多孔观测井抽水试验渗透系数确定研究

多孔观测井抽水试验渗透系数确定研究
柳聚鹏;靳文强;
【摘要】多孔观测井抽水试验在应用裘布依公式计算渗透系数时,会出现渗透系数多值,计算量大的弊端.针对多个观测井的抽水试验,提出一种以观测井动水位和补给半径及过滤器半径为参数求得近似系数,推出渗透系数的简单计算方法,有效避免了渗透系数多值的问题,并且减小了计算量,为以后工程应用提供参考.
【期刊名称】《兰州工业学院学报》
【年(卷),期】2015(022)005
【总页数】3页(PP.17-19)
【关键词】渗透系数;观测井动水位;补给半径;过滤器半径
【作者】柳聚鹏;靳文强;
【作者单位】兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州730070;;
【正文语种】中文
【中图分类】其他
文章编号� 1009－2269� 2015� 05－0017－03多孔观测井抽水试验渗透系数确定研究*柳聚鹏，靳文强�兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州 730070�摘要�多孔观测井抽水试验在应用裘布依公式计算渗透系数时，会出现渗透系数多值，计算量大的弊端．针对多个观测井的抽水试验，提出一种以观测井动水位和补给半径及过滤器半径为参数求得近似系数，推出渗透系数的简单计算方法，有效避免了渗透系数多值的问题，并且减小了计算量，为以后工程应用提供参
考．关键词�渗透系数�观测井动水位�补给半径�过滤器半径中国分类号�U45文献标志码� A0 引言渗透系数是最重要的水文地质参数之一，水文地质参数是表征含水层性质的重要参数，其数值大小是含水层各种性能的综合反映，是进行水文地质计算和合理开发利用地下水的重要依据，同时关系到水量评价结果的正确与否．岩性、自重应力、构造活动以及胶结或溶蚀等诸多因素都会影响渗透系数，且渗透系数又是土壤的水力参数之一，因此渗透系数不仅控制地下水流动和溶质运移的重要参数，而且是农作物合理灌溉，大坝渗漏防治等的主要参数．然而渗透系数不能由试验直接测得，只能通过间接方法求得．余学鹏、门妮［1 ］对完整井稳定流抽水试验渗透系数的确定采用多种综合分析，有效提高测试结果的准确性．李宝霞［2 ］通过计算机程序更加简便地计算出含水层的渗透系数．杜欣［3 ］等推出了水下抽水试验岩体渗透系数的理论公式．原华、张庆贺［4 ］对不等流量双井非稳定抽水参数的确定进行了尝试．对于具有多孔观测井的完整孔稳定流抽水试验，根据文献［ 5 ～ 6］渗透系数的计算方法计算比较繁琐，并且其计算值并不是一个固定值，而是具有一定的波动范围，为了避免以上缺点，提出了一种新的渗透系数计算方法．1计算方法的提出渗透系数 K 是单位水势梯度下，单位时间内通过单位面积的水量，单位m·d－1 或cm·s －1，它只与固体骨架有关．渗透系数的大小取决于空隙的大小、形状和连通性，也取决于水的粘滞性和容量，不取决于岩土空隙度的值．因此，温度变化，水中有机物、无机物的成分和含量多少，均对渗透系数有影响．在均质含水层中，不同地点具有相同的渗透系数．在非均质含水层中，渗透系数与水流方向无关，而在各向异性含水层中，同一地点当水流方向不同时，具有不同的渗透系数值．一般说来，对于同一性质的地下水饱和带中一定地点的渗透系数是常数�而非饱和带的渗透系数随岩土含水量而变，含水量减少时渗透系数急剧减少．不同规范、不同手册所推荐计算公式虽表达形式不同，但是最终计算结果是一致的．根据
《铁道工程水文地质勘测规程》［5 ］定流量单孔稳定流抽水试验，渗透系数计算式为K = Q π� H 2 － h 2 � ln� Ry r �．�1�式中， K 为渗透系数� m /d�� Q 为流量� m3 / d�� H 为自然情况下潜水含水层厚度� m�� h
为潜第 22 卷第 5 期 2015 年 10 月兰州工业学院学报Journal of Lanzhou Institute of TechnologyVol．22 No.5 Oct．2015
收稿日期� 2015- 06- 15作者简介�柳聚鹏� 1989- �，男，甘肃永登人，硕士生．多孔观测井抽水试验在应用裘布依公式计算渗透系数时，会出现渗透系数多值，计算量大的弊端．针对多个观测井的抽水试验，提出一种以观测井动水位和补给半径及过滤器半径为参数求得近似系数，推出渗透系
数的简单计算方法，有效避免了渗透系数多值的问题，并且减小了计算量，0引
言渗透系数是最重要的水文地质参数之一，水文地质参数是表征含水层性质的重
