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抽水试验确定各向异性含水层参数的实例讨论刘 燕1辛璐君1郭建青1齐学斌2樊向阳2(1.长安大学环境科学与工程学院 西安市 710054 2.中国农业科学院农田灌溉研究所河南#新乡 453003)提 要 在进行抽水试验时,多将含水层看作为均质各向同性的,而事实上也有可能是各向异性的含水层,从而得到的含水层参数值不真实。
该文分别以描述均质各向同性与各向异性情况下的非稳定流问题的解析解为基础,在满足直线图解法适用条件的情况下,分析了3组实际抽水试验数据,计算了两种情况下的含水层参数。
经讨论表明:1)如果将各向异性情况下的含水层按各向同性处理,由各个观测孔s -t 数据得到的弹性释水系数数值间会有较大的差别,据此提出了判断含水层是否为各向异性的初步方法;2)在利用直线图解法时,应当进行后检验,检查是否满足其适用条件。
关键词 含水层参数 各向异性 抽水试验数据 判别方法Discussion of Determining Anisotropic Aquifer Parametersby Pumping Tests DataLiu Yan 1Xin Lujun 1Guo Jianqing 1Qi Xuebin 2Fan Xiangyang2(1.School of Environmental Science and Engineering,Chang c an University2.Farmland Irrigation Research Institute,CAAS)Abstract In order to estimate aquifer para meters by data of pumping tests,it is mostly assumed that the aqu-i fer is homogeneous and isotropic.However,in fact,the aquifer ma y be homogeneous anisotropic one which re -sulting in untrue values of aquifer parameters.Based on the analytical solutions which descript the problems of unsteady flow in the case of homogeneous isotropic and anisotropic and the applicable conditions of linear graphic method are met,3groups of practical pumping test data were analyzed and the aquifer para meters are calculated in both cases.The results after discussion show that,1)if the anisotropic aquifer is treated as isotro -pic one,there will be larger difference between the values of elastic releasing coefficient estimated from s -t data of different observation wells,and based on this,a method to determine whether the aquifer is isotropic or not is presented here;2)when the linear graphical method is applied,it is necessary to check whether the ap -plicable conditions of linear graphical method are met or not after first estimation of aquifer para meters.Keywords aquifer parameters;anisotropy;pumping tests data;discrimination method基金项目:国家863计划课题/污灌农田及退化土壤修复关键技术0(2012AA101404-12)作者简介:刘燕(1989-)女,硕士研究生,主要从事水文学及水资源方面的研究。
利用抽水试验确定承压含水层参数方法摘要：地下水资源评价与地下水可开采量计算，需要对地下含水层组参数进行分析确定。
