抽水试验的初步讲解

中铁上海局一公司吉隆坡大马城北站项目部抽水试验PumpingTest1.抽水试验的目的与方法2.抽水试验孔布置要求3.稳定流抽水试验要求4.非稳定流抽水试验要求5.抽水试验资料整理一、抽水试验的目的与方法1.抽水试验的目的(1)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。(2)通过测定井孔涌水量及其与水位下降（降深）之间的关系，分析确定含水层的富水程度、评价井孔的出水能力。(3)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。(4)确定水位下降漏斗的形状、大小及其随时间的增长速度；直接评价水源地的可开采量。(5)查明某些手段难以查明的水文地质条件，如确定各含水层间以及与地表水之间的水力联系、边界的性质及简单边界的位置、地下水补给通道、强径流带位置等。没有观测孔而只有一个抽水孔的抽水试验。用于概略求取含水层的是文地质参数。由于它只能用经验公式及试算法求影响半径，故测定的渗透系数精度较差。一般用于水文地质调查的初步阶段，常用来了解和对比不同地段含水层的透水性和富水性。在钻探成本较高的基岩地区，仅需实际测定单孔涌水量时也采用单孔抽水。单孔抽水试验1是由一个抽水孔和若干个观测孔组成的抽水试验。它能比较精确地测定T、S值、影响半径和下降漏斗形状，还能确定含水层间的水力联系。多孔抽水时观测孔一般以抽水孔为中心呈放射线排列或十字形排列。多孔抽水试验2也称孔群抽水，即二个或二个以上抽水孔同时抽水，各孔的水位和流量有明显的相互影响，故称干扰孔抽水。在拟作井群供水或井群降低地下水位的地段和复杂的岩溶矿区使用。它的目的不仅为了求参，主要是依靠形成大型降落漏斗，充分暴露水文地质问题，取得孔群的总涌水量或井群降漏斗中水位降深值的资料，测定水流的主要补给、排泄方向和预测涌水量等群孔抽水试验32.抽水试验的种类是从两个或更多含水层同时抽水。一次混合抽水只能得到各含水层的平均渗透系数。混合抽水4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很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。试验性开采抽水试验53.抽水试验的方法（1）稳定流抽水在一定持续的时间内流量和水位同时相对稳定（即不超过一定的允许波动范围），即可进行1-3个落成的抽水。抽水试验前应测量静止水位，抽水结束后应测量回复水位。稳定流抽水试验主要用于计算含水层的渗透系数。分单井和有观测孔的试验。（2）非稳定流抽水：是在抽水钻孔中仅保持水量稳定并使水位不断改变，或仅保持水位稳定使水量不断改变的抽水试验。非稳定抽水试验的目的是用人工控制的方法，使钻孔周围含水层中发生地下水的非稳定运动，通过测定水位随时间的变化过程（或水量随时间的变化过程），来测求含水层中地下水在非稳定运动时的水文地质参数。通过非稳定抽水试验可以测求含水层的导水系数（T）、压力传导系数（a）、渗透系数（K），及给水度（μ）或释水系数（S）。具有时间短（但有越流补给和隔水边界时稍长），参数多，可以预测水位变化的特点抽水时，空压机将压缩空气通过风管送入井中，通过混合器与水混合成水气混合物，扬水管内的水气混合物相对密度较轻，扬水管外（地层）水柱产生压力差，不断进入管内，管内的水气混合物又被新形成的水气混合物向上推，形成气举排出井口。4.抽水试验的设备深井泵抽水过去主要使用长轴泵，近年较多地采用深井潜水泵抽水。深井潜水泵下入深度没有多少要求，根据水泵的扬程和水位的降神进行调整。深井泵抽水空压机抽水◆优点•水位、水量能在较短的时间稳定•抽水成本较空压机低•可实现高扬程的抽水试验•利于定流量的非稳定流抽水◆缺点•不适应泥砂含量较重的抽水试验，已造成叶轮、长轴、橡胶轴承等的磨损，可造成电机及其它部位的损坏。•在野外施工中，因缺电需另备发电机组。深井泵抽水的优缺点◆优点•可根据静水位设定抽水深度•抽水孔径适应范围大•可在含泥、沙较多的地下水中进行抽水•可随地下水的涌水量变化而变化◆缺点•抽水成本高•噪声较大•不利于定流量的非稳定流抽水空压机抽水的优缺点二、抽水试验孔布置要求1.布孔原则抽水井及观测孔的设计，主要有三方面的内容：一.确定井位；二.井结构设计；三.确定井的施工工艺。在合理的选择好孔位后，水井的出水量与井的结构设计和成井工艺有很大的关系。结构设计不合理，施工工艺有漏洞，都有可能达不到目的，甚至成为废井。因此应对水井的结构进行科学的设计，保证过滤器有足够的过水能力；在施工过程尽量少堵塞或不堵塞含水层，不影响水井过滤器周围含水层的过水能力。单孔抽水试验钻孔的机构设计，原则上抽水试验段的井径应满足抽水设别的下入。2.抽水孔的布置要求(1)对勘察区水文地质条件具有控制意义的典型地段，应布置单孔抽水试验孔；(2)多孔抽水试验孔组，一般参照导水系数分区图，并结合水文地质条件布置，每个有供水意义的参数区至少布置一组；(3)群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验应在拟建水源地范围内，选择有代表性的典型地段，并结合开采生产井布置。3.观测孔的布置要求(1)为了计算水文地质参数，在抽水孔的一侧宜垂直地下水的流向布置2~3个观测孔。(2)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。(3)群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验应在抽水孔组中心布置一个观测孔；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。3.