抽水試驗規(guī)范方法及計算公式

1、第四章 抽水試驗抽水試驗是確定含水層參數(shù)，了解水文地質(zhì)條件的主要方法。采用主孔抽水、帶有多個觀測孔的群孔抽水試驗，包括非穩(wěn)定流和穩(wěn)定流抽水實驗，要求觀測抽水期間和水位恢復期間的水位、流量、水溫、氣溫等內(nèi)容。要求了解試驗基地及其所在地區(qū)的水文氣象、地質(zhì)地貌及水文地質(zhì)條件，了解并掌握抽水試驗的目的意義、工作程序、現(xiàn)場記錄的主要內(nèi)容、數(shù)據(jù)采集與處理方法，掌握相關資料的整理、編錄方法和要求，了解對抽水試驗工作質(zhì)量進行評價的一般原則，能夠利用學過的理論及方法進行水文地質(zhì)參數(shù)計算，并對參數(shù)的合理性和精確性進行分析和檢驗。§4.1 基本要求掌握抽水試驗的目的、分類、方法及抽水試驗準備工作。4.1.

2、1 抽水試驗的目的(1) 確定含水層及越流層的水文地質(zhì)參數(shù)：滲透系數(shù) K、導水系數(shù) T、給水度ì、彈性釋水系數(shù)ì、導壓系數(shù) a、弱透水層滲透系數(shù) K'、越流系數(shù) b、越流因素 B、影響半徑 R 等。(2) 通過測定井孔涌水量及其與水位下降（降深）之間的關系，分析確定含水層的富水程度、評價井孔的出水能力。(3) 為取水工程設計提供所需的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，如影響半徑、單井出水量、單位出水量、井間干擾出水量、干擾系數(shù)等，依據(jù)降深和流量選擇適宜的水泵型號。(4) 確定水位下降漏斗的形狀、大小及其隨時間的增長速度；直接評價水源地的可開采量。(5) 查明某些手段難以查明的水文地質(zhì)條

3、件，如確定各含水層間以及與地表水之間的水力聯(lián)系、邊界的性質(zhì)及簡單邊界的位置、地下水補給通道、強徑流帶位置等。4.1.2 抽水試驗分類抽水試驗主要分為單孔抽水、多孔抽水、群孔干擾抽水和試驗性開采抽水。（1）單孔抽水試驗：僅在一個試驗孔中抽水，用以確定涌水量與水位降深的關系，概略取得含水層滲透系數(shù)。（2）多孔抽水試驗：在一個主孔內(nèi)抽水，在其周圍設置若干個觀測孔觀測地下水位。通過多孔抽水試驗可以求得較為確切的水文地質(zhì)參數(shù)和含水層不同方向的滲透性能及邊界條件等。（3）群孔干擾抽水試驗：在影響半徑范圍內(nèi)，兩個或兩個以上鉆孔中同時進行的抽水試驗；通過干擾抽水試驗確定水位下降與總涌水量的關系，從而預測一定降

4、深下的開采量或一定開采定額下的水位降深值，同時為確定合理的布井方案提供依據(jù)。（4）試驗性開采抽水試驗：是模擬未來開采方案而進行的抽水試驗。一般在地下水天然補給量不很充沛或補給量不易查清，或者勘察工作量有限而又缺乏地下水長期觀測資料的水源地，為充分暴露水文地質(zhì)問題，宜進行試驗性開采抽水試驗，并用鉆孔實際出水量作為評價地下水可開采量的依據(jù)。124.1.3 抽水試驗的方法單孔抽水試驗采用穩(wěn)定流抽水試驗方法，多孔抽水、群孔干擾抽水和試驗性開采抽水試驗一般采用非穩(wěn)定流抽水試驗方法。在特殊條件下也可采用變流量(階梯流量或連續(xù)降低抽水流量)抽水試驗方法。抽水試驗孔宜采用完整井(巨厚含水層可采用非完整井)。觀

