非稳定流抽水试验的理论及资料整理
(完整word版)抽水试验规范
1、一般要求1.1.抽水试验是煤炭资源地质勘探的重要手段，其目的是研究含水层重要水文地质特征，取得含水层水文地质参数，评价含水层的富水性，并为预计矿井涌水量与对地下水综合利用的评价提供资料。
1.2.抽水试验工作应在分析勘探区及邻区已有的水文地质资料的基础上，根据《煤炭资源地质勘探规范》的要求进行合理布置。
对富水性不均一的含水层，应注意选择遇有漏（涌）水的地质勘探钻孔改作抽水试验孔。
根据水文地质条件复杂程度、水量大小和设计目的，可分别选择单孔、群孔、孔组进行抽水试验。
1.3.抽水试验空必须编制施工设计书。
内容包括：抽水试验任务及要求；试验含水层（段）的起、止深度；孔径大小、止水套管的直径及下入层位、下入深度以及止水方法；简易水文地质观测；所采用的抽水设备；抽水试验质量要求等。
1.4.抽水试验的段距应根据抽水的目的确定，以能分别获得各含水层（带）的水位、流量、水质、渗透性为原则。
1.5.抽水试验层（段）的孔径一般不应小于100mm；下过滤器时，过滤管的直径不应小于108mm。
观测孔的孔径不应小于75mm；下过滤器时，过滤管的直径不应小于73mm。
大口径（或孔组、群孔）抽水，其抽水层（段）的孔径一般不应小于200mm。
孔深超过300m 时，对于非大水矿区，其孔径可减小到168mm。
1.6.抽水试验层（段）与隔离止水层（段）必须取芯，其采取率要求见表1。
1.7.抽水试验钻孔的孔斜要求，应严于《煤田地质勘探钻孔质量标准》的规定。
使用深井泵抽水时，深井泵下放深度以上的钻孔段，其孔斜均不得超过2度。
1.8.抽水试验钻孔与观测孔，一般应采取清水钻进。
若必须采用泥浆时，在正式抽水前必须采用活塞洗井或空气压缩机反复抽洗或其它有效的洗井方法，使泥浆排出，至水澄清为止。
1.9.抽水试验钻孔与观测孔的止水层（段）必须选择在岩石完整的隔水层（段）内，且应用可靠的方法检查止水效果，并作正式记录。
1.10.抽水试验所抽放至孔外的水，若有可能重新渗入含水层时，必须有防渗漏措施，保证不抽循环水。
抽水试验确定渗透系数的方法及步骤
抽水试验确定渗透系数的方法及步骤1.抽水试验资料整理试验期间，对原始资料和表格应及时进行整理。
试验结束后，应进行资料分析、整理，提交抽水试验报告。
单孔抽水试验应提交抽水试验综合成果表，其内容包括：水位和流量过程曲线、水位和流量关系曲线、水位和时间(单对数及双对数)关系曲线、恢复水位与时间关系曲线、抽水成果、水质化验成果、水文地质计算成果、施工技术柱状图、钻孔平面位置图等。
并利用单孔抽水试验资料编绘导水系数分区图。
多孔抽水试验尚应提交抽水试验地下水水位下降漏斗平面图、剖面图。
群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验还应提交抽水孔和观测孔平面位置图(以水文地质图为底图)、勘察区初始水位等水位线图、水位下降漏斗发展趋势图(编制等水位线图系列)、水位下降漏斗剖面图、水位恢复后的等水位线图、观测孔的S－t、S－lg t曲线[注]、各抽水孔单孔流量和孔组总流量过程曲线等。
注意：（1）要消除区域水位下降值；（2）在基岩地区要消除固体潮的影响；3）傍河抽水要消除河水位变化对抽水孔水位变化的影响。
多孔抽水试验、群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验均应编写试验小结，其内容包括：试验目的、要求、方法、获得的主要成果及其质量评述和结论。
2. 稳定流抽水试验求参方法求参方法可以采用Dupuit 公式法和Thiem公式法。
(1) 只有抽水孔观测资料时的Dupuit 公式承压完整井：潜水完整井：式中K——含水层渗透系数(m/d);Q——抽水井流量(m3/d);sw——抽水井中水位降深(m);M——承压含水层厚度(m);R——影响半径(m);H——潜水含水层厚度(m);h——潜水含水层抽水后的厚度(m);rw——抽水井半径(m)。
(2) 当有抽水井和观测孔的观测资料时的Dupuit 或Thiem公式式中hw ——抽水井中水柱高度(m);h1、h2——与抽水井距离为r1和r2处观测孔（井）中水柱高度(m)，分别等于初始水位H0与井中水位降深s之差，h1= H0 –s1；h2= H0 –s2。
抽水试验参考
抽水略浅一些、短一些，距离抽水孔愈远则其深度应 淀管，其长度 2~4m
更小
非完整孔多孔抽水
观测孔下过滤器的深度和长度应视含水层透水性 能及影响半径而定，一般距抽水孔愈远则愈小
非均质含水层中抽水
过滤器最好安装在透水性较强的地段
在含水层厚度较大的钻孔中 过滤器穿孔部分不应小于 5m，当含水层厚度小于
抽水
含水层在不同方向上的渗透性、漏斗影响范围和形态、补给带宽度、各含水层间或与地表水之 间的水力联系。可较准确地确定水文地质参数，但成本较高。
