水文地质试验.ppt
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1、第八章 水文地质试验,(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
2、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:(
3、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23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14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s3g关系整理抽水资料时,布置12个观测孔即可。利用slgr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
4、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:,r1=M r2=1.5M(或其对数值介于lgr1,和lgr2之间)r30187R式中 M承压含水层厚度,m;R影响半径,m;r1、r2、r3抽水孔距观测孔1、2、3的距离。,(2)对潜水含水层,在下降漏斗曲面水力坡度小于0.25的范围内,上述布置距离亦适用。(3)各观测孔水位下降要明显,最远观测孔的水位下降值应不小于10倍观测孔误差;相邻两观测孔水位下降值的差不应小于0.1m。(4)观测孔距抽水孔由近至远应由密到疏。在降深值小,有越流补给的细颗粒潜水含水层完整孔抽水时,观测孔距主孔应近些,各孔间距应小些。(5)岩溶发育地区,最远观
5、测孔应能控制主要来水方向上的扩展半径,距离宜远些。(6)非稳定流抽水,观测孔的相互距离,在对数轴上需大致相等。,4)观测孔的孔径和深度 观测孔的孔径不宜小于55mm。观测孔的过滤器应安置在试验目的层中,在均质无限含水层中,沉淀管的长度不宜小于2m。一般观测孔孔深应深入到试验目的层的底部。非完整孔抽水时,过滤器设置深度应尽量达到最大水位降深以下。2完整孔和非完整孔抽水 完整孔抽水是指抽水钻孔全部揭露含水层的厚度,即过滤器长度(试验段长度)等于含水层的厚度。非完整孔抽水是指抽水孔未全部揭露含水层的厚度,即抽水试验过滤器长度小于含水层的厚度。完整孔抽水试验可以测定整个含水层的水文地质参数,非完整孔抽
6、水只能测定部分含水层的水文地质参数,故抽水试验一般要求完整孔。,3试验、正式、试验开采抽水 试验、正式、试验开采抽水的试验方法相同,但目的不同,因此抽水的要求也有所差别。试验性抽水是为正式抽水提供依据的,其目的是清洗钻孔,检查抽水试验设备及安装情况是否合乎要求。初步了解水位下降的速度及钻孔涌水量大小,为正式抽水时确定每个降深提供依据。在进行试验性抽水时,当抽出的水完全变清并取得初步资料后,即可停止试验。试验性抽水一般仅做1次最大水位降深,如果要求了解各次降深调整是否容易,以便确定正式抽水时水位降深调整方法,亦可进行多次下降,但抽水延续时间较短。正式抽水,一般要求作2次以上水位降深(通常是3次)
7、,且每次降深达到稳定后的延续时间较长。如果只要求进行(12)次降深的简单抽水,延续时间亦可缩短。试验开采抽水,通常是为计算地下水开采储量而进行的抽水试验。对稳定流抽水来说,一般要求3次水位降深,其中最大的一次降深应达到未来开采时的预计最大降深值,且要求每次抽水的延续肘间更长,有的可达数昼夜至数十昼夜。,4混合抽水和分层抽水 混合抽水是指在有两个以上含水层的钻孔中不加隔离抽水。这种抽水不能直接测定各个含水层的水文地质参数,所以在实际生产中一般很少采用。分层抽水试验是指将钻孔揭露的数个含水层加以隔离,逐层单独进行的抽水试验。分层抽水试验,有两种情况:一种是在钻探过程中每打穿一个含水层即进行止水,待
8、整个钻探结束后,先对下部含水层抽水,结束后回填该含水层,起拔上部含水层止水套管,再对上部含水层进行抽水。另一种是每打穿一个含水层即进行抽水试验,然后封闭已抽过的含水层再继续钻进,并对下部含水层进行试验;前者,适用于透水性较强的粗粒疏松岩层或基岩;后者,适用于透水性弱的细粒疏松岩层或破碎的基岩。前一种的优点是:开始即可了解现有抽水设备的最大降深能力,以便为设计小降深提供依据,同时还起到洗孔作用;后一种的优点是:可使细粒的含水层形成天然过滤层,防止涌砂堵塞,但钻探工程量大。,二、抽水试验技术要求 在水文地质试验过程中,正确的确定水位下降值、下降次数和延续时间,水试验质量的重要条件。但不同类型的试验
