPRINT,90 FOR I=1 TO M95 D=0: S(I)=0100 FOR J=1 TO N105 READ R110 U=Q(J)*LN(2.25*A*/R^2)120 IF U>0 THEN GOTO 150130 U=0150 G=U/(2*3.1416*K)200 D=D+U230 NEXT G240 S(I)=H(I)-SQR(H(I)^2-D)250 NE
42、XT I260 FOR W=1 TO M270 LPRINT USING“###.##”; “S(”;W; “)=?”; S(W)275 S(W)=0280 NEXT W285 FOR K=1 TO M290 Z(K)=H(K)-S(K)300 LPRINT USING“###.##”; “Z(”;K; “)=?”; Z(K);310 NEXT K320 RESTORE330 LPRINT “-----
43、-------------------------------------------------”340 LPRINT 350 NEXT E400 END500 DATA,抽水試驗流場編制,綜合圖表編制,五、抽水試驗實例實例一:甕安縣丁家寨水源地初勘,《貴州省甕福磷化基地丁家寨水源地供水水文地質初勘》在丁家寨背斜核部∈2—3ls含水層中地下水富集的西坡地段布置了一組多孔抽水試驗。力求通過本次多孔抽水試驗解決下列問題:
44、 (一)為評價地下水資源提供確切的水文地質計算參數。 (二)了解∈2—3ls主要含水層的富水性、含水均勻程度,以及抽水的降落漏斗形態(tài)和影響半徑。 (三)確定斷裂破碎帶的導水性,F1斷層兩盤∈2—3ls含水層之間以及地下水與地表水之間的水力聯(lián)系。 (四)揭示可能的透水或隔水邊界。 (五)暴露由于抽水而可能引起的不良工程地質問題。,,,,A甕福磷化基地丁家寨,主孔與觀測孔平面布置圖,根據初勘設計,本組多孔抽水試驗
45、孔組由DZKI(主井)、ZK22(付孔)、觀1、觀2、觀3、觀4、觀5、觀6、觀?、觀8、觀9、觀10、觀11組成,呈“十”字型分布,分別垂直和平行地下水流向,每條觀測線上布5~6個觀測孔。,試驗方法及情況簡述,采用120千瓦可移動式發(fā)電機組作為動力(50千瓦機組作為備用)。用10JDl40X12型深井泵抽水。主井出水量和觀測泉點流量采用三角堰觀測,讀數精確到毫米;主井動水位采用DSH一3型力式液位自計儀測量,付孔和觀測孔動水位采用
46、電測水位計測量,各孔動水位測量要求精確到厘米。各觀測點時間統(tǒng)一以主井使用的力式液位自計儀打出的北京時間為準,觀測間隔與主井同步。 抽水試驗期間,每日的觀測數據均及時進行整理,同時繪制出Q、S歷時曲線,S一1gt曲線,IgS一1gt曲線以及等水壓線。以便在抽水同時,分析原始資料,指導抽水試驗的順利進行。,抽水主孔及觀測孔,試驗情況簡述,本組多孔抽水試驗自1989年11月17日至12月16日24時,共歷時30天。進行了水位統(tǒng)測、放水試驗、
47、試抽、第一次正式抽水、第二次正式抽水,并觀測了恢復水位。抽出總水量77906.623米3。各次抽水試驗成果及技術參數見表一(1)、(2)、(3)、(4)。整個抽水過程比較順利,未出現不良工程地質問題。,水文地質參數K計算成果表 表四,,主要成果,試驗孔組位于丁家寨背斜西翼∈2—3ls白云巖含水層分布區(qū),受控于F16壓性斷裂引起的局部承壓地帶。地下水類型為承壓水,水文地質參數的計算采用泰斯公式。付孔 和6個潛水觀測
48、孔因為未達到承壓深度,不參與計算。,階梯流量法計算T、S成果表,主要成果,利用各觀測孔第二次抽水歷時21900分的觀測資料,在S一1gt座標系中編制了降深(S)與時間(t)的單對數曲線圖。,水力坡度J計算結果表 表六,這次多孔抽水試驗,經過對各次抽水試驗資料的分析比較后,選出放水試驗及第一次、第二次正式抽水階段相對穩(wěn)定時段的Q、S值資料,見表七。這三個降次的Q=f(S),q=f(S)曲線見圖3、4,根據