2．在同一钻孔中根据含水层的多少分类 （1）分层抽水试验，即分别确定各含水层的水文地质参数。当布有不同深度的观测孔时， 尚可了解各含水层间的水力联系。该试验应严格分层止水。 （2）混合抽水试验，即概略的确定某一含水层组的水文地质参数。 3．根据钻孔揭露含水层的情况分类 （1）完整井抽水。钻孔深度达到含水层的底部，且含水层的整个厚度都是透水的，即过滤 器的长度等于含水层的厚度(当过滤器长度大于 3/4 含水层厚度时，也可视为完整井)。除大厚 度含水层地区外，一般均应进行完整井抽水，以确定含水层的水文地质参数。 （2）非完整井抽水。钻孔深度末达到含水层底部，即过滤器长度小于含水层厚度。当为大 厚度含水层或从经济条件考虑时，方采用非完整井抽水。
165
尺寸，宜采用 d50 的 1~1.5 倍。
（2）非均匀的砂类含水层，网眼的尺寸和缠丝间隙的尺寸，中砂宜采用 d40~d50，粗砂宜采
用 d30~d40。
装置过滤器的位置和长度的一般要求
表 2-3-2
试验孔类型及含水层特征
装置过滤器的位置或长度
附注
完整孔抽水 不完整孔抽水
完整孔多孔抽水
过滤器穿孔部分长度一般不应小于含水层厚度的 1．河床底下的单孔抽水过滤器
抽水试验资料整理
抽水试验[pumping test]，包括自试井抽取一定水量而在某距离之各观测井测定各种时间距地下水位的变化，观测数据利用各种地下水流理论式或其图解法分析抽水试验的结果。
抽水试验分类抽水试验按孔数可分为：单孔抽水试验、多孔抽水、群孔干扰抽水按水位稳定性分为：稳定流抽水试验和非稳定流抽水试验方法按抽水孔类型分为：完整井和非完整井抽水试验的一般要求抽水试验应在洗井结束，洗井质量已达规定要求后进行。
抽水试验的类型、下降次数及延续时间应按照《供水水文地质勘察规范》（TJ27—78）及《城市供水水文地质勘察规范》中有关规定执行。
试验前，应根据井孔结构、水位降深、流量及其它条件，合理选择抽水设备和测试仪具。
抽水设备可用量桶、空气压缩机及各种水泵；流量测量，当流量小于2L/s时，可用量桶，大于2L/s时。
应用堰箱（三角堰、梯形堰或矩形堰）或孔板流量计，高压自流水可用喷水管喷发高度测量法测量流量；水位测量可用测钟、浮标水位计或电测水位计；水温测量一般可用缓变温度计或带温度计的测钟。
抽水设备安装后，应先进行试抽，经调试能满足试验要求后，再正式抽水。
采用空气压缩机作抽水试验时，应下测水位管，在测水位管内测量动水位。
抽水试验中应做好地面排水，使抽出的水排至试验孔影响范围以外。
在抽水试验中，应及时进行静止水位、动水位、恢复水位、流量、水温、气温等项观测，并及时如实记录，不得任意涂改或追记。
如遇水位、流量、水的浑浊度及机械运转等发生突变时，应做详细记录，并及时查明原因。
稳定流抽水试验－在抽水过程中，要求出水量和动水位同时相对稳定，并有一定延续时间的抽水试验。
非稳定流抽水试验－在抽水过程中，一般仅保持抽水量固定而观测地下水位变化，或保持水位降深固定，而观测抽水量和含水层中地下水位变化的抽水试验。
开采性抽水试验－按开采条件或接近开采条件要求进行的抽水试验。
群孔抽水试验－两个或两个以上的抽水孔同时抽水，各孔的水位和水量有明显互相影响的抽水试验。
非稳定抽水实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次非稳定抽水实验旨在通过人工控制的方法，使钻孔周围含水层中的地下水发生非稳定运动，进而测定水位随时间的变化过程，以获取含水层中地下水在非稳定运动时的水文地质参数，包括导水系数（T）、压力传导系数（a）、渗透系数（K）、给水度（S）等，为后续的地下水开发利用和水文地质研究提供科学依据。
二、实验方法与步骤1. 实验场地选择：选择一个典型含水层，确保该层具有良好的渗透性，便于地下水流动和观测。
2. 实验设备：准备抽水设备、水位观测仪器、流量计、数据记录仪等。
3. 钻孔布置：在含水层中布置一个抽水钻孔，确保钻孔垂直于含水层。
4. 抽水过程：- 首先，对钻孔进行清洗，确保钻孔内无杂质。
- 然后，进行抽水试验，通过调节抽水设备，使钻孔中的水位逐渐下降。
- 在抽水过程中，每隔一定时间（如1小时）记录水位、流量等数据。
5. 观测与记录：- 观测水位随时间的变化过程，记录水位变化曲线。
- 观测流量随时间的变化过程，记录流量变化曲线。
- 对观测数据进行整理和分析。
三、实验结果与分析1. 水位变化曲线：根据实验数据，绘制水位变化曲线。
从曲线中可以看出，水位下降过程中，水位下降速度逐渐减慢，最终趋于稳定。
2. 流量变化曲线：根据实验数据，绘制流量变化曲线。
从曲线中可以看出，在抽水初期，流量较大，随着抽水时间的推移，流量逐渐减小，最终趋于稳定。
3. 水文地质参数计算：- 导水系数（T）：根据水位变化曲线和流量变化曲线，计算导水系数。
- 压力传导系数（a）：根据实验数据，计算压力传导系数。
- 渗透系数（K）：根据实验数据，计算渗透系数。
- 给水度（S）：根据实验数据，计算给水度。
4. 结果分析：- 通过计算，得到本次实验的导水系数、压力传导系数、渗透系数和给水度等水文地质参数。
- 对比不同含水层的水文地质参数，分析其差异，为含水层分类和评价提供依据。
