第五章水文地質(zhì)試驗(yàn)

1、第五章 水文地質(zhì)試驗(yàn)重要性：水文地質(zhì)試驗(yàn)是水文地質(zhì)調(diào)查中不可缺少的重要手段，許多水文地質(zhì)資料，都需通過水文地質(zhì)試驗(yàn)才能獲得。 抽水試驗(yàn)； 放水試驗(yàn)； 注水（壓水）或滲水試驗(yàn)； 連通試驗(yàn)； 彌散試驗(yàn)（示蹤試驗(yàn)）； 流速、流向測定試驗(yàn)等。野外試驗(yàn)包括種 類：水文地質(zhì)試驗(yàn)分為兩類：（1）野外試驗(yàn)，（2）室內(nèi)試驗(yàn)。其中：本章以介紹抽水試驗(yàn)為主，另外還有其它幾項(xiàng)試驗(yàn)：滲水試驗(yàn)、鉆孔注水試驗(yàn)、地下水示蹤試驗(yàn)、連通試驗(yàn)。§1 抽水試驗(yàn)的目的任務(wù)抽水試驗(yàn)是通過從鉆孔或水井中抽水，來定量評價(jià)含水層富水性，測定含水層水文地質(zhì)參數(shù)和判斷某些水文地質(zhì)條件的一種野外試驗(yàn)工作。抽水試驗(yàn)是以地下水井流理論為基礎(chǔ)（

2、地下水動(dòng)力學(xué)），在實(shí)際井孔中抽水和觀測的一種野外試驗(yàn)。隨著水文地質(zhì)勘查階段由淺入深，在整個(gè)勘查費(fèi)用中，抽水試驗(yàn)所占比重越來越大，費(fèi)用僅次于鉆探工作；有時(shí)，整個(gè)鉆探工程主要是為了抽水試驗(yàn)而進(jìn)行的。抽水試驗(yàn)的目的、任務(wù)：（1）直接測定含水層的富水程度和評價(jià)井（孔）的出水能力；（2）抽水試驗(yàn)是確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)（K、T、S、）的主要方法；（3）抽水試驗(yàn)可為取水工程設(shè)計(jì)提供所需水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，如R、單井出水量、單位出水量等；并可根據(jù)水位降深和涌水量選擇水泵型號；（4）通過抽水試驗(yàn)，可直接評價(jià)水源地的可（允許）開采量；（5）可以通過抽水試驗(yàn)查明某些其他手段難以查明的水文地質(zhì)條件，如地表水、地下水之間及

3、含水層之間的水力聯(lián)系，以及地下水補(bǔ)給通道和強(qiáng)徑流帶位置等。從實(shí)例圖5一1的抽水條件下的等水位線圖可以準(zhǔn)確地判斷F1、F2、F3斷層具阻水性質(zhì)，F(xiàn)4是透水的，水從北東和北西補(bǔ)給。從圖52的等水位線，可準(zhǔn)確地判斷含水層的各向異性、斷層的導(dǎo)水性和抽水孔西南存在的巖性隔水邊界。§2 抽水試驗(yàn)的分類和各種抽水試驗(yàn)方法的主要用途抽水試驗(yàn)的類型1按所依據(jù)的井流理論，可分為穩(wěn)定流抽水和非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)：要求流量和水位降深都是相對穩(wěn)定的，即不隨時(shí)間而變。用穩(wěn)定流理論和公式來分析計(jì)算，簡便易行，但自然界大都是非穩(wěn)定流，只有在補(bǔ)給水源充沛且相對穩(wěn)定的地段抽水才能形成相對穩(wěn)定的似穩(wěn)定滲流場，

4、所以它的應(yīng)用受到限制。非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)：只要求水位和流量其中一個(gè)穩(wěn)定（另一個(gè)變化，定流量，水位變化），用非穩(wěn)定流理論和公式來分析計(jì)算。特點(diǎn)： 較穩(wěn)定流抽水更能接近實(shí)際和有更廣泛的適用性； 能研究更多的因素，如越流因素、彈性釋水因素等； 能測定更多的參數(shù)，如貯水系數(shù)S、導(dǎo)水系數(shù)T、越流系數(shù)B等； 還能判定簡單條件下的邊界； 并能充分利用整個(gè)抽水過程所提供的全部信息； 但解釋計(jì)算較復(fù)雜，觀測技術(shù)要求較高。詳見地下水動(dòng)力學(xué)2按抽水試驗(yàn)時(shí)所用井孔的多少，可分為單孔、多孔及干擾井群抽水試驗(yàn)。單孔抽水試驗(yàn)：只有一個(gè)抽水井而無觀測井。它方法簡便，成本低廉，但所能擔(dān)負(fù)的任務(wù)有限，成果精度較低，且只適用于穩(wěn)定流

5、抽水試驗(yàn)。因此多用于普查和初步勘探階段。多孔抽水試驗(yàn)：是在抽水孔附近還配有若干水位觀測孔的抽水試驗(yàn)。它能完成抽水試驗(yàn)的各項(xiàng)任務(wù)，所得成果精度也較高，若專門布置的觀測孔多，深度也較大時(shí)，則花費(fèi)成本較大。故少量用于初步勘探階段，更多用于詳細(xì)勘探階段。干擾井群抽水試驗(yàn)：是在多個(gè)抽水孔中同時(shí)抽水，造成降落漏斗相互重迭干擾的抽水試驗(yàn)。除抽水孔外，還配有若干觀測孔。這種試驗(yàn)也稱為互阻井群抽水試驗(yàn)。有人主張按這種抽水試驗(yàn)的規(guī)模和任務(wù)，又分為一般干擾井群抽水試驗(yàn)和大型群孔抽水試驗(yàn)。一般干擾井群抽水試驗(yàn)：是為了研究相互干擾下井涌水量與水位降深的關(guān)系；或因?yàn)樗枯^大，單個(gè)抽水孔形成的水位降深不大，降落漏斗范圍太小