观测孔的布置要求(4)多孔抽水孔组的第一个观测孔应尽量避开三维流的影响，相邻两观测孔的水位下降值相差不小于0.1m，最远观测孔的下降值不宜小于0.2m。(5)在半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。(6)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。三、稳定抽水试验1.试验水井分类根据地下水有无压力，水井分为无压井和承压井。当水井布置在具有潜水自由面的含水层中时,称为无压井；当水井布置在承压含水层中时称为承压井。当水井底部达到不透水层时称为完整井，否则称为非完整井。在巨厚的岩溶含水层中,应该根据岩溶发育深度确定合理的有效含水带厚度。2.裘布依稳定流理论基本假设：含水层均质、等厚、无限、各向同性。实验条件：室内沙层，“岛状含水层”（1）、流量基本计算公式★潜水井：)2(366.10★承压井：wwrRKMSQlglg73.2（2）、裘布依公式中渗透系数K及影响半径R经验公式潜水rRSSHQKwwlg)2(732.0KHSRw2承压水rRMSQKWlg366.0KSR103.水位降深稳定流抽水试验一般进行三次水位降深，最大降深值应按抽水设备能力确定。水位降深顺序，基岩含水层一般宜先大后小，松散含水层宜按先小后大逐次进行。4.涌水量及水位变化在稳定延续时间内，涌水量和动水位与时间关系曲线在一定范围内波动，而且没有持续上升或下降的趋势。当水位降深小于10m，用压风机抽水时，抽水孔水位波动值不得超过10~20cm；用离心泵、深井泵等抽水时，水位波动值不超过5cm。一般不应超过平均水位降深值的1％，涌水量波动值不能超过平均流量的3％。注意：①当有观测孔时，应以最远观测孔的动水位判定；②应考虑自然水位影响；③在滨海地区应考虑潮汐对动水位的影响。5.观测频率及精度要求(1)水位观测时间一般在抽水开始后第1、3、5、10、20、30、45、60、75、90min进行观测，以后每隔30min观测一次，稳定后可延至1h观测一次。水位读数应准确到厘米；(2)涌水量观测应与水位观测同步进行；当采用堰箱或孔板流量计时，读数应准确到毫米；(3)水温、气温宜2～4h观测一次，读数应准确到0.5℃，观测时间应与水位观测时间相对应。6.恢复水位观测要求停泵后应立即观测恢复水位，观测时间间隔与抽水试验要求基本相同。若连续3h水位不变，或水位呈单向变化，连续4h内每小时水位变化不超过1cm，或者水位升降与自然水位变化相一致时，即可停止观测。四、非稳定抽水试验1.泰斯非稳定流理论（1）基本观点：认为非均质是含水介质的基本属性，地下水的运动不稳定是绝对的，稳定是有条件的、相对的（2）渗流基本理论对于地下水的承压运动，渗流偏微分方程经离散后，对于渗流场中任一点的水位降深，由下式给出：)(4wuWTQSTtSru42W(u)-井函数u-参变量2.非稳定流抽水试验的基本规律★水位：①t一定，r越近，s越大；反之s越小。②r一定，t越大，s越大。③随着抽水时间愈长，水位降速愈来愈小，表现为曲线随时间逐渐变平缓。最后趋于稳定。★水量：①r越近，水力坡度越大，水量也越大。②通过任一断面的流量都小于井的涌水量。3.涌水量及抽水时间要求（1）钻孔涌水量应保持常量，其变化幅度不大于3％。（2）抽水延续时间可结合最远观测孔水位下降与时间关系曲线[S(或Δh2)-lgt]来确定：a.当S(或Δh2)-lgt曲线至拐点后出现平缓段，并可以推出最大水位降深时，抽水方可结束；注意：在承压含水层中抽水，采用S-lgt曲线，在潜水含水层中抽水采用Δh2-lgt曲线。Δh2是指潜水含水层在自然情况下的厚度H和抽水试验时的厚度h的平方差，即Δh2＝H2-h2。b.当S(或Δh2)-lgt曲线没有拐点或出现几个拐点，则延续时间宜根据试验的目的确定。4.观测频率及精度要求(1)水位观测宜按第0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5、6、7、8、10、12、15、20、25、30、40、50、60、75、90、105、120min进行观测，以后每隔30min观测一次，其余观测项目及精度要求可参照稳定流抽水试验要求进行；(2)抽水孔与观测孔水位必须同步观测；(3)抽水结束后，或试验期间因故中断抽水时，应观测恢复水位，观测频率应与抽水时一致，水位应恢复到接近抽水前的静止水位。五、抽水试验资料整理1.抽水试验资料整理试验期间，对原始资料和表格应及时进行整理。试验结束后，应进行资料分析、整理，提交抽水试验报告。单孔抽水试验应提交抽水试验综合成果表，其内容包括：水位和流量过程曲线、水位和流量关系曲线、水位和时间(单对数及双对数)关系曲线、恢复水位与时间关系曲线、抽水成果、水质化验成果、水文地质计算成果、施工技术柱状图、钻孔平面位置图等。多孔抽水试验还应提交抽水试验地下水水位下降漏斗平面图、剖面图。群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验还应提交抽水孔和观测孔平面位置图(以水文地质图为底图)、勘察区初始水位等水位线图、水位下降漏斗发展趋势图(编制等水位线图系列)、水位下降漏斗剖面图、水位恢复后的等水位线图、观测孔的S-t、S-lgt曲线、各抽水孔单孔流量和孔组总流量过程曲线等。注意：①要消除区域水位下降值；②在基岩地区要消除固体潮的影响；③傍河抽水要消除河水位变化对抽水孔水位变化的影响。多孔抽水试验、群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验均应编写试验小结，其内容包括：试验目的、要求、方法、获得的主要成果及其质量评述和结论。2.抽水试验实例：大马城北站项目抽水试验