抽水试验教程

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,*,第四章,水文地质试验,水文地质试验,水文地质试验是对地下水进行,定量,研究的重要手段。水文地质试验包括,野外试验,(,或称现场试验,),和,室内试验,两类。,抽水试验,放水试验,连通试验,渗水试验,注水试验,压水试验,地下水流速流向测定,土的颗粒分析,岩土物理性质、水理性质测定,岩土和水的化学分析,电镜扫描,差热分析,x,光衍射,微孔结构分析,野外试验,室内试验,第一节 抽水试验的目的、任务及类型,水文地质抽水试验是以,地下水井流理论,为基础，通过在实际井孔中抽水时，,水量,和,水位,变化的观测来获取,水文地质参数,，评价水文地质条件，为预计矿井涌水量和评价地下水允许开采量等提供依据。,抽水试验的主要任务,确定含水层及越流层的水文地质,参数,；,确定抽水井的实际涌水量及其与水位降深之间的关系；,研究降落,漏斗,的形状、大小及扩展过程；,研究含水层之间及含水层与地表水体之间的,水力联系,；,确定含水层的,边界,位置及性质；,进行含水层,疏干,或地下水开采的模拟，以确定井间距、开采降探、合理井径等群井设计参数。,断层,F2,F1,F4,F3,山东莱芜某岩溶地下水源地抽水条件下地下水流场图,井,泉,吉林省长岭县城北郊新第三系太康组含水层抽水钻孔水位降深等值线示意图,K1,K1,K2,K3,K1K2K3,导水断层,（阻水）,地质条件解释示意图,泥岩,粉砂岩,砂,砾,岩,二、抽水试验的类型,井孔数量,单孔抽水试验,多孔抽水试验,干扰井群抽水试验,井流理论,稳定流抽水试验,非稳定流抽水试验,井的类型,完整井抽水试验,非完整井抽水试验,包含的含水层情况,分层抽水试验,分段抽水试验,混合抽水试验,抽水顺序,正向抽水试验,反向抽水试验,补：按抽水试验任务分,试验抽水,一次降深稳定流单孔抽水，试验性的抽水,概略评价含水层富水性,抽水试验,次降深稳定或非稳定流单孔抽水试验,求水文地质参数，确定关系,一般开采性抽水试验和生产性群孔大型抽水试验,求水源地允许开采量，或求水文地质参数，或判明水文地质条件,单孔抽水试验,布孔：只有,一个,抽水孔，不另外布置专门的观测孔,优点：它方法简单、成本较低。,缺点：不能直接观测降落漏斗的扩展情况，一般只能取得钻孔涌水量,Q,及其与水位降探,S,的关系和概略的渗透系数,K,。,适用：只用于,稳定流,抽水，在,普查,和,详查,阶段应用较多。,多孔抽水试验,布孔：一个,主孔,抽水，另外专门布置一定数量的水位,观测孔,。,优点：能够完成抽水试验的各项任务，可测定不同方向的渗透系数、影响半径,R,的大小、降落漏斗的形态及发展情况，以及含水层之间及其与地表水之间的水力联系等，所取得的成果精度也较高。,缺点：需布置专门的观测孔，成本相对较高，,适用：多用于,精查,阶段。,1,根据抽水试验,井孔数量,划分：,干扰井群抽水试验,布孔：,多个抽水孔,同时抽水，另外布置,若干观测孔,。抽水时，造成降落漏斗相互重叠干扰，又称互阻井群抽水试验。按抽水试验的规模和任务，又分为,一般干扰井群抽水试验,和,大型群孔抽水试验,。,一般干扰井群抽水试验,是为了研究相互干扰井的涌水量与水位降深的关系；或因为含水层极富水、单个抽水孔形成的水位降深不大、降落漏斗范围太小，而需在较近的距离内打几个抽水孔，组成一个孔组同时抽水；或为了模拟开采或疏干，需在若干井孔内同时抽水，观测研究整个流场的变化。,特点：试验成本高,适用：水文地质条件复杂地区的,精查,阶段或开采,(,疏干,),阶段,使用。,大型群孔抽水试验,布孔：一般由,数个,乃至,数十个抽水孔,组成若干井组，观测孔很多,优点：分布范围大，可进行大流量、大降深、长时间的,大型抽水,，形成一个大的人工流场，以便充分揭露边界条件和整个流场的,非均质,状况。,缺点：花费巨大的人力和财力，须慎重采用,适用：仅用于涌水量很大、边界条件不清、,水文地质条件复杂,的矿区，近年来多用在一些,岩溶大水矿区,水文地质精查阶段,(,或专题性勘探,),中。,例如，,1980,年在邯郸矿务局王风矿进行了一次包括,38,个抽水孔、,82,个观测孔，抽水量达,135200m,3,d(1,57m,3,s),的大型奥灰岩溶含水层群孔抽水试验。,单孔抽水试验,多孔抽水试验,2,按抽水试验所依据的井流理论,稳定流抽水试验,要求：抽水时的流量和水位降深都,相对稳定,，即,不随时间改变,。