水文地质试验

专门水文地质学（水文地质勘察）主讲教师：张卫民2010年学位课程第四章水文地质试验§1抽水试验的目的和任务§2抽水试验的分类和方法§3抽水孔与观测孔的布置要求§4抽水试验的技术要求§5抽水试验设备与现场工作§6其它试验方法简介第四章水文地质试验§1抽水试验的目的和任务一、抽水试验的概念抽水试验是通过钻孔或水井抽水，定量评价含水层富水性，测定含水层水文地质参数和判断某些水文地质条件的一种野外试验方法。第四章水文地质试验§1抽水试验的目的和任务二、抽水试验的目的和任务1、确定含水层的富水程度、评价井孔的出水能力；2、确定含水层及越流层的水文地质参数：渗透系数K、导水系数T、给水度μ、弹性释水系数μ*、导压系数a、弱透水层渗透系数K′、越流系数b、越流因素B、影响半径R等；3、确定降落漏斗的形状及影响范围，为取水工程设计提供所需的水文地质数据，如影响半径、单井出水量、单位出水量、井间干扰出水量、干扰系数等，依据降深和流量选择适宜的水泵型号；第四章水文地质试验§1抽水试验的目的和任务二、抽水试验的目的和任务4、直接评价水源地的允许开采量；5、查明某些手段难以查明的水文地质条件：如地下水与地表水以及不同含水层之间的水力联系，含水系统边界的性质及位置，地下水补给通道，强径流带位置等。第四章水文地质试验§1抽水试验的目的和任务二、抽水试验的目的和任务通过抽水条件下的等水位线图，可以判断：F1、F2、F3为隔水断层，F4为导水断层，地下水从NE和NW补给F2F4F1F3第四章水文地质试验§1抽水试验的目的和任务二、抽水试验的目的和任务通过抽水条件下的等水位线图，可以判断：含水层各向异性，断层导水性以及隔水边界；导水断层隔水边界第四章水文地质试验§1抽水试验的目的和任务小结一、抽水试验的概念二、抽水试验的目的和任务第四章水文地质试验§1抽水试验的目的和任务§2抽水试验的分类和方法§3抽水孔与观测孔的布置要求§4抽水试验的技术要求§5抽水试验设备与现场工作§6其它试验方法简介第四章水文地质试验§2抽水试验的分类和方法一、抽水试验分类抽水试验主要分为单孔抽水、多孔抽水、群孔干扰抽水和试验性开采抽水。1、单孔抽水试验仅在一个试验孔中抽水，用以确定涌水量与水位降深的关系，概略取得含水层渗透系数。第四章水文地质试验§2抽水试验的分类和方法一、抽水试验分类2、多孔抽水试验在一个主孔内抽水，在其周围设置若干个观测孔观测地下水位。通过多孔抽水试验可以求得较为确切的水文地质参数和含水层不同方向的渗透性能及边界条件等。第四章水文地质试验§2抽水试验的分类和方法一、抽水试验分类3、群孔干扰抽水试验在影响半径范围内，两个或两个以上钻孔同时进行的抽水试验。通过干扰抽水试验确定水位下降与总涌水量的关系，从而预测一定降深下的开采量或一定开采定额下的水位降深值，同时为确定合理的布井方案提供依据。第四章水文地质试验§2抽水试验的分类和方法一、抽水试验分类4、试验性开采抽水试验是模拟未来开采方案而进行的抽水试验。一般在地下水天然补给量不充沛或补给量不易查清，或者勘察工作量有限而又缺乏地下水长期观测资料的水源地，为充分暴露水文地质问题，宜进行试验性开采抽水试验，并用钻孔实际出水量作为评价地下水可开采量的依据。第四章水文地质试验§2抽水试验的分类和方法二、抽水试验方法1、单孔抽水试验采用稳定流抽水试验方法；2、多孔抽水、群孔干扰抽水和试验性开采抽水试验一般采用非稳定流抽水试验方法；3、在特殊条件下也可采用变流量(阶梯流量或连续降低抽水流量)抽水试验方法；4、抽水试验孔宜采用完整井(巨厚含水层可采用非完整井)；5、观测孔深应尽量与抽水孔一致。第四章水文地质试验§2抽水试验的分类和方法小结一、抽水试验分类二、抽水试验方法第四章水文地质试验§1抽水试验的目的和任务§2抽水试验的分类和方法§3抽水孔与观测孔的布置要求§4抽水试验的技术要求§5抽水试验设备与现场工作§6其它试验方法简介第四章水文地质试验§3抽水孔与观测孔的布置要求一、抽水孔的布置要求应根据勘察阶段，地质、水文地质条件和地下水资源评价方法等因素确定来布置。