49、曲度法判別,曲度值=1.666,1<n<2,屬指數型。,主要成果,質量評述,(一)本組第二次正式抽水歷時365小時,主井出水量誤差n=1.45%,所取資料完整齊全,數據可靠,滿足了水文地質參數的計算要求,達到了設計和規(guī)范的要求。 (二)各項水文地質參數通過幾種方法進行了計算,并且通過“優(yōu)選程序”用PC—1500微機進行了電算,幾種方法相互驗證,其結果較為接近。由電算進行了優(yōu)化處理,比手算更準確,故水文地質參數用電算結
50、果。另外,階梯流量法考慮了整個抽水過程中的流量變化,資料利用充分,其結果也是較為準確的。 (三)影響半徑利用實測方法求得,并用理論公式進行了計算。但由于構成隔水層頂板的F16斷層面是傾斜的,各孔水位又受深度的影響,該影響半徑值較實際的偏小。 (四)繪制Q=f(S),q=f(S)曲線以及推算最大涌水量系利用放水、第一次、第二次抽水試驗相對穩(wěn)定階段的資料,用推出的Q、s相關關系式來計算的理論值與實測值誤差很小(小于2.7%)
51、,因此,推算出的最大涌水量可靠。,結論,(一)通過本組多孔抽水試驗,查明了背斜西翼∈2-3ls含水層在西坡一帶由于斷裂控制而含豐富的深部承壓水,q=2.01升/秒·米,由南西方向遠距離補給,到該地段沿F16破碎帶溢出,形成沼澤。 (二)本組多孔抽水試驗形成的降落漏斗形態(tài)嚴格受構造條件控制,呈長軸方向為NNE—SSW的扁豆體形,但不對稱,與構造線方向一致,短軸方向近東西向。水力坡度橫向陡,縱向緩。說明縱向水力聯(lián)系好、傳遞能力強
52、、水位變化反映快的南西方向是主要來水方向。(三)在整個抽水過程中,位于主斷層Fl下盤的觀11孔及S115泉未受到影響,根據對抽水試驗及水文地質條件分析,我們認為是由于抽水時間短,補給較強烈,而掩蓋了漏斗向東翼擴展,因此,未能揭露Fl的性質。 (四)這次多孔抽水試驗,受到西側P1l與南部的弱透水層這兩條隔水邊界影響,表明∈2-3ls含水層的富水性在平面上具有分帶性,但又相互聯(lián)系,其富水性差異較大。 (五)據各次恢復水位資料來看,水位
53、恢復較快,說明補給充沛,徑流途徑遠,主孔位于主要的徑流方向上,按推算最大涌水量進行開采時水量有保證。 (六)抽水期間,在主孔北東及東面隔水頂板(F16)上面的潛水皆有較小程度的下降,隨著時間的延長,潛水處于相對穩(wěn)定或非常緩慢的下降,說明在抽水降深未達潛水位或隔水頂板以下時,潛水對抽水的補給作用甚微。(七)主孔東側溪溝地表水對抽水無影響,西側溪溝流量由于沼澤溢出的水被疏干而減小,隨著抽水時間的延長,地表水可能會反補地下水。 (八)多
54、孔抽水時,未出現任何不良工程地質問題,僅是西側沼津地帶的水漸漸被疏干。,實例二:牛場水源地多孔抽水試驗,第一組多孔抽水試驗 為查明朵郎坪水文地質計算塊段的邊界條件,為評價地下水資源提供確切的水文地質計算參數,設計第一組多孔抽水試驗。 本組多孔抽水試驗按非穩(wěn)定流抽水試驗要求進行,采用10JDl40×12型深井泵抽水,鉆孔出水量要保持常量,其變化幅度不大于3%。 第二
55、組多孔抽水試驗 為了進一步了解八路井附近牛場斷層帶的富水程度,為評價牛場斷層富水帶及牛場斷層下盤Plq+m含水巖組的地下水資源提供確切的水文地質參數,特設計第二組多孔抽水試驗。 本組多孔抽水試驗按非穩(wěn)定流抽水試驗要求進行;采用10JDl40×12型深井泵抽水,鉆孔出水量要求保持常量,其變化幅度應小于3%。主井開孔孔徑為Φ426mm。抽水下泵段孔徑為Φ325mm,深32米。終
56、孔孔徑不小于Φ219mm。要求成井工藝和質量必須達到生產井的技術標準,抽水試驗延續(xù)時間不得少于10天。,目的和要求,試驗情況筒述,第一組多孔抽水試驗 本組多孔抽水試驗自1987年7月26日17時至11月7日14時,共歷時105天。除水位統(tǒng)測、試抽、洗井試抽等階段以外,由于抽水導致攙狀巖溶塌陷、排水(水中混有大量泥砂)受到農民阻礙、設備損壞等原因,一共進行了六次抽水試驗,最后達到了設計和規(guī)范的要求, 第二組多孔抽水試驗 本
