抽水試驗(抽水試驗規(guī)范)

抽水試驗

2.5.4.1 抽水試驗方法

定流量非穩(wěn)定流抽水試驗。

2.5.4.2 設(shè)備要求

建議原則上用潛水泵。

2.5.4.3 抽水試驗基本要求

(1)主孔與輔助孔完成后，分別進(jìn)行抽水試驗，并監(jiān)測水位;

(2)抽水試驗前必須保證徹底洗孔，洗到水清砂凈，可采用空壓機、活塞聯(lián)合洗井，必要時可采用CO2及化學(xué)洗井等方法;

(3)在進(jìn)行正式抽水前，必須進(jìn)行試抽工作，以便驗證風(fēng)管、測管的下入深度是否合理。試抽記錄要按正式要求進(jìn)行;

(4)需要進(jìn)行分層(段)抽水的鉆孔，必須保證分層(段)合理，止水效果良好。可用觀測出水管與井管之間的水位及觀測抽水孔附近的機(民)井水位等方法檢查止水效果;

(5)正式抽水試驗前，必須按規(guī)范要求觀測靜止水位;

(6)正式抽水試驗結(jié)束前取全分析水樣、細(xì)菌分析樣和環(huán)境同位素樣;

(7)測量抽水前后的孔深。

2.5.4.4 觀測與記錄

(1)抽水試驗中，同步觀測水位、水溫、水量;

(2)抽水試驗結(jié)束后必須觀測恢復(fù)水位;

(3)主孔與觀測孔的觀測必須同步;

(4)動水位觀測應(yīng)用自動水位計，觀測間隔設(shè)置為1min;

(5)流量觀測應(yīng)在抽水開始的20min，每2min觀測一次，之后每半小時觀測一次;

(6)溫度觀測應(yīng)觀測氣溫和水溫，每2～4h觀測一次。

2.5.4.5 抽水延續(xù)時間

在抽水過程中，現(xiàn)場繪制S-lg(t)曲線，當(dāng)抽水井與觀測井均出現(xiàn)直線段延續(xù)2個以分為單位的對數(shù)周期后，即可停止抽水。

抽水試驗的類型

抽水試驗的類型較多，分類也不盡統(tǒng)一。一般根據(jù)抽水試驗所依據(jù)的井流公式原理、抽水試驗的目的任務(wù)和方法要求等分類（表5-1）。各種單一抽水試驗類型，又可組合成多種綜合性的抽水試驗類型。如表5-1中的Ⅰ類和Ⅱ類抽水試驗，可組合成穩(wěn)定流單孔抽水試驗和穩(wěn)定流干擾抽水試驗，非穩(wěn)定流單孔抽水試驗和非穩(wěn)定流干擾抽水試驗等。

表5-1 抽水試驗方法分類表

1.按依據(jù)的井流理論劃分

（1）穩(wěn)定流抽水試驗：在抽水過程中，要求流量（Q）和水位降深（S）（或動水位h）同時相對穩(wěn)定（即不隨時間而變），并有一定延續(xù)時間的抽水試驗。穩(wěn)定流抽水試驗結(jié)果，可用穩(wěn)定井流公式進(jìn)行分析計算，方法簡便。在補給邊界附近，或補給水源充沛且相對穩(wěn)定的地段抽水可形成相對穩(wěn)定的滲流場，可用穩(wěn)定流抽水試驗方法。

（2）非穩(wěn)定流抽水試驗：在抽水過程中，只要求水位（h）和流量（Q）其中一個穩(wěn)定，觀測另一個隨時間的變化，用非穩(wěn)定井流理論進(jìn)行分析計算。在實際工作中一般采用定流量（變降深）非穩(wěn)定流抽水試驗。自然界地下水大都是非穩(wěn)定流，因此，非穩(wěn)定流抽水試驗有更廣泛的適用性，能研究更多的因素，能測定更多的參數(shù)（如K、T、a、μ，

等），并能充分利用整個抽水過程提供的全部信息，但非穩(wěn)定流計算較復(fù)雜，觀測技術(shù)要求高。

2.按抽水井孔數(shù)及是否發(fā)生干擾劃分

（1）單孔抽水試驗：只有一個抽水孔而無觀測孔的抽水試驗。該種試驗方法簡便，成本低廉，但所擔(dān)負(fù)的任務(wù)有限，成果精度較低，一般多用于穩(wěn)定流抽水試驗，常用于普查和初步勘探階段。