,优点：方法比较简单。,缺点：自然界大都是非稳定流，只在补给水源充沛且相对稳定的地段抽水时才能形成相对稳定的似稳定流场，故其应用受到一定限制。,非稳定流抽水试验,要求：水位和流量中的一个稳定，另一个,可随时间变化,。一般要求流量稳定，降深变化。,优点：接近实际，能研究的因素和测定的参数更多，还能判定简单条件下的边界，并能充分利用整个抽水过程所提供的全部信息。,适用：更广泛,缺点：解释计算较复杂，观测技术要求较高,3,根据抽水井的类型分,完整井抽水试验,完整井，即钻孔揭穿,整个,含水层，过滤器长度,等于,含水层厚度。,特点：井流理论较完善，故一般应尽量用完整井做抽水试验。,非完整井抽水试验,非完整井，即钻孔仅揭穿含水层的,一部分,，过滤器长度,小于,含水层厚度,特点：当含水层厚度很大，又是均质层时，为了节省费用，或为了研究过滤器的有效长度时进行非完整井抽水试验。,非完整井,完整井,抽水井的类型,4,、根据试验段所包含的含水层情况分,分层抽水,每次,只抽一个含水层,。对不同性质的含水层,(,如潜水与承压水,),应采用分层抽水。对参数、水质差异较大的同类含水层，也应分层抽水，以分别掌握各层的水文地质特征。,分段抽水,在透水性各不相同的多层,含水层组,中，或在不同深度透水性有差异的,厚层含水层,中，对各层段分别进行抽水试验，以了解各段的透水性。有时也可只对其中的主要含水段进行抽水，如厚层灰岩含水层中的岩溶发育,段。这时段与段之间应止水隔离，止水处应位于弱透水的部位。,混合,抽水,要求：在井中将,不同含水层合为一个试验段,进行抽水，各层之间不加以止水,特点：较简单，费用较低,功能：反映各层的,综合平均状况,适用：一般只在含水层富水性,弱,时采用；或当各分层的参数已掌握；或只需了解各层的平均参数；或难于分层抽水时才采用混合抽水试验,5,根据抽水顺序分,正向抽水,抽水时水位降深,由小到大,，即先进行小降深抽水，后进行大降深抽水。因其有利于抽水井周围天然,过滤层,的形成，多用于,松散含水层,中。,反向抽水试验,抽水时水位降深,由大到小,。抽水开始时的大降深有利于对井壁和裂隙的,清洗,，多用于,基岩,中。,初始水位,正向抽水,反向抽水,第二节抽水试验的技术要求,一、抽水试验的场地布置,二、稳定流抽水试验的技术要求,三、非稳定流抽水试验的技术要求,四、大型群孔干扰抽水试验的主要技术要求,一、抽水试验的场地布置,布置抽水试验的场地，主要是抽水孔（主孔）与观测孔的配置。根据抽水试验的任务和当地的水文地质条件，首,先,要选定,抽水孔,的位置，然,后,进行,观测孔,布置。,（一）抽水孔的布置,（二）观测孔的布置,(,一,),抽水孔的布置,、布置,抽水孔,的主要根据是抽水试验的任务和目的，目的任务不同其布置原则也各异 ：,为,求取,水文地质参数的抽水孔，一般应,远离,含水层的透水、隔水,边界,，应布置在含水层的导水及贮水性质、补给条件、厚度和岩性条件等有,代表性,的地方。,对于,探采结合,的抽水井,(,包括供水详勘阶段的抽水井,),，要求布置在含水层,(,带,),富水性较好,或计划布置生产水井的位置上，以便为将来生产孔的设计提供可靠信息。,欲,查明,含水层,边界,性质、边界补给量的抽水孔，应布置在,靠近边界,的地方，以便观测到边界两侧明显的水位差异或查明两侧的水力联系程度。,、在布置,带观测孔,的抽水井时，要考虑尽量,利用,已有水井作为抽水时的水位观测孔；当无现存水位观测井时，则应考虑附近有无布置水位观测井的条件。,、抽水孔附近不应有其它正在使用的生产,水井,或地下,排水,工程，以,避免干扰,。,、抽水井附近应有较好的,排水条件,，即抽出的水能无渗漏地排到抽水孔,影响半径区以外,，特别应注意抽水量很大的群孔抽水的排水问题。,抽水孔的布置,、布置观测孔的意义,利用观测孔的水位观测数据可以提高井流公式所计算出的水文地质参数的精度。这是因为：,观测孔中的水位，不存在抽水孔,水跃值,和抽水孔附近,三维流,的影响，能更真实地代表含水层中的水位；,观测孔中的水位，由于不存在抽水主孔,“,抽水冲击,”,的影响，,水位波动小,，水位观测数据精度较高；,利用观测孔水位数据参与井流公式的计算，可避开,因,R,值选取不当给参数计算精度造成的影响,（二）观测孔的布置,布置观测孔的意义（续）,利用观测孔的水位，可用多种,作图方法,求解,稳定流和非稳定流的水文地质,参数,。