抽水試驗及其數據處理若干問題淺析

■李靜陳堯堯

（1湖北省地質環境總站 湖北武漢430000；2湖北省地質局水文地質工程地質大隊 湖北荊州434020）

抽水試驗及其數據處理若干問題淺析

■李靜1陳堯堯2

（1湖北省地質環境總站 湖北武漢430000；2湖北省地質局水文地質工程地質大隊 湖北荊州434020）

抽水試驗是正確地獲得水文地質參數極為重要的手段。工作中一般采用單孔、多孔、群孔抽水試驗資料來求解水文地質參數。但在實際工作中，受客觀條件限制，多采用單孔抽水試驗來求解水文地質參數。

抽水試驗分類試驗數據處理

先進的水文地質勘探技術，是保證地下水資源合理開發利用的前提。抽水試驗作為水文地質工作中一項極其重要的手段，具有十分重要的作用。筆者根據多年工作經驗，將水文地質勘查中抽水試驗及其數據處理的若干問題進行了淺析，分述如下：

1　抽水試驗的目的及分類

1.1抽水試驗的目的

（1）確定含水層及越流層的水文地質參數：滲透系數K、導水系數T、給水度μ、彈性釋水系數μe、導壓系數a、弱透水層滲透系數K'、越流系數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數據，如影響半徑、單井出水量、單位出水量、井間干擾出水量、干擾系數等，依據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條件，如確定各含水層間以及與地表水之間的水力聯系、邊界的性質及簡單邊界的位置、地下水補給通道、強徑流帶位置等。

1.2抽水試驗分類

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；

（2）多孔抽水試驗：在一個主孔內抽水，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參數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，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；

（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。

2　對穩定流和非穩定流試驗的簡單剖析

地下水向垂直集水構筑物運動的公式主要有兩個：一個是穩定流的裘布依公式；一個是非穩定流的泰斯公式。

穩定流的裘布依公式主要是假定在長期抽水過程中水位一直保持穩定，流入井的地下水從圓柱形的側面源源不斷地得到補給。即像在圓形孤島中抽水一樣，水從圓形孤島周圍得到補給。我們知道這種假定在地下水系統是罕見的。

泰斯公式把地下水運動的穩定流推廣到普遍的非穩定流運動狀態，為地下水動力學的研究提供了新的途徑?？商┧构揭彩窃谝欢ǖ募僭O條件下建立的，也必然有它的不足之處。但它的優點是基本反映了地下水呈非穩定運動的客觀規律，因為自然界地下水處于非穩定運動是絕對的、普遍的；處于穩定狀態是相對的、局部的。公式中還考慮了時間因素，而地下水的各類運動要素又是隨著時間變化的。因此，利用泰斯公式計算參數是比較接近實際的。

3　計算公式的選擇問題

在非穩定流抽水試驗中，利用單井試驗資料計算水文地質參數有：直線圖解法、標準曲線配線法、恢復水位法等多種方法。但在大降深長時間抽水時，井周圍將產生地下水運動的三維流區，而單井試驗觀測資料恰在三維流區的匯點，必將產生三維流影響的水頭損失，如試驗采用三次降深時，可用三次試驗資料對水躍值（井損值）進行修正?？墒欠欠€定流試驗一般只做一次降深，無法對井損值修正。因此，不加分析直接利用上述公式計算，勢必產生誤差。為了避免水頭損失對計算結果的影響，就必須選擇合理的計算公式和方法。我們對以上三種方法進行簡單分析：直線圖解法和配線法均是利用抽水實時水位和末水位，而兩者都是帶有井損值的，因此，不加修正直接計算結果是有誤差的；水位恢復法，利用的是抽水結束以后水位變化資料，基本避開了抽水時產生的三維流對水位變化的影響。當然，在水位恢復的最初階段，也存在著井損值的恢復過程，我們設井損值為△H，井徑為rw，為克服井損值需要填滿的溶積為V=πrw2△H。

4　穩定流抽水試驗中對Q～S曲線的重新認識

教科書中把穩定流抽水試驗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；檢驗抽水試驗成果的正確性。習慣認為：當Q～S曲線呈直線時為承壓水；呈曲線時為潛水、水量不足、洗孔不徹底或抽水有誤，這種觀點是不切實際的。在我們生產實踐中，有很多承壓水Q～S曲線是曲線型的，直線型只是無水頭損失的一種。然而，當實際抽水沒有達到預期效果時，為了使Q～S曲線和教科書上吻合，往往人為調節Sw和Q值，以期符合某一標準，這種做法是錯誤的，直接影響了參數計算的精度，也將使資源評價差之毫厘謬以千里。

5　井損值（水躍值）問題

裘布依公式沒有考慮水躍值問題，公式中的h實際是井壁外的水位，而直接測得的水位卻是比h低一個△h的井中水位。當降深較小、含水層較厚且裸眼成井時水躍值較小，井內、外水位基本一致，水躍值可忽略不計。當大降深抽水時，井孔成為強紊流匯點，水躍值存在，利用裘布依公式作抽水井的水頭表達式，進行其它參數計算時就有誤差了。在許多計算實例中，紊流水位降可比層流水位降大1—3倍，尤其在強滲透巖層中抽水，由于、下濾水管等原因，紊流阻力更大。因此利用主孔測得的降深值進行計算參數時，必須對實測值進行修正。

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[2]李愛平，張國飛，姜慧琴，王瑞東，蘆小燕.淺談巖土工程勘察中抽水試驗中的幾個問題 [J].地下水，2012（05）.

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P5[文獻碼]B

1000-405X（2016）-2-183-1