水文地质现场试验-抽水试验.ppt

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1、2011年元月专业培训讲座 水文地质现场试验抽水试验抽水试验(PUMPING TEST)(PUMPING TEST)抽水试验小结抽水试验小结抽水试验小结抽水试验小结目录抽水试验原理抽水试验原理抽水试验的设计抽水试验的设计抽水试验计算抽水试验计算抽水试验计算抽水试验计算抽水试验专题讲座抽水试验专题讲座抽水试验专题讲座抽水试验专题讲座1 抽水试验原理抽抽水水试试验验是是对对含含水水层层产产生生一一个个人人工工激激发发，含含水水层层做做出出一一个个响响应应（渗渗流流场场的的流流线线发发生生变变形），并形成一个井流场的过程。形），并形成一个井流场的过程。井井流流场场的的影影响响深深度度受受取取水水构构

2、筑筑物物形形式式的的限制，影响范围小于或等于含水层渗流场。限制，影响范围小于或等于含水层渗流场。抽抽水水试试验验的的效效果果受受到到边边界界条条件件、水水流流特特征及岩性均质性等影响。征及岩性均质性等影响。抽水井抽水井含水层井流线井流线边界边界钻孔钻孔抽水试验示意性剖面图抽水试验示意性剖面图1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010井流方程推导与假设地下水运动方程-承压含水层为例由基于层流的达西定律、质量与能量守恒原理及水流连续性原理可推导出地下水运动方程地下水运动方程。在有边界及初始条件下，可有数值法求解。能进行sw(t)中长期预测。在设定无限边界、均质各向同性等条件下，

3、推算出泰泰斯非稳定流公式斯非稳定流公式，通过模板配线获得K/T、/S参数的水动力解析解，可进行sw(t)短期预测。假设存在一圆岛型补给边界的条件下，泰斯公式可简化为裘裘布布依依稳稳定定流流公公式式，通过代数计算即可获得简单的K/T参数值，只能用于sw-Q预测。地下水仿真地下水仿真均质无边界概化均质无边界概化条件高度简化条件高度简化抽水试验类型介绍一、抽水试验的分类一、抽水试验的分类1.按广义的抽注水形式：抽水试验，脉冲式注水试验2.按取水构筑物形式：钻孔抽水试验，机民井抽水试验3.按试验井孔数：单孔抽水试验，群孔抽水试验，开采性抽水试验4.按渗流的流态：稳定流抽水试验，非稳定抽水试验5.按井孔

4、的结构类型：完整井抽水试验，非完整井抽水试验6.按含水介质的不同：裂隙水抽水试验，孔隙水（潜水，承压水）抽水试验二、稳定流抽水试验在勘查阶段比较低，供排水规模比较小及项目审查要求不很是严的情况下均可以采用，多数情况下无须布设水位观测井。该方法具有成本低，见效快及计算简单的特点。三、非稳定流抽水试验在勘查阶段比较高、水文地质条件复杂、供排水规模比较大，以及要进行动态水资源评价的情况下多采用。但该方法需要观测井，水位观测值基本上都要参与分析计算，水位及水量观测精度要求较高；配线过程比较复杂。但总体来看，一般只须进行一个落程的试验，不需要稳定观测过程。四、群孔抽水试验有二个以上 的抽水井及有水位观测

5、井，由于响应范围较大，取得的水文地质参数精度较单孔高，同时由于抽水试验过程较长，结果可用于数值模型识别，因此具有特别意义。1.稳定流抽水试验稳稳定流抽水定流抽水试验试验的目的的目的稳定流抽水试验是建立在裘布依稳定流理论体系之上，在有给定补给边界条件、具有均质性及无限补给有保障的假设前提下进行的；试验结果可获取含水层渗透系数近似值，不能获取给水度或储水系数参数值；考虑到裘布依公式的假设条件与现实条件有非常大的差别，影响半径模型（对称济姆模型）与圆岛模型不是一回事，试验结果不能直接用于水资源评价（平均布井法，稳定流干扰系数法，流线计算法等）。同时，按此理论，在新的供水水文地质规范中也明确提出要淡化