5、測孔深應盡量與抽水孔一致。4.1.4 抽水試驗準備工作(1) 除單孔抽水試驗外，均應編制抽水試驗設計任務書；(2) 測量抽水孔及觀測孔深度，如發(fā)現(xiàn)沉淀管內(nèi)有沉砂應清洗干凈；(3) 做一次最大降深的試驗性抽水，作為選擇和分配抽水試驗水位降深值的依據(jù)；(4) 在正式抽水前數(shù)日對所有的抽水孔和觀測孔及其附近有關水點進行水位統(tǒng)測，編制抽水試驗前初始水位等水位線圖，如果地下水位日變化很大時，還應取得典型地段抽水前的日水位動態(tài)曲線；(5) 為防止抽出水的回滲，在預計抽水影響范圍內(nèi)的排水溝必須采取防滲措施。當表層有 3 m以上的粘土或亞粘土時，一般可直接挖溝排水。(6) 需要對多層含水層地下水進行分層評價時

6、，應分層進行抽水試驗，或用井中流速、流量儀解決分層抽水問題。抽水試驗工作量要求見表 4-1。表 4-1抽水試驗工作量一覽表勘察階段試驗類別孔隙水巖溶水裂隙水初抽水鉆孔占控制性勘探孔(不包>60凡具有供水價值和對參數(shù)計算有步單孔抽水括觀測孔)數(shù)的百分比 /%意義的鉆孔均應抽水勘察穩(wěn)定時間/h824階段多孔抽水抽水孔組數(shù)最短延續(xù)時間 /d每個有供水價值的參數(shù)區(qū)至少 1 組7 10續(xù)表 4-1勘察階段試驗類別孔隙水巖溶水裂隙水抽水孔組數(shù)1詳細群孔干擾抽水總抽水量占提交可開采量的百分比 /%>30>50勘察最短延續(xù)時間/d1015階段試驗性開采抽水抽水孔組數(shù)總出水量最短延續(xù)時間/d1

7、*接近需水量30 (枯水期進行)1*凡作了群孔干擾抽水試驗的水源地，可不作試驗性開采抽水試驗。§4.2 抽水試驗孔布置要求4.2.1 抽水孔的布置要求抽水孔的布置應符合下列要求：(1) 對勘察區(qū)水文地質(zhì)條件具有控制意義的典型地段，應布置單孔抽水試驗孔，根據(jù)單孔抽水試驗資料計算的水文地質(zhì)參數(shù)編制參數(shù)分區(qū)圖；(2) 多孔抽水試驗孔組，一般參照導水系數(shù)分區(qū)圖，并結(jié)合水文地質(zhì)條件布置，每個有供水意義的參數(shù)區(qū)至少布置一組，其抽水試驗資料所求參數(shù)可作為該區(qū)計算參數(shù)(不用平均參數(shù))；(3) 群孔干擾抽水試驗和試驗性開采抽水試驗應在擬建水源地范圍內(nèi)，選擇有代表性的典型地段，并結(jié)合開采生產(chǎn)井布置。4.

8、2.2 觀測孔的布置要求觀測孔的布置應符合下列要求：(1) 為了計算水文地質(zhì)參數(shù)，在抽水孔的一側(cè)宜垂直地下水的流向布置 23 個觀測孔。(2) 為了測定含水層不同方向的非均質(zhì)性或確定抽水影響半徑，可以根據(jù)含水層的不同情況，以抽水孔為中心布置 14 條觀測線；如有兩條觀測線，一條垂直地下水流向，另一條宜平行地下水流向。(3) 群孔干擾抽水試驗和試驗性開采抽水試驗應在抽水孔組中心布置一個觀測孔；為查明相鄰已采水源地的影響，應在連接兩個開采中心方向布置觀測孔。為確定水位下降漏斗形態(tài)和補給(或隔水)邊界，應在邊界和外圍一定范圍內(nèi)布設一定數(shù)量的觀測孔。(4) 多孔抽水孔組的第一個觀測孔應盡量避開三維流的

9、影響，相鄰兩觀測孔的水位下降值相差不小于 0.1 m，最遠觀測孔的下降值不宜小于 0.2 m，各觀測孔應在對數(shù)數(shù)軸上呈均勻分布。(5) 在半承壓水含水層進行抽水試驗時，宜在觀測孔附近覆蓋層(半透水層或弱含水層)中布置副觀測孔。(6) 在進行試驗性開采抽水試驗時，應在水位下降漏斗范圍內(nèi)的重要建筑物附近增設工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)觀測點。§4.3 穩(wěn)定流抽水試驗要求4.3.1 水位降深穩(wěn)定流抽水試驗一般進行三次水位降深，最大降深值應按抽水設備能力確定。水位降深順序，基巖含水層一般宜先大后小，松散含水層宜按先小后大逐次進行。4.3.2 涌水量及水位變化在穩(wěn)定延續(xù)時間內(nèi)，涌水量和動水位與時間關系曲

