《水文地质试验》课件.ppt

第四章水文地质试验,黄河小浪底水利枢纽工程,大坝典型断面,坝体结构,预应力锚索和钢纤维喷混凝土技术,发电厂房,施工中的1号、2号消力塘,大型综合消能水垫塘,调水调沙,大坝渗流控制,地上悬河问题,渗漏问题,坝肩绕流问题,内容,第一节抽水试验的目的和任务第二节抽水试验的分类和各种方法的主要用途第三节抽水孔和观测孔的布置要求第四节抽水试验的主要技术要求第五节抽水试验的资料整理第六节其他水文地质野外试验,第一节抽水试验的目的和任务,第一节抽水试验的目的和任务,抽水试验的重要性：定量评价含水层富水性；测定含水层水文地质参数；判断某些水文地质条件；在各个勘察阶段中都占有重要的比重；直接影响着对水文地质条件的认识和计算成果的精度；费用仅次于钻探工作费用；有时，整个钻探工程主要是为了抽水试验而进行。,第一节抽水试验的目的和任务,目的和任务：1)直接测定含水层的富水程度和评价井（孔）的出水能力；2)为取水工程设计提供所需的水文地质数据；3)评价水源地的可（允许）开采量；,目的和任务：4)确定含水层水文地质参数(K、T，、*，a)；,第一节抽水试验的目的和任务,目的和任务：5)查明水力联系,第一节抽水试验的目的和任务,目的和任务：5)查明边界性质,第一节抽水试验的目的和任务,目的和任务：5)查明强径流带位置,第一节抽水试验的目的和任务,第二节抽水试验分类及用途,分类,第二节分类及用途,区域性及专门性地下水资源调查的初始阶段获取含水层具代表性的水文地质参数和富水性指标（如钻孔的单位涌水量或某一降深条件下的涌水量），一般选用单孔抽水试验即可。当只需取得含水层渗透系数和涌水量时，一般多选用稳定流抽水试验；当需要获得渗透系数、导水系数、释水系数及越流系数等更多的水文地质参数时，则须选用非稳定流的抽水试验方法。,第二节分类及用途,专门性地下水资源调查的详勘阶段为获得开采孔群（组）设计所需水文地质参数（如影响半径、井间干扰系数等）和水源地允许开采量（或矿区排水量）时，则须选用多孔干扰抽水试验。当设计开采量（或排水量）远小于地下水补给量时，可选用稳定流的抽水试验方法；当设计开采量（或排水量）大于地下水补给量时，则选用非稳定流的抽水试验方法。,第三节抽水孔和观测孔的布置要求,一、主孔布置要求1)布置抽水孔的主要依据是抽水试验的任务和目的，目的和任务不同，其布置原则也各异为求取水文地质参数的抽水孔，一般应远离含水层的透水、隔水边界，布置在含水层的导水及储水性质、补给条件、厚度和岩性条件等有代表性的地方；,第三节抽水孔和观测孔的布置要求,一、主孔布置要求1)布置抽水孔的主要依据是抽水试验的任务和目的，目的和任务不同，其布置原则也各异对于探采结合的抽水井，要求布置在含水层（带）富水性较好或计划布置生产水井的位置上，以便为将来生产孔的设计提供可靠信息；,第三节抽水孔和观测孔的布置要求,一、主孔布置要求1)布置抽水孔的主要依据是抽水试验的任务和目的，目的和任务不同，其布置原则也各异欲查明含水层边界性质、边界补给量的抽水孔，应布置在靠近边界的地方，以便观测到边界两侧明显的水位差异或查明两侧的水力联系程度。,第三节抽水孔和观测孔的布置要求,一、主孔布置要求2)尽量利用已有水井作为抽水时的水位观测孔。3)抽水孔附近不应有其他正在使用的生产水井或其他与地下水有联系的排灌工程。4)抽水井附近应有较好的排水条件。,第三节抽水孔和观测孔的布置要求,二、水位观测孔布置要求一般不必开凿专门的水位观测孔，但为提高所求参数的精度和了解抽水流场特征，应尽量用更多已有的水井作为试验的水位观测孔。当已有观测孔不能满足要求时，则需开凿专门水位观测孔。,第三节抽水孔和观测孔的布置要求,二、水位观测孔布置要求（1）水位观测孔布置的意义1)可以提高水文地质参数的计算精度观测孔中的水位不受抽水孔水跃值和抽水孔附近三维流的影响，能更真实地代表含水层中的水位；观测孔中的水位，由于不存在抽水主孔“抽水冲击”的影响，水位波动小，水位观测数据精度较高；利用观测孔水位数据参与井流公式的计算，可避开因R，a值选值不当给参数计算精度造成的影响。