四、实验结论本次非稳定抽水实验成功获取了含水层中地下水在非稳定运动时的水文地质参数，为后续的地下水开发利用和水文地质研究提供了科学依据。
抽水试验资料整理及参数确定方法
抽水试验资料整理及参数确定方法1.抽水试验资料整理试验期间，对原始资料和表格应及时进行整理。
试验结束后，应进行资料分析、整理，提交抽水试验报告。
单孔抽水试验应提交抽水试验综合成果表，其内容包括：水位和流量过程曲线、水位和流量关系曲线、水位和时间(单对数及双对数)关系曲线、恢复水位与时间关系曲线、抽水成果、水质化验成果、水文地质计算成果、施工技术柱状图、钻孔平面位置图等。
并利用单孔抽水试验资料编绘导水系数分区图。
多孔抽水试验尚应提交抽水试验地下水水位下降漏斗平面图、剖面图。
群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验还应提交抽水孔和观测孔平面位置图(以水文地质图为底图)、勘察区初始水位等水位线图、水位下降漏斗发展趋势图(编制等水位线图系列)、水位下降漏斗剖面图、水位恢复后的等水位线图、观测孔的S－t、S－lg t曲线[注]、各抽水孔单孔流量和孔组总流量过程曲线等。
注意：（1）要消除区域水位下降值；（2）在基岩地区要消除固体潮的影响；3）傍河抽水要消除河水位变化对抽水孔水位变化的影响。
多孔抽水试验、群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验均应编写试验小结，其内容包括：试验目的、要求、方法、获得的主要成果及其质量评述和结论。
2. 稳定流抽水试验求参方法求参方法可以采用Dupuit 公式法和Thiem公式法。
(1) 只有抽水孔观测资料时的Dupuit 公式承压完整井：潜水完整井：式中K——含水层渗透系数(m/d);Q——抽水井流量(m3/d);s w——抽水井中水位降深(m);M——承压含水层厚度(m);R——影响半径(m);H——潜水含水层厚度(m);h——潜水含水层抽水后的厚度(m);r w——抽水井半径(m)。
(2) 当有抽水井和观测孔的观测资料时的Dupuit 或Thiem公式式中h w ——抽水井中水柱高度(m);h1、h2——与抽水井距离为r1和r2处观测孔（井）中水柱高度(m)，分别等于初始水位H0与井中水位降深s之差，h1= H0 –s1；h2= H0 –s2。
非稳定流抽水试验
实验非稳定流抽水试验一、抽水孔（主孔）的布置要求布置抽水孔的主要根据是抽水试验的任务和目的，目的任务不同其布置原则也不同。
二、水位观测孔的布置要求不同目的的抽水试验，其水位观测孔布置的原则是不同的。
为求取含水层水文地质参数，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。
一般应根据抽水时可能形成的水位降落漏斗的特点，来确定观测线的位置。
三、非稳定流抽水试验的主要技术要求非稳定流抽水试验，按泰斯（Theis）井流公式原理，可分为两种：（1）定流量抽水（水位降深随时间变化）；（2）定降深抽水（流量随时间变化）。
由于在抽水过程中流量比水位容易固定（因水泵出水量一定），在实际生产中一般多采用定流量的非稳定流抽水试验方法。
1．对抽水流量值的选择要求对于探采结合的抽水井，可考虑按设计需水量或至少按设计需水量的1／3—1／2的强度来确定抽水量；2．对抽水流量和水位的观测要求当进行定流量的非稳定流抽水时，要求抽水量从始至终均应保持定值，同稳定流抽水试验要求一样，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为小，并由密到疏，《供水水文地质勘察规范》（中华人民共和国国家标准，GB50027-2001）：抽水开始后第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120min各观测一次，以后可每隔30min观测一次。
3．抽水试验延续时间的要求以求参为目的的非稳定流抽水试验的延续时间，一般不必超过24h。
四、抽水试验设备及用具1．抽水设备选择抽水设备时，应考虑吸程、扬程、出水量、能否满足设计要求；还要考虑孔深、孔径是否满足水泵等设备下入的要求，以及搬迁难易及花费大小等。
（1）水量较大，地下埋藏浅，降深小时可用离心式水泵。
（2）埋深或降深大、精度要求高，井径足够大时可使用深井泵。
（3）精度要求不高，井径较小，则可选用空气压缩机（风泵）。
（4）井径小、埋藏较深、涌水量较小，可采用射流泵。
非稳定流抽水试验理论及资料整理
空压机抽水设备安装
安装方法分为同心式和并列式两种。
选择空压机类型时要考虑井深、井径及其 他水文地质条件，空压机通常用9/7、6/7。 通常通过通风管的沉没比、沉没深度及空
气消耗量和空气压力来确定。
1、沉没比
风管在动水位以下的浸没深度与混合器至 出水口长度之比（a）
a=
3、试坑渗水试验
是在地表挖试坑注水，在坑底保持一定水层厚度，使水在地下水 面以上的干土层中稳定下渗，根据单位时间内试坑的稳定耗水量测 算土层渗透系数的野外水文地质试验方法。在确定渠道、水库、灌 区的渗漏水量时，多采用此法测定干燥土层的渗透系数。