6、，則在較近的距離內(nèi)打幾個(gè)抽水孔組成一個(gè)孔組同時(shí)抽水；或?yàn)榱四M開采或疏干試驗(yàn)，在若干井內(nèi)同時(shí)抽水，觀測研究整個(gè)流場的變化（幾個(gè)觀測孔）。由于干擾井群抽水試驗(yàn)花費(fèi)大，所以只在詳細(xì)勘探階段或開采階段使用。大型群孔抽水試驗(yàn)：是近來在一些巖溶大水礦床水文地質(zhì)詳細(xì)勘探階段（或?qū)ｎ}性勘探）中使用的一種方法。由幾個(gè)乃至數(shù)10個(gè)抽水孔組成若干井組，觀測孔很多，分布范圍大，構(gòu)成能控制流場邊界，進(jìn)行大流量、大降深、長時(shí)間（幾個(gè)月）的大型抽水，形成一個(gè)大的人工流場，以便于充分揭露邊界條件和整個(gè)流場的非均質(zhì)狀況，能更好的識別擬定的數(shù)學(xué)模型。這種抽水試驗(yàn)要花費(fèi)巨大的財(cái)力和人力，采用時(shí)必須慎重考慮。主要用于涌水量很大，邊

7、界條件不清，水大、地質(zhì)條件復(fù)雜的礦區(qū)。3按抽水井的類型，可分為完整井和非完整井抽水試驗(yàn)。由于完整井的井流理論較完善，故一般盡量用完整井作試驗(yàn)。只有當(dāng)含水層厚度很大又是均質(zhì)層，為了節(jié)省費(fèi)用才進(jìn)行非完整井抽水。或?yàn)榱藢ｉT研究過濾器“有效長度”時(shí)，則做非完整井抽水試驗(yàn)。4按試驗(yàn)段所包含的含水層情況，可分為分層、分段及混合抽水試驗(yàn)。分層抽水試驗(yàn)：是以含水層為單位進(jìn)行，除不同性質(zhì)含水層，如潛水、承壓水或孔隙水與裂隙水層，應(yīng)進(jìn)行分層抽水外，對參數(shù)、水質(zhì)差異大的同類含水層也應(yīng)分層抽水。對新區(qū)應(yīng)先分層抽水，以分別掌握各層的水文地質(zhì)特征?；旌铣樗囼?yàn)：是在井中將不同含水層合為一個(gè)試驗(yàn)段進(jìn)行抽水，它只能反映各層的

8、混合平均狀況。只有當(dāng)各分層的參數(shù)已掌握，或只需了解各層總的平均參數(shù)，或難于分層抽水時(shí)才用混合抽水試驗(yàn)。但由于混合抽水較簡便，費(fèi)用較低，所以也研究出一些用混合抽水試驗(yàn)資料計(jì)算出各分層參數(shù)的方法，例如利用逐層回填多次抽水試驗(yàn)的資料，計(jì)算各分層滲透系數(shù)近似值；利用井中流量計(jì)測定混合抽水時(shí)各分層的流量，從而可以求得各分層的參數(shù)?；旌铣樗囼?yàn)如需配備觀測孔時(shí)，必須分層設(shè)置。分段抽水試驗(yàn)：是在透水性各不相同的多層含水層組中，或在不同深度內(nèi)透水性有差異的厚層含水層中，對各巖段分別進(jìn)行抽水的試驗(yàn)，用以了解各段的透水性。有時(shí)可只對其中主要含水巖段抽水，如對巖溶化強(qiáng)烈的巖段或主要取水巖段等。這時(shí)，段間應(yīng)止水，止水

9、處應(yīng)位于透水性弱的單層或巖段中。5按抽水試驗(yàn)的任務(wù)分為試驗(yàn)抽水、開采性抽水試驗(yàn)等。按抽水試驗(yàn)所依據(jù)的井流公式等，可將抽水試驗(yàn)分類歸并表51的各種類型。由表51所示的各種單一抽水試驗(yàn)類型，又可組合成多種綜合性的抽水試驗(yàn)類型。如表中的和類抽水試驗(yàn)，可組合成穩(wěn)定流單孔抽水試驗(yàn)和穩(wěn)定流多孔干擾抽水試驗(yàn)，非穩(wěn)定流單孔抽水試驗(yàn)和非穩(wěn)定流多孔干擾抽水試驗(yàn)等。至于在具體的水文地質(zhì)調(diào)查工作中選用何種抽水試驗(yàn)，主要取決于調(diào)查工作進(jìn)行的階段和調(diào)查工作的主要目的任務(wù)（選擇抽水試驗(yàn)種類的依據(jù)）：（1）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，抽水試驗(yàn)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

10、鉆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(yàn)即可。（2）當(dāng)只需要取得含水層滲透系數(shù)K（一個(gè)參數(shù)）和涌水量時(shí)，一般多選用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。（3）當(dāng)需獲得滲透系數(shù)K、導(dǎo)水系數(shù)T、貯水系數(shù)S（多個(gè)參數(shù)）及越流系數(shù)B等更多的水文地質(zhì)參數(shù)時(shí)，則須選用非穩(wěn)定流的抽水試驗(yàn)方法。（4）在專門性水文地質(zhì)調(diào)查的詳勘階段，當(dāng)希望獲得開采孔群（組）設(shè)計(jì)所需水文地質(zhì)參數(shù)（如影響半徑、井間干擾系數(shù)等）和水源地允許開采量（或礦區(qū)排水量）時(shí)，則須選用多孔干擾抽水試驗(yàn)。（5）當(dāng)設(shè)計(jì)開采量（或排水量）遠(yuǎn)較地下水補(bǔ)給量小時(shí)，可選用穩(wěn)定流的抽水試驗(yàn)方法；反之，則選用非穩(wěn)定流的抽水試驗(yàn)方法。、按井流公式、按井孔的多