6、“影响半径”的参数概念；考虑到边界对抽水试验的影响，稳定延续时间亦不宜太长。确定地下水富水性等级，涌水量外推计算；确定含水层性能参数，如渗透系数值；确定洗井效果及井损情况；2 抽水试验设计1.设计前的准备工作获取井孔的结构情况，明确试验的目的与技术要求；进行12km范围的水文地质勘测，避免周边水体及井孔影响；推测单井涌水量，进行提水设备（水泵，压风机等）及落程安排；提出观测时间，观测方法及观测误差的技术要求。2.抽水试验的观测要求抽水井水位观测按非稳定流要求，正式抽水试验前进行几次静止水位观测；水量观测要求；气温及水温观测要求；稳定延续时间要求（不能长也不能短）；恢复水位观测要求；试验前后的井

7、深测量要求；3.非稳定流观测孔布置前，应进行抽水试验性能分析，保证观测井数据有效性4.重大抽水试验，应编制单井抽水试验设计书提示1、区域水位变化对长时间的抽水试验有一定的影响，特别是水位变幅较大的时期。因此，抽水试验应尽量安排在区域水位变幅较小的时期进行。2、无论区域水位如何变化，应尽可能在抽水试验前远距离设置一个区域水位观测井，在抽水试验计算时，进行水位误差消除。3、尽可能在试验过程中采用同一条测线，并在试验结束后进行测线刻度修正，修正值应反映到计算水位中。3 抽水试验计算稳定流抽水试验计算步骤与要点：稳定流抽水试验计算步骤与要点：分分析析抽抽水水试试验验资资料料，用用曲曲度度法法或或差差分

8、分法法（包包括括相相关关系系数数法法）确确定定抽抽水水试试验验sw-Qsw-Q，sw-qsw-q曲线类型，是否反常；曲线类型，是否反常；进行抽水试验进行抽水试验sw-Qsw-Q曲线方程拟合，并确定曲线类型及系数；曲线方程拟合，并确定曲线类型及系数；如果有如果有2 2个以上落程试验则进行层流降深计算（去井损）；个以上落程试验则进行层流降深计算（去井损）；确定井孔的非完整性及井孔特征值；确定井孔的非完整性及井孔特征值；选择合理公式进行选择合理公式进行K K值迭代计算；值迭代计算；进行涌水量外推计算。进行涌水量外推计算。去井损后的潜水非完整井公式与影响半径经验公式迭代，如右图。如果只有单落程，则加入

9、阿勃拉莫夫水跃值经验公式。非稳定流抽水试验计算步骤与要点：非稳定流抽水试验计算步骤与要点：分析抽水试验资料，确定抽水试验sw-lg(t)曲线拐点是否明显；进行数据录入，确定是否有越流影响、边界影响及滞后影响等；进行相应模型下的标准曲线配线分析，确定T及S值；如果需要预测则录入设计井孔并进行降深预测。曲线类型判别配线及求参含水层非稳定流参数计算的含水层非稳定流参数计算的AQUIFERTEST软件界面软件界面提示：提示：受骨架压缩及井筒涌水影响，第1分钟内的观测值可能偏离泰斯曲线；受边界影响或越流等情况影响，尾部曲线可能偏离泰斯曲线；指定时间不同距离的泰斯曲线示意图AQUIFERTEST（V4.2

10、）计算软件的指定时间降深场预报计算软件的指定时间降深场预报4 抽水试验小结一、文字部分抽水试验的类型，时间，落程安排及人员观测情况；场地水文地质条件背景情况；抽水试验观测值及误差统计情况；抽水试验参数计算；存在问题；二、图表部分抽水试验现场曲线二条（稳定流），非稳定流一条；降深与涌水量历时曲线，相应观测记录表；配线及参数（非稳定流）；抽水试验统计表及实际材料图。5 抽水试验专题讲座 大厚度含水层大厚度含水层 “影响半径模型影响半径模型”错误错误 抽水量的保障抽水量的保障 由稳定流理论引发的开采量保证问题由稳定流理论引发的开采量保证问题 抽水会影响到边界吗抽水会影响到边界吗?三维流及非完整性对抽

