抽水試驗確定滲透系數(shù)地方法及步驟

抽水試驗確定滲透系數(shù)的方法及步驟 1. 抽水試驗資料整理 試驗期間，對原始資料和表格應及時進行整理。試驗結束后，應進行資料分析、整理，提交 抽水試驗報告。 單孔抽水試驗應提交抽水試驗綜合成果表，其內容包括：水位和流量過程曲線、水位和流量 關系曲線、水位和時間（單對數(shù)及雙對數(shù)）關系曲線、恢復水位與時間關系曲線、抽水成果、 水質化驗成果、水文地質計算成果、施工技術柱狀圖、鉆孔平面位置圖等。并利用單孔抽水 試驗資料編繪導水系數(shù)分區(qū)圖。 多孔抽水試驗尚應提交抽水試驗地下水水位下降漏斗平面圖、剖面圖。 群孔干擾抽水試驗和試驗性開采抽水試驗還應提交抽水孔和觀測孔平面位置圖（以水文地質 圖為底圖）、勘察區(qū)初始水位等水位線圖、水位下降漏斗發(fā)展趨勢圖（編制等水位線圖系列）、 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［注］、各抽水 孔單孔流量和孔組總流量過程曲線等。 注意：（1）要消除區(qū)域水位下降值；（2）在基巖地區(qū)要消除固體潮的影響；3）傍河抽水 要消除河水位變化對抽水孔水位變化的影響。 多孔抽水試驗、群孔干擾抽水試驗和試驗性開采抽水試驗均應編寫試驗小結，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。 2. 穩(wěn)定流抽水試驗求參方法 求參方法可以采用 Dupuit 公式法和 Thiem 公式法。 （1） 只有抽水孔觀測資料時的 Dupuit 公式 承壓完整井： 2汶皿建 匚 丘=1阻7? 潛水完整井： 式中K——含水層滲透系數(shù)（m/d）; Q—— 抽水井流量 （m3/d）; sw—— 抽水井中水位降深 （m）; M 承壓含水層厚度（m）; R—— 影響半徑 （m）; H 潛水含水層厚度（m）; h 潛水含水層抽水后的厚度（m）; rw 扌由水井半徑（m）。 ⑵ 當有抽水井和觀測孔的觀測資料時的Dupuit或Thiem公式 承壓完整井: Thiem公式: h..-h.,= ——— In — 2磁Af 斤 潛水完整井# Thiem &式: 式中 hw ——抽水井中水柱高度 （m）; hl、h2 與抽水井距離為r1和r2處觀測孔（井）中水柱高度（m）,分別等于初始水位 H0與井中水位降深s之差，h1= HO -sl； h2= HO -s2。 其余符號意義同前。 當前水井中的降深較大時，可采用修正降深。修正降深s'與實際降深s之間的關系為： s'=s-s2/2H。 3. 非穩(wěn)定流抽水試驗求參方法 3.1 承壓水非穩(wěn)定流抽水試驗求參方法 （1）Theis 配線法 在兩張相同刻度的雙對數(shù)坐標紙上，分別繪制Theis標準曲線W（u）-1/u和抽水試驗數(shù)據曲 線s-t，保持坐標軸平行，使兩條曲線配合，得到配合點M的水位降深［s］、時間［t］、Theis 井函數(shù)［w（u）］及［1/u］的數(shù)值，按下列公式計算參數(shù)（r為抽水井半徑或觀測孔至抽水井的距 離）： ，罟盹）］ 以上為降深——時間法（s-t）。也可以采用降深---時間距離法（s-t/r2）、降深---距離法（s-r） 進行參數(shù)計算。 （2） Jacob 直線圖解法 當抽水試驗時間較長，u= r2/（4at）＜0.01時，在半對數(shù)坐標紙上抽水試驗數(shù)據曲線s-t為一直 線（延長后交時間軸于tO，此時s=0.00m），在直線段上任取兩點t1、s1、t2、s2，則有 ?=01183glnk 「2?