本文探讨定流量(单孔或多孔)抽水试验确定含水层参数的可行性，并对定降深抽水试验确定水文地质参数方法进行了探索。
关键词：水文地质参数，抽水试验，承压水地下水资源评价和以地下水作为供水水源的建设项目的水资源论证工作，在对评价区域水文地质条件进行勘测论证之后，主要任务就是对取水水源地所在区域地下水可开采量进行估算，以满足制定水资源开发利用规划和建设项目取用水规划的需要。
浅层地下水的评价论证，可开采量估算通常采用水量均衡法、数值法和统计分析法；但深层承压含水层组地下水可开采量的计算，比较成熟的方法相对较少，水文地质参数确定得合理与否，直接影响到计算成果的可靠程度，进而关系到水资源论证评价的科学性。
本文探讨承压含水层组水文地质参数确定的方法问题。
1.定流量抽水试验确定水文地质参数1.1单井抽水试验推求水文地质参数方法原理:承压完整井非稳定抽水的泰斯公式为：式中：S------与抽水井距离r处得水位降深（m）Q------抽水井流量（m³/d）T-------含水层导水系数（㎡/d）A------含水层压力传导系数（㎡/d）t-------抽水历时（d）W(u)-------井函数，与α、t、r有关。
对式（1）两边取对数可得：曲线lgW（u）-lg(1/u)相似，只能纵横坐标相差一个常数，lgs-lgt是抽水试验观测孔的实测曲线（t为分钟）。
据此可根据抽水试验观测数据，采用图解分析法与分析计算含水参数。
操作步骤：首先制作标准曲线lgW(u)-lg(1/u),.再依据抽水试验资料在双对数纸上点绘lgS-lgt曲线，纵横坐标平行移动，找到一个最佳配合位置，使lgS-lgt 实测点据与标准曲线lgW（u）-lg(1/u)重和度最好，然后固定两曲线图位置，任意找到一个配合点M（S,t取整数），读取其W（u）、l/u/、S、t的值，有下列公式计算含水弹性给水度e：：1.3多孔抽水试验推求含水层水文地质参数为确保试验所得水文地质参数能客观反映水源地含水层组透水和弹性释水特性，在客观条件允许时还应在单孔抽水试验基础上进行多孔(也称群孔)抽水试验，进一步验证单孔试验取得参数的合理性。
任务四水文地质试验二、抽水试验概述课程目的掌握抽水试验目的任务、抽水试验类型，掌握不同抽水试验的原理、适用条件、用途，具有合理选取抽水试验类型的专业技能课程任务1、掌握抽水试验目的任务2、掌握不同抽水试验的原理、适用条件、用途课程内容1、抽水试验目的任务2、抽水试验目的任务重点、难点不同抽水试验的原理、适用条件、用途一、抽水试验的目的、任务抽水试验：是以地下水井流理论为基础，通过在井孔中进行抽水和观测，来测定含水层水文地质参数，评价含水层富水性和判断某些水文地质条件的一种野外试验工作。
抽水试验的目的、任务是：1、直接测定含水层的富水程度和评价井孔的出水能力Q以一定降深（抽水水位降深10m为准）、一定口径（口径91mm）的单井出水量来表征的含水层富水程度《水文地质术语》(GB12719―1991)C1按钻孔单位涌水量（q）富水性[注]分为以下四级：a. 弱富水性：q＜0.1L/s.m；b.中等富水性：0.1L/s.m＜q≤1.0L/s.m；c.强富水性：1.0L/s.m＜q≤5.0L/s.m；d.极强富水性：q＞5.0L/s.m。
2、确定含水层水文地质参数（如K、T、ue、ud、a、Ke等）3、研究井孔的出水量Q与水位降深S的关系，及其与抽水时间t的关系，研究降落漏斗的形状、大小及扩展过程4、研究含水层之间及地下水与地表水之间的水力联系，以及地下水补给通道和强径流带位置等5、确定含水层（含水体）边界位置及性质6、通过抽水试验，为取水工程设计提供所需水文地质数据。
如：通过单孔抽水，确定井孔的影响半径R，单井出水量Q、单位出水量q等；根据开采性抽水试验或疏干模拟抽水，确定合理的井距L、开采降深S、合理井径r，井间干扰系数等。
7、通过开采性抽水试验，直接评价水源地的地下水充许开采量。
（二）抽水试验的类型一般根据抽水试验所依据的井流公式原理、抽水试验的目的任务和方法要求等分类。
1、按依据的井流理论划分（1）稳定流抽水试验：在抽水过程中，要求流量Q、水位降深S（或动水位h）同时相对稳定（即不随时间而变），并有一定延续时间的抽水试验。
可编辑第四章抽水试验抽水试验是确定含水层参数，了解水文地质条件的主要方法。
采用主孔抽水、带有多个观测孔的群孔抽水试验，包括非稳定流和稳定流抽水实验，要求观测抽水期间和水位恢复期间的水位、流量、水温、气温等内容。
要求了解试验基地及其所在地区的水文气象、地质地貌及水文地质条件，了解并掌握抽水试验的目的意义、工作程序、现场记录的主要内容、数据采集与处理方法，掌握相关资料的整理、编录方法和要求，了解对抽水试验工作质量进行评价的一般原则，能够利用学过的理论及方法进行水文地质参数计算，并对参数的合理性和精确性进行分析和检验。
