1.4.2水文地质试验

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,第八章,水文地质试验,水文地质试验是对地下水进行定量研究的手段。试验种类有抽水试验、渗水试验、注水试验、压水试验、连通实验等。本章着重讨论抽水试验，对其它试验只作简要介绍。,第一节 抽水试验,一、抽水试验的任务和种类,(,一,),抽水试验的任务,抽水试验的目的，是研究、评价含水层的水文地质特征与富水性，确定含水层的水文地质参数，为预计矿井涌水量和地下水的综合利用评价提供依据。其主要任务有以下五点：,(1),测定含水层的有关,水文地质参数,，如渗透系数,K,、,导水系数,T,、,储水系数,S,和给水度,等。,(2),测定抽水井的,实际涌水量及其与水位下降之间的关系,。,(3),测定,降落漏斗,的形状、扩展情况，以及影响半径的大小。,(4),测定地下水与地表水、含水层与含水层之间的,水力联系,。,(5),测定含水层边界条件和边界性质,(,补给边界或隔水边界,),。,（二,),抽水试验的种类,根据抽水试验的目的和水文地质条件，抽水试验可分为以下四种：,1,单孔抽水、多孔抽水及孔组抽水,单孔抽水试验是指在单个钻孔中进行的试验。它主要用以测定含水层的渗透系数、富水性、钻孔涌水量及其与水位降低的关系。由于不能直接观测降落漏斗的发展情况，故求得的参数精度不高。,多孔抽水试验,是指由一个抽水的主孔和数个观测孔组成而进行的试验。它可达到单孔抽水试验的目的，还可直接测定含水层的渗透系数、影响半径、下降漏斗的扩展情况，以及地下水与地表水、含水层与含水层之间的水力联系等。因此，求得的参数通常准确性较高。,孔组抽水,是指在供水,(,或集中开采,),水文地质勘探工作中，常在许多钻孔中同时抽水，观测区域水位下降与总涌水量的关系，以验证生产井出水量的可靠性及抽水设备的效能。此种抽水又称为,区域下降漏斗试验,。,多孔抽水试验中观测孔的布置形式，取决于抽水试验的目的和要求。为了确定水文地质参数的抽水，观测孔的布置一般,应考虑以下原则：,1),观测孔的布置方向 可分为以下三种情况：,(1),对均质无限边界含水层，宜垂直、平行或与地下水流向呈,45,布置一排观测孔，最好垂直地下水流向布置,;,(2),对水平方向非均质无限含水层，一般以垂直和平行地下水流向布置,2,3,排观测孔，或沿含水层非均员变化最大方向布置。,(3),对岩溶裂隙含水层，既要考虑富水地段和水流方向，又要考虑富水性弱的地段与隔水边界条件，故以,观测线、网,的形式布置为宜，一般布置,1,4,排。,2),观测孔数量,可根据需要，一般每排观测孔不少于,3,个。非稳定流抽水，如利用,s,3g,关系整理抽水资料时，布置,1,2,个观测孔即可。利用,s,lgr,关系整理抽水资料时，观测孔不得少于,3,个。,3),观测孔的距离及水位下降值,有以下六种情况：,(1),对承压含水层，为避免抽水时产生三维流和紊流的影响，观测孔至抽水孔的距离宜按下述原则确定：,r,1,=M,r,2,=1.5M(,或其对数值介于,lgr,1,，和,lgr,2,之间,),r,3,O,1L,(sm),时各点稳定时间不得少于,24h,，,当单位涌水量,q,为,0.10,01L,(sm),时各点稳,定时间不得少于,32h,；,若是群孔抽水，最远的一个观测孔的稳定时间不应少于,8h,。,3,水位，涌水量稳定程度的要求,稳定流抽水对水位稳定的要求是：,水位降深大于,5m,时，主孔水位变化幅度不能大于,1,；当水位降深小于,5m,时，稳定时间内的水位变化幅度值应不大于,50mm,，,观测孔水位变化幅度值要小于,20mm,。,对流量稳定程度的要求是：单位涌水量,q0,01L,(sm),时，变化幅度不得大于,3%,；,单位涌水量,q0,OIL,(s,m),时，变化幅度不得大于,5,。,在稳定时间内，水位的变化幅度为,:,式中,i,涌水量的变化幅度；,Qmax,稳定时间内最大涌水量观测值，,L,s,；,Qcp,稳定时间内涌水量平均观测值，,L,s,。