沁 a = 2.25^ (3)Hantush 拐點半對數(shù)法 對半承壓完整井的非穩(wěn)定流抽水試驗(存在越流量，K/b為越流系數(shù))，當抽水試驗時間較 長，u= r2/(4at)v0.1時，在半對數(shù)坐標紙上抽水試驗數(shù)據曲線s-t,外推確定最大水位降深 Smax，在s-lgt線上確定拐點Si = Smax/2，拐點處的斜率mi及時間ti，則有 (4) 水位恢復法 當抽水試驗水位恢復時間較長， u= r2/(4at)<0.01 時，在半對數(shù)坐標紙上繪制停抽后水位恢復 數(shù)據曲線s-t，在直線段上任取兩點t1，s1，t2，s2，則有 『=仝些In直 込—遜 勾 a= lO51^3 fl 2.25^ T s =— a (5)水位恢復的直線斜率法 當抽水試驗水位恢復時間較長， u= r2/(4at)<0.1 時，在半對數(shù)坐標紙上繪制停抽后水位恢復 數(shù)據曲線s-t，直線段的斜率為B,則有 T_ 2.30 * 3.2 潛水非穩(wěn)定流抽水試驗求參方法 潛水參數(shù)計算可采用仿泰斯公式法、Boulton法和Numan法。 (1) 仿泰斯公式法 式中HO、hw 初始水頭及抽水后井中水頭; W(u) ——泰斯井函數(shù); Q— -抽水井的流量(m3/d)； r—— 到抽水井的距離(m)； t—— 自抽水開始起算的時間(d)； T—— 含水層的導水系數(shù)(m2/d)； T-Khm hm — -潛水含水層的平均厚度(m)； K—— -含水層的滲透系數(shù)(m/d)； A—— 含水層的導壓系數(shù)(1/d)； m—— 潛水含水層的給水度。 具體計算時可采用配線法、直線圖解法、水位恢復法等。 (2)潛水完整井考慮遲后疏干的Boulton公式 抽水早期心拾叫"猛=詒 抽水中期:亠掃懇煜 抽水晩期心備盹冷' 可根據抽水早期、中期、晚期的觀測資料，采用相應的方法計算參數(shù)。 （3）Numan 法 對于潛水含水層完整井非穩(wěn)定流抽水試驗，也可以采用Numan模型求參，具體求參過程可 參閱《地下水動力學》等教科書。 4. 參數(shù)計算新技術新方法的應用 采用AQUIFERYTEST軟件（圖1）、數(shù)值模擬法（可采用GMS、MODFLOW、FEFLOW等 軟件）以及肖長來教授提出的全稱曲線擬合法（圖2）等一些新的軟件、方法確定水文地質 參數(shù)，效果非常好。 C1 井第一複抽朮（Hantush-Jacob） 1E-1 1E+D 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1£+5 1E 礙 t [minj fl C1 Conductivity:9.38E-2 m/d 圖1 AQUIFERYTEST軟件求參圖示 圖 2 全稱曲線擬合法求參圖示 5. 參數(shù)計算結果的驗證 上述參數(shù)計算結果的精度如何，取決于試驗場地水文地質條件的概化，也取決于觀測數(shù)據的 精度。對于所求得的參數(shù)，應將其代入相應的公式，通過對比計算降深與實測降深的差值 分析所求參數(shù)的精度及其可靠性和代表性，最終確定抽水試驗場地的有代表性意義的參數(shù) 值。 方法（二） 單孔穩(wěn)定流抽水試驗，當利用抽水孔的水位下降資料計算滲透系數(shù)時，可采用下列公式： 1當Q?s （或Ah2）關系曲線呈直線時， 1 ）承壓水完整孔： (8.2.1-1) 2 ）承壓水非完整孔 當 M>150r， l/M>0.1 時： 7T r (8.2.1-2) 或當過濾器位于含水層的頂部或底部時： 3）潛水完整孔： 8.2.1-3) (8.2.1-4) 4 )潛水非完整孔 當 >150r, 1>0.1 時： 或當過濾器位于含水層的頂部或底部時： 8.2.1-5) （8.2.1-6） 式中K——滲透系數(shù)（m/d）； Q——出水量 （m3/d）； s 水位下降值 （m）； M 承壓水含水層的厚度（m）； H——自然情況下潛水含水層的厚度（m）； h 潛水含水層在自然情況下和抽水試驗時的厚度的平均值（m）； h 潛水含水層在抽水試驗時的厚度（m）； l 過濾器的長度（m）； r 抽水孔過濾器的半徑（m）； R——影響半徑 （m）。 2當Q?s （或△ h2）關系曲線呈曲線時，可采用插值法得出Q?s代數(shù)多項式，即： s = alQ+a2Q2+ anQn （8.2.1-7） 式中 al、a2 an 待定系數(shù)。 