总体要求：详查阶段，在可能富水的地段布置抽水试验孔；勘探阶段，在含水层（带）富水性较好和拟建取水构筑物的地段布置抽水试验孔。第四章水文地质试验§3抽水孔与观测孔的布置要求一、抽水孔的布置要求具体要求：1、为查明区域水文地质条件，则抽水孔应布置在有控制意义的典型地段，采用单孔抽水试验孔；2、为解决某项供水任务，则抽水孔应布置在有供水意义的地段或在未来开采井位置，采用用群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验。第四章水文地质试验§3抽水孔与观测孔的布置要求一、抽水孔的布置要求3、为查明边界性质或评价径流补给量时，则抽水孔应布置在靠近边界的地方，以便能观测到边界两侧水位差异变化或查明边界两侧的水力联系程度，采用多孔抽水试验孔；4、为求取水文地质参数，抽水孔应远离含水层的透水和隔水边界，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，采用多孔抽水试验孔；第四章水文地质试验§3抽水孔与观测孔的布置要求一、抽水孔的布置要求5、在布置带观测孔的抽水孔时，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，应考虑附近有无布置水位观测井的条件；6、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；7、抽水孔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；第四章水文地质试验§3抽水孔与观测孔的布置要求二、观测孔的布置要求观测孔的布置取决于试验的目的、试验层的水文地质特征和抽水试验的计算方法。1、观测孔的平面布置(1)只是为了消除“井损”或“水跃值”的影响，在抽水孔旁布置一个观测孔即可。（井中水位与井壁水位的差值叫水跃值）第四章水文地质试验§3抽水孔与观测孔的布置要求二、观测孔的布置要求1、观测孔的平面布置(2)为确定降落漏斗形状和准确求得水文地质参数，观测孔应以抽水孔为中心布置成观测线的形式。①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，故垂直地下水流向布置一条带2~3个观测孔的观测线即可(图5—3A)。②均质各向同性、水力坡度较大的含水层，抽水一般形成椭圆形降落漏斗，除垂直地下水流向布置一条带2~3个观测孔的观测线外，还应在上、下游平行地下水流向各布置一条带2~3个观测孔的观测线(图5—3B)。第四章水文地质试验§3抽水孔与观测孔的布置要求二、观测孔的布置要求1、观测孔的平面布置(图5—3A)(图5—3B)第四章水文地质试验§3抽水孔与观测孔的布置要求二、观测孔的布置要求1、观测孔的平面布置(2)为确定降落漏斗形状和准确求得水文地质参数，观测孔应以抽水孔为中心布置成观测线的形式。③均质各向异性含水层，抽水降落漏斗多为不规则椭圆形，为分别求得不同方向的水文地质参数，应沿不同方向分别布置观测线。第四章水文地质试验§3抽水孔与观测孔的布置要求二、观测孔的布置要求1、观测孔的平面布置(3)当抽水试验的目的是查明含水层的边界性质和位置时，观测线应通过主孔，并垂直边界布置，在边界两侧都要布置观测孔。(4)为地下水流数值模拟而进行的大型抽水试验，应将观测孔比较均匀地布置在评价区域内，以便能控制整个流场的变化及边界上的水位和流量，应在每个参数分区内度布置观测孔，便于流场控制。第四章水文地质试验§3抽水孔与观测孔的布置要求二、观测孔的布置要求2、观测孔的数量、距离及深度每条观测线上，观测孔数量、距离及深度取决于试验的任务、精度要求和抽水类型。（1）观测孔的数量①对于稳定流抽水试验，若只为求参数，布1个观测孔即可；如欲绘制降落漏斗形状，则每条观测线上需布2-3个观测孔。第四章水文地质试验§3抽水孔与观测孔的布置要求二、观测孔的布置要求2、观测孔的数量、距离及深度（1）观测孔的数量②对于非稳定流抽水试验，如用s-lgt曲线计算水文地质参数，只需布置1个观测孔；如用s-lgr曲线计算参数，则每条观测线上需布3个观测孔。