,利用观测孔水位，可绘制出抽水的,人工流场图,(,等水位线或下降漏斗,),，从而可帮助我们,判明,含水层的边界位置与性质、补给方向、补给来源及强径流带位置等水文地质,条件,。,一般大型孔群抽水试验，可根据观测孔控制渗流场的时、空持征，作为建立地下水流数值模拟模型的基础。,、观测孔的平面布置,观测孔的平面布置取决于抽水试验的任务、精度要求、规模大小、含水层的性质，以及资料整理和参数的计算方法等因素。,综合因素,为准确,求参,，应根据含水层边界条件、均质程度、地下水的类型、流向及水力坡度等，在抽水孔的一侧宜垂直地下水的流向布置,2-3,个观测孔。,为了测定含水层不同方向的,非均质性,或确定抽水影响半径,可以根据含水层的不同情况,以抽水孔为中心布置,1-4,条观测线。如有两条观测线,一条,垂直,地下水流向,另一条宜,平行,地下水流向。,观测线,观测线的具体布置,均质各向同性、水力坡度较大,的含水层，其抽水降落漏斗形状为,椭圆,形，下游一侧的水力坡度远较上游一侧大，故除垂直地下水流向布置一条观测线外，,应在上、下游方向上布置一条水位观测线,。,均质各向同性、水力坡度较小,的含水层，其抽水降落漏斗的平面形状为,圆形,，即在通过,抽水孔的各个方向上，水力坡度基本相等，但一般上游侧水力坡度较下游侧为小，故在,与地下水流向垂直方向上,布置,一条观测线,即可。若受场地条件限制难于布孔时，也可与地下水流向成,45,度角的方向布置一排观测孔。,对,非均质含水层,，,水力坡度不大,时，应布置,三排,观测孔，其中两排垂直流向、一排平行流向。,对,非均质各向异性,含水层，,水力坡度较大,时可布置,四排,观测孔，其中垂直和平行流向各两排。,均质,各向异性,的含水层，抽水水位降落漏斗常沿着,含水层贮、导水性质好,的方向发展,(,延伸为,长轴,),，该方向,水力坡度较小,；,贮、导水性差,的方向为漏斗,短轴,，,水力坡度,较大,。因此，抽水时的水位观测线应沿着不同贮、导水性质的方向布置，以分别取得不同方向的水文地质参数。,观测孔平面布置的其他要求,对群孔抽水试验，,应在抽水,孔组中心,布置一个观测孔；,此外还应能控制整个流场并直到边界，非均质的各个块段,。,对某些专门目的的抽水试验，观测孔的布置则可不拘形式，以解决问题为原则；,研究,断层,的导水性时，可将观测孔布置在断层的两盘；,判别含水层之间的,水力联系,时，则分别在各个含水层中布置钻孔；,研究,河水,与地下水的关系时，观测孔应布置在,岸边,。,为查明,相邻,已采水源地的影响，应在连接两个开采,中心方向,布置观测孔。,为确定水位下降,漏斗形态,和,补给,(,或隔水,),边界,，应在边界和外围一定范围内布设一定数量的观测孔。,在,承压水含水层,进行抽水试验时，宜在观测孔附近覆盖层,(,半透水层或弱含水层,),中布置副观测孔。,在进行试验性,开采,抽水试验时，应在水位下降漏斗范围内的重要建筑物附近增设工程地质、环境地质观测点。,、观测孔的数量,观测孔的数量主要取决于抽水的目的要求和参数计算方法：,用于描述,降落漏斗,的抽水试验，每条观测线上,不应少于,3,个,观测孔。,用于判定,水力联系,及,边界性质,的抽水试验，观测孔,不应少于,2,个,。,用于,求参,的抽水试验：,1g,，每条观测线上仅布置,1,个孔；,1gr,，每条观测线可布置,1,3,个孔，但多数是取,3,个。,、观测孔的间距,观测孔的间距应近主孔者小，远主孔者大，即距抽水孔由近至远，观测孔间距由小到大。,近小,远大,抽水孔,观测孔,最近,：不应小于含水层厚度的,1,倍,最远,：能观测到明显的水位下降,相邻,：应保证其降深差不于,小,0.1m,观测孔间距的一般规律,透水性差,潜水含水层,有垂直补给,非稳定流抽水,透水性好,承压水含水层,无垂直补给,稳定流抽水,水力坡度大,水位非线性,分水岭,水位是变量,、观测孔的深度和孔径,孔深：,完整井，孔深应达到抽水孔的,最大降深以下,。,非完整井，孔深应达到抽水孔,抽水段的中部,。