第八讲抽水试验

第八讲抽水试验 主讲人 窦斌 第六节抽水试验 抽水试验是水文地质孔和供水井在下管 填砾 止水 洗井之后必须进行的一项工作 通过抽水试验获得钻孔的实际出水量和水位下降与涌水量的变化关系 求得含水层的渗透系数 查明水质 水温和单孔影响半径等资料 为评价地下含水层水文地质参数和合理开发地下水提供可靠的依据 同时 通过抽水试验还可以进一步检查上水质量和洗井效果 为了做到所取资料准确 抽水试验必须符合下述四项基本要求 洗井后和抽水试验前 应测量静止水位和丈量井孔深度 探采结合孔每一含水层的抽水试验应进行两个以上的落程 每个落程的稳定时间为8 24h 供水量大的井孔 每一含水层应抽三个落程 稳定时间分别为8 16 24h 每个落程结束后 应观测其恢复水位 在松软岩层中进行抽水试验时 落程应由小到大 以避免含水层受到过大的扰动 在基岩中进行抽水试验时 落程则应由大到小 如水质受污染 应适当延长抽水时间 在水的化学成分稳定前不能停止抽水 一 抽水设备的选择抽水设备的类型很多 合理地选择抽水设备是准确的获取水文资料 充分发挥水井效益和降低成本的重要措施 抽水设备的选取主要取决于水文地质条件 包括静水位 动水位 涌水量等 钻孔结构和孔内出砂量以及抽水设备本身的技术特性 1 提桶抽水 在地下水位较深 水量不大 试验要求不高的井孔中 可用提桶进行抽水试验 提桶的桶身长度约1 5 2m 桶底有活门 上端系以钢丝绳 用钻机升降机提升抽水 2 人力吸水泵抽水 是一种立式活塞泵 由手柄 拉杆 出水三通 泵体 活塞和吸水管组成 其吸水高度一般不超过6 7m 适用于浅水位井孔的抽水试验 此泵构造简单 可以自制 安装方便 但用人力上下压动抽水 水量不易保持均衡 3 往复式水泵抽水 最大吸水高度约6 7m 适用于浅水位和中等涌水量的井孔 用往复式水泵抽水时 不需另增设备 可直接利用与钻机配套的水泵 但出水不均匀 较笨重 且需较大的安装面积 4 潜水泵抽水 潜水泵是将电动机和泵体一起放在井内水位以下进行抽水的水泵 与深井泵相比 潜水泵的估点是省掉了长的立轴 能更有效地发挥效率 但要求有较高的密封和绝缘措施 国内生产的潜水泵为 分浅井潜水泵 YQ YOB QBS型 和深井潜水泵 JQ NQ型 5 深井泵抽水 深井泵即立式离心泵 泵体在井孔内 没入动水位以下 可以进行水下的抽水工作 动力机装在地表 用长的立轴传动水泵 深井泵的扬程可达150m 其主要缺点是有长的传动立轴 安装复杂 且易在连接处折断 二 空气压缩机抽水 1 空气压缩机抽水的工作原理压缩空气经风管进入井内 经混合器与扬水管中的水混合形成气水混合物 该混合物与管外的水相比 其比重较低 因此在扬水管内外比重差的作用下液面上升 与此同时 混入水中的压缩空气释放能量 使水中的气泡沿上升过程中逐渐加大 于是形成较强大的 气举 力而克服扬水管内液体的惯性使水柱上升 至地表气水分离室里 空气逸出 水排出井外 2 空气压缩机抽水有关参数的选择与计算空气压缩机抽水的参数包括 沉没深度 风量和风压以及风管和扬水管规格等 1 混合器的沉没深度 用沉降系数k表示 它与扬水高度h和混合器下入井中的深度H间的关系为 K 抽水管路的沉降系数 有些文献上称沉没比 沉降系数k必须根据抽水试验中不同的扬水高度合理取值 其关系到空压机抽水是否正常及抽水工作效率的高低 一般k值可取1 5 2 5 根据不同扬水高度参考表5 2 7选择 2 全风量W 即所需压气机的空气量 式中 W 所需的总空气量 m3 min Q 钻孔预计出水量 m3 h V0 提升1m3水所需空气量 m3 式中 C 经验系数 它与k有关 效率系数 3 空气压缩机压力计算开始抽水时 起动压力P0 0 1 H h0 P 大气压连续抽水时 工作压力P 0 1 H h P 大气压式中 P 压缩空气在风管中流动时的压力损失 P 0 2 0 5大气压由于 H h0 H h P0 P所以 选择空压机压力应以P0为依据 4 风管 扬水管 井管 的安装形式与计算 并列式 简单 效率高 但要求井孔直径大 同心式 复杂 效率低 但适用于小直径井孔抽水 风管 扬水管安装方式 风管直径的计算公式为 式中 d内 风管内径 m W 所需空气量 m3 min Pk 压缩空气压力值 大气压 Vb 压缩空气在风管内的流动速度 Vb 8 10m s 并列式安装时 扬水管内径的计算公式为 式中 D 扬水管内径 m Q 预定出水量 m3 min Vc 气水混合物在扬水管内的上升速度 Vc 8 9m s 同心式安装时 扬水管内径的计算公式为 式中 D0 同心式安装时扬水管的内径 m D 并列式安装时扬水管的内径 m d外 风管外径 m 三 抽水时水位水量的测量 1 水量测量抽水试验中常用量水堰测量出水量 量水堰测量出水量是将由井内扬水管排出的水导入量水堰箱中 经前后挡板阻波稳定后由堰箱的堰口流出 测量水流经过堰口时水断面的高度 经换算求得出水量 堰口的形式有三角形 梯形或矩形 水文地质钻探常用的堰口形式是三角形 三角形堰箱测量出水量时 可采用下公式计算 当H 0 021 0 20m时Q 1 4H2 5当H 0 301 0 350m时Q 1 343H2 47当H 0 201 0 300m时取上两公式计算的平均值 式中 H 水流经过堰口时水断面的高度 m 由于计算较复杂 一般可通过查表法求得水量 2 水位测量 可用测钟法或电极法测量水位 测钟法是用带有深度标记的测绳连接测钟 测钟接触水面时 能发出声响 电极测量水位计是由电极 导线和指示器 或微安表等 组成 测量时 当电极接触水面时 电路联通 由指示器上可以看出 图12 21是电极测量示意图 四 抽水试验资料的整理 抽水试验的最大涌水量应大于正常生产出水量的75 抽水试验中的水位降深次数一般为三次 最低不少于两次 三次中若最大抽降值为S3 则 各次水位抽降差和最小抽降值应大于1m 每次抽降要有一定的稳定延续时间 以保证资料的准确性 稳定延续时间的长短可根据钻孔性质和含水层性质而定 根据抽水试验的资料绘制出水量与水位下降值关系曲线 称为Q S曲线 如图12 22所示 如曲线不通过原点时 则说明最初测定的水位有误差 图中曲线 为非承压水井出水量与水位降值关系曲线的一般形式 曲线 为承压水井的一般曲线形式 如果出现曲线 的形式 说明洗井或抽水工作中存在严重问题 一般为