水文地质参数的确定PPT.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,*,单击此处编辑母版标题样式,水文地质勘察,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,单击此处编辑母版标题样式,1,抽水试验的目的任务,2,抽水试验的分类和各种抽水试验方法的主要用途,3,抽水孔和观测孔的布置要求,4,抽水试验的主要技术要求,5,抽水试验设备及用具,6,抽水试验资料的整理,7,其他水文地质野外试验,水文地质参数的确定,*,1,抽水试验的目的任务,一、水文地质调查中采用的勘探工程,重要性：,水文地质试验是水文地质调查中不可缺少的重要手段，许多水文地质资料，都需通过水文地质试验才能获得。,种 类：,水文地质试验分为两类：（,1,）野外试验，2,）室内试验。其中：,抽水试验；,放水试验；,注水（压水）或渗水试验；,连通试验；,弥散试验（示踪试验）；,流速、流向测定试验等。,野外试验包括,本章以介绍抽水试验为主，另外还有其它几项试验：渗水试验、钻孔注水试验、地下水示踪试验、连通试验。,*,抽水试验,是通过从钻孔或水井中抽水，来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,的一种野外试验工作。,抽水试验是以地下水,井流理论为基础,（地下水动力学），在实际井孔中抽水和观测的一种野外试验。随着水文地质勘查阶段由浅入深，在整个勘查费用中，抽水试验,所占比重越来越大,，费用仅次于钻探工作；有时，整个钻探工程主要是为了抽水试验而进行的。,1,抽水试验的目的任务,*,抽水试验的目的、任务：,（,1,）直接测定含水层的,富水程度,和评价井（孔）的,出水能力,；,（,2,）抽水试验是确定含水层,水文地质参数,（,K,、,T,、,S,、,）的主要方法；,（,3,）抽水试验可为,取水工程设计,提供所需水文地质数据，如,R,、,单井出水量、单位出水量等；并可根据水位降深和涌水量,选择水泵,型号,；,（,4,）通过抽水试验，可直接评价水源地的,可（允许）开采量,；,（,5,）可以通过抽水试验查明某些其他手段难以查明的,水文地质条件,，,如地表水、地下水之间及含水层之间的水力联系，以及地下水补给通道和,强径流带,位置等。1,抽水试验的目的任务,*,从实例图,5,一,1,的抽水条件下的等水位线图可以准确地判断,F1,、,F2,、,F3,断层具阻水性质，,F4,是透水的，水从北东和北西补给。,1,抽水试验的目的任务,*,从图,5,2,的等水位线，可准确地判断含水层的各向异性、断层的导水性和抽水孔西南存在的岩性隔水边界。,1,抽水试验的目的任务,*,抽水试验的类型,1,按所依据的井流理论，可分为稳定流抽水和非稳定流抽水试验。,稳定流抽水试验：要求,流量,和,水位降深,都是相对稳定的，即不随时间而变。用稳定流理论和公式来分析计算，简便易行，但自然界大都是非稳定流，只有在,补给水源充沛且相对稳定,的地段抽水才能形成相对稳定的似稳定渗流场，所以它的应用受到限制。,非稳定流抽水试验：只要求水位和流量其中一个稳定（另一个变化，定流量，水位变化），用非稳定流理论和公式来分析计算。特点：,较稳定流抽水更能接近实际和有,更广泛的适用性,；,能研究更多的因素，如越,流因素、弹性释水因素,等；,能,测定更多的参数,，如贮水系数,、导水系数,T,、越流系数,B,等；,还能判定简单条件下的边界；,并能充分利用整个抽水过程所提供的全部信息；,但解释计算较复杂，观测技术要求较高。,2,抽水试验的分类和各方法的主要用途,*,大型群孔抽水试验,：是近来在一些,岩溶大水矿床,水文地质,详细勘探阶段,（或专题性勘探）中使用的一种方法。由几个乃至数,10,个抽水孔,组成若干井组，,观测孔很多,，,分布范围大，构成能控制流场边界，进行,大流量、大降深、长时间（几个月）,的大型抽水，形成一个大的人工流场，以便于充分揭露边界条件和整个流场的非均质状况，能更好的识别拟定的数学模型。这种抽水试验要,花费巨大,的财力和人力，采用时必须慎重考虑。主要用于涌水量很大，边界条件不清，水大、地质条件复杂的矿区。,2,抽水试验的分类和各方法的主要用途,*,3,按抽水井的类型，可分为完整井和非完整井抽水试验。,由于完整井的井流理论较完善，故一般尽量用完整井作试验。只有当含水层厚度很大又是均质层，为了节省费用才进行非完整井抽水。或为了专门研究过滤器“有效长度”时，则做非完整井抽水试验。