,孔径：一般不小于,55mm,原始水位,S,max,孔深,孔深,L,0.5L,最低水位,注意：,观测孔,沉淀管,的长度一般不应小于,2m,观测孔一般应深入试验层,5m-10m,若查明水力联系，应深入,10m-20m,以上,观测孔的深度,抽水管的沉淀管长度,二、稳定流抽水试验的技术要求,稳定流抽水试验，为保证抽水试验的质量，技术要求主要包括三个方面：,1,、水位降深,2,、稳定延续时间,3,、水位及流量观测,1,、水位降深,直线型,抛物线型,曲线类型,幂曲线型,对数曲线型,q,曲线类型,深次数降要求：,三次降深,：正式抽水试验一般要求三次降深，以便确定流量与降深之间的关系，判断抽水试验的正确性和推断涌水量,两次降深,：关系已知，能保证二次降深抽水结果的正确,成果的精度要求不高,对次要含水层抽水,一次降深,： 涌水量过小，,s,m,抽水设备所限，最大降深未超过,1m,受煤矿开采影响，钻孔水位较深,三次,降深值的,确定,S2,=,Smax,=,S1,=,S3,=,潜水：,Smax,为含水层底板以上水位高度的,承压水：,Smax,为静水位至含水层顶板的距离，尽可能将水位降至含水层顶板,确定降深注意：,当抽水试验用于求参时，最大降深值应小一些，以避免产生紊流和三维流，影响参数的可靠性。,用于疏干计算或水资源评价时，降深值应能保证,外推,至设计要求，并尽量接近正式生产时的设计水位。,为判断边界性质和水力联系时，则要求有足够的降深以使问题充分暴露。,当含水层含水十分丰富，水位下降较难时，最大降深,不应小于,3m,，最小降深和两次降深之差均不得小于,1m,。,水位降深次序的选择，主要视含水层性质而定：裂隙或岩溶含水层中反向抽水，松散含水层中正向抽水。,、稳定延续时间,稳定延续时间，简称稳定时间，指渗流场,达到近似稳定后,的,延续时间,。,由于稳定流抽水试验要求在井周围形成一个,相对稳定,的降落漏斗，而稳定降落漏斗形成的快慢取决于地下水类型、含水层参数、边界条件及补给条件、抽水降深值等：潜水、弱渗透层、补给条件差或降深大时，稳定降落漏斗形成会慢些。,判断漏斗稳定与否的标准，是以抽水孔和观测孔中水位、流量变化,不超过,一定数值为依据的。,实,，,实,，,稳定延续时间愈长，愈能发现微小而有趋势性的变化和临时性补给所造成的短暂稳定及,“,滞后疏干,”,所造成的假稳定。,稳定的标准,稳定的相关规定,稳定延续时间,T,：,为求参的抽水，一般不超过,24h,其它目的的抽水，确定水井的出水能力，,T,一般为,48h,72,，甚至更长,抽水试验带有专门的水位观测孔时，最远观测孔的不得少于,2h,4h,煤炭资源地质勘探抽水试验规程,规定，单孔抽水的必须达,8h,，最远观测孔为,2h,稳定的相关规定,水位,H,的稳定,：,在煤田水文地质勘探中，水位稳定要求是：,抽水孔水位波动允许达到,20cm,30cm,观测孔水位变化值要小于,2cm,注：,压风机抽水,降深,S m,水位变化,5,e,1,5,5cm,稳定时间内,最大,水位观测值，,m,稳定时间内水位观测,平均,值，,m,在稳定时间内，水位变化幅度,e,的计算方法为：,稳定的相关规定,水量,Q,的,稳定,要求：,单位涌水量,q,L/,（,s,m,）,涌水量变化幅度,i,0,0l,3,0,01,5,稳定时间内,最大,涌水量观测值，,L/s,稳定时间内涌水量观测,平均,值，,L/s,注：,确定是否真正达到稳定状态时，须注意：,稳定延续时间必须从抽水孔的水位、流量,均,达到稳定状态以后开始算起；,稳定时间内水位、水量的变化应在平均值上下,波动,。,要注意抽水孔和观测孔水位或流量,微小,而,有趋势性,的变化。若变化幅度虽符合要求，但观测值呈单一方向的持续上升或下降，则抽水试验应,再延长,8h,以上。,例,1,：间隔,2,次观测到的水位或流量差值，已小于生产规程规定的稳定标难。但是，这种微小的水位下降现象，却是,连续,地出现在以后各次的水位观测中。,例,2,：抽水试验地段水位虽出现匀速的缓慢下降，其下降的速度又与不受抽水影响地段的含水层水位的天然下降速度,基本相同,。,分析：,尚未真正进入稳定状态,已达到稳定状态,（,1,）,在开始进行,抽水试验前，应观测,天然稳定水位,。,观测时间：一般每小时观测一次,稳定要求：,2h,内所测水位值不变,4h,内水位相差不超过,2cm,如天然水位有,波动,，则取一个或几个周期中水位的,平均值,作为天然稳定水位。,3,、水位及流量观测,（,2,）试验过程观测,抽水主孔,的水位和流量与,观测孔,的水位，都应,同时,进行观测。因为，不同步的观测资料可能给水文地质参数的计算带来较大误差。,水位和流量的观测时间间隔，应,由密到疏,，,如开始时5min,-,10min观测一次，以后则每15min,-,30min观测一次。,抽水终止或中断后，,还应进行,恢复水位,的观测，,观测时应先密后疏，直至稳定。