非稳定流抽水试验理论及资料整理
• 水文地质试验方法的适用条件 在地下水埋深较大，不能满足抽水试验的条件
不能进行调整。要实现不同
的降深和水量，最有效的就
是更换不同扬程和出水量的
深潜水泵来实现
非稳定流抽水试验理论及资料整理
深井泵抽水的优缺点
◆优点 • 水位、水量能在较短的时间稳定 • 抽水成本较空压机低 • 可实现高扬程的抽水试验 • 利于定流量的非稳定流抽水 ◆缺点 • 不适应泥砂含量较重的抽水试验，已造成叶轮、长轴、
非稳定流抽水试验理论及资料整理
Q f(s) 曲线类型判断及系数求解（曲度法）
①类型判断
n lgs2 lgs1 lgQ2 lgQ1
[s2s1,Q 2Q 1]
• 若 n≤1，为反常型 n＝1，为直线型 1＜n＜2，为指数型 n＝2,为抛物线型 n＞2，为对数型
若只有两次降深资料，只能用曲度法判定
②求解系数
下，可采用注水试验近似代替抽水试验； 渗水试验仅适用于浅部土层渗透系数的求取。
• 不同试验方法取得参数的差异性分析 注水试验求取的水文地质参数一般比抽水试验取得
抽水试验
23
5.1
多孔抽水试验还应提交抽水试验地下水水位 下降漏斗平面图、剖面图。
29
5.4
参数计算结果的精度如何�取决于试 验场地水文地质条件的概化�也取决于观 测数据的精度。
对于所求得的参数�应将其代入相应 的公式�通过对比计算降深与实测降深的 差值�分析所求参数的精度及其可靠性和 代表性�最终确定抽水试验场地的有代表 性意义的参数值。
30
4
1. 2
5
1.3
单孔抽水试验采用稳定流抽水试验方法� 多孔抽水、群孔干扰抽水和试验性开采抽水试 验一般采用非稳定流抽水试验方法。
抽水试验孔宜采用完整井(巨厚含水层可采 用非完整井)。观测孔深应尽量与抽水孔一致。
6
7
2.1
(1) 对勘察区水文地质条件具有控制意义的典 型地段�应布臵单孔抽水试验孔�
10
11
3.1
稳定流抽水试验一般进行三次水位 降深�最大降深值应按抽水设备能力确 定。水位降深顺序�基岩含水层一般宜 先大后小�松散含水层宜按先小后大逐 次进行。
12
3.2
在稳定延续时间内�涌水量和动水位与时间关 系曲线在一定范围内波动�而且没有持续上升或下 降的趋势。当水位降深小于10m�用压风机抽水时� 抽水孔水位波动值不得超过10~20cm�用离心泵、 深井泵等抽水时�水位波动值不超过5cm。一般不 应超过平均水位降深值的1��涌水量波动值不能 超过平均流量的3�。
(2) 为了测定含水层不同方向的非均质性或确定抽 水影响半径�可以根据含水层的不同情况�以抽水孔 为中心布臵1~4条观测线�如有两条观测线�一条垂 直地下水流向�另一条宜平行地下水流向。
抽水试验教程
单孔抽水试验 多孔抽水试验 干扰井群抽水试验
稳定流抽水试验 井流理论 非稳定流抽水试验
包含的含水层情况
分层抽水试验 分段抽水试验 混合抽水试验
完整井抽水试验 井的类型 非完整井抽水试验
抽水顺序
正向抽水试验 反向抽水试验
8
补:按抽水试验任务分试验抽水 Nhomakorabea一次降深稳定流单孔抽水,试验性的抽水 概略评价含水层富水性
利用观测孔水位数据参与井流公式的计算，可避开因R 值选取不当给参数计算精度造成的影响
25
布置观测孔的意义（续）
利用观测孔的水位,可用多种作图方法求解稳定流 和非稳定流的水文地质参数。
利用观测孔水位，可绘制出抽水的人工流场图(等 水位线或下降漏斗)，从而可帮助我们判明含水层 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。
采降探、合理井径等群井设计参数。
4
断层
井
F4
F1 F3
泉
F2
山东莱芜某岩溶地下水源地抽水条件下地下水流场图
5
K2
K1
K1
K3 K1〉K2〉K3
吉林省长岭县城北郊新第三系太康组含水层抽水钻孔水位降深等值线示意图
6
砂 砾 岩
泥岩 （阻水）
粉砂岩
地质条件解释示意图
导水断层
7
二、抽水试验的类型
井孔数量
17
混合抽水
要求:在井中将不同含水层合为一个试验段进行抽水,各 层之间不加以止水
特点：较简单，费用较低 功能：反映各层的综合平均状况 适用：一般只在含水层富水性弱时采用;或当各分层的
参数已掌握；或只需了解各层的平均参数；或难于分 层抽水时才采用混合抽水试验
井孔抽水试验
井孔抽水试验一、抽水试验的目的、任务及原理（一）目的与任务1、确定含水层的水文地质参数，如渗透透系数、导水系数、给水系数、弹性储水系数等，为计算井孔涌水量和评价地下水资源提供数据。
2、确定影响半径的大小，了解降落漏斗的形状及其扩展情况，为合理开发利用和有效管理地下水资源取得依据。
3、确定地下水动力性质，查清地下水与地表水之间以及不同含水层之间的水力联第，阐明地下水的补、径、排关系，为各种水源间的补偿调节提供数据资料。
4、确定单井或群井涌水量与水位降深之间的关系，进而拟定合理的适宜的井径、井深、井距等布井方案。