要参数，其数值大小是含水层各种性能的综合反映，是进行水文地质计算和合理开发利用地下水的重要依据，同时关系到水量评价结果的正确与否．岩性、自重应力、构造活动以及胶结或溶蚀等诸多因素都会影响渗透系数，且渗透系数又是
土壤的水力参数之一，因此渗透系数不仅控制地下水流动和溶质运移的重要参而
且是农作物合理灌溉，大坝渗漏防治等的主要参数．然而渗透系数不能由试验直
接测得，只能通过间接方法求得．余学鹏、门妮华、张庆贺［4 ］对不等流量双
井非稳定抽水参数的确定进行了尝试．对于具有多孔观测井的完整孔稳定流抽水试验，根据文献［ 5 ～ 6］渗透系数的计算方法计算比较繁琐，并且其计算值并不是一个固定值，－1或cm·s－1，它只与固体骨架有关．渗透系数的大小取决于空隙的大小、形状和连通性，也取决于水的粘滞性和容量，不取决于岩土空隙度的值．因此，温度变化，水中有机物、无机物的成分和含量多少，均对渗透系数
有影响．在均质含水层中，不同地点具有相同的渗透系数．在非均质含水层中，
渗透系数与水流方向无关，而在各向异性含水层中，同一地点当水流方向不同时，具有不同的渗透系数值．一般说来，对于同一性质的地下水饱和带中一定地点的
渗透系数是常数�而非饱和带的渗透系数随岩土含水量而变，含水量减少时渗透系数急剧减少．不同规范、不同手册所推荐计算公式虽表达形式不同，但是最终计算结果是一致的．根据《铁道工程水文地质勘测规程》式为K=Qπ�H2－
hln�Ryr．3/d�为自然情况下潜水含水层厚度� m�� h 为潜第22卷5期2015 年 10 月
Vol．22No.5Oct．2015
水含水层在抽水试验时的厚度�m�� Ry 为引用补给半径� m�� r 为过滤器半径� m�．应用此种方法计算渗透系数，对于具有多个观测孔的抽水试验，计算量比较大，例如抽水孔总的计算孔数为 n，则要计算 n� n － 1� 2 次，同时也得到同样数量的渗透系数 K 值，要从中取一个典型值作为以后的计算代表值是有困难的，一般只能取平均值，这种取平均值的作法显然并不是很合理．将式� 1�进行变换，得H 2 － h 2 = Q πK ln� Ry r �．�2�式� 2�进一步变换得� H + h�� H － h� = Q
πK ln� Ry r �．�3�式� 3�化简后便得到H = �Q πK ln� Ry r �� /
� H + h� + h ．�4�式� 4�中的动水位 h 是观测井与抽水井距离的变量．文献［ 6］指出潜水含水层抽水孔最大降深，不应大于含水层厚度的 0．3 倍，说明潜水观测孔的降深占含水层厚度的比例较小，文献［ 7］指出，在降深 s
小于含水层厚度 H 的 0．1 倍时，可以用 H －近似代替 h 与 H 的平均值，因而产生的误差对计算结果的影响可以忽略，所以式� 4�可以近似写为H ≈ � Q
πK ln� Ry r �� / � 2H －� + h ．�5�式中， H － = � H + h� /
2．相对抽水井距离及引用补给半径为 Ry 的观测孔动水位为 z 计算式则可以写成z ≈ Q 2πH － K ln� Ry r � + h ．�6�令k = Q 2πH － K ，�7�则有z ≈
kln� Ry r � + h ．�8�从式� 7�可以看出，只要求得系数 k 便可求出渗透系数 K，渗透系数 K 计算式为K = Q 2πH － k ．�9�2 方法验证兰渝铁路胡
麻岭隧道位于甘肃省榆中县与定西市，进口位于榆中县龙泉乡下郭庄村，出口位于定西县苦河左岸，为双线隧道．洞身最小埋深 15．5 m，最大埋深 295 m，
全长 13．61 km．该隧道穿越 1 座水库和 1 条河流，有 3．25 km 穿越第三系
饱和富水粉细砂地层，有众多大小不等的水囊，受施工扰动的影响，围岩液化
现象十分严重，突水涌沙等安全隐患突显．以兰渝线胡麻岭隧道 7 号竖井野外抽水试验为例，对上述方法进行验证．此次试验共进行了两次降水，流量 Q 分别
为 3．7 m3 / h， 4．9 m 3 / h，潜水含水层在抽水试验时的厚度分别为28．155 m，25．788 m．单孔稳定流抽水，共有观测井三个，编号依次为 2#，3#， 4#，距离抽水井距离分别为2．5 m， 5． 4m， 7．7 m．观测井动水位 z 分别为 34．71 m， 35．14m，36．72 m， 32．79 m， 34．73 m， 36．56 m．以 Ry /r 为 x轴，其中 r 为 0．3 m，以与抽水井距离为 Ry 的观测井动水位z 为 y 轴作图，两次降水试验变化规律如图1 ～ 2．图 1 第一次抽水试验观测孔动水位变化图 2 第二次抽水观测孔动水位变化通过以上数据计算可得图 1 ～ 2 系数 k 分别为 2．557 5， 3．231 2．将系数 k 分别代入式� 9�计算得渗透系
