井流模拟试验实习指导书.doc

井流模拟试验场教学实习基地建设成果井流模拟试验实习指导书刘 金 辉 李 金 轩 编东华理工学院江西抚州目录1实习目的12井流模拟试验场的设计12.1 试验场地的结构12.2 设备安装和试验32.2.1安装32.2.2试验53 实习内容53.1 稳定流抽水试验63.1.1多孔稳定流抽水试验63.1.2两垂直隔水边界的稳定流抽水试验63.2 非稳定流（放）抽水试验63.2.1 非稳定流抽水试验63.2.2 非稳定流放水试验74资料整理与文字报告74.1 资料整理74.1.1绘制抽水试验成果图表74.1.2 多孔稳定流抽水试验渗透系数计算74.1.3 两垂直隔水边界稳定流抽水试验渗透系数计算84.1.4 非稳定流抽水试验参数计算84.1.5 非稳定流放水试验参数计算94.2 文字报告10附表：井流模拟试验观测资料11171实习目的 本实习以原校内“井流模拟试验场”为基础，通过对试验场设计及试验孔、观测孔布置的了解和对试验资料的计算与分析，要求学生掌握稳定流与非稳定流抽水、放水试验方法和各项资料的分析整理，达到理论联系实际、巩固课堂所学水文地质勘探与试验等知识，培养学生分析问题解决问题能力的目的。2井流模拟试验场的设计2.1 试验场地的结构井流模拟试验场地结构是根据裘布依公式理论，设计成一个在园形海岛状含水层中取其四分之一，构成一个直角的扇形。直角边（园形的半径）长15米，扇形弧长23.6米，向下挖深3.7米，底板（为水平的）和直角的两边修筑成隔水边界，扇形弧修成供水边界，然后内填1.5米厚干净的粒径大于2毫米占63的含细砾粗砂，来模拟试验含水层（图1）。其上加0.2米厚的隔水顶盖，上面再填2米厚的亚粘土，形成个封闭的承压含水层。在直角的顶端设计安装个直径为260毫米，深为6米（底板下1米，高出地面0.8米）的主孔I。作为模拟园形海岛状含水层中心的抽水孔（四分之一空间进水），进行稳定流抽水试验。在主孔I离孔口1.4米处的反面装一根口径为100毫米的水平放水管，作为定降深变流量之非稳定流放水试验，以模拟自喷孔和坑道放水试验。在离两隔水边界为1米和2米处布设一个边界抽水孔（孔深为5.5米，底板下0.5米，高出地面0.8米），进行模拟两直交隔水边界和弧形定水头补给边界孔之稳定流抽水试验。主孔I、皆为承压含水层中的完整井。在扇形内布置三排观测孔，主轴线为一排，两边各一排。每条观测线上设三个观测孔，孔深为5米（高出地面0.8米），孔径分别为130、145毫米。各观测线上的观测孔离主孔I的距离分别为3、7、15米。其中6号观测孔是为作其它水文地质试验（径向实际流速测定和水质弥散等试验）的投剂孔而设置的。每个观测孔在含水层上段装有1米长的园孔包网（网眼为0.25毫米）过滤器，而主孔I、在含水层部位则安装1.5米长的园孔缠丝过滤器，其外又设置了0.2米厚的砾石过滤器（图1、2）。图1 井流模拟试验场平面图1-、主孔 2-观测孔（投剂孔） 3-观测孔 4-抽水孔至隔水边界距离 5-供水边界 6-隔水边界图2 主轴线剖面及降压漏斗剖面图1-主孔 2-观测孔 3-观测投剂孔 4-供水管 5-放水管 6-投料管 7-供水边界 8-隔水边界 9-缩径管 10-测压管11-放水开关 12-静止水位 13-降压漏斗剖面图 14-过滤器 为了使供水边界水能较均匀无阻地流动补给，在扇形弧边缘的含水层部位，敷设道宽0.3米、厚1.5米的砾石透水花墙，并在其中埋设滤水管，通过供水管与供水池连接，使供水边界附近的三个观测孔（3、6、9）水头损失较小，水位与供水池水位能保持基本相同。试验时把抽、放出来的水流入放水池中，在放水池边上安装二台抽水量为15米3/时和39米3/时低扬程的离心泵，可把放水池的水送回供水池，以作试验供水时选择使用，达到抽水与供水循环进行。在作稳定流抽水试验时，为使供水池的水位能控制在定水头位置上，在池边开了个1.2米宽的矩形泄水堰口，使供水池多余的水能迅速泄回放水池（供水池比放水池高1.4米，两者间埋设了直径150毫米的水管相连接），以达到定水头补给的要求。另外在供水池还装有一个自来水龙头，起辅助调节作用。 为了选择渗透系数适合的砂砾料作为含水层，我们选取了很多样品，用达西仪测定其渗透系数，确定选用含细砾石粗砂（63粒径大于2毫米）作为含水层填料。在填料过程中用灌水、抽水和倒实方法把砂层压紧。 2.2 设备安装和试验2.2.1安装 稳定流多孔三次降深抽水试验在主孔进行。第一降程采用空气压缩机抽水，空气压缩机为3WC一0.9/7的电动移动式，即风量0.9米3/分，压力7公斤厘米2，抽水管径为100毫米，长5.5米，风管管径为15毫米，长5米，并列式安装（图3）。第二降程用流量为45米3/时的离心泵抽水。第三降程用空气压缩机和离心泵联合抽水。在主孔进行一次最大降深的两直交隔水边界稳定流抽水，其所用水泵与前一抽水试验共用一台离心泵，只在其吸水管上装一个控制阀门，以供抽水时选择使用（图4）。