,2,抽水试验的分类和各方法的主要用途,*,4,按试验段所包含的含水层情况，可分为,分层、分段及混合抽水试验,分层抽水试验,：,是,以含水层为单位,进行，除,不同性质含水层,，如潜水、承压水或孔隙水与裂隙水层，应进行分层抽水外，对参数、水质差异大的,同类含水层,也应,分层抽水,。对,新区,应先分层抽水，以分别掌握各层的水文地质特征。,混合抽水试验,：,是在井中将,不同含水层合为一个试验段,进行抽水，它只能反映各层的混合平均状况。,只有当,各分层的参数已掌握,，或,只需了解各层总的平均参数,，或,难于分层抽水时,才用混合抽水试验。但由于混合抽水较简便，费用较低所以也研究出一些用混合抽水试验资料计算出各分层参数的方法，,2,抽水试验的分类和各方法的主要用途,*,分段抽水试验：,是在,透水性,各不相同的,多层含水层组,中，或在不同深度内透水性有差异的,厚层含水层,中，,对各岩段分别进行抽水的试验,，用以了解,各段的透水性,。,有时可只对其中,主要含水岩段,抽水，如对,岩溶化强烈的岩段,或,主要取水岩段,等。这时，段间应止水，止水处应,位于透水性弱,的单层或岩段中。,2,抽水试验的分类和各方法的主要用途,*,按抽水试验所依据的井流公式等，可将抽水试验分类归并表,5,1,的各种类型。由,表,5,1,所示的,各种单一抽水试验类型,，又可,组合,成多种综合性的抽水试验类型,。如表中的,和,类抽水试验，可组合成,稳定流单孔,抽水试验和,稳定流多孔,干扰抽水试验，,非稳定流单孔,抽水试验和,非稳定流多孔,干扰抽水试验等。,5,按抽水试验的任务,分为试验抽水、开采性抽水试验等,。,2,抽水试验的分类和各方法的主要用途,*,（,1,）,在区域性水文地质调查,及专门性水文地质调查的初始阶段，抽水试验的目的主要是获得,含水层具代表性的水文地质参数,和,富水性指标,（如钻孔的单位涌水量或某一降深条件下的涌水量），故一般选用,单孔,抽水试验即可。,（,2,）,当只需要取得含水层,渗透系数,K,（,一个参数,）和涌水量时，一般多选用,稳定流,抽水试验。,至于在具体的水文地质调查工作中,选用何种抽水试验,，主要取决于调查工作进行的阶段和调查工作的主要目的任务（,选择抽水试验种类的依据）：,2,抽水试验的分类和各方法的主要用途,*,（,3,）当需获得渗透系数,K,、导水系数,T,、贮水系数,（,多个参数,）,及越流系 数,B,等更多的水文地质参数时，则须选用,非稳定流的抽水试验,方法。,（,4,）,在专门性水文地质调查的详勘阶段，当希望获得开采孔群（组）设计所需水文地质参数（如影响半径、井间干扰系数等）和水源地允许开采量（或矿区排水量）时，则须选用,多孔干扰,抽水试验。,（,5,）,当设计开采量（或排水量）远较地下水补给量小时，可选用,稳定流,的抽水试验方法；反之，则选用,非稳定,流的抽水试验方法。,进行抽水试验时，一般不必开凿专门的水位观测孔，应,尽量用已有的水井作为观测孔。,2,抽水试验的分类和各方法的主要用途,*,、按井流公式,、按井孔的多少,*,一、,抽水孔,（主孔）的布置要求,3,抽水孔和观测孔的布置要求,（,1,）,布置抽水孔的主要根据是,抽水试验的任务和目的,，,目的任务,不同其布置原则也不同。,为求取,水文地质参数,的抽水孔，一般应,远离,含水层的透水、隔水,边界，,应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。,对于,探采结合,的抽水井（包括供水详勘阶段的抽水井），要求布置在含水层（带）,富水性较好,或计划布置生产水井的位置上，以便为将来生产孔的设计提供可靠信息。,欲查明含水层,边界性质、边界补给量,的抽水孔，应布置在,靠近边界,的地方，以便观测到边界两侧明显的,水位差异,或查明两侧的,水力联系程度。,*,（,2,）,在布置带观测孔的抽水井时，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，则应考虑附近有无布置水位观测井的条件。,（,3,）,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,。,（,4,）,抽水井附近,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。,3,抽水孔和观测孔的布置要求,*,二、水位观测孔的布置要求,1,布置抽水试验水位观测孔的意义,（,1,）利用观测孔的水位观测数据，可以,提高,井流公式所计算出的水文地质参数的,精度（避开抽水井的影响，获得真实水位）。