11、水试验设计的影响三维流及非完整性对抽水试验设计的影响 水文地质参数的正确概念水文地质参数的正确概念 中外抽水试验的差异及进展中外抽水试验的差异及进展 抽水试验性能分析可代替井群规划抽水试验性能分析可代替井群规划 抽水试验重要提示抽水试验重要提示大厚度含水层水文地质参数T/S与含水段的岩性结构有密切的联系,当含水层厚度非常大时,水文钻探及抽水设备不能满足了解整个含水层参数的要求.抽水井由于本身结构原因及层流要求,过水流速不能太大,因此,当含水层厚度(或滤水管长度)远大于滤水管有效工作长度时,滤水管长度的增加不能与出水量成正比关系,引发含水层有效厚度概念.根据陈雨孙等的试验对比结果,滤水管有效工作

12、长度在1735米,当含水层厚度或滤水管工作长度远大于这个数据时,求出的稳定流K值会大大偏小于经验值,这时应采用T值,若要进行K值对比则采用含水层有效厚度去计算.“影响半径模型”错误裘裘布布依依提提出出的的“圆圆岛岛模模型型”是是高高度度概概化化的的环环岛岛状状补补给给边边界界模模型型,抽抽水水量量完完全全是是由由”海海水水”补补给给的的,取取之之不不尽尽,用用之之不不完完,完全能够达到稳定状态。完全能够达到稳定状态。“影影响响半半径径”模模型型是是德德国国土土木木工工程程师师Thiem所所提提出出。他他认认为为：在在水水平平方方向向无无限限延延伸伸的的含含水水层层中中的的R值值可可以以近近似似

13、取取为为从从抽抽水水井井中中心心到到实实际际上上观观测测不不出出地地下下水水位位下下降降处的水平距离，这样就引出处的水平距离，这样就引出“影响半径影响半径”的概念。的概念。抽水量的保障由稳定流理论引发的开采量保证问题抽水会影响到边界吗?1.按按照照稳稳定定流流理理论论，抽抽水水一一段段时时间间后后存存在在一一个个影影响响半半径径，影影响响半半径径以以外外的的区区域域不不受受井流影响，不产生水位下降，显然，这也意味着不会影响到距抽水很远的边界了。井流影响，不产生水位下降，显然，这也意味着不会影响到距抽水很远的边界了。2.这这时时的的水水量量均均衡衡关关系系可可表表示示为为：Qb=Qp+Qk，这这

14、个个公公式式成成立立吗吗？，显显然然是是不不成成立立的的，因因为为未未开开采采时时的的Qb=Qp，既既然然开开采采未未影影响响到到边边界界，那那么么开开采采时时的的补补给给量量和和原有的排泄量也是不变化的。开采的地下水来自何处呢？原有的排泄量也是不变化的。开采的地下水来自何处呢？3.根根据据前前面面的的分分析析，如如果果抽抽水水未未影影响响到到边边界界，那那么么开开采采量量就就应应该该完完全全是是由由动动用用储储存存量来提供的了。量来提供的了。补给量补给量Qb排泄量排泄量Qp增加开采后增加开采后Qk三维流及非完整性对抽水试验设计的影响当降深很大或含水层顶底板变化较大时，靠近抽水井附近三维流的影