10、線在一定范圍內(nèi)波動，而且沒有持續(xù)上升或下降的趨勢。當水位降深小于 10 m，用壓風機抽水時，抽水孔水位波動值不得超過 1020 cm；用離心泵、深井泵等抽水時，水位波動值不超過 5 cm。一般不應超過平均水位降深值的 1，涌水量波動值不能超過平均流量的 3。注意： 當有觀測孔時，應以最遠觀測孔的動水位判定； 應考慮自然水位影響； 在濱海地區(qū)應考慮潮汐對動水位的影響。4.3.3 觀測頻率及精度要求(1) 水位觀測時間一般在抽水開始后第 1、3、5、10、20、30、45、60、75、90 min 進行觀測，以后每隔 30 min 觀測一次，穩(wěn)定后可延至 1h 觀測一次。水位讀數(shù)應準確到厘米（cm

11、）；(2) 涌水量觀測應與水位觀測同步進行；當采用堰箱或孔板流量計時，讀數(shù)應準確到毫米（mm）；注意：為保證測量精度要求，可根據(jù)流量大小，選用不同規(guī)格的堰箱。當流量小于 10 L/s時，堰箱斷面面積應大于 25 dm2(即 0.5×0.5 m)；流量為 1050 L/s 時，堰箱斷面面積應大于 100 dm2(即 1×1 m)；流量為 50100 L/s 時，堰箱斷面面積應大于 200 dm2 (即 1×2 m)。(3) 水溫、氣溫宜 24 h 觀測一次，讀數(shù)應準確到 0.5 ，觀測時間應與水位觀測時間相對應。4.3.4 恢復水位觀測要求停泵后應立即觀測恢復水位，

12、觀測時間間隔與抽水試驗要求基本相同。若連續(xù) 3 h 水位不變，或水位呈單向變化，連續(xù) 4 h 內(nèi)每小時水位變化不超過 1 cm，或者水位升降與自然水位變化相一致時，即可停止觀測。試驗結(jié)束后應測量孔深，確定過濾器掩埋部分長度。淤砂部位應在過濾器有效長度以下，否則，試驗應重新進行。§4.4 非穩(wěn)定流抽水試驗要求4.4.1 鉆孔涌水量鉆孔涌水量應保持常量，其變化幅度不大于 3。4.4.2 抽水延續(xù)時間抽水延續(xù)時間除滿足表 4-1 的要求外，并可結(jié)合最遠觀測孔水位下降與時間關系曲線S(或h2)-lgt來確定。(1) 當 S(或h2)-lgt 曲線至拐點后出現(xiàn)平緩段，并可以推出最大水位降深時，

13、抽水方可結(jié)束；注意：在承壓含水層中抽水，采用 S-lg t 曲線，在潛水含水層中抽水采用h2-lgt 曲線。h2 是指潛水含水層在自然情況下的厚度 H 和抽水試驗時的厚度 h 的平方差，即h2H2-h2。(2) 當 S(或h2)-lgt 曲線沒有拐點或出現(xiàn)幾個拐點，則延續(xù)時間宜根據(jù)試驗的目的確定。4.4.3 觀測頻率及精度要求觀測頻率及精度應符合下列要求：(1) 水位觀測宜按第 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、120 min 進行觀測，以后每隔 30 min 觀測一次，其余觀測項目及精度要

14、求可參照穩(wěn)定流抽水試驗要求進行；(2) 抽水孔與觀測孔水位必須同步觀測；(3) 抽水結(jié)束后，或試驗期間因故中斷抽水時，應觀測恢復水位，觀測頻率應與抽水時一致，水位應恢復到接近抽水前的靜止水位。4.4.4 群孔干擾抽水試驗要求群孔干擾抽水試驗除按非穩(wěn)定流抽水要求進行外，還應滿足下列要求：(1) 干擾孔之間的距離，應保證一孔抽水，使另一孔產(chǎn)生一定的水位削減；(2) 水位降深次數(shù)應根據(jù)設計目的而定，一般應盡抽水設備能力做一次最大降深；(3) 各干擾孔過濾器的規(guī)格和安裝深度應盡量相同；(4) 各抽水孔抽水起、止時間應該相同；(5) 試驗過程中，宜同時對泉和可能受影響的地表水點進行水位、流量和水溫的觀測