,这是因为：,观测孔中的水位，不存在,抽水孔水跃值,和抽水孔附近三维流的影响，能更真实地代表含水层中的水位。,观测孔中的水位，由于不存在抽水主孔,“,抽水冲击,”,的影响，,水位波动,小，水位观测数据精度较高。,利用观测孔水位数据参与井流公式的计算，可避开因,R,值选值不当给参数计算精度造成的影响。,3,抽水孔和观测孔的布置要求,*,（,2,）利用观测孔的水位，可用,多种作图方法求解水文地质参数,（,多种方法求参，相互验证）。,（,3,）利用观测孔水位，可,绘制出抽水的人工流场图,（等水位线或下降漏斗），从而可帮助我们判明含水层的边界位置与性质、补给方向、补给来源及,强径流带位置,等水文地质条件,（分析水文地质条件）。,（,4,）一般大型孔群抽水试验，可根据观测孔控制渗流场的时、空特征，作为,建立地下水流数值模拟模型,的基础,（模型验证）。,3,抽水孔和观测孔的布置要求,*,2,水位观测孔的布置原则,不同目的的抽水试验，其水位观测孔布置的原则是不同的。,（,1,）为求取含水层水文地质参数,一般应和,抽水主孔,组成观测线，所求水文地质参数应具有代表性。一般应根据抽水时可能形成的,水位降落漏斗,的特点，来确定观测线的位置。,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,，即在通过抽水孔的各个方向上，水力坡度基本相等，但一般上游侧水力坡度较下游侧为小，故在,与地下水流向垂直方向上布置一条观测线,即可（图,5,3A,）。,3,抽水孔和观测孔的布置要求,*,3,抽水孔和观测孔的布置要求,*,均质各向同性、水力坡度较大的含水层：,其抽水,降落漏斗,形状为,椭圆形,，下游一侧的水力坡度远较上游一侧大，故除,垂直地下水流向布置一条观测线,外，尚应在,上、下游方向上各布置一条水位观测线,（图,5,3B,）。,均质各向异性的含水层：,抽水水位降落漏斗常沿着含水层贮、,导水性质好,的方向发展（延伸）（,漏斗长轴,），该方向水力坡度较小；贮、,导水性差,的方向为,漏斗短轴,，水力坡度较大。因此，抽水时的,水位观测线应沿着不同贮、导水性质的方向布置,，以分别取得不同方向的水文地质参数。,破壁解淤的优质泥浆钻进，争取少下或不下套管，以简化钻孔结构。,3,抽水孔和观测孔的布置要求,*,对观测线上观测孔的布置要求：,观测孔数目：,只为求参数，一个即可；,为提高参数的精度则需,2,个以上,。如欲绘制漏斗剖面，则需,2,3,个。,观测孔距主孔距离：,按抽水漏斗水面坡度变化规律，,愈近主孔距离应愈小,，愈远离主孔距离应愈大；,为避开抽水孔三维流的影响，,第一个观测孔,距主孔的距离一般应,约等于含水层的厚度（至少应大于,10m,）,；,最远的观测孔,，要求观测到的,水位降深应大于,20cm,；,相邻观测孔,距离，亦应保证两孔的,水位差必须大于,20cm,。,观测孔深度：,要求揭穿含水层，至少深入含水层,10,15m,。,3,抽水孔和观测孔的布置要求,*,（,2,）为查明含水层的边界性质和位置,观测线应通过主孔、垂直于欲查明的边界布置，并应在,边界两侧,附近都要布置观测孔。,（,3,）为地下水水流数值模拟的大型抽水试验,应将观测孔比较,均匀地布置,在计算区域内，以便能,控制整个流场,的变化和边界上的水位和流量。,（,4,）为查明垂向含水层之间的水力联系,应在同一观测线上布置,分层的水位观测孔,。,3,抽水孔和观测孔的布置要求,*,这里将着重讨论对抽水,水量,、水位,降深,和抽水延续,时间,的要求。,4,抽水试验的主要技术要求,一、,稳定流,单孔抽水试验的主要技术要求,1,对水位,降深,的要求,（,1,）,正式的稳定流抽水试验，,一般要求进行,三次不同水位降深（落程）,的抽水，以,确定,Q,s,间的关系,，要求各次降深的抽水连续进行；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,，为有助于在抽水孔周围形成天然的反滤层，抽水水位降深的次序可,由小到大,地安排；,（,3,）,对于裂隙含水层,为了使裂隙中充填的细粒物质（天然泥沙或钻进产生的岩粉）及早吸出，增加,裂隙的导水性,，抽水降深次序可,由大到小,地安排。为便于含水层富水性的横向对比，某些水文地质生产规范对抽水试验的最大水位降深值和相邻二次水位降深的间隔已作出规定。