地下水动力学第六章课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,地下水动力学课程组,井流试验是水文地质勘察中不可缺少的步骤，通过井流试验取得必要的水文地质参数，为开采利用地下水进行水量计算或时间计算等提供定量的数据（水文地质参数：渗透系数、导水系数、压力传导系数、给水度等）。,井流试验分为两大类：抽（注）水试验、水位恢复试验。,进一步细分：,单井,一个主井,多井,一个主井加若干个观测井,群井,多个主井加若干个观测井,第六章 无越流含水层中完整井的井流试验,井流试验是水文地质勘察中不可缺少的步骤，通过井流试验,要较准确取得参数，最好为抽水试验设置观测孔,1,）主井附近容易出现紊流区,泰斯公式要求层流；,2,）钻孔附近因钻探过程或泥浆、冲洗液等会使含水层透水性发生变化；,3,）过滤器和井筒本身容易产生水头损失，使主孔水位由于这些原因影响而普遍下降；,4,）抽水过程中主井水位波动较大，难以准确测量；,5,）由于主孔水位变化过于迅速，抽水早期的水位变化难以准确测定，应用标准曲线对比法和,S-t,拐点法不易准确。,第六章 无越流含水层中完整井的井流试验,要较准确取得参数，最好为抽水试验设置观测孔1）主井附近容易出,1,天气、时间、井所处的地质条件以及初始的水位动态要进行必要的调查、记录和观测；,2,由于含水层具有弹性，所以在抽水过程中要注意消除以下几个因素的影响；,A,）,突然事故（停电、电压不稳、火车通过。）；,B,）,湖、海的潮汐水位变化；,C,）,固体潮效应,3,抽水时间较长时，含水层的开采动态和天然动态，在抽水前必须掌握；,4,观测时早期要加密，最好能够将拐点测到，便于求参,5,考虑到计算，最好能在同一个方向不同距离布置,2-3,个观测孔,抽水试验与观测的注意事项,1 天气、时间、井所处的地质条件以及初始的水位动态要进行必要,试算法,（一）若有一个观测孔（或仅有主孔），根据不同时间,t,得到两个相应的降深：,常用的计算参数方法包括：试算法、,标准曲线对比法、直线图解法。,6.1,抽水试验求参方法,试算法（一）若有一个观测孔（或仅有主孔），根据不同时间t得到,（二）若有两个观测孔，则可以利用相同时间、不同距离的降深值、或不同时间、不同距离的降深来试算。,总的来说，试算法的计算工作量大，利用的资料少，精度差。,抽水试验求参方法试算法,（二）若有两个观测孔，则可以利用相同时间、不同距离的降深值、,一、标准曲线对比法,（一）原理,由于,Q,，,T,，,r,，,a,均为常数，即,s,与,W(u),成正比关系，,t,与,1/u,成正比关系，两边分别取对数，则有：,泰斯公式,一、标准曲线对比法（一）原理 由于Q，T，r，a,由几何学已知：,分析上两式可知，对同一此抽水试验和同一观测孔的数据而言,反之，若已知纵、横坐标平移值，对应就可求参。,（一）原理,由几何学已知：分析上两式可知，对同一此抽,在双对数纸上绘制,W(u),1/u,的标准曲线（理论曲线），,在另一张模数相同的透明双对数纸上绘制实测,s-t,将实测曲线置于标准曲线之上，保持对应坐标轴彼此平行的条件下相对平移，直至两曲线重合为止，然后确定横坐标的平移值,lgt0,和纵坐标的平移值,lgs0:,4.,计算参数,T,和,a:,5.,标准曲线与实测曲线数据拟合以后，如果标准曲线的原点,1/u=1,W(u)=1,落到实测数据坐标纸之外，则,可任找一点匹配,(,坐标尽可能取,0.01,，,0.1,，,1,，,10,，,100),记下对应的四个坐标值,1/u,W(u),t,和,s,即计算,T,和,a,教材,p118,习题附录二,（二）步骤,在双对数纸上绘制W(u)1/u的标准曲线（理论曲线），教材,（二）操作步骤,（二）操作步骤,（三）标准曲线对比法拓展,其它,lgs-lgr,2,lgs-lg(t/r,2,),型以及潜水含水层的相应几个类型的标准曲线对比法，其原理、步骤见教材,p119,表,6-1-1,。