9、,要求条件是不尽相同的。(一)稳定流抽水试验的技术要求 1、水位降深的要求 当钻孔抽水时,从天然水位至任一动水位的距离,称为水位降深或落程。为了研究钻孔(井)抽水特征曲线,正确选择计算水文地质参数的公式,验证参数汁算的准确程度和推算钻孔(井)最大可能出水量等,一般要求进行3次水位降深。3次水位降深最大值的确定主要取决于潜水含水层的厚度、承压水的水头,以及预计开采或疏干的动水位值,同时还应考虑现有抽水设备的能力。对潜水来说,最大降深值应等于1/31/2H(H是自含水层底板算起的水位高度,不完整井是自孔底算起的水柱高)。,对承压水来说,应尽可能降至含水层顶板,并且每次降距不得小于3m。一般是根据H
10、值确定,即 S1=1/3H s2=1/3H s3=3/3H 式中:H钻孔中水位高度(由静止水位至孔底),m;S1、s2、S3三次不同水位降深值,m。通常,由于抽水机械效能的限制,上述要求一般难以达到,因此可根据试验性抽水水位最大降深值s,来确定正式抽水的3次水位降深值。此时 S1=1/3S s2=1/3s s3=3/3s 上述规定并非一成不变,亦可采用其它的数值。不管采用何种数值,3次水位降深值之间距要尽量合理分配,以便准确绘制出水位降深值与涌水量之间的关系曲线。此外,还应尽可能避免小于lm的水位降深值和2次水位降深值之间的间距小于lm。这是由于水位降深值太小时所得结果一般偏大,水位降深值愈大
11、所得的结果愈准确。,对水源生产勘探孔进行正式抽水时,其最大水位降深值应尽可能达到正式生产时水位降低的深度。3次水位降深值大小次序的选择,视含水层的岩性而定。在裂隙或岩溶化岩层中抽水,水位降深值应按由大到小的次序进行,这样有利于将含水层裂隙中的充填物冲洗干净。反之,在疏松岩层中抽水时,应采取由小到大的次序,否则容易引起孔壁的坍塌和过滤器的堵塞。2抽水延续时间和稳定时间的要求 抽水延续时间和稳定时间是保证抽水试验精度的关键,抽水延续时间和稳定时间愈长,稳定状态愈可靠,试验精度则愈高。稳定流抽水试验,由于要求在孔(或井)周围形成一个相对稳定的降落漏斗曲面。若抽水试验延续时间和稳定时间短,下降漏斗曲面
12、尚未出现稳定,此时的地下水力坡度大于稳定后的坡度,因而得出的结果偏大。,此外,对于补给来源有限且规模不大的含水层来说,在长时间的抽水过程中,含水层可能发生局部或全部被疏千的现象。如延续时间和稳定时间短时,则显示不出这种趋势。因此,在精度较高的抽水试验中,延续时间和稳定时间都较长。为评价矿床水文地质条件和计算矿井涌水量为目的的正式抽水试验,每次降深稳定的延续时间一般规定为:单孔抽水稳定时间不得小于8h 群孔抽水,主孔稳定时间不得少于16h,最远一个观测孔的稳定时间不得少于2h;水源孔抽水,普查阶段的稳定时间一般不得少于24h.详、精查阶段的稳定时间视单位涌水量的大小而定,即当单位涌水量qO1L(
13、sm)时各点稳定时间不得少于24h,当单位涌水量q为0.1001L(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q001L(sm)时,变化幅度不得大于3%;单位涌水量q0OIL(sm)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,Ls
14、;Qcp稳定时间内涌水量平均观测值,Ls。,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
15、底板以上的水位不足10m时,最大降深应超过水柱高度的12。,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slgt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
16、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 slgt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
17、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
18、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
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