,4,抽水试验的主要技术要求,*,（,4,）最大水位降深值（,S,max,）：,潜水含水层：,S,max,（,1,3,一,1,2,）,M,（,M,为潜水含水层厚度）；,承压含水层：,S,max,承压含水层顶板以上的水头高度,；,当含水层富水性较好，而勘探中使用的水泵出水量又有限时，则很难达到上述抽水降深的要求。此时，要求,S,max,等于水泵的最大扬程（或吸程）即可；,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,l,3,和,1,2,；,当,S,max,值不太大时，,相邻两次水位降深,之间的水头差值也,不应小于,1m,。,4,抽水试验的主要技术要求,*,由于水井流量的大小主要取决于水位降深的大小，因此一般以求得水文地质参数为主要目的的抽水试验，勿须专门提出抽水流量的要求。但为保证达到试验规定的水位降深，试验进行前仍应对,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。其最大出水量，可根据同一含水层中,已有水井的出水量推测,，或根据含水层的经验渗透系数值和设计水位降深值估算，也可根据洗井时的水量来确定。,欲作为生产水井使用,的抽水试验钻孔，其抽水试验的,流量最好能和需水量一致,。,2,抽水试验流量的设计,4,抽水试验的主要技术要求,*,抽水试验时抽水井的水位和流量是否真正达到了稳定状态？生产规范（或规程）一般是通过规定的,抽水井水位和流量稳定后,的,延续时间,来作保证。,（,1,）抽水试验的目的仅仅是,求参,，水位和流量的稳定延续时间要求达,24h,；,（,2,）抽水试验的目的，除,求参,外，还必须确定出水井的,出水能力,，则水位和流量的稳定延续时间至少应达到,48,72h,或者更长；,（,3,）当抽水试验带有专门的,水位观测孔,时，距主孔最远的水位观测孔的水位稳定延续时间应不少于,2,一,4h,；,3,对水位降深和流量稳定后延续时间的要求,4,抽水试验的主要技术要求,*,必须注意：稳定延续时间必须从抽水孔的,水位和流量均达到稳定,后计算起。,供水水文地质勘察规范,（中华人民共和国国家标准，,GB50027-2001,）,（,1,）卵石、圆砾和粗砂含水层,8h,；,（,2,）中砂、细砂和粉砂含水层,16h,；,（,3,）基岩含水层（带）为,24h,4,抽水试验的主要技术要求,*,4,水位和流量观测时间的要求,抽水主孔,的水位和流量与,观测孔,的水位，都应,同时进行观测,，不同步的观测资料，可能给水文地质参数的计算带来较大误差。水位和流量的观测时间间隔，应,由密到疏,，如开始时5,10min,观测,1,次，以后则,15,30min,观测,1,次。停抽后还应进行,恢复水位,的观测，直到水位的日变幅接近天然状态为止。,供水水文地质勘察规范,（中华人民共和国国家标准，,GB50027-2001,）抽水开始后的第,5,、,10,、,15,、,20,、,25,、,30min,各测一次，以后每隔,30min,或,60min,测一次。,4,抽水试验的主要技术要求,*,二、非稳定流抽水试验的主要技术要求,非稳定流抽水试验，按泰斯（,Theis,）井流公式原理，可,分为两种：,（,1,）定流量抽水,（水位降深随时间变化）；,（,2,）定降深抽水,（流量随时间变化）。,由于在抽水过程中流量比水位容易固定（因水泵出水量一定），在实际生产中一般多采用,定流量,的,非稳定流抽水试验方法,。,4,抽水试验的主要技术要求,*,1,对抽水流量值的选择要求,对于主要目的在于求得,水文地质参数,的抽水试验，选定抽水流量时只需考虑：以该流量抽水到,抽水试验结束,时，抽水井中的,水位降深,不致超过所,使用水泵的吸程,；,对于,探采结合,的抽水井，可考虑按,设计需水量,或至少按,设计需水量的,1,3,1,2,的强度来确定抽水量；,可参考勘探井,洗井时的水位降深,和,出水量,来确定抽水流量。,在定流量的非稳定流抽水中，,水位降深是一个变量,，故不必提出一定的要求，而对,抽水流量值的确定则是重要,的。在确定抽水流量值时，应考虑,：,4,抽水试验的主要技术要求,*,2,对抽水流量和水位的观测要求,当进行定流量的非稳定流抽水时，要求抽水量从始至终均应保持定值，而不只是在参数计算取值段的流量为定值。