,如水位或流量的变化幅度小于上述规定时，则抽水试验可连续进行。在抽水试验过程中因故中断，但中断前抽水已超过,6h,，,且中断时间不超过,1h,时，则中断前的抽水时间仍可算作延续时间，否则需从头开始。在中断抽水时间内，应按规定要求观测水位,(,包括观测孔的水位,),直到恢复抽水为止。,(,二,),非稳定流抽水试验的技术要求,1,水位降深和流量变化幅度的要求,定流量抽水时，要求流量变化幅度不大于,3,；定降深抽水时，水位变化幅度不大于,1,。,2,水位降深要求,定降深变流量抽水时，应尽设备的能力做一次不小于,9m,的大降深。若涌水量较大又因条件限制而达不到上述要求时，最小降深不得小：,y3m,。,若含水层底板以上的水位不足,10m,时，最大降深应超过水柱高度的,1,2,。,3,水位观测要求,非稳定流抽水试验对水位观测的要求，要比稳定流抽水严格。尤其在抽水开始阶段，不仅要求观测的时间间隔短，次数多，而且要迅速准确。,4,抽水试验延续时间的要求,非稳定流抽水试验时间的长短，视含水层的导水性、储水能力、观测孔的多少及距主孔的远近，并结合曲线类型和选用计算渗数的公式而定。其中，试验曲线的特征往往反映试验地段的水文地质条件，而参数的计算方法和公式，又往往根据曲线的形状和水文地质条件来选择。,非稳定流抽水试验的延续时间，宜按,s,lgt,曲线来定。当,s1gt,曲线趋于水平状态，并能外推出最大水位降深值,Smax,时,(,图,82),，试验即可结束。若曲线没有拐点，则抽水延续时间宜随抽水目的而定。,根据非稳定流抽水试验的对数曲线来选用参数计算公式时，要求满足二个以上的对数时间周期。这羞因为曲线开始的第一个周期是受观测手段限制，难以测得可靠数据，且曲线首段,AB,因受管壁阻力影响而不宜作计算段。因此，当曲线达到第三个对数时间周期，才能满足计算要求。第三个对数时间周期常需,1000min,，,由此可见非稳定流抽水时闽通，洁不应少于,1224h,，,但也可根据具体条件适当增减。,图,82 s,lgt,曲线,三、抽水试验的现场工作,抽水试验的现场工作，包括试验前的准备工作和试验过程中的观测、记录、取样等两部分内容。,1,抽水试验的准备工作,抽水试验的准备工作主要包括试验设备、防渗措施、各种测量工具，以及记录表格的检查和准备等。,抽水试验前，应对抽水设备的安装质量，测量水位、流量、水温的各种仪表和工具及原始汜录表格等要敝全面检查，对排水系统需检查抽出的水量是否可能再回渗到试验层内。特别对潜水含水层更要注意，必要时应设置专门的,防渗排水,系统。,在上述各项准备工作中，如有不符合要求时，必须及时纠正，否则影响试验质量，至导致试验失败。,2,抽水试验的观测、记录和取样,抽水试验的观测、记录和取样工作包括：记录钻孔的结构：测量试验前后的孔深：观测静止水位、动水位、恢复水位,2,测量钻孔涌水量；观测水温、气温，以及地下水的其他物理性质,3,每个试验点结束前，取水样进行分析。,抽水钻孔的水位观测，包括抽水前的静止水位，抽水过程中的动水位及抽水结束后的恢复水位。动水位的观测，应与流量观测同时进行。若群孔抽水，观测孔的水位也应与主孔水位同时进行观测。如观测孔较多，采取轮流观测的办法。距主孔较远的，观测时间可以提前或推后，但不能相隔太久。,对静止水位和恢复水位，一般连续观测,34h,。,若水位变化在允许范围内，则可认为稳定。若恢复水位上升缓慢，但总的观测时间已达到要求，亦可停止观测。,当承压水的水头压力很大，观测比较困难时，可借助接高套管或安装压力表的方法进行观测。,四、抽水试验设备,抽水试验的设备，包括抽水设备、过滤器，以及水位和流量及水温等测量器具、设备等。抽水试验设备的种类较多，现将其常用的抽水设备列于表,8l,中。,(,一,),主要抽水试验设备,1,空气压缩机,当压缩空气由风管经混合器进入水管后，通过混合器与水混合，形成比重较小的混合液。