实验5 抽水试验(1)

实验5 非稳定抽水实验

一、实验目的

1.开展室内裘布依型潜水井定流量抽水实验，并根据抽水实验的水位变化资料来尝试求取含水层参数。

2.了解压力水位水温记录仪的工作原理和仪器操作方法，学会使用配套软件Win-Situ 5采集水位变化数据。

3.了解便携式超声波流量计的工作原理和操作仪器方法。

4. 掌握现场抽水实验现场水位和井流量监测的方法和实现手段，了解实验过程数据的记录和处理方法。

二、实验装置

1. 现场抽水实验的设备组成

一般条件下，在井孔中开展抽水实验需要以下设备： 抽水泵、水位监测仪器、流量监测仪器,在线监测显示装置。本实验中采用的仪器主要有：

(1)水泵 抽水实验用的水泵类型，应根据地下水位埋深、过滤器直径和孔内可能的

最大涌水量选择。地下水位较浅时，宜采用潜水泵；地下水位较深、涌水量大时，

可选用深井泵；此外还有可精确控制流量的蠕动泵等。

本次抽水实验，限于实验井条件，我们选择ASP5540型微型泵。

(a) (b)

(c) (d)

图5-1 抽水实验所用类型各种泵，(a)潜水泵，(b)深水泵，

(c)蠕动泵，(d)本次实验所用ASP5540型微型泵及配套电源线

（2）监测设备 野外抽水实验多采用测绳加简易报警装置对水位进行监测。

图5-2 测绳与简易报警装置

本次实验采用LEVEL TROLL系列的压力水位水温监测仪

它包含了传感器（内置记录功能及内置电池）、20m绞锁式电缆，数据传输线等主要部件组成。

图5-3 LEVEL TROLL 300压力水位水温监测仪

（3）流量计算设备 在野外抽水实验中，通常采用三角堰，或者通过规则形状渠道（梯形堰）水面高度来换算流量。

(a)

(b)(c)

图5-4 野外抽水实验流量监测设备(a)三角堰示意图，(b)三角堰，(c)梯形堰 本次实验采用便携式P300超声波流量计

介绍P300便携式超声波流量计，用外部捆绑传感器的方式测试满管流量。包括流量计主机、传感器组A，B，C（A和B是标准配置，传感器组C是额外选件）、对角导轨、电缆、耦合剂、捆绑链条等主要部件组成。

图5-5便携式P300超声波流量计

（4）在线监测数据显示装置

笔记本电脑一台，通过数据传输线连接传感器，将传感器记录下来的数据导出。此外，该监视器还可用过绞锁式电缆和数据线实时监测水位。（可用PDA）

2. 裘布依扇形渗流砂槽

裘布依渗流砂槽为一扇形渗流砂槽，扇形圆心角30°（圆的1/12），补给半径R=300cm，抽水井半径r w=19cm。渗流槽两侧装有溢水装置，用以稳定抽水井和补给边界的水位，升降溢水装置可控制抽水井或补给边界水位高低。

图5-6a 裘布依扇形渗流砂槽后视图

图5-6b 裘布依扇形渗流砂槽俯视图

3. 野外抽水实验井

图5-7 野外抽水实验井

三、实验原理

压力传感器工作原理:

传感器受到的压力＝大气压力 ＋ 水位压力

此处将大气压力归零后，传感器监测到的压力就是地下水水位的压力，如将压力单位定为厘米水柱，则压力变化的数值可以确认为地下水水位上升或下降的数值，从而达到监测地下水水位波动的目的。

便携式超声波流量计的原理：

管道内任何流动的液体都存在着不连续的扰动，这些不连续扰动可以身悬浮的固体颗粒或气泡，或由于管道界面而引起的流体扰动。这种扰动使反射的超声波产生频移△f，频移△f时流速的线性函数。通过测量频移△f，即可测得管道内液体的流速（或流量）

四、实验步骤

裘布依型潜水井定流量抽水实验

1.熟悉仪器结构功能，连接好电脑和监测仪。

2.运行程序Win-Situ 5 ，对水位监测仪传感器进行压强校正，并进行相应的参数

设置（具体操作见Troll 300使用手册）。传感器压强校正后，将传感器放置于砂槽的模拟井中，放置深度定为116.5cm。

3．连接微型泵和电源线，将微型泵入水口通入裘布依扇形渗流砂槽的模拟井底部，出水口通到排水沟中。

4．将便携式超声波流量计传感器组A、B固定在抽水泵出水管道上，连接便携式超声波流量计主机和笔记本电脑，运行程序Porta-Graph 1.0对便携式超声波流量计进行参数设定。

5．打开微型泵的开关，开始抽水。与此同时，点击Win-Situ 5 操作页面控制面板上

开始按钮，传感器开始记录压力水位温度；点击流量计主机操作页面开始按钮，笔记本上Porta-Graph程序开始记录流量数据。（本次实验中所用泵的管道不适宜超声波流量计测量流量和流速，选择在转子流量计管道演示）

6.当记录结束后，点击程序Win-Situ 5钻井测量控制按钮中的停止键,停止水位监测仪仪传感器工作。然后，点击软件中按钮，将计算机与仪器断开。点击程序Porta-Graph 1.0控制面板上停止按钮，然后停止超声波流量计主机上停止读数按钮。监测工作完成。

五、实验成果

（一）实验数据记录

抽水实验观测孔降深数据

累计时间（s）降深（m）累计时间（s）降深（m）

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 700

750

800

850

900

950

1000

1100

1200

1300

1400

1500

130 140 150 160 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 400 450 500 550 600 650 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 3100 3200 3300 3400 3500

（二）实验结果处理

绘制水位变化曲线，并根据水位降深资料尝试求取含水层参数，并与实验3裘布依型潜水稳定流井流实验结果进行对比。

根据水位降深资料，用下节课介绍的Aquifer Test软件进行处理，求取含水层参数。六、设计性实习参考

完成了实验5，你可以按照上述的基本操作步骤在室外实验井进行注水实验，并通过注水实验水位变化资料求解地层参数，如解潜水含水层的参数（可参考习题11）、求解不完整井的含水层参数（可参考习题12），也可以使用Aquifer Test软件对水位变化资料进行处理，求取含水层参数。

室外实验井

本实验井为地下地球物理物探实验井，井深70m,井径为15cm，井身结构：0-29m为PVC 管护壁段。井中地层结构：上部10m以内为第四系残坡积层，下部以泥岩为主，浅灰到深灰色，主要为泥质组成，含少量钙质和方解石细脉，块状、厚层状构造，局部细粒构造。