,第三节抽水孔和观测孔的布置要求,二、水位观测孔布置要求（1）水位观测孔布置的意义2)可用多种作图方法求解稳定流和非稳定流水文地质参数,第三节抽水孔和观测孔的布置要求,二、水位观测孔布置要求（1）水位观测孔布置的意义3)利用观测孔水位，可绘制出抽水的人工流场图，可分析判明含水层的边界位置与性质、补给方向、补给来源及强径流带位置等水文地质条件。大型孔群抽水试验渗流场的时空特征，可作为建立地下水流数值模拟模型的基础。,第三节抽水孔和观测孔的布置要求,二、水位观测孔布置要求（2）水位观测孔布置的原则1)为求取含水层水文地质参数的观测孔，一般应和抽水主孔组成观测线。,均质各向同性的含水层,水力坡度较小的,水力坡度较大的,非均质各向异性的含水层,均质各向异性的含水层应沿着不同储、导水性质的方向布置，以分别取得不同方向的水文地质参数。,第三节抽水孔和观测孔的布置要求,二、水位观测孔布置要求（2）水位观测孔布置的原则1)为求取含水层水文地质参数的观测孔，一般应和抽水主孔组成观测线，所求水文地质参数应具有代表性。对观测线上观测孔数目的布置要求。观测孔数目：只为求参数，1个即可；为提高参数的精度则需2个以上，如欲绘制漏斗剖面，则需2-3个。,第三节抽水孔和观测孔的布置要求,二、水位观测孔布置要求（2）水位观测孔布置的原则观测孔距主孔距离：愈近主孔距离应愈小，愈远离主孔距离应愈大；,第三节抽水孔和观测孔的布置要求,二、水位观测孔布置要求（2）水位观测孔布置的原则观测孔距主孔距离：为避开抽水孔三维流的影响，第一个观测孔距主孔的距离一般应约等于含水层的厚度（至少应大于10m)；最远的观测孔，要求观测到的水位降深应大于20cm；相邻观测孔距离，亦应保证两孔的水位差必须大于20cm。,第三节抽水孔和观测孔的布置要求,二、水位观测孔布置要求（2）水位观测孔布置的原则2)当抽水试验的目的在于查明含水层的边界性质和位置时，观测线应通过主孔、垂直于欲查明的边界布置，并应在边界两侧附近均布置观测孔。,第三节抽水孔和观测孔的布置要求,二、水位观测孔布置要求（2）水位观测孔布置的原则3)对欲建立地下水水流数值模拟模型的大型抽水试验，应将观测孔比较均匀地布置在计算区域内，以便能控制整个流场的变化和边界上的水位和流量，应在每个参数分区内都布置观测孔，便于流场拟合。,第三节抽水孔和观测孔的布置要求,二、水位观测孔布置要求（2）水位观测孔布置的原则4)当抽水试验的目的在于查明垂向含水层之间的水力联系时，则应在同一观测线上布置分层的水位观测孔。5)观测孔深度：要求揭穿含水层，至少深人含水层10-15m。,第四节抽水试验的主要技术要求,一、稳定流单孔抽水试验,（1）对水位降深的要求一般要求进行3次不同水位降深（落程）的抽水，要求各次降深的抽水连续进行；,一、稳定流单孔抽水试验,（1）对水位降深的要求对于富水性较差的含水层或非开采含水层，可只做一次最大降深的抽水试验。,一、稳定流单孔抽水试验,（1）对水位降深的要求对松散孔隙含水层，抽水水位降深的次序可由小到大排列,有助于形成天然的反滤层！,一、稳定流单孔抽水试验,（1）对水位降深的要求对于裂隙含水层，抽水降深次序可由大到小排列,使裂隙中充填的细颗粒物质及早吸出，增加导水性！,一、稳定流单孔抽水试验,（2）抽水试验流量的设计最大出水量，可根据同一含水层中已有水井的出水量推测，或根据含水层的经验渗透系数值和设计水位降深值估算，也可根据洗井时的水量来确定。欲作为生产水井使用的抽水试验钻孔，其抽水试验的流量最好能和需水量一致。,一、稳定流单孔抽水试验,（3）水位降深和流量稳定后延续时间的要求仅为获得含水层的水文地质参数，水位和流量的稳定延续时间达到24h即可；除获取水文地质参数外，还必须确定出水井的出水能力，则水位和流量的稳定延续时间至少应达到48-72h或者更长。当抽水试验带有专门的水位观测孔时，距主孔最远的水位观测孔的水位稳定延续时间应不少于2-4h。,一、稳定流单孔抽水试验,抽水实验是否真的达到稳定？稳定延续时间必须从抽水孔的水位和流量均达到稳定后开始计算；要注意抽水孔和观测孔水位或流量微小而有趋势性的变化。,一、稳定流单孔抽水试验,（4）水位和流量观测时间的总要求水位和流量的观测时间间隔，应由密到疏，停抽后还应进行恢复水位的观测，直到水位的日变幅接近天然状态为止。