注： a1 宜按均差表求得后，可相應地將公式 （8.2.1-1）、（8.2.1-2）、（8.2.1-3） 中的 Q/s 和公式(8.2.1-4)、(8.2.1-5)、(8.2.1-6)中的 以 1/a1 代換，分別進行計算。 3當s/Q （或△ h2/Q）?Q關系曲線呈直線時，可采用作圖截距法求出al后，按本條第 二款代換，并計算。 單孔穩(wěn)定流抽水試驗，當利用觀測孔中的水位下降資料計算滲透系數(shù)時，若觀測孔中的值 s （或Ah2）在s （或Ah2）?1 gr關系曲線上能連成直線，可采用下列公式： 1承壓水完整孔： K二 Q——In乜 （5 1 — 52）廠 1 （8.2.2-1） _ 2 潛水完整孔： （8.2.2-2） 式中sl、s2——在s?lgr關系曲線的直線段上任意兩點的縱坐標值（m）； 在△ h2?1 gr關系曲線的直線段上任意兩點的縱坐標值（m2）； rl、r2 在s （或△ h2）?lgr關系曲線上縱坐標為sl、s2 （或）的兩點至抽水孔的距 離 （ m）。 單孔非穩(wěn)定流抽水試驗，在沒有補給的條件下，利用抽水孔或觀測孔的水位下降資料計算 滲透系數(shù)時，可采用下列公式： 1 配線法： 1)承壓水完整孔： 2)潛水完整孔： 式中W (u)——井函數(shù)； S――承壓水含水層的釋水系數(shù); “ 潛水含水層的給水度。 2 直線法： 當AKMt 4Khl <0.01時，可采用公式(822-1)、(822-2)或下列公式: 1) 承壓水完整孔： 水完整孔： 8.2.3-5) (8.2.3-6) 式中 si、s2——觀測孔或抽水孔在s?lgt關系曲線的直線段上任意兩點的縱坐標值 ( m)； 觀測孔或抽水孔在△ h2?lgt關系曲線的直線段上任意兩點的縱坐 標值（m2）； tl、t2——在s （或Ah2）?lgt關系曲線上縱坐標為si、s2 （或）兩點的相應時 間 （ min）。 8.2.4 單孔非穩(wěn)定流抽水試驗，在有越流補給 （不考慮弱透水層水的釋放） 的條件下，利 用s?lgt關系曲線上拐點處的斜率計算滲透系數(shù)時，可采用下式： （ 8.2.4） 式中r――觀測孔至抽水孔的距離（m）； B 越流參數(shù) mi s?lgt關系曲線上拐點處的斜率。 注：1拐點處的斜率，應根據抽水孔或觀測孔中的穩(wěn)定最大下降值的1/2確定曲線的拐 點位置及拐點處的水位下降值，再通過拐點作切線計算得出。 嚴秤=2?3生 2越流參數(shù)，應根據 …' 從函數(shù)表中查出相應的 r/B， 然后確定越流參數(shù)B。 8.2.5 穩(wěn)定流抽水試驗或非穩(wěn)定流抽水試驗，當利用水位恢復資料計算滲透系數(shù)時，可采用 下列公式： 1 停止抽水前，若動水位已穩(wěn)定，可采用公式 （8.2.4） 計算，式中的 mi 值應采用恢復 水位的 2 停止抽水前，若動水位沒有穩(wěn)定，仍呈直線下降時，可采用下列公式： 1） 承壓水完整孔 8.2.5- 1） 2） 潛水完整孔： 8.2.5- 2） 式中tk——抽水開始到停止的時間（min）； tT——抽水停止時算起的恢復時間（min）； s――水位恢復時的剩余下降值（m）； h——水位恢復時的潛水含水層厚度（m）。 注： 1 當利用觀測孔資料時， 應符合當- "'■- ■ - ； <0.01 時的要求。 2 如恢復水位曲線直線段的延長線不通過原點時，應分析其原因，必要時應進行修正。 利用同位素示蹤測井資料計算滲透系數(shù)時，可采用下列公式： 8.2.6- 1) （8.2.6-2） 式中 Vf——測點的滲透速度（m/d）； I――測試孔附近的地下水水力坡度； r 測試孔濾水管內半徑（m）； r0 探頭半徑（m）； t——示蹤劑濃度從NO變化到Nt所需的時間（d）； NO 同位素在孔中的初始計數(shù)率； Nt 同位素t時的計數(shù)率； Nb——放射性本底計數(shù)率； a——流場畸變校正系數(shù)。 方法（三） 嚴 366Q D1S 在單孔抽水試驗中，由于沒有觀測孔,只能根據抽水試驗未穩(wěn)定前的水位，做出降深-半對數(shù) 時間圖,以圖解法來求滲透系數(shù)或根據水位恢復數(shù)據,以圖解法來求巖石滲透系數(shù). 