,标准曲线对比法是确定含水层参数的一个重要方法！,（三）标准曲线对比法拓展 其它lgs-,（四）标准曲线对比法说明,此法利用的全部观测数据，即使局部数据有波动或错误也不至于严重影响计算结果。,在实测曲线与理论曲线拟合时，主要考虑抽水中后期的数据。初期数据一般拟和不好，这是由于泰斯公式的某些假定与实际不符造成的。如果中后期数据拟合较好，则说明含水层试验涉及的范围内基本满足均质“无界”条件。,若后期实测曲线偏离：,外围边界起作用,外围参数不同（非均质边界）,垂直入渗。,后期数据向上偏移 隔水边界，外围,K,变小，水位动态下降。,后期数据向下偏移 地表水边界，,K,变大，动态上升。,缺陷，拟和存在一定的随意性。,（四）标准曲线对比法说明此法利用的全部观测数据，即使局部数据,二 直线图解法,基本思路,：将实测数据投在单对数坐标纸上并做成曲线，此实测曲线在一定的区间上将呈现为直线，因而可以根据直线的斜率和截距来确定含水层参数。此法可分为：,s-lgt,，同一观测井不同时间的降深数据；,s-lgr,，同时刻不同观测井的降深数据；,s-lg(t/r2),，不同时间不同观测井的降深数据。,二 直线图解法基本思路：将实测数据投在单对数坐标纸上并做,T,，,a,，,r,和,Q,均为常数，,s-lgt,呈直线关系。,当,u0.05,，误差,2,以内，泰斯公式表示为,Jacob,公式：,(,一,),原理,T，a，r和Q均为常数，s-lgt呈直线关系。当u0.05,(,一,),原理,(一)原理,在单对数纸上作,s-lgt,曲线,(t,取对数,),将,s-t,曲线的直线部分延长，交纵坐标轴,(s),得,s,0,，交横坐标轴,(t),得,t,0,（,s=0),。,求直线得斜率,m,，由于,lg(10t/t)=1,所以,取一个对数周期相应的降深,s,就是斜率,m,。,计算,T,和,a,(,二,),步骤,在单对数纸上作s-lgt曲线(t取对数)(二)步骤,优点：较标准曲线对比法，避免了数据曲线平直时，拟合标准曲线时存在的随意性。,缺点：,s-lgt,曲线只有在,(r,2,/4at)0.05,时才出现直线段，因此只能利用部分观测数据。对于较远的观测孔数据可能会出现直线段很短的情况，当后期含水层外围非泰斯条件的干扰，更会使直线模糊不清。,见,p122,表,6,1,2,。,(,三,),直线图解法优缺点,(,四,),不同类型直线图解法确定含水参数公式,优点：较标准曲线对比法，避免了数据曲线平直时，拟合标准曲线时,抽水试验井、注水试验井和长期开采井等，都可利用关井后的水位恢复数据来计算有关参数，当抽水井停抽后，井中水位将迅速回升，而后上升速度逐渐减慢，在井孔周围，水位上升速度减慢；在远处，在停抽一段时间内，水位仍在下降。,优势：经济上节约！,6.2,水位恢复试验,抽水试验井、注水试验井和长期开采井等，都可利,若某井以定流量,Q,进行抽水持续了,t,p,时间后停抽，观测在停抽后,t,p,时刻的剩余降深。,解题思路：将上述问题分解成,Q,继续抽水加上在,t,p,时刻同一位置有一以,Q,流量的注水井开始工作。,Q,t,p,Q,t,p,-Q,t,p,一、水位恢复试验的基本原理及其应用,1,、水位恢复方程（叠加原理）,若某井以定流量Q进行抽水持续了tp时间后停抽，观测在停抽后t,1,、水位恢复方程（叠加原理）,1、水位恢复方程（叠加原理）,由上可知 呈直线关系，在单对数坐标纸上，成直线。