11、少進(jìn)行抽水試驗(yàn)時(shí)，一般不必開鑿專門的水位觀測孔，應(yīng)盡量用已有的水井作為觀測孔。§3 抽水孔和觀測孔的布置要求一、抽水孔（主孔）的布置要求（1）布置抽水孔的主要根據(jù)是抽水試驗(yàn)的任務(wù)和目的，目的任務(wù)不同其布置原則也不同。 為求取水文地質(zhì)參數(shù)的抽水孔，一般應(yīng)遠(yuǎn)離含水層的透水、隔水邊界，應(yīng)布置在含水層的導(dǎo)水及貯水性質(zhì)、補(bǔ)給條件、厚度和巖性條件等有代表性的地方。 對于探采結(jié)合的抽水井（包括供水詳勘階段的抽水井），要求布置在含水層（帶）富水性較好或計(jì)劃布置生產(chǎn)水井的位置上，以便為將來生產(chǎn)孔的設(shè)計(jì)提供可靠信息。 欲查明含水層邊界性質(zhì)、邊界補(bǔ)給量的抽水孔，應(yīng)布置在靠近邊界的地方，以便觀測到邊界兩側(cè)明

12、顯的水位差異或查明兩側(cè)的水力聯(lián)系程度。（2）在布置帶觀測孔的抽水井時(shí)，要考慮盡量利用已有水井作為抽水時(shí)的水位觀測孔；當(dāng)無現(xiàn)存水位觀測井時(shí)，則應(yīng)考慮附近有無布置水位觀測井的條件。（3）抽水孔附近不應(yīng)有其它正在使用的生產(chǎn)水井或地下排水工程。（4）抽水井附近應(yīng)有較好的排水條件，即抽出的水能無滲漏地排到抽水孔影響半徑區(qū)以外，特別應(yīng)注意抽水量很大的群孔抽水的排水問題。二、水位觀測孔的布置要求1布置抽水試驗(yàn)水位觀測孔的意義（1）利用觀測孔的水位觀測數(shù)據(jù)，可以提高井流公式所計(jì)算出的水文地質(zhì)參數(shù)的精度（避開抽水井的影響，獲得真實(shí)水位）。這是因?yàn)椋?觀測孔中的水位，不存在抽水孔水躍值和抽水孔附近三維流的影響，能

13、更真實(shí)地代表含水層中的水位。 觀測孔中的水位，由于不存在抽水主孔“抽水沖擊”的影響，水位波動(dòng)小，水位觀測數(shù)據(jù)精度較高。 利用觀測孔水位數(shù)據(jù)參與井流公式的計(jì)算，可避開因R值選值不當(dāng)給參數(shù)計(jì)算精度造成的影響。（2）利用觀測孔的水位，可用多種作圖方法求解水文地質(zhì)參數(shù)（多種方法求參，相互驗(yàn)證）。（3）利用觀測孔水位，可繪制出抽水的人工流場圖（等水位線或下降漏斗），從而可幫助我們判明含水層的邊界位置與性質(zhì)、補(bǔ)給方向、補(bǔ)給來源及強(qiáng)徑流帶位置等水文地質(zhì)條件（分析水文地質(zhì)條件）。（4）一般大型孔群抽水試驗(yàn)，可根據(jù)觀測孔控制滲流場的時(shí)、空特征，作為建立地下水流數(shù)值模擬模型的基礎(chǔ)（模型驗(yàn)證）。2水位觀測孔的布置原

14、則不同目的的抽水試驗(yàn)，其水位觀測孔布置的原則是不同的。（1）為求取含水層水文地質(zhì)參數(shù)一般應(yīng)和抽水主孔組成觀測線，所求水文地質(zhì)參數(shù)應(yīng)具有代表性。一般應(yīng)根據(jù)抽水時(shí)可能形成的水位降落漏斗的特點(diǎn)，來確定觀測線的位置。 均質(zhì)各向同性、水力坡度較小的含水層：其抽水降落漏斗的平面形狀為圓形，即在通過抽水孔的各個(gè)方向上，水力坡度基本相等，但一般上游側(cè)水力坡度較下游側(cè)為小，故在與地下水流向垂直方向上布置一條觀測線即可（圖53A）。 均質(zhì)各向同性、水力坡度較大的含水層：其抽水降落漏斗形狀為橢圓形，下游一側(cè)的水力坡度遠(yuǎn)較上游一側(cè)大，故除垂直地下水流向布置一條觀測線外，尚應(yīng)在上、下游方向上各布置一條水位觀測線（圖53

15、B）。 均質(zhì)各向異性的含水層：抽水水位降落漏斗常沿著含水層貯、導(dǎo)水性質(zhì)好的方向發(fā)展（延伸）（漏斗長軸），該方向水力坡度較??；貯、導(dǎo)水性差的方向?yàn)槁┒范梯S，水力坡度較大。因此，抽水時(shí)的水位觀測線應(yīng)沿著不同貯、導(dǎo)水性質(zhì)的方向布置，以分別取得不同方向的水文地質(zhì)參數(shù)。 對觀測線上觀測孔的布置要求：觀測孔數(shù)目：i只為求參數(shù)，一個(gè)即可；ii為提高參數(shù)的精度則需2個(gè)以上。如欲繪制漏斗剖面，則需23個(gè)。觀測孔距主孔距離：i按抽水漏斗水面坡度變化規(guī)律，愈近主孔距離應(yīng)愈小，愈遠(yuǎn)離主孔距離應(yīng)愈大；ii為避開抽水孔三維流的影響，第一個(gè)觀測孔距主孔的距離一般應(yīng)約等于含水層的厚度（至少應(yīng)大于10m）；iii最遠(yuǎn)的觀測孔，

16、要求觀測到的水位降深應(yīng)大于20cm；iv相鄰觀測孔距離，亦應(yīng)保證兩孔的水位差必須大于20cm。觀測孔深度：要求揭穿含水層，至少深入含水層1015m。（2）為查明含水層的邊界性質(zhì)和位置觀測線應(yīng)通過主孔、垂直于欲查明的邊界布置，并應(yīng)在邊界兩側(cè)附近都要布置觀測孔。（3）為地下水水流數(shù)值模擬的大型抽水試驗(yàn)應(yīng)將觀測孔比較均勻地布置在計(jì)算區(qū)域內(nèi)，以便能控制整個(gè)流場的變化和邊界上的水位和流量。（4）為查明垂向含水層之間的水力聯(lián)系應(yīng)在同一觀測線上布置分層的水位觀測孔。§4 抽水試驗(yàn)的主要技術(shù)要求這里將著重討論對抽水水量、水位降深和抽水延續(xù)時(shí)間的要求。一、穩(wěn)定流單孔抽水試驗(yàn)的主要技術(shù)要求1對水位降深的