§4.1 基本要求掌握抽水试验的目的、分类、方法及抽水试验准备工作。
4.1.1 抽水试验的目的(1) 确定含水层及越流层的水文地质参数：渗透系数 K、导水系数 T、给水度、弹性释水系数∗、导压系数 a、弱透水层渗透系数 K'、越流系数 b、越流因素 B、影响半径 R等。
(2) 通过测定井孔涌水量及其与水位下降（降深）之间的关系，分析确定含水层的富水程度、评价井孔的出水能力。
(3) 为取水工程设计提供所需的水文地质数据，如影响半径、单井出水量、单位出水量、井间干扰出水量、干扰系数等，依据降深和流量选择适宜的水泵型号。
(4) 确定水位下降漏斗的形状、大小及其随时间的增长速度；直接评价水源地的可开采量。
(5) 查明某些手段难以查明的水文地质条件，如确定各含水层间以及与地表水之间的水力联系、边界的性质及简单边界的位置、地下水补给通道、强径流带位置等。
4.1.2 抽水试验分类抽水试验主要分为单孔抽水、多孔抽水、群孔干扰抽水和试验性开采抽水。
（1）单孔抽水试验：仅在一个试验孔中抽水，用以确定涌水量与水位降深的关系，概略取得含水层渗透系数。
（2）多孔抽水试验：在一个主孔内抽水，在其周围设置若干个观测孔观测地下水位。
通过多孔抽水试验可以求得较为确切的水文地质参数和含水层不同方向的渗透性能及边界条件等。
罗园井田第一含水层抽水试验与参数计算摘要罗园煤矿是国投新集能源股份有限公司准备筹建的矿井，为满足矿井生产和建设的供水需要提供矿井供水设计的水文地质依据，本文对以往勘探钻孔揭露的松散层资料进行收集、分析和整理，对含、隔水层（组）重新对比划分，在充分利用抽水试验资料的基础上，计算了该区第一含水层的水文地质参数，评价地下水资源量，确定允许开采量，并论证其保证程度。
关键词罗园；抽水试验；非稳定流；水文地质参数；第一含水层罗园煤矿是国投新集能源股份有限公司准备筹建的矿井，矿井设计规模为生产原煤300万t/年，设计总需水量为5 000m3/d。
为满足矿井生产和建设的供水需要，提供矿井供水设计的水文地质依据，该区含水层的水文地质参数的确定就成为必要。
1 抽水试验1.1抽水工具、抽水及观测方法抽水试验使用6立方移动式空压机，流量测量使用三角堰流量箱，水位观测用万能电表及钢板尺或钢卷尺。
抽水试验按非稳定流方法进行。
1.2静止水位和恢复水位观测本次勘探抽水试验均按《供水水文地质勘察规范》（GB50027-2001）要求进行，抽水前对抽水孔和观测孔进行静止水位观测，抽水结束进行恢复水位观测。
水位观测均连续同时进行，静止水位每隔30分钟观测一次，恢复水位在抽水结束后前两个小时内按1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120分钟加密观测，两个小时后每隔30分钟测量水位一次，一直达到稳定要求时结束。
1.3正式抽水试验本次勘探孔L Y4抽水均按非稳定流要求作定流量抽水。
本次抽水带二个观测孔（L Y4-1、LY4-2），抽水前观测了18小时的自然静止水位，符合稳定标准后采用空压机作非稳定流抽水试验，流量17.16m3/h，水位降深10.51m，水位恢复时间72小时，观测孔水位下降明显，s~lgt、s′~lg（1+tp/t′）关系曲线正常，水位、流量观测资料齐全、可靠，可作为一含参数和水量计算的依据。
含水层富水性的等级标准按钻孔单位涌水量（q ），含水层富水性[注]分为以下4级：1.弱富水性：q ≤0.1 L/(s ·m)；2.中等富水性：0.1 L/(s ·m)＜q ≤1.0 L/(s ·m)；3.强富水性：1.0 L/(s ·m)＜q ≤5.0 L/(s ·m)；4.极强富水性：q ＞5.0 L/(s ·m)。
注：评价含水层的富水性，钻孔单位涌水量以口径91 mm 、抽水水位降深10 m 为准；若口径、降深与上述不符时，应当进行换算后再比较富水性。
换算方法：先根据抽水时涌水量Q 和降深S 的数据，用最小二乘法或图解法确定)(S f Q =曲线，根据Q -S 曲线确定降深10 m 时抽水孔的涌水量，再用下面的公式计算孔径为91 mm 时的涌水量，最后除以10 m 便是单位涌水量。
⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=919191lg lg lg lg r R r R Q Q 孔孔孔式中 91Q ，91R ，91r --孔径为91 mm 的钻孔的涌水量、影响半径和钻孔半径；孔Q ，孔R ，r 孔--孔径为r 的钻孔的涌水量、影响半径和钻孔半径。