,同稳定流抽水试验要求一样，流量和水位观测应,同时进行,；,观测的时间间隔应比稳定流抽水为小，并,由密到疏，,要求在开泵的头,10,20min,内尽可能准确记录较多的数据，,一般观测时间间距（,min,）为：,1,、,2,、,2,、,5,、,5,、,5,、,5,、,5,、,10,、,10,、,10,、,10,、,10,、,20,、,20,、,20,、,30,、,30,、,；,供水水文地质勘察规范,中华人民共和国国家标准，,GB50027-2001,）：抽水开始后第,1,、,2,、,3,、,4,、,6,、,8,、,10,、,15,、,20,、,25,、,30,、,40,、,50,、,60,、,80,、,100,、,120min,各观测一次，以后可每隔,30min,观测一次。,4,抽水试验的主要技术要求,*,停抽后,恢复水位的观测,，观测时间间距，应按水位恢复速度确定，一般为（,min,）,1,、,3,、,5,、,10,、,15,、,30,、,，直至完全恢复由于利用恢复水位资料计算的水文地质参数，常比利用抽水观测资料求得的可靠，故非稳定流抽水恢复水位观测工作，更有重要意义。,4,抽水试验的主要技术要求,*,3,抽水试验延续时间的要求,对非稳定流抽水试验的延续时间，目前还没有公认的规定。但可从试验的目的任务和,参数计算方法,的需要，对抽水延续时间作出规定。,（,1,）我国一些水文地质学者，在研究含水层导水系数（,T,）随抽水延续时间的变化规律后得出结论：根据非稳定流抽水初期观测资料所计算出的不同时段的,导水系数值变化较大,；而当抽水延续到,24h,后所计算的,T,值与延续,100h,后计算的,T,值之间的相对误差，绝大多数情况下均,5,。故从参数计算的结果考虑，,以求参为目的,的非稳定流抽水试验的延续时间，,一般不必超过,24h,。,4,抽水试验的主要技术要求,*,（,2,）抽水试验的延续时间，有时也需,考虑求参方法,的要求。例如，当试验层为,无界承压含水层,时，常用,配线法,和,直线图解法,求解参数。前者虽然只要求抽水试验的前期资料，但后者从简便计算取值出发，则要求,s,lgt,曲线的直线段（即参数计算取值段）至少能延续,2,个以分钟为单位的对数周期，故,总的抽水延续时间应达到,3,个对数周期，即达,1000min,（约,17h,）。如有多个水位观测孔，则要求每个观测孔的水位资料均符合此要求。,（,3,）当有,越流补给,时，如用,拐点法,计算参数，抽水至少应延续到能可靠判定拐点（即,S,max,）为止。,（,4,）当抽水试验目的主要在于,确定水井的出水量,时，试验延续,时间应尽可能长一些,，最好能从含水层的,枯水期末期,开始，一直抽到,丰水期,到来。,（,5,）当抽水试验目的主要在于,判断边界性质和位置,，如为定水头补给边界，抽水试验应延续到水位进入稳定状态后的一段时间为止；有隔水边界时，,s,lgt,曲线的斜率应出现明显增大段；当系无限边界时，,s,lgt,曲线应在抽水期内出现匀速的下降。,4,抽水试验的主要技术要求,*,三、大型群孔干扰抽水试验的主要技术要求,（,1,）,此类型抽水试验的主要,目的,在于求得水源地的,允许开采量,或求矿井在,设计疏干降深条件下的排水量,，或对某一,开采量,条件下的未来水位,降深,作出预报。因此，大型群孔干扰抽水试验的抽水量，应尽可能接近水源地的设计开采量。当设计开采量很大（如,5104m,3,以上）或抽水设备能力有限时，抽水量至少也应达到水源地设计开采量的,1/3,以上。,（,2,）,对大型群孔干扰抽水试验,水位降深,的要求，基本上同对抽水量的要求一样，即应,尽可能地接近水源地（或地下疏干工程）设计的水位降深,，一般或至少应使群孔抽水水位下降漏斗中心处达到设计水位降深的,1,3,。特别是当需要通过抽水时,地下水流场分析,（查明）某些水文地质条件时，更必须有较大的水位降深要求。,4,抽水试验的主要技术要求,*,（,3,）此类型抽水试验可以是稳定流的，也可以是非稳定流的。对于,供水水文地质勘,查来说，为获得水源地的稳定出水量，一般多进行,稳定流,的,开采抽水试验,。此稳定出水量，可以通过改变,抽水强度,直接确定出,水源地最大降深时的稳定出水量,（适用于地下水资源不太丰富的水源地）；也可通过进行三次水位降深的稳定流抽水试验，据流量（,Q,）一水位降深（,s,）关系曲线方程，下推设计条件下的稳定出水量。,（,4,）为提高水源地允许开采量的,保证程度,，抽水试验最好在,地下水枯水期的后期进行,；如还需通过抽水试验求得水源地在丰水期所获得的补给量，则抽水试验要求一直延续到丰水期到来之后的一段时间。,4,抽水试验的主要技术要求,*,（,5,）,为了实现大型群孔干扰抽水试验的各项任务，其抽水延续时间往往较长。