对恢复水位的要求与抽水前天然水位相同，或符合抽水前的天然动态,（日变幅接近天然状态）,。,三、非稳定流抽水试验的技术要求,非稳定流抽水包括,定流量,和,定降深,两种。在实践中，多采用,定流量,抽水试验。,非稳定流抽水试验对流量和水位观测的要求仍同稳定流抽水。定流量抽水时，从抽水开始到结束，,流量,均应保持,稳定,，对动水位的观测应比稳定流抽水试验时,加密,，特别要在开泵的头,10min-20min,应,观测到较多的数据。,延续时间,非稳定流抽水试验的延续时间也取决于试验的目的任务、水文地质条件、试验类型、抽水量和计算参数的方法,。不同的抽水试验，延续时间的,差别很大,。,以求解水文地质,参数,为目的的抽水试验，在我国其延续时间通常不超过,48h,；,在,供水,水源勘察中，为确定可靠的允许开采量或补给量，或为反映出整个区域边界对抽水过程的影响所进行的大型群孔抽水试验的延续时间要比其它抽水试验长得多，通常不超过,3-4,个月,，个别可达,5-7,个月。,非稳定流抽水试验的时间要求：,当试验层为,无界承压水,时，常用,配线法和直线图解法,求解参数，此时其延续时间多按,S-lgt,曲线来确定。,配线法,要求抽水,前期,的观测资料，,直线图解法,通常要求直线段能延续,2,个以分,(min),为单位的,对数周期,，则总的抽水延续时间约为,3,个对数周期，即,1000min,，约为,17h,，故一般要求延续,1d-2d,。,lg1/u,lgw,lgt,S1,w1,t1,1/u1,配线法（,Theis,）,S,lgt,S,lgt,t0,t(10n-10n+1),直线法,(Jacob),当考虑,越流,时，如用,拐点法,或利用,Smax,计算参数时，抽水应延续至能判定,Smax,为止。,如仅用配线法，则与其它情况下使用配线法,相近，延续时间短一些。如需利用稳定状态时段资料，则稳定段的延续时间应符合稳定流抽水对延续时间的要求。,时间要求,当试验目的是,判定边界,位置和性质时，延续时间应能保证任务的完成。,对于定水头供水边界，抽水应延至符合稳定状态要求；,对于直线隔水边界，抽水应延至,S-lgt,图上的第二个直线段，且延续一个对数周朗，常为,100 min,以上。,对于一些隔水边界,（如分水岭）,，两侧水头差达到一定数值时可以,转,为透水边界，因此延续时间应保证边界处水位降深值达到预定值。,时间要求,当抽水试验目的主要在于确定,水井的出水量,(,对定流量抽水来说，应为在某一出水量条件下，水井在设计使用年限内的水位降深,),时，试验延续时间应尽可能,长,一些，最好能从含水层的枯木期末期开始，一直抽到丰水期到来；或抽水试验至少进行到,S-lgt,曲线能可靠地反映出含水层边界性质为止。,A,：定水头补给边界，应延续到水位进入稳定状态后的一段时间为止；,B,：隔水边界，,S-lgt,曲线的斜率应出现明显增大段；,C,：无限达界，,S-lgt,曲线应在抽水期内出现匀速的下降,。,时间要求,四、大型群孔干扰抽水试验的主要技术要求,主要目的：,求得水源地的允许开采量；或求得矿井在设计疏干降深条件下的排水量；或对某一开采量条件下的未来水位降深作出预报。,抽水量要求：,应尽可能接近水源地的,设计开采量,。当设计开采量很大,(,如,5x10,4,m,3,以上,),或抽水设备能力有限时，抽水量至少也应达到水源地设计开采量的,1,3,以上。,水位降深要求：,基本上同对抽水量的要求一样，即应尽可能地接近水源地,(,或地下疏干工程,),设计的水位降深,，一般或至少应使群孔抽水水位下降漏斗中心处达到设计水位降探的,l,3,。特别是当需要通过抽水时地下水流场分析,(,查明,),某些水文地质条件时，更必须有较大的水位降深要求。,抽水流态要求：,可以是稳定流的，也可以是非稳定流的。对于供水水文地质勘查来说，为获得水源地的稳定出水量，一般多进行,稳定流,的开采抽水试验。,稳定出水量的获得：,A,：通过改变抽水强度,直接确定,出水源地,最大降深时的稳定出水量；,-(,适用于地下水资源不太丰富的水源地,),B,：通过进行三次水位降深的稳定流抽水试验，据流量,-,水位降深,(Q-S),关系曲线方程，,下推,设计条件下的稳定出水量。,抽水时段的选取：,为提高水源地允许开采量的保证程度，抽水试验最好在,地下水枯水期的后期,进行；如还需通过抽水试验求得水源地在丰水期所获得的补给量，则抽水试验要求一直延续到丰水期到来之后的一段时间。