抽水試驗(yàn)及其數(shù)據(jù)處理若干問(wèn)題淺析

■李靜陳堯堯

（1湖北省地質(zhì)環(huán)境總站 湖北武漢430000；2湖北省地質(zhì)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì) 湖北荊州434020）

抽水試驗(yàn)及其數(shù)據(jù)處理若干問(wèn)題淺析

■李靜1陳堯堯2

（1湖北省地質(zhì)環(huán)境總站 湖北武漢430000；2湖北省地質(zhì)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì) 湖北荊州434020）

抽水試驗(yàn)是正確地獲得水文地質(zhì)參數(shù)極為重要的手段。工作中一般采用單孔、多孔、群孔抽水試驗(yàn)資料來(lái)求解水文地質(zhì)參數(shù)。但在實(shí)際工作中，受客觀條件限制，多采用單孔抽水試驗(yàn)來(lái)求解水文地質(zhì)參數(shù)。

抽水試驗(yàn)分類試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

先進(jìn)的水文地質(zhì)勘探技術(shù)，是保證地下水資源合理開(kāi)發(fā)利用的前提。抽水試驗(yàn)作為水文地質(zhì)工作中一項(xiàng)極其重要的手段，具有十分重要的作用。筆者根據(jù)多年工作經(jīng)驗(yàn)，將水文地質(zhì)勘查中抽水試驗(yàn)及其數(shù)據(jù)處理的若干問(wèn)題進(jìn)行了淺析，分述如下：

1　抽水試驗(yàn)的目的及分類

1.1抽水試驗(yàn)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(dǎo)水系數(shù)T、給水度μ、彈性釋水系數(shù)μe、導(dǎo)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(guò)測(cè)定井孔涌水量及其與水位下降（降深）之間的關(guān)系，分析確定含水層的富水程度、評(píng)價(jià)井孔的出水能力。

（3）為取水工程設(shè)計(jì)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(hào)。

（4）確定水位下降漏斗的形狀、大小及其隨時(shí)間的增長(zhǎng)速度，直接評(píng)價(jià)水源地的可開(kāi)采量。

（5）查明某些手段難以查明的水文地質(zhì)條件，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(jiǎn)單邊界的位置、地下水補(bǔ)給通道、強(qiáng)徑流帶位置等。

1.2抽水試驗(yàn)分類

主要分為單孔抽水、多孔抽水、群孔干擾抽水和試驗(yàn)性開(kāi)采抽水。

（1）單孔抽水試驗(yàn)：僅在一個(gè)試驗(yàn)孔中抽水，用以確定涌水量與水位降深的關(guān)系，概略取得含水層滲透系數(shù)；

（2）多孔抽水試驗(yàn)：在一個(gè)主孔內(nèi)抽水，在其周圍設(shè)置若干個(gè)觀測(cè)孔觀測(cè)地下水位。通過(guò)多孔抽水試驗(yàn)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(yàn)：在影響半徑范圍內(nèi)，兩個(gè)或兩個(gè)以上鉆孔中同時(shí)進(jìn)行的抽水試驗(yàn)；通過(guò)干擾抽水試驗(yàn)確定水位下降與總涌水量的關(guān)系，從而預(yù)測(cè)一定降深下的開(kāi)采量或一定開(kāi)采定額下的水位降深值，同時(shí)為確定合理的布井方案提供依據(jù)；

（4）試驗(yàn)性開(kāi)采抽水試驗(yàn)：是模擬未來(lái)開(kāi)采方案而進(jìn)行的抽水試驗(yàn)。一般在地下水天然補(bǔ)給量不很充沛或補(bǔ)給量不易查清，或者勘察工作量有限而又缺乏地下水長(zhǎng)期觀測(cè)資料的水源地，為充分暴露水文地質(zhì)問(wèn)題，宜進(jìn)行試驗(yàn)性開(kāi)采抽水試驗(yàn)，并用鉆孔實(shí)際出水量作為評(píng)價(jià)地下水可開(kāi)采量的依據(jù)。

2　對(duì)穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流試驗(yàn)的簡(jiǎn)單剖析

地下水向垂直集水構(gòu)筑物運(yùn)動(dòng)的公式主要有兩個(gè)：一個(gè)是穩(wěn)定流的裘布依公式；一個(gè)是非穩(wěn)定流的泰斯公式。

穩(wěn)定流的裘布依公式主要是假定在長(zhǎng)期抽水過(guò)程中水位一直保持穩(wěn)定，流入井的地下水從圓柱形的側(cè)面源源不斷地得到補(bǔ)給。即像在圓形孤島中抽水一樣，水從圓形孤島周圍得到補(bǔ)給。我們知道這種假定在地下水系統(tǒng)是罕見(jiàn)的。