17、要求（1）正式的穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，一般要求進(jìn)行三次不同水位降深（落程）的抽水，以確定Qs間的關(guān)系，要求各次降深的抽水連續(xù)進(jìn)行；對于富水性較差的含水層或非開采含水層，可只做一次最大降深的抽水試驗(yàn)。（2）對松散孔隙含水層，為有助于在抽水孔周圍形成天然的反濾層，抽水水位降深的次序可由小到大地安排；（3）對于裂隙含水層，為了使裂隙中充填的細(xì)粒物質(zhì)（天然泥沙或鉆進(jìn)產(chǎn)生的巖粉）及早吸出，增加裂隙的導(dǎo)水性，抽水降深次序可由大到小地安排。為便于含水層富水性的橫向?qū)Ρ龋承┧牡刭|(zhì)生產(chǎn)規(guī)范對抽水試驗(yàn)的最大水位降深值和相鄰二次水位降深的間隔已作出規(guī)定。（4）最大水位降深值（Smax）： 潛水含水層： Smax（13

18、一12）M（M為潛水含水層厚度）； 承壓含水層：Smax承壓含水層頂板以上的水頭高度； 當(dāng)含水層富水性較好，而勘探中使用的水泵出水量又有限時(shí)，則很難達(dá)到上述抽水降深的要求。此時(shí)，要求Smax等于水泵的最大揚(yáng)程（或吸程）即可； 當(dāng)進(jìn)行三次不同水位降深抽水試驗(yàn)時(shí)，其余兩次試驗(yàn)的水位降深，應(yīng)分別等于最大水位降深值的l3和12； 當(dāng)Smax值不太大時(shí)，相鄰兩次水位降深之間的水頭差值也不應(yīng)小于1m。2抽水試驗(yàn)流量的設(shè)計(jì)由于水井流量的大小主要取決于水位降深的大小，因此一般以求得水文地質(zhì)參數(shù)為主要目的的抽水試驗(yàn)，勿須專門提出抽水流量的要求。但為保證達(dá)到試驗(yàn)規(guī)定的水位降深，試驗(yàn)進(jìn)行前仍應(yīng)對最大水位降深時(shí)對應(yīng)的

19、出水量有所了解，以便選擇適合的水泵。其最大出水量，可根據(jù)同一含水層中已有水井的出水量推測，或根據(jù)含水層的經(jīng)驗(yàn)滲透系數(shù)值和設(shè)計(jì)水位降深值估算，也可根據(jù)洗井時(shí)的水量來確定。欲作為生產(chǎn)水井使用的抽水試驗(yàn)鉆孔，其抽水試驗(yàn)的流量最好能和需水量一致。3對水位降深和流量穩(wěn)定后延續(xù)時(shí)間的要求抽水試驗(yàn)時(shí)抽水井的水位和流量是否真正達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)？生產(chǎn)規(guī)范（或規(guī)程）一般是通過規(guī)定的抽水井水位和流量穩(wěn)定后的延續(xù)時(shí)間來作保證。（1）抽水試驗(yàn)的目的僅僅是求參，水位和流量的穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間要求達(dá)24h；（2）抽水試驗(yàn)的目的，除求參外，還必須確定出水井的出水能力，則水位和流量的穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間至少應(yīng)達(dá)到4872h或者更長；（3）當(dāng)抽

20、水試驗(yàn)帶有專門的水位觀測孔時(shí)，距主孔最遠(yuǎn)的水位觀測孔的水位穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間應(yīng)不少于2一4h；必須注意：穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間必須從抽水孔的水位和流量均達(dá)到穩(wěn)定后計(jì)算起。供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范（中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，GB50027-2001）（1）卵石、圓礫和粗砂含水層8h；（2）中砂、細(xì)砂和粉砂含水層16h；（3）基巖含水層（帶）為24h4水位和流量觀測時(shí)間的要求抽水主孔的水位和流量與觀測孔的水位，都應(yīng)同時(shí)進(jìn)行觀測，不同步的觀測資料，可能給水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算帶來較大誤差。水位和流量的觀測時(shí)間間隔，應(yīng)由密到疏，如開始時(shí)510min觀測1次，以后則1530min觀測1次。停抽后還應(yīng)進(jìn)行恢復(fù)水位的觀測，直到水位的

21、日變幅接近天然狀態(tài)為止。供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范（中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，GB50027-2001）抽水開始后的第5、10、15、20、25、30min各測一次，以后每隔30min或60min測一次。二、非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)的主要技術(shù)要求非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，按泰斯（Theis）井流公式原理，可分為兩種：（1）定流量抽水（水位降深隨時(shí)間變化）；（2）定降深抽水（流量隨時(shí)間變化）。由于在抽水過程中流量比水位容易固定（因水泵出水量一定），在實(shí)際生產(chǎn)中一般多采用定流量的非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)方法。1對抽水流量值的選擇要求在定流量的非穩(wěn)定流抽水中，水位降深是一個(gè)變量，故不必提出一定的要求，而對抽水流量值的確定則是重要的

22、。在確定抽水流量值時(shí)，應(yīng)考慮： 對于主要目的在于求得水文地質(zhì)參數(shù)的抽水試驗(yàn)，選定抽水流量時(shí)只需考慮：以該流量抽水到抽水試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，抽水井中的水位降深不致超過所使用水泵的吸程； 對于探采結(jié)合的抽水井，可考慮按設(shè)計(jì)需水量或至少按設(shè)計(jì)需水量的1312的強(qiáng)度來確定抽水量； 可參考勘探井洗井時(shí)的水位降深和出水量來確定抽水流量。2對抽水流量和水位的觀測要求當(dāng)進(jìn)行定流量的非穩(wěn)定流抽水時(shí)，要求抽水量從始至終均應(yīng)保持定值，而不只是在參數(shù)計(jì)算取值段的流量為定值。 同穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)要求一樣，流量和水位觀測應(yīng)同時(shí)進(jìn)行； 觀測的時(shí)間間隔應(yīng)比穩(wěn)定流抽水為小，并由密到疏，要求在開泵的頭1020min內(nèi)盡可能準(zhǔn)確記錄較多的數(shù)