,大型群孔干扰抽水试验,抽水延续时间：,为了实现大型群孔干扰抽水试验的各项任务，其抽水,延续时间往往,较长,。,按地质矿产部城镇及工矿供水水文地质勘察规范的规定，如进行,稳定流,的抽水试验，要求水位下降漏斗中心水位的稳定时间,不应少于一个月,；但根据试验任务的需要，可以,更长,(,如,2,3,个月或以上,),。,注意：,各抽水孔的,抽水起、止时间,应该是,相同,的；,水位和出水量的,观测,应该是,同步,的；,停抽后恢复水位的观测延续时间，于一般试验,相同,。,大型群孔干扰抽水试验,与抽水前天然水位相同，或符合抽水前的天然动态,（日变幅接近天然状态）,第三节 抽水试验的现场工作,一、准备工作,二、现场观测和记录,三、资料整理,在进行正式抽水试验之前，要进行各个方面的准备工作，其内容包括：,掌握试验地段的水文地质情况，其中主要是试验层的埋藏、分布、补给条件、边界条件、地下水的流向，以及试验层与其它含水层或地表水体的水力联系；,掌握抽水孔和观测孔的位置、距离、结构、孔深、止水方式和过滤器的安置，以及各个孔连线方向的水文地质剖面；,检查抽水设备、动力装置以及井中和场地上其它设备的质量和安装情况，并对测水用具进行检查、调试和校核；,一、准备工作,准备工作,检查各种用具、记录册等是否齐全、可用；,安置、构筑和检查排水设施，对潜水含水层应注意抽出的水是否有可能渗回试验层内，必要时应铺设排水管道；,进行,试验抽水,，通过试抽可以进一步洗孔，同时还可以全面检查抽水试验和各项准备工作。试抽的观测资料，可以预测抽水时的最大降深,Smax,和相应的涌水量，以分配各次降深值。对非稳定流抽水的试抽资料，可用于推测正式抽水时可能获得的曲线类型，以及确定正式抽水时的涌水量等。,上述各项准备工作如,发现问题,应,及时解决,，否则将影响试验质量，甚至导致试验失数。,二、现场观测和记录,抽水试验过程中需要观测记录的内容有五项：,测量抽水试验前后的,孔深,进行此项工作的目的是核查抽水段深度、层位、孔内是否坍塌、沉淀和淤塞等。淤塞严重会影响资料精度，引起井类型的,变化,(,如完整井转变为非完整井,),。,观测天然水位、动水位及恢复水位,抽水孔和观测孔的水位应,同时,观测。,A,静止水位,：正式进行抽水试验前，要观测静止水位，即天然水位（波动）。在试验影响范围,外,布置专门观测孔，观测抽水前和整个抽水期间天然水位的变化，以便,校正,天然水位变化对动水位的影响。,B,动水位,：抽水试验开始后，应立即观测抽水孔和观测孔的动水位，并,同时,观测抽水孔的,出水量,。观测的时间间隔短,长。,C,恢复水位,：抽水试验结束或中断后，均应认真观测恢复水位。观测频率应按,非稳定流,抽水初期的水位观测要求进行。,对于整个观测期间所出现的可能引起水位,波动,的因素都需记录，如大气降水、地震、爆破及设备、动力故障等。,抽水试验时,流量,应与,水位同时,观测。非稳定流抽水时，为保证计算参数的精度，应尽量保持流量的稳定。,观测水温、气温,水温和气温应,同时,观测，一般在试验开始时观测一次，以后每隔,2h-4h,观测一次。观测水温时，温度计应在水中浸没,10min-15min,。,水质分析和细菌检验,在抽水试验结束前，应采取水样进行分析。如抽水过程中水的物理性质有变化，则应系统观测，必要时系统取样化验。当试验是为了确定,水力联系,或研究,咸淡水,的关系时，也应系统取样分析。,观测流量,三同时,三、抽水试验的资料整理,现场整理,稳定流抽水试验的现场资料整理,非稳定流抽水试验的现场资料整理,室内整理,(,一,),稳定流抽水试验的现场资料整理,1,绘制水位及流量历时曲线图（,S-t,及,Q-t,）,绘制时，原则上应包括整个抽水试验的数据，数据点过密时可适当合并。,S-t,曲线图应包括,水位恢复,部分。,作用：根据曲线的变化趋势，可以发现试验过程中出现的,异常现象,加以及时处理，也可判断,稳定时间,的起点和稳定延续时间的长短。,一般正常抽水时，,S-t,和,Q-t,曲线在抽水初期表现为水位下降和出水量较大，且,不稳定,；随着抽水的进行，水曲线位,、流量逐渐趋向,稳定状态,，呈现水位、流量两曲线,平行,。