,水位恢复试验与抽水试验相比较：,恢复试验直线图解不能计算参数,a,，但可确定,H,0,。,抽水试验初期流量不稳定，因此，水位恢复试验法在这一点上较抽水试验要好。,2,、求参方程,由上可知 呈直线关系，在单对数,在一开采的水源地，由于种种原因（或者要扩大水源地等），需要确定水文地质参数，最简单的方法式利用已有的生产井做水位恢复试验。,这时往往开采时间,t,p,已相当长，地下水位呈缓慢下降（非常平缓）。,这时第一项很小,二、水位回升值,s,的近似式及其应用,在一开采的水源地，由于种种原因（或者要扩大水源地等），需要确,若停抽以前地下水仍有明显水位下降，通过试验前期水位观测动态外推，以,Q,继续抽水的下降值,s.,当,t,足够长，有,二、水位回升值,s,的近似式及其应用,若停抽以前地下水仍有明显水位下降，通过试验前期水位观测动态外,二、水位回升值,s,的近似式及其应用 水位回升值,二、水位回升值s的近似式及其应用 水位,三、单井的水位降深曲线（,s-t),拐点法求参,故存在拐点,s,i,，时间为,t,三、单井的水位降深曲线（s-t)拐点法求参故存在拐点si，,设拐点处时间为,t,则：,那么拐点处降深为：,该式表明拐点处降深与,r,无关。则拐点处斜率为：,三、单井的水位降深曲线（,s-t),拐点法求参,设拐点处时间为t,则：那么拐点处降深为：该式表明拐点处降深与,在符合泰斯假定条件的含水层中进行抽水试验，所获得的资料应该完全与标准曲线相吻合。实际上往往发生实测曲线偏离理论曲线的情况，其原因可能是系统的人为测定误差，另外一些原因可能是边界、非均质、补给或排泄条件的变化等，要结合水文地质条件进行综合分析。,一般偏离情况有三种：,1,曲线后半部向标准曲线上部偏离,2,曲线后半部向标准曲线的下部偏离，甚至与时间坐标平行,3,曲线前半部向标准曲线的上部偏离，而后半部重合。,6.3,边界附近定流量井流试验,抽水试验曲线偏离泰斯标准曲线的分析,在符合泰斯假定条件的含水层中进行抽水试验，所,第一种情况：可能是抽水附近有一隔水边界存在，它明显起作用时曲线就发生上偏。（当然也有其它情况？）,第二种情况：说明抽水试验附近有导水边界。（当然也有其它情况？）,第三种情况：实际抽水时弹性释放不是瞬时完成的，与泰斯假定条件不符，因此开始降深偏大。,利用以上特点，在分析抽水试验资料过程中结合具体的水文地质条件分析隐伏断层的性质、位置、发现隔水层中的天窗，从而选择正确的计算方法。,抽水试验曲线偏离泰斯标准曲线的分析,第一种情况：可能是抽水附近有一隔水边界存在，它明显起,本节讨论两个问题：,1,、在已知边界性质和位置的情况下，根据井流试验确定含水层的参数。,2,、根据井流试验近似确定边界的位置。,（一）特定条件直线图解法,。,前面已述边界附近单个井流问题可以通过反映法，将其处理为无限含水层有若干个等流量同时工作的多井干扰问题，根据渗流叠加处理。,一、边界附近定流量井流试验求参,本节讨论两个问题：（一）特定条件直线图解法。一、边界附近定流,1,、显然,当,有,由上说明观测孔,s-lgt,曲线上出现直线段,称第一直线段。,斜率,（一）特定条件直线图解法,1、显然 当有 由上说明观测孔s-lgt曲线上出,此直线与,lgt,轴交点的,t,值为,随着抽水时间的继续：,不再满足，这时,s-lgt,第一直线段转为曲线。,当,降深,s,可写为,（一）特定条件直线图解法,此直线与lgt轴交点的t值为随着抽水时间的继续：不再满足，这,若第三项与前两项相比而言太小，可忽略，,则有,（一）特定条件直线图解法,若第三项与前两项相比而言太小，可忽略，则有（一）特定条件,即出现第二直线段。