57、組多孔抽水試驗從1987年12月29日12時至1988年元月21日18時,共歷時23天零6小時。包括水位統(tǒng)測、洗井、試抽、正式抽水試驗和測恢復水位等工作階段。,主要成果,抽水試驗技術參數及水文地質參數的計算,,第一組多孔抽水試驗,隔水邊界到觀測孔的距離(d)計算成果表 表一(11),抽水試驗技術參數,水文地質參數的計算,結 論,第一組多孔抽水試驗 (1)垛郎坪一帶T1m含水層受主孔南西65米處向NW—S
58、E延伸的斷層影響。地下水主要賦存于55—65米深度的巖溶裂隙和管道中。地下水主要沿斷層向NW方向徑流。 (2)T1m滲透性能較好(K=3.5926米/日),但主井抽水時受其南和南西側直線隔水邊界的影響,北東和東側含水層分布呈窄條狀,地下水補給量有限,使Q=f(S)曲線呈指數型,在單并出水量12升/秒以下時,該曲線近于直線型,隨著出水量增加,降深增大,出水量超過15升/秒后,降深急劇增大,而出水量相應則增加得很微弱。 (3
59、)沿NW向斷層帶發(fā)育良好的溶蝕裂隙和巖溶管道,為塌陷物質的塌落和運移提供了空間,加之第四系覆蓋層淺(塌陷區(qū)一般1.0—1.5米厚)、覆蓋物較松散(自上而下為亞粘土、亞沙土,底為一薄層細砂和粉砂層)、地下水埋藏淺(塌陷區(qū)地下水埋深一般在0.5米以上),抽水時動水位波動頻繁等因素,構成了試驗區(qū)隱伏巖溶塌陷的基礎。而大泵量、大降深的過量抽水導致了含水層空間中產生“空吸”(負壓)作用,這是該區(qū)發(fā)生大面積隱伏巖溶塌陷的直接影響因素。 (4
60、)參加地下水資源計算時,宜用電算計算的水文地質參數,手算的各次抽水所得資料可供參考。 (5)、推薦的主井出水量臨界值(1300噸/日)是經驗值,宜作為該井開采使用的出水量上限。但根據該區(qū)多次抽水試驗的具體情況,第二次抽水時與第六次抽水時出水量在相對穩(wěn)定階段部一樣(Q=17.202升/秒),而第二次抽水塌陷嚴重,使過水通道(溶蝕裂隙)受阻,因而降深比第六次大得多( =27.02米, = 10.64米)。所以在開采
61、時控制適當的出水量和降深,使塌陷物質處于相對穩(wěn)定狀態(tài),有可能將裂隙逐漸抽通,從而增大出水量。,第二組多孔抽水試驗(1)通過本組多孔抽水試驗,查明牛場斷層西段破碎帶含巖溶地下水豐富,單孔涌水量q=4.497升/秒·米。地下水主要來自發(fā)育于斷層破碎帶中的巖溶管道。由于鉆孔揭穿下盤P1q+m巖溶含水巖組,使其地下水與斷層破碎帶中的管道水有一定水力聯(lián)系。(2)通過計算,從供水目的考慮,牛場斷層富水帶的滲透系數宜采用計算偏小值,即
62、K=2.6027米/日,相應的給水度μ為9.99×10-2。(3)在主井大泵量抽水的試驗條件下,試驗區(qū)內未發(fā)生地下水與地表水補給關系的轉變,仍為地下水補給地表水。(4)在洗井階段降深17.38米,出水量4080噸/日時,斷層破碎帶上發(fā)生了一處塌陷。在試抽(S穩(wěn)=13.74米、Q穩(wěn)=3726噸/日)和正式抽水試驗(S穩(wěn)=8.64米、 Q穩(wěn)=3124噸/日)中未再發(fā)生塌陷現象。因此,在大降深的抽水條件下,沿牛場斷層破碎帶可能
63、會產生隱伏巖溶塌陷。(5)本組多孔抽水試驗形成的降落漏斗外圍長軸方向近S—N向,中心長軸方向近E—W向,反應較特殊。實測影響半徑主孔西側方向為120米,主孔以東為130米,以南為230米。降落漏斗反映出地下水主要由南向北補給,這與地質和試驗分析的地下水主要沿F23自西向東補給不一致。產生這種異常的原因可能是由于抽水延續(xù)時間較短,主井西側的降落漏斗尚未擴展開所致。(6)主井(DZKⅡ)投入開采后,為不致引起不良環(huán)境地質問題,其開采量宜
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