③对于确定水力联系及边界性质的抽水试验，观测孔不应少于2个。第四章水文地质试验§3抽水孔与观测孔的布置要求二、观测孔的布置要求2、观测孔的数量、距离及深度（2）观测孔的距离及深度①观测孔与主孔距离，近主孔者小，远主孔者大，最远应能观测到明显水位下降。②为避开抽水孔附近三维流的影响，第一个观测孔距抽水孔的距离一般应大于含水层的厚度，至少也应大于10m；③最远观测孔视含水层渗透性和抽水降深而定，要求观测到的水位降深大于20cm。第四章水文地质试验§3抽水孔与观测孔的布置要求二、观测孔的布置要求2、观测孔的数量、距离及深度（2）观测孔的距离及深度④相邻观测孔距离，应保证两孔的水位差大于20cm。⑤观测孔的深度一般要揭穿试验层，当试验含水层厚度较大时，应至少深入到含水层10～15m。第四章水文地质试验§3抽水孔与观测孔的布置要求二、观测孔的布置要求2、观测孔的数量、距离及深度（2）观测孔的距离及深度⑥为查明垂向含水层之间的水力联系时，应在同一条观测线上布置分层的水位观测孔。⑦各观测孔的过滤器，要安置在同一含水层和同一深度上，各观测孔过滤器的长度宜相等。第四章水文地质试验§3抽水孔与观测孔的布置要求小结一、抽水孔的布置要求二、观测孔的布置要求第四章水文地质试验§1抽水试验的目的和任务§2抽水试验的分类和方法§3抽水孔与观测孔的布置要求§4抽水试验的技术要求§5抽水试验设备与现场工作§6其它试验方法简介第四章水文地质试验§3抽水试验的技术要求一、稳定流抽水试验技术要求稳定流抽水试验在技术要求上主要有水位降深、抽水试验流量、稳定延续时间及水位和流量观测。1、水位降深为提高水文地质参数的计算精度和预测更大水位降深时井的出水量，稳定流抽水试验，一般要求进行三次不同水位降深的抽水，要求各次降深的抽水连续进行。三次降深值的确定，一般根据试验层的透水性和抽水设备能力确定，降深尽可能大些，以便能充分揭露含水层性质。第四章水文地质试验§3抽水试验的技术要求一、稳定流抽水试验技术要求1、水位降深（1）对于富水性较差的含水层或非开采含水层，可只做一次最大降深的抽水试验；（2）对松散孔隙含水层，抽水三次水位降深的次序可由小到大逐次进行（正向抽水）；（3）对于裂隙和岩溶含水层，为了有利于裂隙和溶隙中充填的细粒物质(天然泥沙或钻进产生的岩粉)吸出，增加裂隙的导水性，抽水三次水位降深次序应由大到小逐次进行（反向抽水）。第四章水文地质试验§3抽水试验的技术要求一、稳定流抽水试验技术要求1、水位降深（4）抽水试验所选择的最大水位降深值(Smax)应按抽水设备能力尽可能大些：①潜水含水层，Smax=1/3—1/2潜水含水层厚度；②承压含水层，Smax≤承压含水层顶板的高度。③当进行三次不同水位降深抽水试验时，其余两次试验的水位降深，应分别等于最大水位降深值的1／3和l／2。第四章水文地质试验§3抽水试验的技术要求一、稳定流抽水试验技术要求1、水位降深（4）抽水试验所选择的最大水位降深值(Smax)应按抽水设备能力尽可能大些：④当抽水设备达不到上述要求时，要求Smax等于水泵的最大扬程(或吸程)即可，相邻两次水位降深之间的水头差值也不应小于lm。根据抽水试验求得的水文地质参数代表了抽水降落漏斗范围内含水层的平均参数。因此，抽水降深越大，所求得的水文地质参数代表性越好，但抽水投资越大。第四章水文地质试验§3抽水试验的技术要求一、稳定流抽水试验技术要求2、抽水试验流量（1）求水文地质参数：对抽水流量没有专门要求，但要保证达到试验规定的水位降深。试验前要对最大水位降深时对应的出水量有所了解，以便选择适合的水泵。最大出水量：根据同一含水层已有水井推测；根据洗井时的水量确定；根据含水层的经验渗透系数值和设计水位降深值估算。（2）开采井：抽水试验的流量最好能和需水量一致。第四章水文地质试验§3抽水试验的技术要求一、稳定流抽水试验技术要求3、稳定延续时间（1）抽水试验的稳定在稳定延续时间内，涌水量和动水位与时间关系曲线在一