23、據(jù)，一般觀測時(shí)間間距（min）為：1、2、2、5、5、5、5、5、10、10、10、10、10、20、20、20、30、30、；供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范（中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，GB50027-2001）：抽水開始后第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120min各觀測一次，以后可每隔30min觀測一次。 停抽后恢復(fù)水位的觀測，觀測時(shí)間間距，應(yīng)按水位恢復(fù)速度確定，一般為（min）1、3、5、10、15、30、，直至完全恢復(fù)。由于利用恢復(fù)水位資料計(jì)算的水文地質(zhì)參數(shù)，常比利用抽水觀測資料求得的可靠，故非穩(wěn)定流抽水恢復(fù)水位觀測工作，更有重要意義。3抽水

24、試驗(yàn)延續(xù)時(shí)間的要求對非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)的延續(xù)時(shí)間，目前還沒有公認(rèn)的規(guī)定。但可從試驗(yàn)的目的任務(wù)和參數(shù)計(jì)算方法的需要，對抽水延續(xù)時(shí)間作出規(guī)定。（1）我國一些水文地質(zhì)學(xué)者，在研究含水層導(dǎo)水系數(shù)（T）隨抽水延續(xù)時(shí)間的變化規(guī)律后得出結(jié)論：根據(jù)非穩(wěn)定流抽水初期觀測資料所計(jì)算出的不同時(shí)段的導(dǎo)水系數(shù)值變化較大；而當(dāng)抽水延續(xù)到24h后所計(jì)算的T值與延續(xù)100h后計(jì)算的T值之間的相對誤差，絕大多數(shù)情況下均5。故從參數(shù)計(jì)算的結(jié)果考慮，以求參為目的的非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)的延續(xù)時(shí)間，一般不必超過24h。（2）抽水試驗(yàn)的延續(xù)時(shí)間，有時(shí)也需考慮求參方法的要求。例如，當(dāng)試驗(yàn)層為無界承壓含水層時(shí)，常用配線法和直線圖解法求解參數(shù)。前者

25、雖然只要求抽水試驗(yàn)的前期資料，但后者從簡便計(jì)算取值出發(fā)，則要求slgt曲線的直線段（即參數(shù)計(jì)算取值段）至少能延續(xù)2個(gè)以分鐘為單位的對數(shù)周期，故總的抽水延續(xù)時(shí)間應(yīng)達(dá)到3個(gè)對數(shù)周期，即達(dá)1000min（約17h）。如有多個(gè)水位觀測孔，則要求每個(gè)觀測孔的水位資料均符合此要求。（3）當(dāng)有越流補(bǔ)給時(shí)，如用拐點(diǎn)法計(jì)算參數(shù)，抽水至少應(yīng)延續(xù)到能可靠判定拐點(diǎn)（即Smax）為止。（4）當(dāng)抽水試驗(yàn)?zāi)康闹饕谟诖_定水井的出水量時(shí)，試驗(yàn)延續(xù)時(shí)間應(yīng)盡可能長一些，最好能從含水層的枯水期末期開始，一直抽到豐水期到來。（5）當(dāng)抽水試驗(yàn)?zāi)康闹饕谟谂袛噙吔缧再|(zhì)和位置，如為定水頭補(bǔ)給邊界，抽水試驗(yàn)應(yīng)延續(xù)到水位進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后的一段時(shí)

26、間為止；有隔水邊界時(shí)，slgt曲線的斜率應(yīng)出現(xiàn)明顯增大段；當(dāng)系無限邊界時(shí)，slgt曲線應(yīng)在抽水期內(nèi)出現(xiàn)勻速的下降。詳見地下水動(dòng)力學(xué)三、大型群孔干擾抽水試驗(yàn)的主要技術(shù)要求（1）此類型抽水試驗(yàn)的主要目的在于求得水源地的允許開采量或求礦井在設(shè)計(jì)疏干降深條件下的排水量，或?qū)δ骋婚_采量條件下的未來水位降深作出預(yù)報(bào)。因此，大型群孔干擾抽水試驗(yàn)的抽水量，應(yīng)盡可能接近水源地的設(shè)計(jì)開采量。當(dāng)設(shè)計(jì)開采量很大（如5×104m3以上）或抽水設(shè)備能力有限時(shí)，抽水量至少也應(yīng)達(dá)到水源地設(shè)計(jì)開采量的13以上。（2）對大型群孔干擾抽水試驗(yàn)水位降深的要求，基本上同對抽水量的要求一樣，即應(yīng)盡可能地接近水源地（或地下疏干工

27、程）設(shè)計(jì)的水位降深，一般或至少應(yīng)使群孔抽水水位下降漏斗中心處達(dá)到設(shè)計(jì)水位降深的13。特別是當(dāng)需要通過抽水時(shí)地下水流場分析（查明）某些水文地質(zhì)條件時(shí)，更必須有較大的水位降深要求。（3）此類型抽水試驗(yàn)可以是穩(wěn)定流的，也可以是非穩(wěn)定流的。對于供水水文地質(zhì)勘查來說，為獲得水源地的穩(wěn)定出水量，一般多進(jìn)行穩(wěn)定流的開采抽水試驗(yàn)。此穩(wěn)定出水量，可以通過改變抽水強(qiáng)度直接確定出水源地最大降深時(shí)的穩(wěn)定出水量（適用于地下水資源不太豐富的水源地）；也可通過進(jìn)行三次水位降深的穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，據(jù)流量（Q）一水位降深（s）關(guān)系曲線方程，下推設(shè)計(jì)條件下的穩(wěn)定出水量。（4）為提高水源地允許開采量的保證程度，抽水試驗(yàn)最好在地下水枯