15、响非常大，而常规的抽水试验设计的求参多为层流的KX或KY或KXY，并没有考虑KZ，因此，根据物探解释成果或机民井调查成果尽量选择有代表性的井孔，或尽量避免大降深，或水位观测井离开抽水井足够远。考虑到不同深度的观测井或观测井在不同深度具有不同的水位值，观测井与抽水井尽可能的同结构同孔深。参数的概念参数的应用条件参数的尺度1、K-渗透系数，渗透系数，T-导水系数，导水系数，S-储水系数，储水系数，-给水度给水度2、T=K*M S=+Ss*M3、在在含含水水层层厚厚度度变变化化较较大大的的情情况况下下，采采用用K/Ss组组合合；在在含含水水层层厚厚 度变化较小的情况下可以采用度变化较小的情况下可以采

16、用T/S组合，组合，4、不不存存在在在在潜潜水水含含水水层层中中采采用用K，S；承承压压含含水水层层中中采采用用T，S或或稳稳定定流流为为K，非稳定流为非稳定流为T，S说法。说法。5、含含水水层层参参数数与与井井流流参参数数并并不不完完全全吻吻合合，对对井井流流而而言言,不不同同深深度度的的 K参参数数与与水水位位值值随随高高程程的的降降低低而而变变小小，与与地地表表水水流流的的参参数数分分布布特特征征表表现现出出高高度度的的相似性。相似性。出现问题？出现问题？中外研究交流方面中外研究交流方面以为然所以为然以为然所以为然发展与创新发展与创新解决问题！解决问题！水文地质参数的正确概念中外抽水试验

17、的差异及进展抽水试验井只提供激发，计算依靠水位观测井；抽水试验井只提供激发，计算依靠水位观测井；单孔稳定流抽水试验参数计算结果受成井及冼井效果影响，多不采用；单孔稳定流抽水试验参数计算结果受成井及冼井效果影响，多不采用；不只有稳定流试验才能计算井损，阶梯式非稳定流抽水试验同样也能提不只有稳定流试验才能计算井损，阶梯式非稳定流抽水试验同样也能提供；供；孔隙水与裂隙水的渗流计算公式并不等同；孔隙水与裂隙水的渗流计算公式并不等同；不同于国内，要求提供填砾层的厚度及渗透系数值；不同于国内，要求提供填砾层的厚度及渗透系数值；在抽水试验计算中允许变流量或流量有变化，并不影响非稳定流配线；在抽水试验计算中允

18、许变流量或流量有变化，并不影响非稳定流配线；在非稳定流计算前要进行异常值剔除及曲线类型判别；在非稳定流计算前要进行异常值剔除及曲线类型判别；随着算法进步及计算机的利用，除了泰斯配线，博尔顿及纽曼等滞后给随着算法进步及计算机的利用，除了泰斯配线，博尔顿及纽曼等滞后给水越流存在的算法，出现了很多新的算法。水越流存在的算法，出现了很多新的算法。主要非稳定流抽水试验计算方法统计一览表主要非稳定流抽水试验计算方法统计一览表备注备注 ：根据加拿大滑铁泸水文地质公司：根据加拿大滑铁泸水文地质公司Aqufertest V35软件编制软件编制抽水试验性能分析可代替井群规划井距(m)井1坐标井2坐标井3坐标孔壁降

19、深(m)漏斗中心降深(m)10-8.66,-58.66,-50,103.723.4825-21.6,-12.521.6,-12.50,253.513.1750-43.3,-2543.3,-253.352.92100-86.6,-5086.6,-500,1003.212.70200-173.2,-100173.2,-1000,2003.052.45300-260,-150260,-1500,3002.952.31400-346.4,-200346.4,-2000,4002.892.21500-433,-250433,-2500,5002.862.12600-520,-300520,-3000,6

20、002.812.06700-606,-350606,-3500,7002.772.02800-693,-400693,-4000,8002.741.97900-779,-450779,-4500,9002.711.941000-866,-500866,-5000,10002.681.91一、设定含水层及抽水井参数取承压完整含水层厚度72米,渗透系数86m/d,储水系数0.002，单井涌水量4400m3/d，井深130m，孔径650mm，管径426mm，滤水管工作长度为40m的系列含水层参数及生产井结构进行分析。二、井群坐标参数及计算采用等边三角形进行井群布设，共设置三眼相同结构的生产井，取三角