数 K 分别为 0．005 83 m /h， 0．006 25 m /h，可· 8 1 · 兰州工业学院学
报第22 卷
水含水层在抽水试验时的厚度� m�� Ry 为引用补给半
径� m�� r 为过滤器半径� m�．应用此种方法计算渗透系数，对于具有多个观测孔的抽水试验，计算量比较大，例如抽水孔总的计算孔数为 n，则要计算
n�n次，同时也得到同样数量的渗透系数 K 值，要从中取一个典型值作为以后
的计算代表值是有困难的，一般只能取平均值，这种取平均值的作法显然并不是
很合理．将式�进行变换，得πK式�进一步变换得+h�化简后便得到中的动水
位 h 是观测井与抽水井距离不应大于含水层厚度的 0．3 倍，说明潜水观测孔的
降深占含水层厚度的比例较小，文献［7］指出，用近似代替h 与H 的平均值，因而产生的误差写为≈2H式中， H2．相对抽水井距离及引用补给半径为 Ry 的观测z2πH令k，则有kln�从式�可以看出，只要求得系数 k 便可求出方法验证兰渝铁路胡麻岭隧道位于甘肃省榆中县与定西市，进口位于榆中县龙泉乡下郭庄村，出口位于定西县苦河左岸，为双线隧道．洞身最小埋深 15．5最大埋深 295 m，全长 13．61 km．该隧道穿越 1座水库和 1 条河流，有 3．25 km 穿越第三系
饱和富水粉细砂地层，有众多大小不等的水囊，受施工扰动的影响，围岩液化现象十分严重，突水涌沙等安全隐患突显．以兰渝线胡麻岭隧道 7 号竖井野外抽水
试验为例，对上述方法进行验证．此次试验共进行了两次降水，流量 Q 分别为3．7 mh，4．9m潜水含水层在抽水试验时的厚度分别为28．155 m，25．788 m．单孔稳定流抽水，共有观测井三个，编号依次为 2#， 3#， 4#，距离抽水
井距离分别为2．5 m， 5．47．7m．观测井动水位 z 分别为 34．71 m，35．14其中 r 为 0．3 m，以与抽水井距离为 Ry 的观测井动水位 z 为 y 轴作图，两次降水试验变化规律如图～第一次抽水试验观测孔动水位变化第二次抽水观测孔动水位变化通过以上数据计算可得图 1 ～ 2 系数 k 分别为2．557 5， 3．231 2．将系数 k 分别代入式� 9�计算得渗透系数 K 分别为 0．005 83 m /h，0．006 25 m /h，可·8兰州工业学院报以看出应用式� 6�计算渗透系数时，
每次降深只有一个计算结果．表 1 为两次抽水试验达到稳定后应用裘布衣公式计算得到的渗透系数，所以应用本文提出的式� 6�计算所得数值是正确的，并
且其避免了在计算过程中多值的出现．表 1 两次抽水稳定后应用裘布衣公式计算
所得渗透系数值� m/h�抽水次数2#、 3# 2#、 4# 3#、 4# 均值第一次0．008 750．005 830．003 750．006 11第二次0．008 330．005 410．004
170．005 973 结语由于多孔观测井抽水试验计算渗透系数时，往往带给人们渗透系数多值，计算量大的弊端．本文在降深 s 小于含水层厚度 H 的 0．1 倍的条件下，通过以观测井动水位和补给半径及过滤器半径为参数求得近似系数，为不同学者对所求渗透系数提供一种方法．最后用本文公式计算所的数值与裘布依公式所求数值进行对比，从结果可以看出，两者的符合度较好，证明此方法合理．参考文献�［ 1 ］余学鹏，门妮．完整井稳定流抽水试验渗透系数的确定分析［ J］．铁道勘察， 2010� 6�� 34- 36．［ 2 ］李宝霞．单井稳定抽水试验计算含水层渗透系数的快速求解方法［ J］．武汉理工大学学报�交通科学与工程版， 2012．36� 5�� 1025- 1027．［ 3 ］杜欣，曾亚武，唐冬云．基于水下抽水试验的岩体渗透系数研究及应用［ J］．岩石力学与工程学报，2010， 29� S2�� 3542- 3548．［4 ］原华，张庆贺．不等流量双井非稳定流抽水试验参数的确定［ J］．岩石力学与工程学报， 2009， 28 � S2�
�3705- 3711．［ 5 ］ TB 10049—2014 铁路工程水文地址勘察规范
