地下水动力学第六章课件.ppt

1、 井流试验是水文地质勘察中不可缺少的步骤，通过井井流试验是水文地质勘察中不可缺少的步骤，通过井流试验取得必要的水文地质参数，为开采利用地下水进行流试验取得必要的水文地质参数，为开采利用地下水进行水量计算或时间计算等提供定量的数据（水文地质参数：水量计算或时间计算等提供定量的数据（水文地质参数：渗透系数、导水系数、压力传导系数、给水度等）。渗透系数、导水系数、压力传导系数、给水度等）。井流试验分为两大类：抽（注）水试验、水位井流试验分为两大类：抽（注）水试验、水位恢复试验。恢复试验。进一步细分：进一步细分：单井单井一个主井一个主井 多井多井一个主井加若干个观测井一个主井加若干个观测井 群井群井多

2、个主井加若干个观测井多个主井加若干个观测井第六章 无越流含水层中完整井的井流试验要较准确取得参数，最好为抽水试验设置观测孔要较准确取得参数，最好为抽水试验设置观测孔1）主井附近容易出现紊流区）主井附近容易出现紊流区泰斯公式要求层流；泰斯公式要求层流；2）钻孔附近因钻探过程或泥浆、冲洗液等会使含水层）钻孔附近因钻探过程或泥浆、冲洗液等会使含水层透水性发生变化；透水性发生变化；3）过滤器和井筒本身容易产生水头损失，使主孔水位）过滤器和井筒本身容易产生水头损失，使主孔水位由于这些原因影响而普遍下降；由于这些原因影响而普遍下降；4）抽水过程中主井水位波动较大，难以准确测量；）抽水过程中主井水位波动较大

3、，难以准确测量；5）由于主孔水位变化过于迅速，抽水早期的水位变化）由于主孔水位变化过于迅速，抽水早期的水位变化难以准确测定，应用标准曲线对比法和难以准确测定，应用标准曲线对比法和S-t拐点法不易准拐点法不易准确。确。第六章 无越流含水层中完整井的井流试验1 1 天气、时间、井所处的地质条件以及初始的水位动态天气、时间、井所处的地质条件以及初始的水位动态要进行必要的调查、记录和观测；要进行必要的调查、记录和观测；2 2 由于含水层具有弹性，所以在抽水过程中要注意消除由于含水层具有弹性，所以在抽水过程中要注意消除以下几个因素的影响；以下几个因素的影响；A A）突然事故（停电、电压不稳、火突然事故（

4、停电、电压不稳、火车通过。）；车通过。）；B B）湖、海的潮汐水位变化；湖、海的潮汐水位变化；C C）固体潮固体潮效应效应3 3 抽水时间较长时，含水层的开采动态和天然动态，在抽水时间较长时，含水层的开采动态和天然动态，在抽水前必须掌握；抽水前必须掌握；4 4 观测时早期要加密，最好能够将拐点测到，便于求参观测时早期要加密，最好能够将拐点测到，便于求参5 5 考虑到计算，最好能在同一个方向不同距离布置考虑到计算，最好能在同一个方向不同距离布置2-32-3个个观测孔观测孔抽水试验与观测的注意事项抽水试验与观测的注意事项试算法试算法（一）若有一个观测孔（或仅有主孔），根据不同（一）若有一个观测孔（

5、或仅有主孔），根据不同时间时间t t得到两个相应的降深：得到两个相应的降深：)4(4121atrWTQS )4(4222atrWTQS )4()4(221221atrWatrWSS)4(42atrWSQMKT 常用的计算参数方法包括：试算法、常用的计算参数方法包括：试算法、标准曲线对比标准曲线对比法、直线图解法。法、直线图解法。6.1 抽水试验求参方法抽水试验求参方法（二）若有两个观测孔，则可以利用相同时间、不（二）若有两个观测孔，则可以利用相同时间、不同距离的降深值、或不同时间、不同距离的降深来同距离的降深值、或不同时间、不同距离的降深来试算。试算。总的来说，试算法的计算工作量大，利用的资总

6、的来说，试算法的计算工作量大，利用的资料少，精度差。料少，精度差。抽水试验求参方法试算法抽水试验求参方法试算法一、标准曲线对比法一、标准曲线对比法（一）原理（一）原理uartatruuWTQs144)(422 由于Q，T，r，a均为常数，即s与W(u)成正比关系，t与1/u成正比关系，两边分别取对数，则有：arutTQuWs4lg1lglg4lg)(lglg2 泰斯公式由几何学已知：值。轴相对平移了和以及值轴相对移动了和则两者重合，的曲线形状相同。若将和则cyybxxxfyxfycyybxx,)()(,arutTQuWs4lg1lglg4lg)(lglg2 分析上两式可知，对同一此抽水试验和同

7、一观测孔的数据而言 的距离而已。和纵、横座标分别平移了曲线的形式相同，只是曲线与理论曲线都是常量，因此实测的和arTQuuWtsarTQ4lg4lg1lg)(lglglg4lg4lg22反之，若已知纵、横坐标平移值，对应就可求参。（一）原理（一）原理在双对数纸上绘制W(u)1/u的标准曲线（理论曲线），在另一张模数相同的透明双对数纸上绘制实测s-t,将实测曲线置于标准曲线之上，保持对应坐标轴彼此平行的条件下相对平移，直至两曲线重合为止，然后确定横坐标的平移值lgt0和纵坐标的平移值lgs0:4.计算参数T和a:5.标准曲线与实测曲线数据拟合以后，如果标准曲线的原点1/u=1,W(u)=1落到实