,S-Q-t,曲线,2,绘制,Q-S,及,q-S,曲线图,Q-S,及,q-S,曲线图的,作用：,确定钻孔出水能力,推算可能的最大涌水量,推算单位涌水量,判断含水层的水力特性,检查抽水试验成果是否正确,曲线类型,直线型,-,承压井流（或厚度很大、降深相对较小的潜水井流）,抛物线型,-,潜水、承压,-,无压井流（或三维流、紊流影响下的承压井流）,幂曲线型,-,从某一降深值起，涌水量,Q,随阵深,S,的增大而增加很少,对数型,-,补给衰竭或水流受阻，即随,S,增大，,Q,的增量很小，曲线趋向,S,轴,-,表明试验可能,有误,或,特殊现象发生,Q,S,如原来被阻塞的裂隙、岩溶通道被突然疏通等,两次降深抽水试验的,Q-S,曲线图,当抽水只进行两次降深时，,Q-S,及,q-S,图上应标明,实测点,和,计算点,。,计算点,偏离,实测点所连曲线的程度，可用以判断,Q-S,曲线是否正确，检验试验是否正常。若试验正常，计算点应落在曲线附近。,（二）非稳定流抽水试验的现场资料整理,1,、绘制,S-lgt,曲线,作用：,求解水文地质参数；,指导抽水试验现场工作的进行,决定抽水试验是否需要缩短或延长；,及时查明实际曲线偏离典型曲线的原因,以便纠正其中的人为错误,根据试验的稳定状态，可以有,两种求参方式,：, 当水位不稳定且不断下降时，应在,S-lgt,曲线上作,切线,求斜率，即可求参；, 当,S-lgt,曲线已趋向稳定且存在拐点时，则应在,拐点,位置作,切线,求斜率，然后根据拐点坐标和斜率求参。,S,lgt,S,lgt,t,0,2,、绘制,S-lgr,曲线,当有两个以上观测孔时，要求绘制,S-lgr,曲线，以根据曲线斜率计算参数。其中，,r,表示各观测孔到抽水孔的距离。,3,、绘制,S,-lg(1+tp/tr),曲线,S,-,剩余水位降深,意义,tp -,抽水开始至停止的延续时间,tr -,停止抽水后的水位恢复时间,计算导水系数,T,作用 求抽水前的天然水位,求抽水前的给水度,u,优势： 停止抽水后，钻孔水位的恢复不受抽水时流量波动,的干扰，计算参数更为准确。,(,三,),室内资料整理,主要内容有：,检验、校核原始观测数据,计算水文地质参数,绘制钻孔抽水试验,成果表,编写抽水试验,工作总结,钻孔位置图,水文地质综合柱状图,抽水试验技术资料表,各种关系曲线,试验数据、参数、涌水量及水质分析成果表,试验的目的要求,试验的方法,试验的过程,试验的主要成果,成果质量评述,重要的经验教训,第四节 其他水文地质野外试验,一、放水试验,二、注水试验,三、渗水试验,四、连通试验,五、地下水实际流速测定,一、放水试验,将放水孔布置在井下巷道内，利用孔口标高,低于,含水层水位标高的特点，使承压水沿钻孔,自流,涌入矿井，从而在含水层中形成一定规模的降落漏斗。,作用：,通过放水量与水压变化的时间关系，来确定含水层和越流层的,水文地质参数,；,研究,降落漏斗,的形态、大小及扩展过程；,分析含水层之间及其与地表水之间的,水力联系,；,确定含水层的,边界,位置及性质；,模拟矿床硫干,，为矿井防治水工程的设计和布置提供 可靠的水文地质依据。,放水试验,特点,：,放水孔在井下施工节省钻探进尺，缩短勘探时间；,放水试验主要适用于,承压含水层,，尤其是对煤层底板构成威胁的承压含水层，且放水是借助干承压水头自流，不需要安装专门的抽水设备；,可与其它试验方法相结合，井上下相结合进行观测，扩大水文地质勘探的空间，提高综合性勘探的效果；,井下放水试验的水量和降深可以,不受抽水设备,能力的,限制,，可以较真实地模拟矿井建设生产过程中的地下水流场特征，使之更接近于排水疏干的实际情况。,放水试验,规定,应进行井下放水的情况：,复杂,型或极复杂矿井，采用地面水文地质勘探难以查清问题时；,煤层,顶、底板,有含水砂层或岩溶含水层时；,受地表水体和地形限制，或受开采塌陷影响，地面无施工条件时；,孔深过大,或地下水位过深，地面无法进行水文地质试验时；,需在井下寻找,供水水源,时,(,一,),井下放水试验的主要技术要求,预计最大涌水量，建立足够的排水系统,隔离放水地区与矿井，以确保矿井安全（修筑防水闸门）,保证正常的钻探施工条件,编制放水试验设计，正式放水前，井上下进行水位、水压和涌水量的统一观测,放水过程中，当涌水量、水位难以稳定时，放水延续时间一般不少于,10d-15d,，选取观测时间间隔应考虑到非稳定流计算的需要；放水中心水位或水压必须与涌水量同步观测,放水结束后，停用或报废的钻孔，应及时,封堵,，并提出封孔报告,(,一,),井下放水试验的主要技术要求,钻机必须安装牢固，钻孔应首先下好,孔口管,，并做耐压试验。