非稳定流放水试验则在主孔I所引出的水平放水管通过控制阀门来进行，用50毫米缩径管测量放水量随时间的变化（图5）。图3 空气压缩机抽水安装图4离心泵抽水安装图5放水试验安装2.2.2试验 试验开始前先把供水池的水头调控在+0.7米标高50m处，这时各孔的静止水位大致在一个水平面上，测量各孔静止水位后，试验即可进行。 稳定流抽水试验三次水位降深和相应的涌水量大致可达到S1=0.13米，Q1=5.2升/秒，S2=0.6米，Q2=10.7升/秒，S3=0.80米，Q3=14升/秒左右。边界孔抽水试验最大降深约0.54米，涌水量达12升/秒。在非稳定流抽、放水试验过程中，开动放水池边上的一台小离心泵以供水池中加一个小流量(小于抽、放水量)，观测抽水的动水位随时间的变化（最近的观测孔4动水位能下降1米左右）和放水量随时间变小，这样能使试验延续数小时，所得的曲线符合计算要求。 抽、放水试验过程中流量观测采用堰箱、缩径管和YKS-型流量集、计相互校对进行。动水位观测，主孔用DR-I自动压力水位计测量，观测孔用电测水位计测定。3 实习内容水文地质试验在校内井流模拟试验场进行，包括稳定流抽水试验和非稳定流抽（放）水试验。3.1 稳定流抽水试验3.1.1多孔稳定流抽水试验 以主孔I为抽水孔，19为观测孔，进行涌水量和动水位观测。 以3WC0.9/7电动移动式空气压缩机和Q=45m3/h离心泵为抽水工具，空压机用并列式安装，用堰箱和YKS测量抽水量，用DR1自动水位计和电测水位计测量主孔动水位，用电测水位计测定观测孔水位。 进行三次降深抽水，S1用空压机抽，S2用离心泵抽，S3用空压机和离心泵联合抽水，采用正向抽水，各降深稳定抽水延续时间为4 8小时左右。 当供水池水位到达溢水口处，测量各孔的静止水位后抽水即可进行。动水位和流量观测，一般采用观测时间间隔为5（6次）、10（3次）、20（3次）、30以后依次每隔半个小时观测一次，直至抽水结束。要求主、观测孔水位及流量同时观测，流量观测要防止堰箱内水面波动引起的误差。在抽水过程中供水池需保持定水头。 S3抽水结束后，应立即观测各孔恢复水位，观测的时间间隔为30、30 、1、1、2、3、5、7、10、20、30，直至静止水位。3.1.2两垂直隔水边界的稳定流抽水试验 以主孔为抽水孔，19为观测孔。 用Q = 45m3/h离心式水泵做抽水工具，作一次最大降深，其他要求同前。3.2 非稳定流（放）抽水试验3.2.1 非稳定流抽水试验 在主孔I 作定流量变降深抽水。当供水池水位到达溢水口时，在抽水过程中以供水池加一个小于抽水量的流量，以形成非稳定流运动，进行定流量变降深观测，即观测St的变化。 抽水孔I 和观测孔4、5、1、8等同时进行动水位观测，以1、2、3、5、7、10、15、20、30、40、60、80、100分钟（累积时间）观测，以后每隔半小时观测一次直至结束。3.2.2 非稳定流放水试验 放水试验在主孔的放水管之放水闸门进行，当供水池水位到达溢水口，关闭供水开关，即可打开放水闸门，进行定降深变流量试验，即观测放水量Q随时间的变化。流量观测以1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30分钟（累积时间）进行一次，以后每隔半小时观测，直至结束。为了使Qt曲线便于计算，可在放水过程中以供水池加一个小流量，使放水试验能维持3小时左右即可。 主孔和4、5、6观测孔同时进行水位观测，放水量用4寸缩2寸之缩径管上的测压管读数求出。4资料整理与文字报告4.1 资料整理4.1.1绘制抽水试验成果图表其内容包括：Q、St曲线、Q = f(s) 曲线、主轴线降压漏斗剖面，等水压线图、模拟试验场平面图、空压机抽水安装图、放水试验装置图和抽水试验参数计算综合表。4.1.2 多孔稳定流抽水试验渗透系数计算解析式：或 (M=1.5m、R=15m、r0 = 0.13m)4.1.3 两垂直隔水边界稳定流抽水试验渗透系数计算近似解析式有：或 （1=1m,2=2m）除用主孔的S0进行计算外，还需利用观测孔的水位降（如5号观测孔）计算即：需绘制两直交隔水边界条件下映射示意图图6。4.1.4 非稳定流抽水试验参数计算绘制slgt或slg2曲线图，求T、K、S、a。解析式为：近似式为：当时 (b1=0.5m,b2=3m)、图6两直线交隔水边界条件下映射示意图4.1.5 非稳定流放水试验参数计算绘制1/Qlgt曲线图。求T、K、a、S，解析式有：Q=2TS0G() 当或时因此上式可改写为：当时，则，上式可进一步简化为：非稳定流抽、放水试验均可用试算法或配线法和直线图解法求参数，而非稳定流抽水（当用主孔时），非稳定流放水试验求T时则要考虑圆形的1/4。4.2 文字报告简要叙述稳定流与非稳定流抽、放水试验过程及技术要求，通过有关图表反映井流模拟试验成果，并对所取得的各项水文地质参数及其准确性和主要存在问题进行评价。