28、水期的后期進(jìn)行；如還需通過抽水試驗(yàn)求得水源地在豐水期所獲得的補(bǔ)給量，則抽水試驗(yàn)要求一直延續(xù)到豐水期到來之后的一段時(shí)間。（5）為了實(shí)現(xiàn)大型群孔干擾抽水試驗(yàn)的各項(xiàng)任務(wù)，其抽水延續(xù)時(shí)間往往較長。按地質(zhì)礦產(chǎn)部城鎮(zhèn)及工礦供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范（1986年頒布）的規(guī)定，如進(jìn)行穩(wěn)定流的抽水試驗(yàn)，要求水位下降漏斗中心水位的穩(wěn)定時(shí)間不應(yīng)少于一個(gè)月；但根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)的需要，可以更長（如23個(gè)月或以上）。此外，還須注意的是： 各抽水孔的抽水起、止時(shí)間應(yīng)該是相同的； 對抽水過程中水位和出水量的觀測應(yīng)該是同步的； 對停抽后恢復(fù)水位的觀測延續(xù)時(shí)間的要求，同一般穩(wěn)定或非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。§5 抽水試驗(yàn)設(shè)備及用具抽水試驗(yàn)

29、設(shè)備主要指抽水設(shè)備。用具包括過濾器、流量計(jì)、水位計(jì)、水溫計(jì)、計(jì)時(shí)器、通訊用具等。除此，有時(shí)還需構(gòu)筑排水設(shè)施。一、抽水設(shè)備選擇抽水設(shè)備時(shí)，應(yīng)考慮吸程、揚(yáng)程、出水量、能否滿足設(shè)計(jì)要求；還要考慮孔深、孔徑是否滿足水泵等設(shè)備下入的要求，以及搬遷難易及花費(fèi)大小等。（1）水量較大，地下埋藏淺，降深小時(shí)可用離心式水泵。（2）埋深或降深大、精度要求高，井徑足夠大時(shí)可使用深井泵。（3）精度要求不高，井徑較小，則可選用空氣壓縮機(jī)（風(fēng)泵）。（4）井徑小、埋藏較深、涌水量較小，可采用射流泵。當(dāng)前抽水試驗(yàn)中經(jīng)常使用的有離心泵、深井泵、風(fēng)泵和射流泵等（見下表）。二、過濾器過濾器是抽水井中能起過濾作用的管狀物。合適的過濾器

30、能防止疏松和破碎的巖石進(jìn)入井中，從而保護(hù)井壁、防止井淤，以及防止井附近地面下沉或塌陷，以保證抽水的正常進(jìn)行。過濾器應(yīng)具有：（1）較大的孔隙度和一定的直徑，以減小過濾器的阻力；（2）足夠的強(qiáng)度，以保證起拔安裝；（3）足夠的抗腐蝕能力，耐用；（4）成本低廉。在井壁完整的基巖孔中抽水，可不安裝過濾器。過濾器主要由過濾骨架和過濾層組成。過濾骨架起支撐作用。有兩種結(jié)構(gòu)：一為帶網(wǎng)眼的管子；二為用鋼筋間隔排列而成的管狀物。管子材料可以是鋼的、鑄鐵的、水泥的或塑料的?？碧街卸嘤娩摴堋Ｆ渖系目籽鄱酁閳A形及長條形（參看圖47）。過濾層起著過濾作用。有分布于骨架外的密集纏絲、帶孔眼的濾網(wǎng)及礫石充填層等幾種。由不同骨

31、架與不同過濾層可組合成各種過濾器。過濾器的分類見下表。三、測水用具抽水時(shí)用的測水用具包括水位計(jì)及流量計(jì)。水位計(jì)：在抽水試驗(yàn)中，常用的是電測水位計(jì)、萬用表水位計(jì)，使用時(shí)，當(dāng)探頭接融水面時(shí)，即可發(fā)出信號，據(jù)此確定水位。其信號可以是光的、聲的或指針擺動(dòng)。由于探頭直徑小，只需23cm的間隙即可測量。測量深度可達(dá)100m。誤差小于1cm，但隨深度增加，其誤差會(huì)加大。這類水位計(jì)目前應(yīng)用最廣。目前我國正試制并開始使用一些既能讀出瞬時(shí)水位，又便于遙控或自記的測水位儀器。對自流水，若水位高出地表不多，可接套管測定水位；否則需安置壓力計(jì)測定水位。流量計(jì)：目前生產(chǎn)中所用的主要是堰箱，堰箱是前方為三角形或梯形切口的水

32、箱，箱中有2一3個(gè)促使水流穩(wěn)定的帶孔隔板（圖4一9）。水自箱后部進(jìn)入，從前方切口流出。適用于100Ls以內(nèi)的流量的測定。還有一種葉輪式孔口瞬時(shí)流量計(jì)（流速流量計(jì)）。它是利用葉輪轉(zhuǎn)速測定管中水的流速，從而換算出流量。葉輪轉(zhuǎn)速由電子儀器讀出。其優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、操作簡便。但也不能用于空壓機(jī)抽水。§6 抽水試驗(yàn)資料的整理在抽水試驗(yàn)進(jìn)行過程中，需要及時(shí)對抽水試驗(yàn)的基本觀測數(shù)據(jù)抽水流量（Q）、水位降深（s）及抽水延續(xù)時(shí)間（t）進(jìn)行現(xiàn)場檢查與整理，并繪制出各種規(guī)定的關(guān)系曲線?，F(xiàn)場資料整理的主要目的是： 及時(shí)掌握抽水試驗(yàn)是否按要求正常地進(jìn)行，水位和流量的觀測成果是否有異常。 通過所繪制的各種水