15、。4.4.5 試驗性開采抽水試驗試驗性開采抽水試驗除按群孔干擾抽水要求進行外，還應滿足下列要求：(1) 抽水試驗一般在枯水期進行；(2) 抽水鉆孔總涌水量盡量接近設計需水量；(3) 水位下降漏斗中心水位穩(wěn)定時間不宜少于一個月；(4) 若水位不能達到穩(wěn)定，應及時調(diào)節(jié)總涌水量，使其達到穩(wěn)定。§4.5 抽水試驗資料整理及參數(shù)確定方法4.5.1 抽水試驗資料整理試驗期間，對原始資料和表格應及時進行整理。試驗結(jié)束后，應進行資料分析、整理，提交抽水試驗報告。單孔抽水試驗應提交抽水試驗綜合成果表，其內(nèi)容包括：水位和流量過程曲線、水位和流量關系曲線、水位和時間(單對數(shù)及雙對數(shù))關系曲線、恢復水位與時

16、間關系曲線、抽水成果、水質(zhì)化驗成果、水文地質(zhì)計算成果、施工技術柱狀圖、鉆孔平面位置圖等。并利用單孔抽水試驗資料編繪導水系數(shù)分區(qū)圖。多孔抽水試驗還應提交抽水試驗地下水水位下降漏斗平面圖、剖面圖。群孔干擾抽水試驗和試驗性開采抽水試驗還應提交抽水孔和觀測孔平面位置圖(以水文地質(zhì)圖為底圖)、勘察區(qū)初始水位等水位線圖、水位下降漏斗發(fā)展趨勢圖(編制等水位線圖系列)、水位下降漏斗剖面圖、水位恢復后的等水位線圖、觀測孔的 S-t、S-lg t 曲線、各抽水孔單孔流量和孔組總流量過程曲線等。注意：要消除區(qū)域水位下降值；在基巖地區(qū)要消除固體潮的影響；傍河抽水要消除河水位變化對抽水孔水位變化的影響。多孔抽水試驗、群

17、孔干擾抽水試驗和試驗性開采抽水試驗均應編寫試驗小結(jié)，其內(nèi)容包括：試驗目的、要求、方法、獲得的主要成果及其質(zhì)量評述和結(jié)論。4.5.2 穩(wěn)定流抽水試驗求參方法求參方法可以采用 Dupuit 公式法和 Thiem 公式法。1.只有抽水孔觀測資料時的 Dupuit 公式承壓完整井：K =Q2ð swMlnRrwR = 10sw K潛水完整井：K =Qð ( H 2 h 2 )lnRrwR = 2sw KH式中 K含水層滲透系數(shù) (m/d);Q 抽水井流量 (m3/d);sw 抽水井中水位降深 (m);M承壓含水層厚度 (m);R 影響半徑 (m);H潛水含水層厚度 (m);h潛水含

18、水層抽水后的厚度 (m);rw抽水井半徑 (m)。2.當有抽水井和觀測孔的觀測資料時的 Dupuit 或 Thiem 公式承壓完整井：Thiem 公式：h1 hw =Q2ðKMrrw潛水完整井：h2 h1 =Q2ðKMrr1h12 hw2 =QðKMrrwln 1ln 2ln 1Thiem 公式：h22 h12 =QðKMrr1式中 hw 抽水井中水柱高度 (m);h1、h2與抽水井距離為 r1 和 r2 處觀測孔（井）中水柱高度 (m)，分別等于初始水位 H0與井中水位降深 s 之差，h1= H0 s1；h2= H0 s2。其余符號意義同前。當前水井中