按地质矿产部城镇及工矿供水水文地质,勘察规范,（,1986,年颁布）的规定，如进行,稳定流,的抽水试验，要求水位下降漏斗中心水位的,稳定时间不应少于一个月,；但根据试验任务的需要，可以更长（如,2,3,个月,或以上）。此外，还须注意的是：,各抽水孔的抽水起、止时间应该是相同的；,对抽水过程中水位和出水量的,观测应该是同步,的；,对停抽后,恢复水位的观测,延续时间的要求，同一般稳定或非稳定流抽水试验,。,4,抽水试验的主要技术要求,*,抽水试验设备主要指抽水设备。用具包括过滤器、流量计、水位计、水温计、计时器、通讯用具等。除此，有时还需构筑排水设施。,5,抽水试验设备及用具,*,一、抽水设备,（1,）水量较大，地下埋藏浅，降深小时可用,离心式水泵,。,（,2,）埋深或降深大、精度要求高，井径足够大时可使用,深井泵,。,（,3,）精度要求不高，井径较小，则可选用,空气压缩机（风泵）,。,（,4,）井径小、埋藏较深、涌水量较小，可采用,射流泵,。,选择抽水设备时，应考虑,吸程,、,扬程,、,出水量,、能否满足设计要求；还要考虑,孔深、孔径,是否满足水泵等设备下入的要求，以及搬迁难易及花费大小等。,5,抽水试验设备及用具,*,当前抽水试验中经常使用的有离心泵、深井泵、风泵和射流泵等（见下表）。,5,抽水试验设备及用具,*,二、过滤器,过滤器是抽水井中能起过滤作用的管状物,。合适的过滤器能防止疏松和破碎的岩石进入井中，从而保护井壁、防止井淤，以及防止井附近地面下沉或塌陷，以保证抽水的正常进行。过滤器应具有：,（,1,）较大的孔隙度,和一定的直径，以减小过滤器的阻力；,（,2,）足够的强度,，以保证起拔安装；,（,3,）,足够的,抗腐蚀能力,，耐用；,（,4,）成本低廉,。,在井壁完整的基岩孔中抽水，可不安装过滤器。,过滤器主要由,过滤骨架,和,过滤层,组成。过滤骨架起支撑作用。有两种结构：一为带网眼的管子；二为用钢筋间隔排列而成的管状物。管子材料可以是钢的、铸铁的、水泥的或塑料的。,勘探中多用钢管,。其上的孔眼多为圆形及长条形（参看图,4,7,）。,过滤层起着过滤作用。有分布于骨架外的密集缠丝、带孔眼的滤网及砾石充填层等几种。由不同骨架与不同过滤层可组合成各种过滤器。,5,抽水试验设备及用具,*,过滤器的分类见下表。,5,抽水试验设备及用具,*,5,抽水试验设备及用具,*,三、测水用具,抽水时用的测水用具包括,水位计,及,流量计,。,水位计：,在抽水试验中，常用的是,电测水位计、,万用表水位计,，使用时，当探头接融水面时，即可发出信号，据此确定水位。其信号可以是光的、声的或指针摆动。由于探头直径小，只需,2,3cm,的间隙即可测量。测量深度可达,100m,。误差小于,1cm,，但随深度增加，其误差会加大。这类水位计目前应用最广。目前我国正试制并开始使用一些既能,读出瞬时水位，又便于遥控或自记的测水位仪器。,对自流水,，若水位高出地表不多，可接套管测定水位；否则需安置,压力计,测定水位。,5,抽水试验设备及用具,*,流量计,：,目前生产中所用的主要是堰箱，,堰箱,是前方为,三角形,或,梯形,切口的水箱，箱中有,2,一,3,个促使水流稳定的,带孔隔板,（图,4,一,9,）。水自箱后部进入，从前方切口流出。适用于,100L,s,以内的流量的测定,。,还有一种,叶轮式孔口瞬时流量计,（,流速流量计,）。它是利用叶轮转速测定管中水的流速，从而换算出流量。叶轮转速由电子仪器读出。其优点是体积小、重量轻、操作简便。但也,不能用于空压机抽水,。,5,抽水试验设备及用具,5,抽水试验设备及用具,*,5,抽水试验设备及用具,*,在抽水试验进行过程中，需要及时对抽水试验的,基本观测数据,抽水流量（,Q,）、水位降深（,s,）,及,抽水延续时间（,t,）,进行现场检查与整理，并绘制出各种规定的,关系曲线,。,现场资料整理的主要目的是：,及时掌握抽水试验是否按要求正常地进行，,水位和流量的观测成果是否有异常。,通过所绘制的各种水位、流量与时间关系曲线及其与典型关系曲线的对比，判断实际抽水曲线是否达到水文地质参数计算取值的要求，并决定抽水试验是否需要,缩短、延长或终止,。,为水文地质参数计算提供可靠的原始资料。,6,抽水试验资料的整理,*,一、稳定流抽水试验现场资料整理的要求,对于稳定流抽水试验，除及时绘制出,Q,t,和,s,t,曲线外，尚需绘制出,Q,s,和,q,s,关系曲线（,q,为单位降深涌水量）（,Q,、,s,、,q,均为稳定时段内的平均值）。