（二）基本原理把流向垂直井中的地下水导引或汲取到井外，使井内的位下降，而进壁外含水层中的地下水在降落漏斗范围内，由于水头差的作用，连续不断地流入进内，逐渐的在井壁周围形成一个以井轴为中心的由小支大以至稳定的降落漏斗。
初期降落漏斗范围攻很小，因地下水流向井的坡度较大，使流速和流量也较大。
但是随着时间的推移，影响范围会不断扩大，水力坡度逐渐变小，所以在抽水设备及井的出水能力很大的情况下，如果控制水位降深不变时，井孔出水量必将逐渐减小；或保持出水量不变则井内水位将会不断下降。
但是，在实际工作中，井的出水能力都是有限的，在满足控制出水量的情况下，水位降深也会逐渐达到相对稳定。
上述过程可以从两个方面加以利用和研究，如采用非稳定流理论，应取用水位降深和出水量尚未达到稳定但变化较小的抽水过程段的观测资料求得水文地质参数。
如采用稳定流理论，则取用水位降深与出水量均达到相对稳定的抽水过程段的观测资料，求得水文地质参数。
二、抽水试验的类型（一）稳定流和非稳定流抽水试验非稳定流抽水试验要求井（孔）出水量或水位两者之中的一个保持为常量，观测另一个的数据随时间变化的关系，而后将其代入相应的计算公式，则可求得渗透系数、导水系数、贮水系数或压力传导系数。
稳定流抽水试验要求水位降深与井（孔）出水量均须达到相对稳定状态，即保持近似的常量，代入计算公式求得渗透系数。
抽水试验分类、方法及资料整理
图5.2.5 承压水单井抽水示意图
5.2.6 承压水条件下，一个观测孔、中心孔抽水试验，计 算影响半径R：
lg R S lg r1 S1 lg r S S1
R——影响半径（m）； S——抽水井水位下降值（m）； S1——观测井水位下降值（m）； r1——观测孔到抽水孔中心的距离（m）； r——抽水井的半径（m）。
5.1.7 潜水完整井，单孔抽水试验计算渗透系数k：
0.732Q lg R
k
r
(2H S)S
k——渗透系数（m/d）； Q——抽水井涌水量（m3/d）； H——含水层厚度（m）； S——抽水井水位下降值（m）； R——影响半径（m）； r——抽水井半径（m）。
图5.1.7 潜水完整井示意图
5.1.8 潜水完整井，一个观测孔、中心井抽水试验计算渗 透系数k：
三角堰流量计算公式：
5
Q Ch 2
Q——流量（L/s）； h——水深（cm）； C——随h变化的系数，一般取0.014。
图2.6-1 直角三角堰断面结构图
矩形堰流量计算公式：
3
Q 0.018 Bh 2
Q——流量（L/s）； h——水深（cm）； B——堰口宽（cm）。
图2.6-2 矩形堰断面结构图
图5.1.2 潜水非完整井示意图
5.1.3 潜水非完整井，两个观测孔、中心井抽水试验计算 渗透系数k：
k 0.366 Q(lg r2 lg r1 ) (S1 S2 )(2S S1 S2 L)
利用非稳定流抽水试验资料求解水文地质参数的新方法
[中图分类号 ] P64113 [文献标识码 ] A [文章编号 ] 1004 - 1184 (2008) 04 - 0016 - 02
A New M ethod of Ca lcula ting Hydrolog ica l Param eter Ba sed on Som e Da ta of the Un steady Flow Pum p ing W a ter Test
15127 m 处的观测孔进行水位降深 s的观测 ,其抽水资
料见表 2 所示 (选自文献 [ 2 ] ) 。
表 2 实测抽水降深资料
观测时间 t/ h01500018331116711500210002150031333 616671010015100 水位降深 s/m1198 2174 3134 3177 4129 4168 5117 6145 7118 7190
将式 (3)代入式 (1)经进一步简化整理即可求得 :
s
=
Q4πΤAFra bibliotek(r2 S ) 01256 4T
1 t01256
+B
(
r2 S ) 0116 4T
1 t0116
+C
(4)
式 ( 4)即为本文通过简化整理后推求含水层水文
地质参数的基本公式 。
3 参数的求解
在式 ( 4)中 ,设 :
a
=
AQ
4πT
际工程的计算精度要求 。
表 1 式 (3)与式 (2)的拟合精度比较成果
u值 式 (2)值 式 (3)值 误差 % 值 式 (2)值 式 (3)值 误差 % 010003 715348 711846 416 011 1182290 1182298 0 010005 710242 617721 316 014 0170240 0171241 114 01001 613315 611840 213 016 0145440 0146312 119 01005 417261 417083 014 018 0131060 0131576 117 0101 4103790 4103788 0 111 0118600 0118623 011 0103 2195910 2196164 011 114 0111620 0111489 111 0106 2129530 2129506 0 117 0107470 0107611 119