像這種聯(lián)解方程,想用數(shù)學推導法來求解,是非常困難的.涉及冪函數(shù)和指數(shù)涵數(shù). 如一礦山的抽水試驗，涌水量為Q=1053噸/天,含水層厚度為m=241.3米，降深s=9.40米，抽 水管徑r=0.084米. 經過化簡和代入后為: k-O.O85lgk=1.41113 可以用逼進法，在 excel 里計算. 如k=1時,左邊的式子,其得數(shù)是小于1的，顯然不符合方程. 如k=3時,左邊的式子,其得數(shù)是大于2的，顯然也是不符合方程. 如k=2時,左邊的式子,其得數(shù)是介于1--2之間的，這樣就界定了 k值的大致范圍 然后再分別計算 k=1.1 左邊的式子 k-0.085lgk=1.0965 k=1.2,k-0.085lgk=1.19327 k=1.3,k-0.085lgk=1.2903 k=1.4,k-0.085lgk=1.38758 k=1.5,k-0.085lgk=1.4850 顯然 k 值小于 1.5,大于 1.4. 然后再這個區(qū)間繼續(xù)計算k-0.085k的值，使之趨近于1.41113. 在 excel 里,這種計算非常快捷.很快就可以得出 k=1.4244 R=112.12 水文地質參數(shù)確定方法 確定水文地質參數(shù)的方法一般分為經驗數(shù)據法、經驗公式法、室內試驗法和野外試驗法四種。 供水水文地質勘察中主要采用野外試驗法，因為野外試驗法求得的參數(shù)精確度較高。 經驗數(shù)據法 根據長期的經驗積累的數(shù)據，列成表格供需要時選用。滲透系數(shù)、壓力傳導系 數(shù)、釋水系數(shù)、越流系數(shù)、彌散系數(shù)、降水入滲系數(shù)、給水度和影響半徑等都有經驗數(shù)據表 可查。在評估地下水資源時，水文地質參數(shù)常采用經驗數(shù)據。 經驗公式法 考慮到某些基本規(guī)律列出的公式，并加上經驗的修正。滲透系數(shù)、給水度等都 可按經驗公式計算，其值比選用經驗數(shù)據的精確度要高。 室內試驗法 在野外采取試件，利用試驗室的儀器和設備求取參數(shù)。滲透系數(shù)、給水度、降 水入滲系數(shù)等水文地質參數(shù)，可通過室內試驗法求得。 野外試驗法 利用野外抽水試驗取得有關數(shù)據，再代入公式計算水文地質參數(shù)。其計算公式 分穩(wěn)定流公式和非穩(wěn)定流公式。計算時根據含水層的狀態(tài)（潛水或承壓水）、井的完整性（完整 井或非完整井）、邊界條件（傍河或其他邊界）、抽水孔狀態(tài)（單孔抽水或帶觀測孔抽水）等條件 選擇。滲透系數(shù)、導水系數(shù)、壓力傳導系數(shù)、釋水系數(shù)、越流系數(shù)、給水度和影響半徑等， 都可用野外抽水試驗法求得較精確的數(shù)據。野外確定降水入滲系數(shù)還可采用地下水均衡試驗 場的實測數(shù)據，一般精度較高。 8.2 滲透系數(shù) 8.2.1 單孔穩(wěn)定流抽水試驗，當利用抽水孔的水位下降資料計算滲透系數(shù)時，可采用下列公 式： 1當Q?s （或Ah2）關系曲線呈直線時， 1 ）承壓水完整孔： (8.2.1-1) 2）承壓水非完整孔 當 M>150r， l/M>0.1 時： (8.2.1-2) 或當過濾器位于含水層的頂部或底部時： 8.2.1-3) 3）潛水完整孔： 8.2.1-4) 4 ）潛水非完整孔 當 >150r, 1>0.1 時： 8.2.1-5) 或當過濾器位于含水層的頂部或底部時： 式中K——滲透系數(shù)（m/d）； Q 出水量 （m3/d）； s 水位下降值 （m）； M 承壓水含水層的厚度（m）； H——自然情況下潛水含水層的厚度（m）； h 潛水含水層在自然情況下和抽水試驗時的厚度的平均值（m）； h 潛水含水層在抽水試驗時的厚度（m）； l 過濾器的長度（m）； r 抽水孔過濾器的半徑（m）； R——影響半徑（m）。 