附表：井流模拟试验观测资料稳 定 流 抽 水 试 验一、号抽水孔抽水试验资料号抽水孔第一次降深抽水试验资料观测时间时分抽水孔观测孔水位观测流量观测456水位深度降深读数流量水位深度降深水位深度降深水位深度降深mcmL/smmm800.24000Q=5.200.15000.08000.023050.3000.0606.00.1800.0300.1000.0200.0240.001100.3200.0808.00.2200.0700.1300.0500.0300.007150.3400.10010.00.2400.0900.1600.0800.0350.012200.3500.11011.00.2700.1200.1800.1000.0420.019250.3550.11511.50.2900.1400.2100.1300.0460.023300.3600.12012.00.3100.1600.2300.1500.0500.027400.3620.12212.20.3300.1800.2500.1700.0520.029500.3650.12512.50.3400.1900.2600.1800.0580.035900.3670.12712.70.3500.2000.2700.1900.0620.039200.3680.12812.80.3600.2100.2700.1900.0680.045400.3680.12812.80.3600.2100.2800.2000.0690.0461000.3690.12912.90.3620.2120.2850.2050.0690.046号抽水孔第二次降深抽水试验资料观测时间时分抽水孔观测孔水位观测流量观测456水位深度降深读数流量水位深度降深水位深度降深水位深度降深mcmL/smmm800.3600Q=10.700.3000.18000.08050.410.0505.00.350.050.220.040.100.02100.500.14014.00.400.100.260.080.120.04150.600.24024.00.450.150.300.120.140.06200.650.29029.00.500.200.330.150.160.08250.740.38038.00.530.230.350.170.170.09300.800.44044.00.560.260.370.190.180.10400.850.49049.00.620.320.380.200.190.11500.870.51051.00.660.360.380.200.190.11900.900.54054.00.730.430.390.210.190.11200.930.57057.00.750.450.400.220.200.12400.940.58058.00.770.470.400.220.200.121000.950.59059.00.780.480.400.220.200.12300.950.59059.00.780.480.400.220.2000.12 号抽水孔第三次降深抽水试验资料观测时间时分抽水孔观测孔水位观测流量观测456水位深度降深读数流量水位深度降深水位深度降深水位深度降深mcmL/smmm800.5700Q=13.90.4200.2600.18050.680.1111.00.510.090.340.080.210.03100.780.2121.00.600.180.380.120.240.06150.920.3535.00.690.270.440.180.250.07201.040.4747.00.750.330.500.240.260.08251.120.5555.00.820.400.530.270.270.09301.200.6363.00.860.440.550.290.280.10401.230.6666.00.900.480.570.310.290.11501.250.6868.00.920.500.600.340.290.11901.290.7272.00.950.530.610.350.290.11201.330.7676.00.970.550.610.350.300.12401.350.7878.01.000.580.620.360.300.121001.360.7979.01.040.620.620.360.300.12301.370.8080.01.050.630.620.360.300.12二、号抽水孔抽水试验资料号抽水孔垂直隔水边界降深抽水试验资料观测时间时分抽水孔观测孔水位观测流量观测5水位深度降深读数流量水位深度降深mcmL/s m850.4000Q=12.000.23050.530.13130.300.0750.680.28280.340.1150.740.34340.360.1350.770.37370.400.1750.800.40400.420.19100.810.41410.440.21100.830.43430.450.22100.850.45450.460.239200.870