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抽水試驗與湧水量評估

壹、抽水試驗

(壹)抽水試驗任務

1)確定各含水層的富水性或出水能力。

2)確定含水層的水文地質參數,如滲透系數(K)、導水系數(T)、導壓系數(a)、給水度(μ)等。

3)判斷地下水運動性質,了解地下水與地表水以及不同含水層之間的水力聯系。

4)判斷地下水系統的邊界性質及位置。

(二)抽水試驗基本要求

抽水試驗技術要求按GB—J27執行。

1)1∶5萬水文地質調查抽水試驗以帶觀測孔非穩定流抽水為主,穩定流抽水試驗為輔。

2)抽水試驗孔壹般宜采用完整井型。

3)抽水試驗壹般宜利用機民井或天然水點作觀測點;當需布置專門的抽水試驗觀測孔時,觀測孔布置應根據水文地質條件和要解決的水文地質問題確定。

4)對工作區水文地質條件具有控制意義的不同含水層(組)的典型地段,應有抽水試驗工作控制。

5)壹般抽水試驗不必做復雜的大規模的群孔抽水,以單孔抽水多孔觀測為主。

6)工作區有多個強含水層時,應布置少數的分層抽水試驗。

7)在抽水試驗前、中、後采取水樣,確定抽水對水質變化的影響。

(三)抽水試驗穩定延續時間和穩定標準

1)按穩定流公式計算參數時,壹般進行2~3次水位降深,其中最大降深值應視抽水設備能力確定。每次水位降深、降深與湧水量需保持8~24小時相對穩定。

抽水試驗水位下降穩定標準:穩定時間內,主孔水位波動值不超過水位降低值的3~5cm,觀測孔水位波動值不超過2~3cm。主孔湧水量波動值不能超過平均流量的3%。

2)按非穩定流公式計算參數時,非穩定狀態延續至s—lgt曲線呈直線延展時,其水平投影在lgt軸的數值(單位為分或秒)不少於兩個對數周期。抽水孔湧水量應基本保持常量,波動值不超過正常流量的3%,當湧水量很小時,可適當放寬。

(四)抽水試驗原始資料與成果

1)抽水試驗觀測記錄表,現場應繪制流量、水位、水溫等歷時曲線。

2)現場應繪制s—lgt、lgs—lgt曲線,有多個觀測孔時,還應繪制s—lgr曲線。

3)抽水試驗結束後,應對所有觀測資料進行檢查、校核,繪制各種關系曲線圖,計算水文地質參數,編制抽水試驗綜合成果表,編寫抽水試驗工作小結。

4)采用抽水孔抽水資料計算水文地質參數時,應消除井損影響。

以小關鎮水道口村水井為例,洗井結束後,水位恢復至靜止水位,地下水靜水位埋深為35.6m。於次日6時開始進行抽水試驗,***進行8小時,觀測時間序列為:0min、0.5min、1min、2min、3min、4min、5min、6mm、8min、10min、15min、20min、25mm、30min、40min、50min、60min、70min、80min、100min、120min、150min、180mm、240min、300min、360min、420min、480min。抽水試驗進行到240min時水位埋深降至108.8m,並持續兩小時不再變化,總降深為73.2m,平均湧水量為21.2m3/h。下午14時停泵結束抽水試驗,開始水位恢復記錄,於17時水位恢復至原靜止水位,並繼續進行觀測兩小時水位沒有變化(圖5-39和圖5-40)。

圖5-39 水道口村水井抽水試驗曲線

圖5-40 水道口村水井恢復試驗曲線

又如鐵匠爐村深水井在洗井結束後,水位恢復至靜止水位88.26m。於當日18時04分開始進行抽水試驗,***進行8小時,觀測時間序列為:0min、0.5min、1min、2min、3mm、4min、5min、6min、8min、10min、15min、20min、25min、30min、40min、50mm、60min、70min、80min、100min、120min、150min、180min、240min、300min、360min、420min、480min。抽水試驗進行到300min時水位降至92.83m,並持續兩小時不再變化,總降深為67m,平均湧水量為46.7m3/h。3月31日淩晨2時04分停泵結束抽水試驗,開始水位恢復記錄,於4時34分水位恢復至原靜止水位88.26m,並繼續進行觀測2.5小時水位沒有變化(圖5-41)。

二、湧水量評估

通過分析擬合非穩定流定流量抽水試驗s-t曲線,獲得了各水文地質參數(表5-4和表5-5)。其中,對於承壓水井,采用Theis公式進行水文地質參數求解,對於非承壓水井,則采用Neuman公式進行水文地質參數求解。通過Aquifer Test軟件進行曲線擬合,獲得各水文地質參數。在此基礎上得到了各井單井湧水量評估值(表5-6)。

圖5-41 鐵匠爐村水井抽水試驗水埋深歷時曲線

表5-4 承壓含水層水文地質參數

表5-5 非承壓含水層水文地質參數

表5-6 單井湧水量評估值

三、單井湧水量變化預測評估

利用各水文地質參數,在壹定時間和水位降深的條件下對各單井湧水量進行預測,預測時間為10年。其中,承壓含水層預測水位降深不低於承壓含水層的頂板,非承壓含水層水位降深不低於含水層厚度的2/3處,多以含水層厚度的1/3值為降深底板預測其湧水量。由於Neuman降深-時間曲線隨著抽水時間的延長,Neuman曲線漸與給水度所對應的Theis曲線壹致。因此,在預測時間為10年的情況下,承壓與非承壓水井均可采用Theis公式進行單井湧水量的預測。

由於預測時間長達10年,滿足 條件,Theis公式可以近似表示為

淮河流域(河南鞏義)嚴重缺水地區地下水勘查

因此,通過該公式計算可得各單井在10年內壹定降深條件下的單井湧水量(表5-7):

表5-7 水井定流量抽水水量預測表

由於野外實際的水文地質條件相比與Theis和Neuman公式所要求的條件復雜得多,因此所預測的水量會存在壹定偏差。同時,對於非承壓含水層,由於Neuman公式要求水位降深相比於含水層厚度要足夠小,所以非承壓含水層所預測的水量會比實際水量略大。因為在非承壓含水層中,隨著水位的降低,導水系數會隨之減小。

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