33、位、流量與時(shí)間關(guān)系曲線及其與典型關(guān)系曲線的對比，判斷實(shí)際抽水曲線是否達(dá)到水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算取值的要求，并決定抽水試驗(yàn)是否需要縮短、延長或終止。 為水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算提供可靠的原始資料。一、穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)現(xiàn)場資料整理的要求對于穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，除及時(shí)繪制出Qt 和st 曲線外，尚需繪制出Qs和qs關(guān)系曲線（q為單位降深涌水量）（Q、s、q均為穩(wěn)定時(shí)段內(nèi)的平均值）。Qt、st曲線可及時(shí)幫助我們了解抽水試驗(yàn)進(jìn)行得是否正常；而Qs和qs曲線則可幫助我們了解曲線形態(tài)是否正確地反映了含水層的類型和邊界性質(zhì)，檢驗(yàn)試驗(yàn)是否有人為錯(cuò)誤。圖54、圖55表示了抽水試驗(yàn)常見的各種Qs和qs曲線類型： 曲線表示承壓井流（或厚

34、度很大、降深相對較小的潛水井流）； 曲線表示潛水或承壓轉(zhuǎn)無壓的井流（或?yàn)槿S流、紊流影響下的承壓井流）； 曲線表示從某一降深值起，涌水量隨降深的加大而增加很少； 曲線表示補(bǔ)給衰竭或水流受阻，隨s加大Q反而減少； 曲線通常表明試驗(yàn)有錯(cuò)誤，但也可能反映在抽水過程中，原來被堵塞的裂隙、巖溶通道被突然疏通等情況的出現(xiàn)。二、非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)現(xiàn)場資料整理的要求對于定流量的非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，在抽水試驗(yàn)過程中主要是編繪出水位降深s和時(shí)間t的各類關(guān)系曲線，這些曲線，除用于及時(shí)掌握抽水試驗(yàn)進(jìn)行得是否正常和幫助確定試驗(yàn)的延續(xù)、終止時(shí)間外，主要是為計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)服務(wù)的。故須在抽水試驗(yàn)現(xiàn)場編繪出能滿足所選用參數(shù)計(jì)算方

35、法要求的曲線形式。在一般情況下：（1）首先編繪的是slgt 或 lgslgt 曲線；（2）當(dāng)水位觀測孔較多時(shí)，尚需編繪slgr或slg（t/r2）曲線（式中r為觀測孔至抽水主孔距離）；（3）對于恢復(fù)水位觀測資料，須編繪出slg（1+tp/t）和s*lg（t/t），其中，s為剩余水位降深；s*為水位回升高度；tp為抽水的持續(xù)時(shí)間；t為停抽后算起的水位恢復(fù)時(shí)間；t為從抽水試驗(yàn)開始至水位恢復(fù)到某一高度的時(shí)間。三、對群孔干擾抽水試驗(yàn)現(xiàn)場資料整理的要求除編繪出各抽水孔和觀測孔的st（對穩(wěn)定流抽水）、slgt或lgslgt（對非穩(wěn)定流抽水）曲線和各抽水孔流量、群孔總流量過程曲線外，尚須編繪試驗(yàn)區(qū)抽水開始前

36、的初始等水位線圖、不同抽水時(shí)刻的等水位線圖、不同方向的水位下降漏斗剖面圖及水位恢復(fù)階段的等水位線圖，有時(shí)還需編制某一時(shí)刻的等降深圖等。§7 其他水文地質(zhì)野外試驗(yàn)一、滲水試驗(yàn)滲水試驗(yàn)是一種在野外現(xiàn)場測定包氣帶上層垂向滲透性的簡易方法。在研究大氣降水、灌溉水、渠水、暫時(shí)性表流等對地下水的補(bǔ)給量時(shí)，常需進(jìn)行此種試驗(yàn)。其方法是，在試驗(yàn)層中開挖一個(gè)截面積不大（0.3一0.5m2）的方形或圓形試坑，不斷將水注入坑中，并使坑底的水層厚度保持一定（一般為10cm厚，見圖56）。當(dāng)單位時(shí)間注入水量（即包氣帶巖層的滲透流量）保持穩(wěn)定時(shí)，則可根據(jù)達(dá)西滲透定律計(jì)算出包氣帶土層的滲透系數(shù)，包氣帶上層的垂向滲透

37、系數(shù)（K），實(shí)際上就等于試坑底單位面積上的滲透流量（單位面積注入水量），亦即滲入水在包氣帶土層中的滲透速度（V），。一般要求在試驗(yàn)現(xiàn)場及時(shí)繪制出V隨時(shí)間t的過程曲線（圖57），其穩(wěn)定后的V值（即圖中的V7）即為包氣帶土層的滲透系數(shù)（K）。由于直接從試坑中滲水，未考慮注入水向試坑以外土層中側(cè)向滲入的影響（使?jié)B透斷面加大，單位面積入滲量增加），故所求得的K值常常偏大。為克服此種側(cè)向滲水的影響，目前多采用如圖5一8所示的雙環(huán)(雙套環(huán))滲水試驗(yàn)裝置，內(nèi)外環(huán)間水體下滲所形成的環(huán)狀水圍幕即可阻止內(nèi)環(huán)水向側(cè)向滲透。二、鉆孔注水試驗(yàn)當(dāng)鉆孔中地下水位埋藏很深或試驗(yàn)層為透水不含水時(shí)，可用注水試驗(yàn)代替抽水試驗(yàn)，近似

38、地測定該巖層的滲透系數(shù)。注水試驗(yàn)形成的流場圖，正好和抽水試驗(yàn)相反（圖59）。抽水試驗(yàn)是在含水層天然水位以下形成上大、下小的正向疏干漏斗；而注水試驗(yàn)則是在地下水天然水位以上形成反向的充水漏斗。對于常用的穩(wěn)定流注水試驗(yàn)，其滲透系數(shù)K的計(jì)算公式與抽水井的裘布衣（Dupuit）K值計(jì)算公式相似。其不同點(diǎn)僅是注入水的運(yùn)動(dòng)方向和抽水井中地下水運(yùn)動(dòng)方向相反，故水力坡度為負(fù)值。三、地下水示蹤試驗(yàn)地下水示蹤試驗(yàn)是指通過鉆孔或地下坑道將某種能指示地下水運(yùn)動(dòng)途徑的示劑注入含水層中，并借助下游井、孔、泉或坑道進(jìn)行監(jiān)測和取樣分析，來研究地下水和其溶質(zhì)成分運(yùn)移過程的一種試驗(yàn)方法。進(jìn)行試驗(yàn)的主要目的是測定水動(dòng)力彌散系數(shù)，同