泰斯公式把地下水運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定流推廣到普遍的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為地下水動(dòng)力學(xué)的研究提供了新的途徑?？商┧构揭彩窃谝欢ǖ募僭O(shè)條件下建立的，也必然有它的不足之處。但它的優(yōu)點(diǎn)是基本反映了地下水呈非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，因?yàn)樽匀唤绲叵滤幱诜欠€(wěn)定運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的、普遍的；處于穩(wěn)定狀態(tài)是相對(duì)的、局部的。公式中還考慮了時(shí)間因素，而地下水的各類運(yùn)動(dòng)要素又是隨著時(shí)間變化的。因此，利用泰斯公式計(jì)算參數(shù)是比較接近實(shí)際的。

3　計(jì)算公式的選擇問(wèn)題

在非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)中，利用單井試驗(yàn)資料計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)有：直線圖解法、標(biāo)準(zhǔn)曲線配線法、恢復(fù)水位法等多種方法。但在大降深長(zhǎng)時(shí)間抽水時(shí)，井周圍將產(chǎn)生地下水運(yùn)動(dòng)的三維流區(qū)，而單井試驗(yàn)觀測(cè)資料恰在三維流區(qū)的匯點(diǎn)，必將產(chǎn)生三維流影響的水頭損失，如試驗(yàn)采用三次降深時(shí)，可用三次試驗(yàn)資料對(duì)水躍值（井損值）進(jìn)行修正?？墒欠欠€(wěn)定流試驗(yàn)一般只做一次降深，無(wú)法對(duì)井損值修正。因此，不加分析直接利用上述公式計(jì)算，勢(shì)必產(chǎn)生誤差。為了避免水頭損失對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，就必須選擇合理的計(jì)算公式和方法。我們對(duì)以上三種方法進(jìn)行簡(jiǎn)單分析：直線圖解法和配線法均是利用抽水實(shí)時(shí)水位和末水位，而兩者都是帶有井損值的，因此，不加修正直接計(jì)算結(jié)果是有誤差的；水位恢復(fù)法，利用的是抽水結(jié)束以后水位變化資料，基本避開(kāi)了抽水時(shí)產(chǎn)生的三維流對(duì)水位變化的影響。當(dāng)然，在水位恢復(fù)的最初階段，也存在著井損值的恢復(fù)過(guò)程，我們?cè)O(shè)井損值為△H，井徑為rw，為克服井損值需要填滿的溶積為V=πrw2△H。

4　穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)中對(duì)Q～S曲線的重新認(rèn)識(shí)

教科書(shū)中把穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)Q～S曲線分為五種類型，其主要作用是判別含水層的水力特征，即是承壓水還是潛水；檢驗(yàn)抽水試驗(yàn)成果的正確性。習(xí)慣認(rèn)為：當(dāng)Q～S曲線呈直線時(shí)為承壓水；呈曲線時(shí)為潛水、水量不足、洗孔不徹底或抽水有誤，這種觀點(diǎn)是不切實(shí)際的。在我們生產(chǎn)實(shí)踐中，有很多承壓水Q～S曲線是曲線型的，直線型只是無(wú)水頭損失的一種。然而，當(dāng)實(shí)際抽水沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果時(shí)，為了使Q～S曲線和教科書(shū)上吻合，往往人為調(diào)節(jié)Sw和Q值，以期符合某一標(biāo)準(zhǔn)，這種做法是錯(cuò)誤的，直接影響了參數(shù)計(jì)算的精度，也將使資源評(píng)價(jià)差之毫厘謬以千里。

5　井損值（水躍值）問(wèn)題

裘布依公式?jīng)]有考慮水躍值問(wèn)題，公式中的h實(shí)際是井壁外的水位，而直接測(cè)得的水位卻是比h低一個(gè)△h的井中水位。當(dāng)降深較小、含水層較厚且裸眼成井時(shí)水躍值較小，井內(nèi)、外水位基本一致，水躍值可忽略不計(jì)。當(dāng)大降深抽水時(shí)，井孔成為強(qiáng)紊流匯點(diǎn)，水躍值存在，利用裘布依公式作抽水井的水頭表達(dá)式，進(jìn)行其它參數(shù)計(jì)算時(shí)就有誤差了。在許多計(jì)算實(shí)例中，紊流水位降可比層流水位降大1—3倍，尤其在強(qiáng)滲透巖層中抽水，由于、下濾水管等原因，紊流阻力更大。因此利用主孔測(cè)得的降深值進(jìn)行計(jì)算參數(shù)時(shí)，必須對(duì)實(shí)測(cè)值進(jìn)行修正。

[1]郭麗娟.水文地質(zhì)勘探孔分層抽水試驗(yàn)技術(shù)實(shí)踐 [J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（27）

[2]李愛(ài)平，張國(guó)飛，姜慧琴，王瑞東，蘆小燕.淺談巖土工程勘察中抽水試驗(yàn)中的幾個(gè)問(wèn)題 [J].地下水，2012（05）.

[3]沈超.抽水試驗(yàn)自動(dòng)化采集系統(tǒng)及工程應(yīng)用 [J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2011（S2）.

[4]張大民.混合抽水與分段抽水對(duì)礦坑涌水量評(píng)價(jià)的影響 [J].陜西煤炭，2009（03）.

P5[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-2-183-1