非稳定流抽水试验unsteady pumping test
非稳定流抽水试验unsteady pumping test,pumping test for unsteady flow
在抽水钻孔中仅保持水量稳定并使水位不断改变,或仅保持水位稳定使水量不断改变的抽水试验。
非稳定抽水试验的目的是用人工控制的方法,使钻孔周围含水层中发生地下水的非稳定运动,通过测定水位随时间的变化过程(或水量随时间的变化过程)，来测求含水层中地下水在非稳定运动时的水文地质参数。
通过非稳定抽水试验可以测求含水层的导水系数(T)、压力传导系数(α)、渗透系数(K)及给水度μ)或释水系数(S)。
在抽水过程中，一般仅保持抽水量固定而观测地下水位变化，或保持水位降深固定，而观测抽水量变化的抽水试验。
抽水试验钻孔的出水量，应保持常量。
抽水试验的延续时间，应按水位下降与时间关系曲线确定，并宜符合下列要求：
一、s（△h2）~lgt关系曲线有拐点，则延续时间宜至拐点后的趋于水平线的线段；
二、s（△h2）~lgt关系曲线没有拐点，则延续时间宜根据试验目的确定。
当有观测孔时，应采用最远观测孔的s（或△h2）~lgt关系曲线确定。
注：①在承压含水层中抽水时，采用s～1gt关系曲线；在潜水含水层中抽水时，采用△h2~lgt关系曲线；
②拐点是指曲线上斜率的导数等于零的点；
抽水试验时，对动水位和出水量的观测，应在同一时间进行。
其观测的时间宜按开始后第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120min进行观测，以后可每隔30min观测一次。
典型隔水边界非稳定流承压含水层抽水试验研究
2
5． 129 6 0． 500 0 0． 048 9 0． 001 148 0． 050 048
1
2． 564 8 1． 000 0 0． 219 4 0． 024 91 0． 244 31
0． 95 2． 436 56 1． 052 632 0． 238 7 0． 024 91 0． 263 61
根据基础 数 据，求 得 u2 / u1 = 2 ． 5648 。依 据 W （ u） 数 值 表，以及 W（ u） ～ 1 / u 标 准 曲 线，计 算 1 / u1 数 值 并 查 得 对 应 u1 所对应的 W（ u1 ） 值。再 根 据 u2 / u1 比 值 计 算 u2 值，根 据 W（ u） ～ 1 / u 标准曲线查得 W （ u2 ） 并 计 算 W （ u1 ） + W （ u2 ） 的值（ 表 2） 。
1． 822 9 1． 044 3 2． 867 2
0． 08 0． 205 184 12． 5
2． 026 9 1． 222 7 3． 249 6
0． 06 0． 153 888 16． 666 67 2． 295 3 1． 464 5 3． 759 8
0． 04 0． 102 592
25
2． 681 3 1． 822 9 4． 504 2
［关键词］ 隔水边界； 承压含水层； 抽水试验 ［中图分类号］ P641 ． 7 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1004 － 1184 （ 2012 ） 02 － 0011 － 03
Research on the Unsteady Flow Pumping Test of the Typical Confined Aquifer Near the Impermeable Boundary
抽水试验
一、抽水试验的目的 试验是以地下水井流理论为基础，在实际井孔中抽水和
观测。 试验的目的任务是： 研究井的涌水量与水位降深的关系及其与抽水延续时间的
关系： 求得含水层及越流层的水文地质参数； 研究含水层之间及含水层与地表水体之间的水力联系； 确定含水层边界位置及性质； 进行开采或疏干的模拟，以确定井间距、开采降深、合理
五、抽水
抽水试验时水位下降的次数应根据试验目的确定， 宜进行3次。
其中最大下降值，可接近孔内的设计动水位，其 余2次下降值，宜分别为最大下降值的1/3和2/3， 各次下降的水泵吸水管口的安装深度应相同。
注：当抽水孔出水量很小，试验时的出水量已达 到抽水孔极限出水能力时，水位下降次数可适当 减少。
抽水试验的延续时间应按水位下降与时间
注：1在承压含水层中抽水时采用s~lgt关系曲线； 在潜水含水层中抽水时采用Δh2~lg t关系曲线。
2拐点是指曲线上斜率的导数等于零的点。
3当有观测孔时应采用最远观测孔的s（或Δh2） ~lgt关系曲线。
抽水试验时动水位和出水量观测的时间宜在抽水 开始后第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、 40、50、60、80、100、120min观测一次。
抽水试验稳定标准