水位观测时间：5、10、15、25、30min各观测一次，以后每隔30或60min测一次,二、非稳定流抽水试验,（1）对抽水流量值的选择要求为求得水文地质参数：抽水流量只需考虑试验过程中，抽水井中的水位降深不超过水泵的吸程；探采结合的抽水井：按设计需水量或按设计需水量的1/3-l/2的强度来确定；可参考勘探井洗井时的水位降深和出水量来确定抽水流量。,二、非稳定流抽水试验,（2）对抽水流量和水位的观测要求流量和水位观测应同时进行；观测的时间间隔应比稳定流抽水小；1.2.3.4.6.8.10.15.20.25.30.40.50.60.80.100.120min，以后每30min测一次。抽水停抽后恢复水位的观测，应一直进行到恢复水位变幅接近天然水位变幅时为止。,二、非稳定流抽水试验,（3）抽水试验延续时间的要求,为了求参：延续时间只要水位降深(S)-时间对数(lgt)曲线的形态比较固定；能够明显地反映含水层的边界性质即可停抽。,二、非稳定流抽水试验,（3）抽水试验延续时间的要求,抽水试验的延续时间，有时也需考虑求参方法的要求。拐点法计算参数：抽水至少应延续到能可靠判定拐点为止。需利用稳定状态时段资料:水位稳定段的延续时间应符合稳定流抽水试验稳定延续时间的要求。,二、非稳定流抽水试验,（3）抽水试验延续时间的要求为了确定水井的涌水量试验延续时间应尽可能长一些，最好能从含水层的枯水期末期开始，一直抽到雨季初期；或至少进行到S-lgt曲线能可靠地反映出含水层边界性质为止。,三、大型群孔干扰抽水试验,1、抽水试验的目的求水源地的允许开采量；设计矿井在疏干降深条件下的排水量；预报开采条件下的水位降深。大型群孔干扰抽水试验的抽水量，应尽可能接近水源地的设计开采量。当设计开采量很大（如5104m3以上）或抽水设备能力有限时，抽水量至少也应达到水源地设计开采量的1/3以上。,三、大型群孔干扰抽水试验,2、对大型群孔干扰抽水试验水位降深的要求应尽可能地接近水源地设计的水位降深，一般或至少应使群孔抽水水位下降漏斗中心处达到设计水位降深的1/3。当需要通过抽水时的地下水流场分析（查明）某些水文地质条件时，更必须有较大的水位降深要求。,三、大型群孔干扰抽水试验,3、抽水试验的类型可以是稳定流的，也可以是非稳定流的。供水水文地质勘察一般多进行稳定流的开采抽水试验。也可通过进行三次水位降深的稳定流抽水试验，据流量(Q)与水位降深(S)关系曲线方程，下推设计条件下的稳定出水量。,三、大型群孔干扰抽水试验,4、抽水时间要求为提高水源地允许开采量的保证程度，宜在枯水期进行；为丰水期的补给量，则抽水试验要求一直延续到雨季初期水位能稳定时，延续期不少于1个月；水位不能稳定时，宜延续至下一个补给期。,第五节抽水试验资料的整理,资料整理的目的,及时掌握抽水试验运行状态检查水位和流量的观测成果是否有异常或错误，并分析异常或错误现象出现的原因。控制试验运行时间通过所绘制的各种水位、流量与时间关系曲线及其与典型关系曲线的对比，判断实际抽水曲线是否达到水文地质参数计算的要求，并决定抽水试验是否需要缩短、延长或终止。,一、稳定流抽水试验,绘制Q-t和S-t曲线；绘制Q-S和q-S关系曲线。,二、非稳定流抽水试验,绘制S-lgt或lgS-lgt曲线；当水位观测孔较多时，还需编绘S-lgr或S-lgt/r2曲线(r为观测孔至抽水主孔距离）；,三、群孔干扰抽水试验,编绘：试验区抽水开始前的初始等水位线图；不同抽水时刻的等水位线图；不同方向的水位下降漏斗剖面图；水位恢复阶段的等水位线图；编制某一时刻的等降深图。,第六节其他水文地质野外试验,一、渗水试验,野外现场测定包气带土层垂向渗透系数的简易方法，在研究大气降水、灌溉水、渠水、暂时性表流等对地下水的补给时，常需进行此种试验。,一、渗水试验,试验方法：在试验层中开挖一个截面积约0.3-0.5m2的方形或圆形试坑，不断将水注人坑中，并使坑底的水层厚度保持一定（一般为10cm厚），当单位时间注人水量（即包气带岩层的渗透流量）保持稳定时，则可根据达西渗透定律计算出包气带土层的渗透系数(K)。,一、渗水试验,Q稳定渗透流量，即注入水量（m3）V渗透水流速度（m/d）W渗水坑的地面积（m2）I垂向水力坡度,一、渗水试验,在上述基本合理的假定条件下，包气带土层的垂向渗透系数K等于试坑底单位面积上的渗透流量（单位面积注水量），也等于渗水在包气带土层中的渗透速度（V）。,一、渗水试验,一般要求在试验现场绘制V随时间的过程曲线，稳定