正式施工前必须安装,孔口闸阀,，以保证控制放水量。,含水层,钢管,肋条,水泥,钻孔,钻杆,水压表,铁卡,木柱,水阀门,隔水层,(,二,),井下放水孔的类型,1,、垂直放水孔,适用：深、浅部开采水平底板承压含水层放水，最常见！,水压表,水阀门,流量表,孔口管,2,、地面施工的井下放水孔,又称地面穿透式井下放水孔。,适用：距地面较浅的放水硐室或开采水平，可放煤层顶、底板含水层水。,套管,放水巷道,放水装置,3,、水平放水孔,适用：疏干露天矿边坡和顶板探放水,特点：通常具有一定的仰角，便于水顺钻孔流出。,二、注水试验,适用条件：当地下水位埋藏很深不便进行抽水试验；矿井防渗漏需要研究岩石渗透性，透水但不含水。可采用注水试验代替抽水试验，近似测定出岩层的渗透系数。,注水试验还可以用于人工补给地下水和废水池下处理研究。目前多采用稳定（定流量）注水方法。,钻孔注水试验示意,试验时向井内,定流量,注水，使井中水位拾高，造成水流由井内向周围含水层运动，形成一个钻孔为中心的,反漏斗,曲面。待水位稳定并延续至符合要求时，停止注水再观测恢复水位。,试验时要求有足够质量的水源。,洗井,三、渗水试验,渗水试验是一种在野外现场测定,包气带,土层,垂向渗透性,的简易方法，在研究大气降水、灌溉水、渠水、暂时性表流等对地下水的补给量时，常需进行此种试验。,方法：在试验层中开挖一个截面积不大,(0.3-0.5m,2,),的方形或圆形试坑，不断将水注入坑中，并使坑底的水层厚度保持一定,(,一般为,10cm,厚,),。当单位时间注入水量,(,即包气带岩层的渗透流量,),保持稳定时，则可根据达西渗透定律计算出包气带土层的渗透系数。,渗水试验,渗水试验最大缺陷：水体下渗时常常不能完全排出岩层中的空气，这对试验必然产生,影响,。,K,四、连通试验,1,、目的,意义,在矿区水文地质勘查中，连通试验经常用于探查水源，查明不同含水层之间的,水力联系,，了解地表水与地下水的补给关系，确定渗漏地段，或探明某些断层的导水性及其导水地段；,在治水工程中，用于查明地下水的,补给源,及来水的主要方向、主要径流通道，计算流速，确定治水工程的位置和检查治水效果；,如在注浆工程中，指导,注浆,材料和注浆工艺的选择、检查注浆效果等 。,2,、连通试验的方法,（,2,）,示踪试验法,示踪试验法也称指示剂法，是在地下水通道的某一个或某几个预定投放点投放选择好的示踪剂或示踪物，在下游预定的接收点观测、取样或就地检测，从示踪剂或示踪物的异常及其异常程度和发生时间上，了解投放点与接收点之间是否存在联系及其联系程度等。,浮游物示踪剂,染料类示踪剂,食盐示踪剂,放射性同位素示踪剂,离子示踪剂,有机示踪剂,细菌示踪剂,（,1,）,水位传递法,通过抽水、注水、放水或堵水，改变地下水位，在可能连通的点上观测水位、流量的变化，以判断两者之间水流的连通与否及其具体途径。,示,踪剂,3,、连通试验资料整理,内容：,绘制试验点的水位、水温、水量和示踪浓度变化历时曲线；,解释与计算曲线的各种形态和现象；,绘制连通平面图或岩溶地下水系分布图；,绘制试验段投放孔至井巷水点之间的水文地质剖面图；,编写简要的文字报告或总结,五、地下水实际流速测定,测定地下水的实际流速，主要目的：,确定地下水的,补给方向,和强弱径流带的位置，计算通过某一断面的,流量,，判断,水流流态,是层流还是紊流，研究化学物质在水中的,弥散,，以及作为注浆中制定某些技术措施的依据。测定实际流速的方法有两种一种是,示踪,试验；另一种是物探。,确定实际流速的问题，可归结为确定指示剂从,投剂孔到达观测孔的时间问题,。,试验方法,测流向,在试验段按等边三角形布置,3,个钻孔，揭露地下水并测定天然水位，然后通过括值作出等水位线，即可判定流向。,布孔,可沿地下水流向线布置,2,个钻孔。上游孔为,投指示剂孔,或注入孔，下游孔为,观测孔,或接受孔。为防止流向偏离观测孔，可在观测孔两侧各布置,1,个辅助观测孔。,流速观测,细砂,粗砂砾石,裂隙,2m,一,5m,5m,一,10m,10m,一,15m,注意：,地下水实际流速的测定方法只,适用于孔隙含水层和发育较均匀的裂隙含水层,，对于岩溶含水层或发育不均匀的裂隙含水层，由于渗透途径的复杂性，投剂孔与接收孔之间地下水的实际运动途径要比两点间的,直线,距离长，因而计算出的实际流速一般,偏小,，甚至小很多，故其实际意义不大。,地下水实际流速测定,本章结束，谢谢！,