（2）多孔抽水試驗：即帶觀測孔的單孔抽水試驗。該種試驗?zāi)芡瓿沙樗囼灥母黜椚蝿?wù)，所得成果精度也較高，但成本一般較高，多用于勘探階段。

（3）干擾抽水試驗（或稱群孔抽水試驗）：在兩個或多個孔中同時抽水，造成水位降落漏斗相互重迭干擾，各孔的水位和流量有明顯相互影響的抽水試驗。一般在抽水孔周圍還配有若干觀測孔。按抽水試驗的規(guī)模和任務(wù)，又可分為一般干擾井群抽水試驗和大型群孔抽水試驗。

3.按抽水試驗的任務(wù)劃分

（1）試驗抽水：即在正式抽水試驗前進(jìn)行的一次降深穩(wěn)定流單孔抽水，其目的主要是了解井孔的出水能力、最大水位降深和檢查抽水設(shè)備等。

（2）抽水試驗：即2～3次降深的穩(wěn)定流抽水試驗和非穩(wěn)定流抽水試驗。

（3）開采性抽水試驗：按開采條件或接近開采條件要求進(jìn)行的抽水試驗，通常在水源地模擬開采或礦床模擬疏干時多采用這種試驗，一般是大流量、大降深、長時間（1～3個月）的抽水，以充分揭露邊界條件和確定試驗區(qū)的出水量或疏干排水量。一般用于水文地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，該種試驗需花費巨大的人力和物力，需慎重采用，一般用于詳勘階段或開采階段。

4.按抽水試驗的含水層情況劃分

（1）分層抽水試驗：以含水層為單位進(jìn)行抽水試驗，以單獨求取各含水層的水文地質(zhì)參數(shù)。如對潛水、承壓水或孔隙水與裂隙水、巖溶水，應(yīng)進(jìn)行分層抽水，以分別掌握各層的水文地質(zhì)特征。

（2）混合抽水試驗：即在井孔中將不同含水層合為一個試驗段進(jìn)行抽水，以了解各層的混合平均狀況和井孔的整體出水能力。混合抽水試驗如需配備觀測孔時，必須分層設(shè)置。

（3）分段抽水：即在透水性有較大差異的巨厚含水層中，分不同巖段（如上、中、下段）進(jìn)行抽水試驗。以了解各段的透水性及水量情況。

5.按井的類型劃分

（1）完整井抽水試驗：即在完整井孔（過濾器長度等于含水層厚度）中進(jìn)行的抽水試驗。

（2）非完整井抽水試驗：即在非完整井孔（過濾器長度小于含水層厚度）中進(jìn)行的抽水試驗。

6.按抽水時開始降深大小劃分

（1）正向抽水：降深由小至大（S1→S3），多用于松散含水層，因為這有利于抽水井孔周圍天然過濾層的形成。

（2）反向抽水：降深由大到小（S3→S1），多用于基巖。這種抽水，開始的大降深有利于對井壁和裂隙的清洗。

在水文地質(zhì)調(diào)查工作中，應(yīng)根據(jù)調(diào)查工作進(jìn)行的階段、調(diào)查工作的主要目的任務(wù)和具體的地質(zhì)水文地質(zhì)條件，合理選用抽水試驗的種類。例如，在區(qū)域性水文地質(zhì)調(diào)查及專門性水文地質(zhì)調(diào)查的初始階段（普查階段），抽水試驗的目的主要是獲得含水層具代表性的水文地質(zhì)參數(shù)和富水性指標(biāo)（如井孔的單位涌水量或某一降深條件下的涌水量），故一般選用單孔抽水試驗即可，當(dāng)只需取得滲透系數(shù)（K）、涌水量（Q），一般多進(jìn)行穩(wěn)定流抽水試驗，當(dāng)需獲得滲透系數(shù)（K）、導(dǎo)水系數(shù)（T）、釋水系數(shù)（μe）、越流系數(shù)（

）等更多水文地質(zhì)參數(shù)時，則須進(jìn)行非穩(wěn)定流抽水試驗。抽水試驗時，應(yīng)盡量利用已有井孔作為水位觀測孔。在專門性水文地質(zhì)調(diào)查的勘探階段，當(dāng)希望獲得開采孔群（組）設(shè)計所需水文地質(zhì)參數(shù)（如影響半徑R，井間干擾系數(shù)α）和水源地允許開采量（或礦區(qū)排水量）時，則須選用群孔干擾抽水。當(dāng)設(shè)計開采量（或排水量）小于地下水補給量時，可選用穩(wěn)定流的抽水試驗方法，反之，則選用非穩(wěn)定流的抽水試驗方法。