19、的降深較大時，可采用修正降深。修正降深 s與實際降深 s 之間的關系為：s = s s 22H 04.5.3 非穩(wěn)定流抽水試驗求參方法4.5.3.1承壓水非穩(wěn)定流抽水試驗求參方法1.Theis 配線法在兩張相同刻度的雙對數(shù)坐標紙上，分別繪制 Theis 標準曲線 W(u)-1/u 和抽水試驗數(shù)據(jù)曲線 s-t，保持坐標軸平行，使兩條曲線配合，得到配合點 M 的水位降深s、時間t、Theis 井函數(shù)w(u)及1/u的數(shù)值，按下列公式計算參數(shù)（r 為抽水井半徑或觀測孔至抽水井的距離）：T =K =0.08QsTMw(u)s =a =4T t 1ur 2 1 4t u以上為降深時間法（s-t）。也可以

20、采用降深-時間距離法（s-t/r2）、降深-距離法（s-r）進行參數(shù)計算。2.Jacob 直線圖解法當抽水試驗時間較長，u= r2/(4at)<0.01 時，在半對數(shù)坐標紙上抽水試驗數(shù)據(jù)曲線 s-t 為一直線（延長后交時間軸于 t0， 此時 s=0.00 m），在直線段上任取兩點 t1、s1、t2、s2，則有3.Hantush 拐點半對數(shù)法T =0.183Qs 2 s1s =a =tt12.25Tt 0r 2r 22.25t 0ln 2r 2 ln 2對半承壓完整井的非穩(wěn)定流抽水試驗（存在越流量，K/b為越流系數(shù)），當抽水試驗時間較長，u= r2/(4at)<0.1 時，在半對數(shù)坐

21、標紙上抽水試驗數(shù)據(jù)曲線 s-t，外推確定最大水位降深 Smax，在 s-lgt 線上確定拐點 Si = Smax/2， 拐點處的斜率 mi 及時間 ti， 則有mi =2.3simis2 s1lg t2 lg t1r= e B K 0 ( )B查表求得：則：rBBrBT =s =mi2T tiB rerK 'b'=TB 24.水位恢復法當抽水試驗水位恢復時間較長，u= r2/(4at)<0.01 時，在半對數(shù)坐標紙上繪制停抽后水位恢復數(shù)據(jù)曲線 s-t，在直線段上任取兩點 t1，s1，t2，s2，則有T =0.183Qs1 s2tt1a =s =r 22.25t1Talg5

22、.水位恢復的直線斜率法當抽水試驗水位恢復時間較長，u= r2/(4at)<0.1 時，在半對數(shù)坐標紙上繪制停抽后水位恢復數(shù)據(jù)曲線 s-t，直線段的斜率為 B，則有T =B =2 . 3Q4ð Bsrtlgt't' = t t 04.5.3.2潛水非穩(wěn)定流抽水試驗求參方法潛水參數(shù)計算可采用仿泰斯公式法、Boulton 法和 Neuman 法。1.仿泰斯公式法rre K 0 ( ),0.183Q Bln 2s0 s1 t 210 s1 s2 t1H 02 hw2 =Q2ðKW (u)u =r 24at=r 2 ì4Tt式中 H0、hw初始水頭及抽

23、水后井中水頭；W(u)泰斯井函數(shù)；Q抽水井的流量(m3/d)；r到抽水井的距離(m)；t自抽水開始起算的時間(d)；T含水層的導水系數(shù)(m2/d)；T=Khm；hm -潛水含水層的平均厚度(m)；K含水層的滲透系數(shù)(m/d)；a-含水層的導壓系數(shù)(1/d)ì潛水含水層的給水度。具體計算時可采用配線法、直線圖解法、水位恢復法等。2.潛水完整井考慮遲后疏干的 Boulton 公式s =Q4ðTu2 u x áç (1 x 2 )t2u2shu2 J 0 x dx=Q4ðTw(ua , y ,rD)式中：í =ç 1ç=ìì * + ìç =ì * +ìì *抽水早期：D =Táì(疏干因素)s =Q4ðTW (u a ,rD)u a =r 24at=r 2 ì *4Tt抽水中期：抽水晚期：s =Q2ðTrK 0 ( )Ds =Q4ðTW (u y ,rD)u y =r 24at=r 2 ì4Tt可根據(jù)抽水早期、中期、晚期的觀測資料，采用相應的方法計算參數(shù)。3.Neuman 法對于潛水含水層完整井非穩(wěn)定流抽水試驗，也可以