抽水试验的稳定标准，应符合在抽水稳定 延续时间内，抽水孔出水量和动水位与时 间关系曲线只在一定的范围内波动，且没 有持续上升或下降的趋势。
注：1当有观测孔时应以最远观测孔的动水 位判定。
2在判定动水位有无上升或下降趋势时 应考虑自然水位的影响。
稳定流抽水试验，最远观测孔的稳定延续 时间都不得小于2—4h。
(2H 井
K
Q
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沉没比一般不小于50—60%，沉没比愈 大，水汽混合与抽水效果愈好。但要考虑 空压机的压力。 2、风管下入深度 风管下入静水位以下深 度 ( p p) 100 H=
r1
式中：
H-风管沉没静水位以下深度（m） Δp-压风管路损失(一般为0.05～ 0.08mpa) r1-水的相对密度
抽水试验是掌握含水层富水性， 求取含水层水文地质参数最直接的手段。
-
一、水文地质试验的任务
查明含水层的富水性 获取含水层水文地质参数 评价地下水开采对环境影响 提出合理供、排水方案
二、主要的水文地质参数
渗透系数(k)
水文地质参数
释水系数（S）（给水度u）
导水系数(T) 越流系数k/m 压力传导系数(a)
2、注水试验
是往钻孔中连续定量注水，使孔内保持一定水位，通过水位与水量的函 数关系，测定透水层渗透系数的水文地质试验工作，它的原理与抽水试验相 同，但抽水试验是在含水层内形成降落漏斗，而注水试验是在含水层上形成 反漏斗。其观测要求和计算方法与抽水试验类似。注水试验可用于测定非饱 和水透水层的渗透系数。
• 若
n≤1，为反常型 n＝1，为直线型 1＜n＜2，为指数型 n＝2,为抛物线型 n＞2，为对数型 若只有两次降深资料，只能用曲度法判定 ②求解系数 用图解法和最小二乘法
3、 推求最大涌水量Qmax
用抽水试验所作Q-S曲线的经验方程
• (坐标图解判断或根据曲率判断,推算最大Q值一般1.5-2倍) ⑴直线方程： Q q S （承压水）
渗透系数k
表征含水层透水能力重要水文地质参数 ，是水力坡 度为1时，地下水在介质中的渗透速度。渗透系数不仅与 介质性质有关，还与在介质中运动的地下水的粘滞系数、 比重及温度等物理性质有关。量纲为（m／d）。 表示含水层全部厚度导水能力的参数。定义为水力坡 度为1时，地下水通过单宽含水层垂直断面的流量。导水 系数T等于含水层渗透系数K与含水层厚度m的乘积。量纲 为（m2／d）。 又称贮水系数或弹性给水度。表征单位含水岩体释水 （贮水）能力的参数（无量纲）。
五、抽水试验设备及试 验安装
1、深井泵抽水试验
长轴深 井泵 深井 潜水泵
需掌握深井水泵的泵体部分、 输水管部分、传动装臵部分 。
需掌握深井潜水泵的水泵部 分、电机部分、进水部分和 密封装臵四部分
特点：需电源、水源清洁，大小水 量不限，但降深间距不易拉开
深井泵抽水试 验安装
深井泵抽水过去主要使 用长轴泵，近年较多地采用 深井潜水泵抽水。深井潜水 泵下入深度没有多少要求， 根据水泵的扬程和水位的降 神进行调整。 • 长轴泵降深 长轴泵降深通过地面上的 调节螺帽调节长轴的上下移 动，从而达到调整泵叶轮进 水间隙，实现不同出水量， 达到不同的降深 • 潜水泵降深 潜水泵电机与泵均在井内， 不能进行调整。要实现不同 的降深和水量，最有效的就 是更换不同扬程和出水量的 深潜水泵来实现
根据地下水有无压力，水井分为无压井和承压井。当水井布臵在 具有潜水自由面的含水层中时,称为无压井；当水井布臵在承压含水 层中时称为承压井。 当水井底部达到不透水层时称为完整井，否则称为非完整井。 在巨厚的岩溶含水层中,应该根据岩溶发育深度确定合理的有效含水 带厚度。
无压完整井抽水试验
无压非完整井抽水试验
①空压机抽水的原理
抽水时，空压机将压缩 空气通过风管送入井中，通 过混合器与水混合成水气混 合物，扬水管内的水气混合 物相对密度较轻，扬水管外 （地层）水柱产生压力差， 不断进入管内，管内的水气 混合物又被新形成的水气混 合物向上推，形成气举排出 井口。
空压机抽水设备安装
安装方法分为同心式和并列式两种。 选择空压机类型时要考虑井深、井径 及其他水文地质条件，空压机通常用9/7、 6/7。通常通过通风管的沉没比、沉没深度 及空气消耗量和空气压力来确定。 1、沉没比 风管在动水位以下的浸没深度与混合 器至出水口长度之比（a） a= H
空压机抽水的优缺点
◆优点 • 可根据静水位设定抽水深度 • 抽水孔径适应范围大 • 可在含泥、沙较多的地下水中进行抽水 • 可随地下水的涌水量变化而变化 ◆缺点 • 抽水成本高 • 噪声较大 • 不利于定流量的非稳定流抽水
第二部分 抽水试验理论及资料整理
一、抽水试验相关理论
（一）裘布依稳定流理论
（3）裘布依公式的不合理性 公式认为井涌水量的大小与井径的关系不大， 但实际中发现，在含水层渗透系数大于1的条件下， 随着井径的加大，井涌水量成倍地增加，并且根据 大口井径抽水试验的结果计算的渗透系数、单位涌 水量比小口径井抽水试验成果计算的参数大得多。 因此，在矿区水文地质勘探中，采用小口径 钻孔进行抽水试验，利用试验结果评价岩层的富水 性以及求取的水文地质参数，得出的结果是错误的。 （4）不能确定 S a