21、形中心的坐标为原点（0，0），计算采用AQUFERTEST软件进行，将计算结果在曲线中查到后填入表1中。在其它软件中进行有关曲线的绘制。图1为单孔抽水试验1100天时的降深距离曲线图，图2为三孔等距群孔抽水1100天时的中心观测孔及孔壁降深井距曲线图。表1 为等距生产井坐标及计算结果数据统计一览表。三、计算结果及结论1、单井抽水时的孔壁降深距离曲线与群孔抽水试验降落漏斗中心及生产井孔壁降深井距曲线均为形态相近的曲线类型。抽水的前段曲线为半对数型，后中段为类似渐近线的贝塞尔极数类型。2、两种方法的井距分析结果相近，250300米为可以接受的最小井距，取曲线2最大曲线降幅（约2.5m）的20%段或

22、曲线曲率明显变缓段的点位对应的优化井距为350米。3、两种方法在井距分析时均有效，但以第一种方法最简单；第二种方法计算烦琐但曲线拐点明显。在计算报告书中根据情况进行选用，如果第一方法拐点明显则用之，若不明显则应用第二种方法。1.稳稳定定流流抽抽水水试试验验一一般般安安排排在在非非勘勘探探孔孔中中进进行行，抽抽水水试试验验的的目目的的多多为为：计计算算K或或T参参数值，建立涌水量外推方程。数值，建立涌水量外推方程。2.参参与与计计算算的的水水位位降降深深值值有有一一定定的的要要求求：抽抽水水孔孔中中的的水水位位降降深深值值sw需需要要进进行行去去井井损损计计算算，消消除除水水跃跃、三三维维流流及

23、及紊紊流流的的降降深深影影响响；观观测测孔孔的的距距离离必必须须满满足足r1.2M及及r0.2R，并且，并且sw-lg(r)呈半对数关系。呈半对数关系。3.稳稳定定流流抽抽水水试试验验计计算算的的参参数数值值一一般般都都小小于于非非稳稳定定流流抽抽水水试试验验，这这主主要要是是由由试试验验方方法理论及井结构本身的局限性造成的。法理论及井结构本身的局限性造成的。4.非非稳稳定定流流抽抽水水试试验验的的水水位位观观测测一一般般在在观观测测孔孔中中进进行行，参参与与计计算算的的是是一一个个系系列列的的降降深深值值，这这与与稳稳定定流流抽抽水水试试验验参参数数计计算算有有明明显显的的差差异异，计计算算

24、的的参参数数值值主主要要是是T及及S值值。在有越流补给的情况下，可以计算越流系数。在有越流补给的情况下，可以计算越流系数。5.抽抽水水试试验验采采用用的的试试验验手手段段及及计计算算公公式式应应与与水水资资源源评评价价的的方方法法一一致致。由由于于稳稳定定流流理理论的局限性，控制性抽水试验一般都要求进行非稳定流抽水试验。论的局限性，控制性抽水试验一般都要求进行非稳定流抽水试验。6.在在水水文文地地质质条条件件不不清清或或难难以以查查清清、需需水水量量比比较较大大且且保保证证程程度度比比较较高高的的情情况况下下，一一般要进行一次开采性抽水试验，抽水在低水位期进行，并延至水位明显上升。般要进行一次开采性抽水试验，抽水在低水位期进行，并延至水位明显上升。7.在在找找水水靶靶区区或或水水源源地地开开采采地地段段应应布布置置一一组组群群孔孔抽抽水水试试验验，试试验验结结果果往往往往比比单单孔孔抽抽水试验的效果要好，计算的参数有区代表性。水试验的效果要好，计算的参数有区代表性。抽水试验重要提示20112011年元月年元月 乌鲁木齐市乌鲁木齐市 向永向永