,Q,t,、,s,t,曲线可及时帮助我们了解,抽水试验进行得是否正常,；而,Q,s,和,q,s,曲线则可帮助我们了解,曲线形态是否正确地反映了含水层的类型和边界性质,，检验试验是否有人为错误。图,5,4,、图,5,5,表示了抽水试验常见的各种,Q,s,和,q,s,曲线类型：,6,抽水试验资料的整理,*,6,抽水试验资料的整理,*,曲线,表示,承压井流,（或厚度很大、降深相对较小的潜水井流）；,曲线,表示,潜水,或承压转无压的井流（或为三维流、紊流影响下的承压井流）；,曲线,表示从某一降深值起,，,涌水量随降深的加大而增加很少,；,曲线,表示,补给衰竭或水流受阻,，随,s,加大,Q,反而减少；,曲线,通常表明,试验有错误,，,但也可能反映在抽水过程中，原来被堵塞的裂隙、岩溶通道被突然疏通等情况的出现。,6,抽水试验资料的整理,*,二、非稳定流抽水试验现场资料整理的要求,对于定流量的非稳定流抽水试验，在抽水试验过程中主要是编绘出,水位降深,s,和,时间,t,的各类关系曲线,，这些曲线，除用于及时掌握抽水试验进行得是否正常和帮助确定试验的延续、终止时间外，主要是为,计算水文地质参数,服务的。故须在抽水试验现场编绘出能满足所选用参数计算方法要求的,曲线,形式。在一般情况下：,（,1,）首先编绘的是,s,lgt,或,lgs,lgt,曲线,；,（,2,）当水位观测孔较多时，尚需编绘,s,lgr,或,s,lg,（,t/r,2,）曲线,（式中,r,为观测孔至抽水主孔距离）；,（,3,）对于恢复水位观测资料，须编绘出,s,lg,（,1+t,p,/t,）和,s*,lg,（,t/t,）,，其中，,s,为剩余水位降深,；,s*,为水位回升高度,；,t,p,为抽水的持续时间；,t,为停抽后算起的水位恢复时间；,t,为从抽水试验开始至水位恢复到某一高度的时间。,6,抽水试验资料的整理,*,三、对群孔干扰抽水试验现场资料整理的要求,除编绘出各抽水孔和观测孔的,s,t,（对,稳定流,抽水）、,s,lgt,或,lgs,lgt,（对,非稳定流,抽水）曲线和各抽水孔流量、群孔总流量过程曲线外，尚须编绘试验区抽水开始前的,初始等水位线图,、,不同抽水时刻的等水位线图,、不同方向的水位下降漏斗剖面图及水位恢复阶段的等水位线图，有时还需编制某一时刻的,等降深图,等。,6,抽水试验资料的整理,*,一、渗水试验,渗水试验,是一种在野外现场测定,包气带,上层垂向渗透性的简易方法,。,在研究大气降水、灌溉水、渠水、暂时性表流等对地下水的补给量时，常需进行此种试验。,其方法是，在试验层中开挖一个截面积不大（,0.3,一,0.5m,2,）的,方形,或圆形试坑，不断,将水注入坑中,，并使坑底的,水层厚度,保持一定（一般为,10cm,厚,，见图,5,6,）。,7,其他水文地质野外试验,*,当单位时间注入水量（即包气带岩层的渗透流量）保持稳定时，则可根据,达西渗透定律计算,出包气带土层的,渗透系数,，包气带上层的垂向渗透系数（,K,），实际上就等于,试坑底单位面积上的渗透流量,（单位面积注入水量），亦即渗入水在包气带土层中的渗透速度（,V,）。一般要求在试验现场及时绘制出,V,随时间,t,的过程曲线（图,5,7,），其稳定后的,V,值（即图中的,V7,）即为,包气带土层的渗透系数（,K,）,。,7,其他水文地质野外试验,由于直接从试坑中渗水，未考虑注入水向试坑以外土层中,侧向渗入的影响,（使渗透断面加大，单位面积入渗量增加），故所求得的,K,值常常偏大,。为克服此种侧向渗水的影响，目前多采用如图,5,一,8,所示的,双环,(,双套环,),渗水试验装置,，内外环间水体下渗所形成的,环状水围幕,即可阻止内环水向侧向渗透。,7,其他水文地质野外试验,*,二、钻孔注水试验,当钻孔中地下水位埋藏很深或试验层为,透水不含水,时，可用注水试验代替抽水试验，近似地测定该岩层的渗透系数。,注水试验形成的流场图，正好和抽水试验相反（图,5,9,）。抽水试验是在含水层天然水位以下形成上大、下小的,正向疏干漏斗,；而注水试验则是在地下水天然水位以上形成反向的充水漏斗。对于常用的稳定流注水试验，其渗透系数,K,的计算公式与抽水井的裘布衣（,Dupuit,）,K,值计算公式相似。,其不同点仅是注入水的运动方向和抽水井中地下水运动方向相反，故水力坡度为负值。,7,其他水文地质野外试验,*,三、地下水示踪试验,地下水示踪试验,是指通过钻孔或地下坑道将某种能指示地下水运动途径的示剂注入含水层中，并借助下游井、孔、泉或坑道进行监测和取样分析，来研究地下水和其,溶质,成分运移过程的一种试验方法。