附录三防隔水煤（岩）柱的尺寸要求一、煤层露头防隔水煤(岩)柱的留设煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设，按下列公式计算：1.煤层露头无覆盖或被黏土类微透水松散层覆盖时：H f=H k+H b(3-1)2.煤层露头被松散富水性强的含水层覆盖时（图3-1）：H f=H L+H b(3-2)式中H f--防隔水煤（岩）柱高度，m；H k--采后垮落带高度，m；H L--导水裂缝带最大高度，m；H b--保护层厚度，m；α--煤层倾角，（°）。
根据式(3-1)、式(3-2)计算的值，不得小于20 m。
式中H k、H L的计算，参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的相关规定。
图3-1 煤层露头被松散富水性强含水层覆盖时防隔水煤（岩）柱留设图二、含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设（图3-2）可参照下列经验公式计算：P 35.0K pKM L ≥20 m式中 L --煤柱留设的宽度，m ；K --安全系数，一般取2-5；M --煤层厚度或采高，m ；p --水头压力，MPa ；K p --煤的抗拉强度，MPa 。
关于抽水试验推求水文地质参数方法的研究发表时间：2013-01-06T15:34:42.390Z 来源：《建筑学研究前沿》2012年10月Under供稿作者：李永清刘翔郭志刚[导读] 水文地质参数在很多工作中都是必需的，对于其推求的过程及方法也有很多。
李永清刘翔郭志刚湖南省工程勘察院(417000)摘要：水文地质参数在很多工作中都是必需的，对于其推求的过程及方法也有很多。
其中，抽水试验作为较常使用的一种，对抽水试验推求水文地质参数方法的研究有着重要的意义。
本文对抽水试验进行了概述，并分析了抽水试验中的相关公式、曲线绘制及注意事项，希望给这方面的研究起到一定的指导作用。
关键词：抽水试验；水文地质参数；About pumping test in-situ hydrogeological parameter methodLiYongQing liu xiang guo zhigang engineering survey school (417000)Abstract: the hydrogeology parameters in a lot of work is necessary, for the calculated process and method also has a lot of. Among them, the pumping test as a commonly used a, the pumping test in-situ hydrogeological parameter method research has the important meaning. In this paper, the pumping test are reviewed, and analyzes the pumping test the relevant formula, plotting and the matters needing attention, hope to the research of this aspect have a certain guiding role.Keywords: pumping test; Hydrogeology parameters;1、引言随着社会的发展，各种土木工程越来越多。
浅析抽水试验参数计算及含水层富水性特征
利用抽水试验方法查明水文地质特征及含水层参数是水文勘察的重要手段，文章利用钻孔抽水试验数据，采用稳定流公式法、作图法、解析法，较为准确地计算推覆体灰岩地下水的水文地质参数，并对参数的选择合理性进行了检验，最后根据资料分析其富水性特征，为煤矿安全开采提供依据。
标签：抽水试验；参数计算；富水性；推覆体灰岩
皖北矿区水文地质条件复杂，水害威胁较为严重，发生多起突水事件，给矿井带来惨重的危害，利用地面钻孔施工合理的评价含水层的富水性特征，解放受水威胁煤炭储量，实现矿井安全生产，延长其服务年限具有重大的现实指导意义。
文章以钱营孜煤矿东翼推覆体灰岩勘探工程为例，综合研究钻探施工中水文观测和抽水试验数据，浅析抽水试验参数及含水层富水性特征。
1 研究区概况
钱营孜煤矿东一采区位于煤矿东南部，东部边界发育DF200断层，最大落差达500m，是东翼推覆体灰岩形成的直接成因。