［ S］．北京�中国铁道出版社， 2014．［ 6 ］ SL320—2005 水利水电工程钻孔抽水试验规程［ S］．中国水利水电出版社， 2005．［ 7 ］虎胆，图马尔白．地下水利用［ M］．北京�中国水利水电出版社， 2008．［ 8 ］陈德彪．兰渝铁路胡麻岭隧道第三系弱成砂岩蠕变特性试验研究［ J］．隧道建设，2013， 33� 8�� 659- 663．Calculating Permeability Coefficient of Wells PumpingTest for Several ObservationLIUJu- peng， JIN Wen- qiangCivil Engineering College， Lanzhou JiaoTong University， Lanzhou 730070，China�Abstract�When using Dupuit formulation for calculating permeability coefficient of wells pumping， some prob-lems， such as too many permeability coefficients， demand much calculating tasks． We put forward a a simple cal- culation method which use exact water level in
wells and filter radius to deduce approximate coefficients， aiming atreducing the amount of calculation， and providing reference for later engineering application．Key words� permeability coefficient� exact water level in wells� filter radius责任编辑�曾贤灏�· 9 1 · 第5 期柳聚鹏等�多孔观测井抽水试验渗透系数确定研究以看出应用式� 6�计算渗透系数时，每次降深只有一个计算结果．表 1 为两次抽水试验达到稳定后应用裘布衣公式计算得到的渗透系数，所以应用本文提出的式� 6�计算所得数值是正确的，并且其避免了在计算过程中多值的出现．表两次抽水稳定后应用裘布衣公式计算
m/h�抽水次数2#、3#4#3#、均值第一次结语由于多孔观测井抽水试验计算渗透系数时，往往带给人们渗透系数多值，计算量大的弊端．本文在降深 s 小于含水层厚度 H 的 0．1 倍的条件下，通过以观测井动水位和补给半径及过滤器半径为参数求得近似系数，为不同学者对所求渗透系数提供一种方法．最后用本文公式计算所的数值与裘布依公式所求数值进行对比，从结果可以看出，两者的符合度较好，证明此方法合理．参考文献�［］余学鹏，门妮．完整井稳定流抽水试验渗透系数的确李宝霞．单井稳定抽水试验计算含水层渗透系数的快杜欣，曾亚武，唐冬云．基于水下抽水试验的岩体渗透S2�3542- 3548．原华，张庆贺．不等流量双井非稳定流抽水试验参数3705- 3711．TB10049—2014 铁路工程水文地址勘察规范［ S］．6SL320—2005 水利水电工程钻孔抽水试验规程［ S］．7虎胆，图马尔白．地下水利用［ M］．北京�中国水利水陈德彪．兰渝铁路胡麻岭隧道第三系弱成砂岩蠕变特TestforSeveral Observationlems， such as too many permeability coefficients， demand much calculating tasks． We put forward a a simple cal-culation method which use exact water level in wells and filter radius to deduce approximate coefficients， aimingatKeywords�permeability coefficient�
exact water level in wells� filter radius9柳聚鹏等�多孔观测井抽水试验渗透系数确定研究
【文献来源】https:///academic-journal-cn_journal-lanzhou-institute-technology_thesis/0201259065786.html
【相关文献】
1.多孔观测井抽水试验渗透系数确定研究 [J], 柳聚鹏，靳文强
2.单孔稳定流抽水试验确定渗透系数的探讨 [J], 陈德林
3.某基坑场地抽水试验确定承压含水层渗透系数 [J], 郭玉彬
4.完整井稳定流抽水试验渗透系数的确定分析 [J], 余学鹏，门妮
5.抽水试验确定隧道岩层渗透系数 [J], 何建友，盛初根，田敏娟。