39、時(shí)亦可確定地下水的流向、流速和運(yùn)動(dòng)途徑。水動(dòng)力彌散系數(shù)，是建立地下水溶質(zhì)運(yùn)移模型和預(yù)測水質(zhì)演變過程的最重要的參數(shù)。下面主要討論有關(guān)測定彌散系數(shù)的問題。1彌散系數(shù)的基本概念當(dāng)可溶解物質(zhì)進(jìn)入地下水后，便會(huì)在分子熱動(dòng)力作用（又稱分子擴(kuò)散作用）和水動(dòng)力作用（對流作用）下逐漸地?cái)U(kuò)展，可溶解物質(zhì)的濃度將被逐漸稀釋。水動(dòng)力彌散系數(shù)便是描述該溶解物質(zhì)濃度稀釋過程的時(shí)間、空間變化規(guī)律和描述地下水溶質(zhì)運(yùn)移、進(jìn)行水質(zhì)預(yù)測的重要參數(shù)。關(guān)于彌散系數(shù)，還須理解兩個(gè)重要概念： 由于彌散作用是在分子擴(kuò)散和對流作用下共同形成的，因此彌散系數(shù)（D）（又稱水動(dòng)力彌散系數(shù)）等于分子擴(kuò)散系數(shù)（D）與對流彌散系數(shù)（D）（又稱機(jī)械彌散系數(shù)

40、）之和。在地下水流速較大時(shí)，對流彌散系數(shù)是主要的；當(dāng)?shù)叵滤魉佥^小時(shí)，分子擴(kuò)散系數(shù)是主要的。 由于彌散是有方向的，因此彌散系數(shù)是指三維空間上的值，即彌散系數(shù)（D）包括地下水流方向上的縱向彌散系數(shù)（DL）、橫向上的橫向彌散系數(shù)（DT）及垂向上的垂向彌散系數(shù)。但在大多數(shù)實(shí)際問題中，含水層中的地下水均具有一定的流速，而垂向上的水流運(yùn)動(dòng)也不十分顯著，故常把分子擴(kuò)散作用與垂向彌散作用忽略不計(jì)。因此，通過野外現(xiàn)場測得的，常是以對流彌散作用為主的縱向和橫向彌散系數(shù)。2試驗(yàn)方法簡介野外示蹤試驗(yàn)是在沿地下水流向布置的試驗(yàn)井組中進(jìn)行的。井組由上游的投源井（又稱主井）和下游的監(jiān)測井（接收井或稱取樣并）組成。為保證捕

41、捉到來自投源井的示蹤暈和提高試驗(yàn)精度，應(yīng)在地下水主流線及其兩側(cè)與主孔不同距離并與主孔同心的圓弧上布置監(jiān)測井。一般布置l3層，每層布置3口監(jiān)測井（圖510）。由于示蹤暈沿地下水流方向的擴(kuò)散范圍常常要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于垂直水流方向的范圍，故主流向兩側(cè)的監(jiān)測井不能距主流線軸太遠(yuǎn)。由主流線上監(jiān)測井、投源井與側(cè)面監(jiān)測井構(gòu)成的夾角，一般<15°（扇角<30°）。進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，首先將示蹤劑以脈沖或連續(xù)方式注入投源井中的含水層，并使示蹤劑溶液與含水層地下水混合均勻。然后，嚴(yán)格定時(shí)測量投源井與監(jiān)測井中的水位變化，觀測試驗(yàn)井中示蹤劑的濃度變化；同時(shí)，觀測監(jiān)測井中示蹤劑的出現(xiàn)。待示蹤暈的前緣在監(jiān)

42、測井中出現(xiàn)后，應(yīng)加密觀測（取樣）次數(shù)，以準(zhǔn)確的測定出示蹤劑前緣和峰值到達(dá)監(jiān)測井的時(shí)間。根據(jù)監(jiān)測井中示蹤劑濃度隨時(shí)間的變化資料，利用有關(guān)的公式，便可計(jì)算出地下水的流速和縱向彌散系數(shù)。（1）將從監(jiān)測井中得到的示蹤劑濃度變化資料，繪制成示蹤劑濃度CR和監(jiān)測時(shí)間t的相關(guān)曲線，并將此曲線與彌散方程解析解的標(biāo)準(zhǔn)量板曲線（CR一tR曲線）相匹配（圖511），即可計(jì)算出縱向彌散系數(shù)。（2）也可根據(jù)投源井到監(jiān)測井的距離和示蹤劑從投源井到監(jiān)測井的時(shí)間（一般選取監(jiān)測井中示蹤劑出現(xiàn)初值與峰值出現(xiàn)時(shí)間的中間值），近似地計(jì)算出地下水的流速。3示蹤劑的選擇示蹤劑的選擇是一項(xiàng)重要工作，往往是試驗(yàn)成敗的關(guān)鍵。理想的示蹤劑應(yīng)是無

43、毒、價(jià)廉、能隨水流動(dòng)，且容易檢出，在一定時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定和不易被巖石吸附和濾掉。目前我國常用的示蹤劑主要是 化學(xué)試劑； 染料?；瘜W(xué)試劑有NaCI、CaCI2、NH4CI、NaNO2、NaNO3等。國外用的指示劑較多，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，它無毒、便宜、易檢出，既可用于孔隙、又可用于較大的巖溶通道。穩(wěn)定同位素有2H、13C、15N、等，但以2H為優(yōu)。放射性同位素中有3H、60CO、198Au等，但毒性問題未解決，其中3H組成水分子，與水一起運(yùn)動(dòng)，則較理想。這種方法需專門儀器檢出，較費(fèi)時(shí)費(fèi)錢（尤其是穩(wěn)定同位素）。其優(yōu)點(diǎn)在于用量小，能在較長的距離內(nèi)示蹤。尚需指明，上述示蹤試驗(yàn)只適用于孔隙含水層和滲透性比較均勻的裂隙和巖溶含水層。對于巖溶管道流或非均質(zhì)性極強(qiáng)裂隙含水層，不適合的。有關(guān)地下水