3、试坑渗水试验
是在地表挖试坑注水，在坑底保持一定水层厚度，使水在地下 水面以上的干土层中稳定下渗，根据单位时间内试坑的稳定耗水量 测算土层渗透系数的野外水文地质试验方法。在确定渠道、水库、 灌区的渗漏水量时，多采用此法测定干燥土层的渗透系数。
• 水文地质试验方法的适用条件 在地下水埋深较大，不能满足抽水试验的条件 下，可采用注水试验近似代替抽水试验； 渗水试验仅适用于浅部土层渗透系数的求取。
基本假设：含水层均质、等厚、无限、各向同性。
实验条件：室内沙层，“岛状含水层”
1、流量基本计算公式
( 2 H 0 SW ) SW lg R lg rw
★潜水井：
Q 1.366K
★承压井：
Q 2.73
KMS w lg R lg rw
2、水文地质参数计算 • 用裘布依公式和影响半径的经验公式联立求解, 通常使用试算法（逼近法）即可得到k、R
裘布依公式中渗透系数K及影响半径R经验公式
潜 水
K 0.732Q R lg (2 H S w ) S w r
K 0.366Q R lg MSW r
R 2S w KH
承 压 水
R 10S K
计算方法，根据含水层的性质分别选择计算模型。 首先给定一个任意小的值 ，作为确定计算精度的约束值，然后任 意给出一个假定的影响半径 R0 ，代入公式①中计算出 K1 ，再将计 算出的 K1 带入②式中计算出 R1 ，……….,。如处反复计算，直到 满足 K n1 K n 为止，此时的 K n1 和 Rn1 就是计算得最终结果。
深井泵抽水的优缺点
◆优点 • 水位、水量能在较短的时间稳定 • 抽水成本较空压机低 • 可实现高扬程的抽水试验 • 利于定流量的非稳定流抽水 ◆缺点 • 不适应泥砂含量较重的抽水试验，已造成叶轮、长轴、 橡胶轴承等的磨损，可造成电机及其它部位的损坏。 • 在野外施工中，因缺电需另备发电机组。
2、空压机抽水试验
导水系数T
释水系数s
三、常用的野外水文地质试验方法
1、抽水试验
（1）根据抽水试验的水动力特征：分为稳定流抽水试验、 非稳定流抽水试验；
（2）根据抽水试验孔的数量和组合方式：分为多孔抽水 试验、单孔抽水试验、干扰孔抽水试验等，
（3）抽水试验的方法：在水井或钻孔中进行抽水，观测 记录水量和水位随时间的变化。试验时要求对抽水时的水位 和流量进行系统的观测和记录，并绘制水位与流量关系的曲 线。 （4）利用水位与流量之间的函数关系，评价井（孔）出 水能力。计算含水层渗透系数，确定抽水影响半径（R）和降 落漏斗形状、了解岩层给水度和含水层与地表水及含水层间 的水力联系等。
（三）抽水试验的种类
单孔 抽水
没有观测孔而只有一个抽水孔的抽水试验。用于概略求 取含水层的是文地质参数。由于它只能用经验公式及试算法 求影响半径，故测定的渗透系数精度较差。一般用于水文地 质调查的初步阶段，常用来了解和对比不同地段含水层的透 水性和富水性。在钻探成本较高的基岩地区，仅需实际测定 单孔涌水量时也采用单孔抽水。 是由一个抽水孔和若干个观测孔组成的抽水试验。它能 比较精确地测定T、S值、影响半径和下降漏斗形状，还能确 定含水层间的水力联系。多孔抽水时观测孔一般以抽水孔为 中心呈放射线排列或十字形排列。 也称孔群抽水，即二个或二个以上抽水孔同时抽水，各孔 的水位和流量有明显的相互影响，故称干扰孔抽水。在拟作井 群供水或井群降低地下水位的地段和复杂的岩溶矿区使用。它 的目的不仅为了求参，主要是依靠形成大型降落漏斗，充分暴 露水文地质问题，取得孔群的总涌水量或井群降漏斗中水位降 深值的资料，测定水流的主要补给、排泄方向和预测涌水量等。
由于在过水断面处的水力坡度并非恒值，靠近井的四周误差较 大,k值一般偏小。但对于离井外有相当距离处，其误差是很小的 。为 降水影响半径范围内的平均渗透系数 。
Q f (s) 曲线类型判断及系数求解（曲度法）
①类型判断
n
lg s 2 lg s1 lg Q2 lg Q1
[s2 s1 , Q2 Q1 ]
（四）抽水试验的方法 1、稳定流抽水
在一定持续的时间内流量和水位同时相对稳定（即不超过一定的允许波 动范围），可进行1—3个落程的抽水。抽水试验前应测量静止水位，抽水结 束后应测量恢复水位。稳定流抽水试验主要用于计算含水层的渗透系数。分 单井（因水跃，k值偏小）和有观测孔的试验。不足之处在于：试验时间长, 取得的参数少。
2、非稳定流抽水
是在抽水钻孔中仅保持水量稳定并使水位不断改变，或仅保持水位稳 定使水量不断改变的抽水试验。非稳定抽水试验的目的是用人工控制的方 法，使钻孔周围含水层中发生地下水的非稳定运动，通过测定水位随时间 的变化过程（或水量随时间的变化过程），来测求含水层中地下水在非稳 定运动时的水文地质参数。通过非稳定抽水试验可以测求含水层的导水系 数（T）、压力传导系数（a）、渗透系数（K），及给水度（μ）或释水系 数（S）。具有时间短（但有越流补给和隔水边界时稍长），参数多，可以 预测水位变化的特点。