抽水試驗的目的、任務(wù)

抽水試驗是以地下水井流理論為基礎(chǔ)，通過在井孔中進(jìn)行抽水和觀測，來測定含水層水文地質(zhì)參數(shù)、評價含水層富水性和判斷某些水文地質(zhì)條件的一種野外試驗工作。抽水試驗在各個勘查階段都很重要。其成果質(zhì)量直接影響著對調(diào)查區(qū)水文地質(zhì)條件的認(rèn)識和水文地質(zhì)計算成果的精確程度。

抽水試驗的目的、任務(wù)是：

（1）直接測定含水層的富水程度和評價井孔的出水能力（Q）；

（2）確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)（如K、T、μe、μd、a等）；

（3）研究井孔的出水量（Q）與水位降深（S）的關(guān)系及其與抽水時間（t）的關(guān)系，研究降落漏斗的形狀、大小及擴展過程。

（4）研究含水層之間及地下水與地表水之間的水力聯(lián)系，以及地下水補給通道和強徑流帶位置等。

（5）確定含水層（或含水體）邊界位置及性質(zhì)；

（6）通過抽水試驗，為取水工程設(shè)計提供所需水文地質(zhì)數(shù)據(jù)。例如通過單孔抽水，確定井孔的影響半徑（R）、單井出水量（Q）、單位出水量（q）等，根據(jù)開采性抽水試驗或疏干模擬抽水，確定合理的井距（L）、開采降深（S）、合理井徑（r0）、井間干擾系數(shù)（α）等；

（7）通過開采性抽水試驗，直接評價水源地的地下水允許開采量（可開采量）。

抽水試驗的基本原理

抽水試驗是利用空氣壓縮機或水泵等抽水設(shè)備，把流向垂直井（孔）中的地下水導(dǎo)引或汲取到井（孔）外，使井（孔）內(nèi)的水位下降，而井（孔）壁外含水層中的地下水在降落漏斗范圍內(nèi)，由于水頭差的作用，連續(xù)不斷地流入井（孔）內(nèi)，逐漸的在井（孔）壁周圍形成一個以井（孔）軸為中心的由小到大以至穩(wěn)定的降落漏斗（或降壓漏斗）。初期降落（壓）漏斗范圍很小，因地下水流向井（孔）的坡度較大，使流速和流量也較大。但是隨著時間的推移，影響范圍會不斷擴大，水力坡度逐漸變小。所以在抽水設(shè)備及井（管）的出水能力很大的情況下，如果控制水位降深不變時，井孔出水量必將逐漸減小；或保持出水量不變，則井孔內(nèi)水位將會不斷下降。如果這個過程是發(fā)生在無限邊界的含水層中，那么就會越來越緩慢地?zé)o限發(fā)展下去。但是，在實際工作中，抽水設(shè)備及井（管）的出水能力都是有限的；在滿足控制出水量的情況下，水位降深也會逐漸達(dá)到相對穩(wěn)定。實踐證明，當(dāng)含水層中徑流補給量大或有定水頭補給邊界，以及有越流補給的情況下，經(jīng)過一段較長時間的抽水，可使井（孔）的水位、流量和降落漏斗出現(xiàn)相對的穩(wěn)定狀態(tài)。此刻，地下水從周邊進(jìn)入降落漏斗內(nèi)的補給量和井孔中抽出的水量達(dá)到相對的平衡。

抽水試驗的技術(shù)要求

1. 穩(wěn)定流抽水試驗

（1）抽水試驗層及試驗段的確定：一般要選擇富水性最好的層或段做抽水試驗。多含水層地區(qū)應(yīng)做分層抽水試驗，只有在含水層很薄或不易分層的情況下，才可做幾個層在一起的混合抽水試驗。但在水質(zhì)差別較大的沿海或島嶼地區(qū)，無論如何也得進(jìn)行分層或分段抽水試驗。