,第二直线段与,lgt,轴交点,依次类推,（一）特定条件直线图解法,即出现第二直线段。第二直线段与lgt轴交点依次类推（一）特定,因此可以根据直线边界处观测,s-lgt,曲线求参数,i,（一）特定条件直线图解法,因此可以根据直线边界处观测s-lgt曲线求参数i（一）特定条,有时由于观测孔离主井的距离和虚井的距离相差不大时，,虚井的作用已经不可忽略，此时,S-lgt,曲线可能会不出现第一直线段而直接出现第二直线段。,因此应该结合实际情况加以分析，假如误将第二直线段当作第一直线段，则求得的,T,值要比实际的小一倍，反回去检验,S-t,曲线会与实测曲线不符合，说明应按第二直线段来计算。,讨论：对于扇形含水层,s-lgt,曲线有什么特点？,在抽水试验过程中，重要的是判断,s-lgt,曲线中出现的直线段属于第几直线段。,（一）特定条件直线图解法,有时由于观测孔离主井的距离和虚井的距离相差不大时，虚井的作用,直线边界附近井流,s,lg,t,曲线特征,10,10,2,10,3,10,4,1,t,s,直线边界附近井流,s,lg,t,有独特的曲线特征，据曲线特征可判断边界性质和位置。,分析,slgt,曲线所反映的边界位置或含水层特性。,slgt,曲线,2,个直线段，且,m2=2m1,说明什么？,曲线相对,slgt,直线向下偏移，逐渐水平，说明什么？,曲线相对,slgt,直线向下偏移，但未水平，说明什么？,曲线相对,slgt,直线向上偏移，说明什么？,直线边界附近井流slg t曲线特征101021031041,比值,对于某一特定条件均为已知常量。,若证,（二）特定条件标准曲线法,比值对于某一特定条件均为已知常量。若证（二）特定条件标准曲线,缺点：工作量大，标准曲线不能共用！,（二）特定条件标准曲线法,缺点：工作量大，标准曲线不能共用！（二）特定条件标准曲线法,设抽水井至直线边界的距离为 ，在抽水经附近有一观测孔，此孔至抽水井距离为,r,，至反映井的距离为 ，注意这里要求 比较大,。,（一）抽水试验,看,s-lgt,曲线,1.,在抽水初期,s-lgt,呈曲线，由于 较大，虚井尚未起作用。,2.,当,二、近似确定直线边界的位置,（一）抽水试验看s-lgt曲线1.在抽水初期 s-lgt呈,3.t增大时，边界起作用。当 ，而,s-lgt有转为曲线。,4.当t增大，,第一直线段,第二直线段,两直线相交于,（一）,s-lgt,曲线特征,3.t增大时，边界起作用。当,又因为根据第一直线段有,（一）,s-lgt,曲线特征,又因为根据第一直线段有（一）s-lgt曲线特征,利用,，可以计算出 的长度。,1.,当已知直线边界的方向时，只要一个观测孔可确定 值,。,做法：a.通过主井作直线边界的垂线。,b.以观测孔为中心，以 为半径做弧线。,c.两线交点即为虚井的位置。=(实井与虚井的距离)/2,2.,未知直线边界方向时，需要两个观测。,a.,求,b.以 为半径做弧，以观测井1为中心。,以 为半径做弧，以观测井2为中心。,c.主井虚井连线的中垂线为直线隔水边界的位置。,（二）直线边界位置确定,，可以计算出 的长度。1.当已知直线边界的方向时，只要一,利用,，可以计算出 的长度。,若主井水位观测资料较好，可直接利用主井,s-lgt,曲线确定,.,（二）直线边界位置确定,，可以计算出 的长度。若主井水位观测资料较好，可直接利用,若抽水试验持续时间不够长（），而未出现第二直线段。,则可用下述方法求参数。,实井引起的降深：,虚井引起的降深：,可从第一直线段之后曲线部分任选一点 ，将第一直线段在,s-lgt坐标系上延长以得到对应时刻的 .,a和T可从第一直线段求得：,（二）直线边界位置确定与求参,若抽水试验持续时间不够长（）,