在高压空气的推动下，混合液迅速向上运动，并从水管喷出。,空气压缩机是煤田水文地质勘探中使用最广的一种抽水设备。它有固定式和移动式两种。移动式空气压缩机，具有灵活和运输方便等优点，故其应用普遍。用压风机抽水时，合理选择和确定风管、沉没比、沉没深度、出水管、风管、钻孔直径、混合器的规格，以及流量和风量等，是保证试验质量的关键。,亵,81,常用抽水设备及其适用条件优缺点对比表,1),风管沉没比的计算及沉没深变的确定 风管潜入动水位以下的深度，称为沉没深度。它与混合器至出风口长度之比称为沉没比，其计算公式为,式中,d,沉没比；,H,风管沉没深度，,m,；,h,液体上升高度，,m,。,风管沉没比大，风压也大，反之，风管沉没比小时，风压也小，但过小的沉没比会使抽水不正常，故其值一般不应小于,5060,。,并列式射流器,(,图,85),，是指进水管与排水管并列。抽水时，将并列式射流器放入钻孔水位以,T-,高压水由钻杆送至钩形管至喷嘴处产生射流束，由于射流束的高速运风在喷嘴与承喷器间汲入地下水，并使水进入承喷器。在射流束的继续冲击下，水被迫沿排水管上升排出钻孔。,并列式射流抽水器结构简单，水头损失小，测水方便。其缺点是小口径钻孔不适用，上下亦不方便。,(-),过滤器,在疏松岩层、裂隙发育的坚硬岩层或断层破碎带中抽水时，为了防止孔壁坍塌或岩石颗粒涌入井内，同时还要让含水层的水畅通地流入钻孔，通常都使用过滤器。,1,过滤器的结构,过滤器的结构，通常是由骨架和滤层,(,网或绕丝、垫条,),组成,(,图,86),。,图,85,并列式射流抽水器示意图,1,一勾形管,2,一喷嘴；,3,一承喷器，,4,一承喷座，,5,一排水管；,6,一高压水流；,7,一地下水流,图,86,过滤器,1,一骨架；,2,一垫条；,3,一网，,4,一保护丝：,5,一丝扣,骨架一般用套管、铁管或塑料管打眼制成。眼有长条和圆形两种。前者适用于粗粒疏松和裂隙发育的基岩岩层,3,后者适用于细粒疏松岩层。,圆形孔眼的规格，一般按等腰或等边三角形排列。每周孔眼的行数应为偶数，避免两排相邻的孔眼过于接近或直接连通。孔径多采用,1520mm,，,孔隙率一般采用,2025,。圆形孔眼过滤器的设计，如表,84,所示。圆形孔眼过滤器各部分的尺寸可按下式计算：,式中,D,过滤器长度，,mm),M,过滤器的孔隙率；,L,过滤器工作部分的长度，,mm),u-,水流入钻孔的允许速度，,em,so,允许速度与岩石颗粒直径间的关系，可见表,85,。,表,84,橱形孔眼过滤署设计,条形骨架的条形孔，一般为简单的相问排列。其宽度是根据人工投入孔中的砾石直径来决定。当骨架外包裹过滤器时，条形孔的尺寸不受颗粒直径的限制，其长度一般比其宽度大,1030,倍，孔隙率一般可达,4050,。,过滤器的两端应留,1520cm,不打孔眼的光管，以便修理丝扣或安装时卡钳子用。,垫条用直径,1016ram,左右的钢筋为宜，其间距随过滤器外径而异。网或金属丝不与管面接触为原则。网或缠丝间距应根据岩石颗粒成分而定。,2,过滤器的类型,根据外部滤层组成的不同，可分为网状过滤器、缠丝过滤器和砾石过滤器等三种类型。,1),网状过滤器,网状过滤器是用铜丝网或塑料网包扎在过滤器骨架上制成。网的形状有平织，斜织，方形等三种。平织网适用于细粒疏松岩层,3,斜织网和方形网适用于粗粒及砾石类疏松岩层及裂隙发育的基岩。,过滤网规格的选择，通常是根据岩石颗粒机械成分累积曲线或累积百分含量来确定。例如，粗粒岩石按颗粒机械成分累积含量达,2030,的颗粒直径,3,中粒岩石为,3040,；细粒岩石为,4060,。如果没有分析资科，可以根据估计的数据来确定，有时亦可用几种不同规格的网到现场筛分，将筛在某一规格网上及网下的岩样装在量筒或玻璃杯中测量二者的比例，根据比例关系来确定过滤网的规格。,网状过滤器加工较为方便，且规格亦多，可根据不同岩石的组分选用。但在细粒疏松岩石中使用时，其网眼易于堵塞。,2),缠丝过滤器,一般用梯形丝、扇形丝或圆形金属丝绕在过滤器骨