圖13-5 測鐘

（右為帶溫度計的）

1—進(jìn)水孔；2—溫度計框子

圖13-6 電測水位計工作示意圖

1—套管；2—導(dǎo)線；3—電流計（毫安表）；4—電池；5—水位埋深；6—電極；7—水位

圖13-7 三角堰箱

（2）水位降深和降深次數(shù)的確定：水文地質(zhì)勘察中的抽水試驗一般都應(yīng)進(jìn)行3次水位降深，只有當(dāng)水位下降很大而出水量很小，或是水位下降很小而出水量很大，或者進(jìn)行開采抽水試驗時，才可做1～2次的最大水位下降。三次水位降深（落程）之間應(yīng)均勻分配，如最大降深為s0，則三次降深應(yīng)分別等于：

水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)

（3）抽水穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的確定：抽水過程必須保持均勻性和連續(xù)性。在穩(wěn)定流抽水的延續(xù)時間內(nèi)，抽水井中的動水位、出水量和時間的關(guān)系曲線只能在一定的范圍內(nèi)波動，不能有水位持續(xù)上升或下降、水量持續(xù)增多或減少的現(xiàn)象。

在穩(wěn)定階段，主孔水位誤差不得超過水位降低平均值的1%，當(dāng)降深小于5m時，穩(wěn)定水位幅度不得超過3～5cm（壓風(fēng)機抽水波動大，但也不允許超過10～15cm），觀測孔水位波動不超過2～3cm。流量誤差不超過平均穩(wěn)定流量的3%，當(dāng)井（孔）流量很小時，可適當(dāng)放寬。水位、流量誤差按下式計算：誤差值＝最大（或最小）值與平均值之差/平均值。

當(dāng)主孔和觀測孔的水位與區(qū)域地下水位變化趨勢及幅度基本一致時，可以視為穩(wěn)定。

（4）穩(wěn)定延續(xù)時間的確定：在抽水井中的動水位、出水量都穩(wěn)定后的抽水階段，叫穩(wěn)定延續(xù)時間。抽水試驗有一段穩(wěn)定延續(xù)時間，是保證抽水試驗質(zhì)量的重要因素，因當(dāng)抽水井中的動水位、出水量穩(wěn)定之后，還需要等待下降漏斗曲面亦完全穩(wěn)定。在地下水量豐富、滲透條件良好的卵礫石及粗砂含水層分布地區(qū)，漏斗曲面穩(wěn)定的快，可穩(wěn)定延續(xù)8h；在地下水量不大、補給條件較差的中細(xì)、粉砂地區(qū)，漏斗曲面穩(wěn)定的較慢，穩(wěn)定延續(xù)時間一般要求16h；在基巖裂隙水分布地區(qū)則應(yīng)穩(wěn)定延續(xù)24h。

（5）抽水試驗中的測量要求：自然水位的取得必須是在抽水試驗之前，當(dāng)連續(xù)觀測三次數(shù)字相同或4h內(nèi)水位相差不超過2cm時，才可認(rèn)為是自然水位。

動水位和出水量的觀測時間間隔應(yīng)當(dāng)是：在抽水試驗開始時每5，10，15，20，25，30min各觀測一次，以后則每隔30min或1h觀測1次，直到抽水試驗結(jié)束。

抽水試驗結(jié)束后，恢復(fù)水位的觀測時間間隔應(yīng)當(dāng)是：1，2，3，4，6，8，10，15，20，25，30min各觀測一次，以后每隔30min觀測1次。

2. 非穩(wěn)定流抽水試驗

（1）抽水延續(xù)時間的確定：非穩(wěn)定流抽水延續(xù)時間，常按s-lgt曲線來判斷。當(dāng)曲線出現(xiàn)拐點后趨近于穩(wěn)定水平狀態(tài)時，則可結(jié)束抽水試驗工作，如圖13-8所示。當(dāng)s-lgt不出現(xiàn)拐點而呈直線下降、動水位不穩(wěn)定時，則抽水延續(xù)時間應(yīng)根據(jù)試驗?zāi)康倪m當(dāng)延長。不過根據(jù)實踐經(jīng)驗，非穩(wěn)定流抽水延續(xù)時間不需要太長，卵石含水層中抽水需要2～3h；礫石4～6h；含礫粗砂及粗砂8～15h；中細(xì)砂10～24h；粉細(xì)砂15～32h。

圖13-8 s-lgt關(guān)系曲線

（2）抽水試驗中的測量要求：為了繪制s-lgt曲線，抽水試驗初應(yīng)加密觀測，即按1，2，3，4，6，8，10，15，20，25，30min各觀測一次，以后每隔30min觀測1次。在非穩(wěn)定流抽水的過程中，抽水井的出水量必須保持不變。