本研究区推覆体灰岩之上被厚51.65～90.30m的第四系所覆盖，局部第四系底含为粘土夹砂砾，形成“天窗”；顶部灰岩风化强烈，裂隙发育，造成灰岩水和第四系底部砂层含水层有着密切的水力联系，对下部3煤层开采造成威胁。
为解决推覆体灰岩构造的结构及空间分布、水文地质特征、与第四系松散层的连通性等问题，在推覆体倾向和走向上，钻探施工钻孔5个，对推覆体灰岩进行抽水试验。
其工程布置图见图1。
2 抽水试验
2.1 稳定流抽水试验
稳定流抽水试验渗透系数和影响半径计算选用公式，水文地质参数见表1：
2.2 非稳定流抽水试验
单孔抽水试验完成后并同步观测恢复水位48h，以T1孔为主孔，其他孔观测孔，进行地面群孔非稳定流抽水试验，Q-S-T图见图2，参数计算方法采用lgs～lgt、s～lgt和s～lgr直线图解法及水位恢复法，现分述如下：
2.2.1 降深-时间（lgs～lgt）配线法
用同一观测孔不同时间的时间降深资料，作s～t双对数关系曲线与模数相同的泰斯曲线W（u）～1/u配合，取得配合点，求出T和μ，按下式计算：
式中：[W（u）]、[1/u]、[s]、[t]为配合点座标。
2.2.2 降深-距离（s～lgr）图解法
（1）计算导水系数（T）和储水系数（μ）
采用同一方向上，不同观测孔同一时间的水位降深值，作s～lgr关系曲线，取其后期直线段斜率，按下式计算：
（2）计算影响半径（R）和水跃值（△h）
利用抽水结束时同一方向各观测孔水位降深，作s～lgr关系直线图，直线在横轴上的截距R，即为抽水影响半径，直线在主孔中心线上截距Sn为抽水时主孔实际降深，水跃值按下式计算：
式中：Sn-图解主孔降深（m）；Sw-抽水实测主孔降深（m）
2.2.3 降深-时间（s～lgt）图解法
根据同一观测孔不同时间的降深资料在单对数坐标纸上作s～lgt关系曲线（见图3），取其后期直线段斜率和直线段在时间轴上截距to，用下式计算：
2.2.4 水位恢复法
选用抽水主孔和距主孔较近的观测孔水位恢复资料，用抽水结束后钻孔中的剩余降深（S′）抽水延续时间（tp）及水位恢复时间（t′）资料在单对数纸上作S′～lg（1+tp/t’）关系曲线，取其后期直线段斜率i，按下式计算：
2.3 水文地质参数选择
2.3.1 涌水量（Q）、单位涌水量（q）、含水层厚度（M）
群孔抽水时T1孔钻孔涌水量Q=26.172m3/h，单位涌水量q=0.468L/（m.s），T1孔含水层厚度（M=54.93m），作为水量计算和资源评价的依据，由于观测孔T4、T5水位变化极小，利用附近T2、T3孔资料计算，具体曲线所求参数见表2。
2.3.2 影响半径（R）
影响半径采用图解值1190m，计算时采用值为1190m，
2.3.3 导水系数（T）、贮水系数（μ）、渗透系数（K）
导水系数采用计算的平均值：T=230.250m2/d，贮水系数采用值为μ（=4.935×10-3，渗透系数采用值K=4.192m/d，具体参数选择见表3。
2.3.4 参数检验
根据所选择的参数，按公式：
对钻孔水位降深进行检验（t取3300min），从表4可以看出观测孔误差都小于10%。
证明所选择参数较准确可靠，可以作为含水层富水性、涌水量判断依据。
3 含水层富水性特征
3.1 岩溶裂隙发育特征
推覆体灰岩随DF200断层变化，由西向东逐渐增厚，从第四系风化带随断层倾向逐步向深部延伸，岩性主要为为灰色、灰白色灰岩灰岩，局部呈褐铁色，水蚀严重，厚度约198.65m～334m，顶部小溶洞较发育，孔径3～6mm；受推覆构造的作用，不规则裂隙发育多被方解石充填，裂隙宽1～7mm；底部在断层破碎带接触处岩芯破碎；钻探施工过程中灰岩段全漏水，K=4.192m/d，T=230.250m2/d，证明灰岩岩溶较发育，富水性强，连通性较好，是良好的地下水储存和运移通道。
3.2 富水性特征
钻探施工中推覆体灰岩顶部风化及底部构造破碎带漏水大，说明该位置富水性相对较强；稳定流抽水试验参数q=0.4345～1.37l/s.m，k=0.8927～1.1m/d，含水层富水性中等～强，富水性不均一；群孔非稳定流抽水试验，地下水径流方向从西南到北东，K=4.192m/d，T=230.250m2/d，该含水层富水性强。
4 结束语
通过单孔稳定流和群孔非稳定流抽水试验比较，发现群孔非稳定参数更具有现实意义，可以提高了含水层的水文地质参数的准确性和可靠性；通过对推覆体灰岩含水层水文地质参数的分析判断，说明该含水层具富水性强、导水性好的特性，可以作为安全开采推覆体灰岩下3煤的重要理论依据。
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作者简介：王新建（1981，1-），男，安徽东至人，地质工程师，主要从事水文地质、工程地质、煤田地质方面的研究工作。