2當Q?s （或Ah2）關系曲線呈曲線時，可采用插值法得出Q?s代數(shù)多項式，即: s=a1Q+a2Q2+ anQn （8.2.1-7） 式中 a】、a2 a——待定系數(shù)。 1 2 n 注：a］宜按均差表求得后，可相應地將公式（8.2.1-1）、（8.2.1-2）、（8.2.1-3）中的 Q/s和公式（8.2.1-4）、（8.2.1-5）、（8.2.1-6）中的 以1阿代換，分別進行計 算。 3當s/Q （或A h2/Q）?Q關系曲線呈直線時，可采用作圖截距法求出a1后，按本條第二 款代換，并計算。 8.2.2 單孔穩(wěn)定流抽水試驗，當利用觀測孔中的水位下降資料計算滲透系數(shù)時，若觀測孔中 的值s （或Ah2）在s （或Ah2）?1 gr關系曲線上能連成直線，可采用下列公式： 1 承壓水完整孔 （8.2.2-1） 2 潛水完整孔： （8.2.2-2） 式中S］、s2 在s?1 gr關系曲線的直線段上任意兩點的縱坐標值（m）； 2— —w A A/f 在A h2?1 gr關系曲線的直線段上任意兩點的縱坐標值（m2）； ri> r2 在s （或A h2）?lgr關系曲線上縱坐標為S］、s2 （或）的兩點至抽水孔的距離 （ m）。 8.2.3 單孔非穩(wěn)定流抽水試驗，在沒有補給的條件下，利用抽水孔或觀測孔的水位下降資料 計算滲透系數(shù)時，可采用下列公式： 1 配線法： 1)承壓水完整孔 ©.2.3-1) (8.24-2) K =即卯⑹ u ~ 4KM ' T 2)潛水完整孔： 式中W (u)——井函數(shù)； S――承壓水含水層的釋水系數(shù); “ 潛水含水層的給水度。 2 直線法： 當占—^0"時可采用公式W 8.2.2-2)或下列公式： 1) 承壓水完整孔： 8.2.3-5) 水完整孔： 8.2.3-6) 式中 S］、s2——觀測孔或抽水孔在s?lgt關系曲線的直線段上任意兩點的縱坐標值（m）； 觀測孔或抽水孔在△ h2?lgt關系曲線的直線段上任意兩點的縱坐標值 t］、t2——在s （或Ah2）?1 gt關系曲線上縱坐標為S］、s2 （或）兩點的相應時間 min）。 8.2.4 單孔非穩(wěn)定流抽水試驗，在有越流補給 （不考慮弱透水層水的釋放） 的條件下，利 用S?1 gt關系曲線上拐點處的斜率計算滲透系數(shù)時，可采用下式： 8.2.4) 式中r――觀測孔至抽水孔的距離（m）； B 越流參數(shù)； mi——s?lgt關系曲線上拐點處的斜率。 注： ］ 拐點處的斜率，應根據抽水孔或觀測孔中的穩(wěn)定最大下降值的］/2確定曲線的拐 點位置及拐點處的水位下降值，再通過拐點作切線計算得出。 討口?K瀘- 2.3 — 2越流參數(shù)，應根據 宀-，從函數(shù)表中查出相應的r/B,然后確定 越流參數(shù) B。 8.2.5 穩(wěn)定流抽水試驗或非穩(wěn)定流抽水試驗，當利用水位恢復資料計算滲透系數(shù)時，可采用 下列公式： 1停止抽水前，若動水位已穩(wěn)定，可采用公式（8.2.4）計算，式中的m.值應采用恢復水 i 位的 曲線上拐點的斜率。 2 停止抽水前，若動水位沒有穩(wěn)定，仍呈直線下降時，可采用下列公式： 1）承壓水完整孔： 8.2.5-1) 2）潛水完整孔： 8.2.5-2) 式中tk——抽水開始到停止的時間（min）； k tT——抽水停止時算起的恢復時間（min）； s――水位恢復時的剩余下降值（m）； h——水位恢復時的潛水含水層厚度（m）。 注：1當利用觀測孔資料時，應符合當步.—.<0-01時的要求。 2 如恢復水位曲線直線段的延長線不通過原點時，應分析其原因，必要時應進行修正 8.2.6 利用同位素示蹤測井資料計算滲透系數(shù)時，可采用下列公式： 8.2.6- 1) 8.2.6- 2) 式中 V——測點的滲透速度（m/d）； I――測試孔附近的地下水水力坡度; r 測試孔濾水管內半徑（m）； r0 探頭半徑（m）； t——示蹤劑濃度從N0變化到Nt所需的時間（d）； N0 同位素在孔中的初始計數(shù)率； Nt 同位素t時的計數(shù)率； Nb――放射性本底計數(shù)率； b a——流場畸變校正系數(shù)。