进行试验的主要,目的,是测定,水动力弥散系数,，同时亦可确定地下水的流向、流速和运动途径。,水动力弥散系数,，是建立地下水,溶质运移模型,和预测水质演变过程的最,重要的参数,。下面主要讨论有关测定弥散系数的问题。,7,其他水文地质野外试验,*,1,弥散系数的基本概念,当可,溶解物质进入地下水,后，便会在分子热动力作用（又称,分子扩散作用,）和水动力作用（,对流作用,）下逐渐地扩展，可溶解物质的,浓度将被逐渐稀释,。,水动力弥散系数,便,是描述,该,溶解物质浓度稀释过程的时间、空间变化规律和描述地下水溶质运移、进行水质预测的重要参数。,。,7,其他水文地质野外试验,*,关于弥散系数，还须理解两个重要概念：,由于,弥散作用,是在,分子扩散,和,对流作用,下共同形成的，因此,弥散系数,（,D,）（又称水动力弥散系数）等于,分子扩散系数D,）与,对流弥散系数,（,D,）（又称机械弥散系数）之和。,在地下水流速较大时,，,对流弥散系数,是主要的；,当地下水流速较小时,，,分子扩散系数,是主要的。,由于,弥散是有方向的,，因此弥散系数是指三维空间上的值，即弥散系数（,D,）包括地下水流方向上的,纵向弥散系数（,D,L,）,、横向上的,横向弥散系数（,D,T,）,及垂向上的垂向弥散系数。,但在大多数实际问题中，含水层中的,地下水均具有一定的流速,，而垂向上的水流运动也不十分显著，故,常把,分子扩散作用,与,垂向弥散作用,忽略,不计。因此，通过野外现场测得的，常是以,对流弥散作用为主,的,纵向,和,横向弥散系数,。,7,其他水文地质野外试验,*,2,试验方法简介,野外示踪试验是在沿地下水流向布置的试验井组中进行的。井组由,上游的投源井,（又称主井）和,下游的监测井,（,接收井,或称取样并）组成。为保证捕捉到来自投源井的示踪晕和提高试验精度，应在,地下水主流线及其两侧,与主孔不同距离并与主孔同心的圆弧上布置监测井。一般布置,l,3,层，,每层布置,3,口监测井,（图,5,10,）。由于示踪晕沿地下水流方向的扩散范围常常要远远大于垂直水流方向的范围，故,主流向两侧的监测井不能距主流线轴太远,。由主流线上监测井、投源井与侧面监测井构成的夹角，一般,15,（,扇角,30,）。,7,其他水文地质野外试验,*,7,其他水文地质野外试验,*,进行试验时，首先将,示踪剂,以脉冲或连续方式,注入投源井,中的含水层，并使示踪剂溶液与含水层地下水混合均匀。然后，严格,定时测量,投源井与监测井中的,水位变化,，观测试验井中,示踪剂的浓度变化,；同时，观测监测井中,示踪剂的出现,。,待示踪晕的前缘在监测井中出现后，应加密观测（取样）次数，以准确的测定出示踪剂前缘和峰值到达监测井的时间。,根据监测井中示踪剂浓度随时间的变化资料,，利用有关的公式，便可计算出地下水的,流速,和,纵向弥散系数,。,7,其他水文地质野外试验,*,（,1,）将从监测井中得到的示踪剂浓度变化资料，绘制成,示踪剂浓度,C,R,和监测,时间,t,的相关曲线，并将此曲线与弥散方程解析解的,标准量板曲线（,C,R,一,t,R,曲线）相匹配,（图,5,11,），即可计算出,纵向弥散系数。,7,其他水文地质野外试验,*,（,2,）也可根据,投源井到监测井的,距离,和,示踪剂从投源井到监测井,的,时间,（一般选取监测井中示踪剂出现初值与峰值出现时间的中间值），近似地计算出,地下水的流速。,7,其他水文地质野外试验,*,3,示踪剂的选择,示踪剂的选择是一项重要工作，往往是试验成败的关键。理想的示踪剂应是,无毒、价廉、能随水流动,，且容,易检出,，在一定时间内,稳定,和,不易被岩石吸附和滤掉,。目前我国常用的示踪剂主要是,化学试剂；染料,。化学试剂有,NaCI,、CaCI,2,、,NH,4,CI,、,NaNO,2,、,NaNO,3,等。国外用的指示剂较多，有微生物、同位素、氟碳化物（氟里昂）等。微生物中值得提出的是酵母菌，它无毒、便宜、易检出，既可用于孔隙、又可用于较大的岩溶通道。稳定同位素有,2,H,、,13,C,、,15,N,、等，但以,2,H,为优。放射性同位素中有,3,H,、,198,Au,等，但毒性问题未解决，其中,3,H,组成水分子，与水一起运动，则较理想。这种方法需专门仪器检出，较费时费钱（尤其是稳定同位素）。其优点在于用量小，能在较长的距离内示踪。,尚需指明，上述示踪试验只适用于孔隙含水层和渗透性比较均匀的裂隙和岩溶含水层。对于岩溶管