8、测数据坐标纸之外，则可任找一点匹配(坐标尽可能取0.01，0.1，1，10，100),记下对应的四个坐标值1/u,W(u),t和s,即计算T和a,值。时对应的为值时对应的为suWsut1)(,t11000204,4trasQTtrauWsQT4)(42和教材p118,习题附录二（二）步骤（二）操作步骤（二）操作步骤（三）标准曲线对比法拓展 其它lgs-lgr2,lgs-lg(t/r2)型以及潜水含水层的相应几个类型的标准曲线对比法，其原理、步骤见教材p119表6-1-1。标准曲线对比法是确定含水层参数的一个重要方法！（四）标准曲线对比法说明（四）标准曲线对比法说明此法利用的全部观测数据，即使局

9、部数据有波动或错误也不至于严重影响计算结果。在实测曲线与理论曲线拟合时，主要考虑抽水中后期的数据。初期数据一般拟和不好，这是由于泰斯公式的某些假定与实际不符造成的。如果中后期数据拟合较好，则说明含水层试验涉及的范围内基本满足均质“无界”条件。若后期实测曲线偏离：外围边界起作用 外围参数不同（非均质边界）垂直入渗。后期数据向上偏移 隔水边界，外围K变小，水位动态下降。后期数据向下偏移 地表水边界，K变大，动态上升。缺陷，拟和存在一定的随意性。二二 直线图解法直线图解法基本思路：将实测数据投在单对数坐标纸上并做成曲线，此实测曲线在一定的区间上将呈现为直线，因而可以根据直线的斜率和截距来确定含水层参

10、数。此法可分为：s-lgt，同一观测井不同时间的降深数据；s-lgr，同时刻不同观测井的降深数据；s-lg(t/r2)，不同时间不同观测井的降深数据。tTQraTQratTQratTQslg183.025.2lg183.025.2lg43.225.2ln4222T，a，r和Q均为常数，s-lgt呈直线关系。msmsmsmserrrararamsramraTQs00003.2222220220445.010445.025.21025.21025.2lg25.2lg25.2lg183.0mQ183.0TTQ183.0m压力传导系数截距导水系数斜率当u0.05，误差2以内，泰斯公式表示为Jacob公

11、式：(一)原理tTQraTQslg183.025.2lg183.02msmserraramraTQs003.222220445.010445.025.2lg25.2lg183.0mQ183.0TTQ183.0m截距斜率0202200445.025.2125.2,0lgtstrtrarattts此时，时，得直线延长交于横轴，即若将(一)原理在单对数纸上作s-lgt曲线(t取对数)将s-t曲线的直线部分延长，交纵坐标轴(s)得s0，交横坐标轴(t)得t0（s=0)。求直线得斜率m，由于lg(10t/t)=1,所以取一个对数周期相应的降深s就是斜率m。计算T和a022445.010445.0183.

12、00traramQTms(二)步骤优点：较标准曲线对比法，避免了数据曲线平直时，拟合标准曲线时存在的随意性。缺点：s-lgt曲线只有在(r2/4at)0.05时才出现直线段，因此只能利用部分观测数据。对于较远的观测孔数据可能会出现直线段很短的情况，当后期含水层外围非泰斯条件的干扰，更会使直线模糊不清。见p122表612。(三三)直线图解法优缺点直线图解法优缺点(四四)不同类型直线图解法确定含水参数公式不同类型直线图解法确定含水参数公式 抽水试验井、注水试验井和长期开采井等，都可利用关井后的水位恢复数据来计算有关参数，当抽水井停抽后，井中水位将迅速回升，而后上升速度逐渐减慢，在井孔周围，水位上升

13、速度减慢；在远处，在停抽一段时间内，水位仍在下降。优势：经济上节约！6.2 水位恢复试验水位恢复试验若某井以定流量Q进行抽水持续了tp时间后停抽，观测在停抽后tp时刻的剩余降深。解题思路：将上述问题分解成Q继续抽水加上在tp时刻同一位置有一以Q流量的注水井开始工作。QtpQtp-Qtp一、水位恢复试验的基本原理及其应用一、水位恢复试验的基本原理及其应用1、水位恢复方程、水位恢复方程（叠加原理）（叠加原理）tttTQHtttTQHHHHstttTQtttTQratrttaTQsatrppppplg183.0lg183.0lg183.0ln425.2ln25.2ln405.04000222时当为水

14、位恢复延续时间。抽水持续时间；ttatrWttarWTQspp:444221、水位恢复方程、水位恢复方程（叠加原理）（叠加原理）由上可知 呈直线关系，在单对数坐标纸上，成直线。tttHplg与tttHplg00H10lg1183.0183.0时直线延长至时，当斜率tttHHtttttttmQTTQmppp水位恢复试验与抽水试验相比较：恢复试验直线图解不能计算参数a，但可确定H0。1.抽水试验初期流量不稳定，因此，水位恢复试验法在这一点上较抽水试验要好。2、求参方程、求参方程在一开采的水源地，由于种种原因（或者要扩大水源地等），需要确定水文地质参数，最简单的方法式利用已有的生产井做水位恢复试验。

15、这时往往开采时间tp已相当长，地下水位呈缓慢下降（非常平缓）。atrWttarWsssp44T4Q22注原剩这时第一项很小atrWTQs442二、水位回升值二、水位回升值s的近似式及其应用的近似式及其应用若停抽以前地下水仍有明显水位下降，通过试验前期水位观测动态外推，以Q继续抽水的下降值s.2244 44rQssWatTQrssWTat 剩当t足够长，有2225.2ln4ln405.04ratTQstttTQsatrptpttppatrWttarWsp44T4Q22剩二、水位回升值二、水位回升值s的近似式及其应用的近似式及其应用225.2ln4ln4ratTQstttTQsptpttppppp

16、tttttratTQtttratTQssspp1125.2ln4ln25.2ln422为直线。可用直线图解法求解tstTQraTQratTQslg,lg183.025.2ln183.025.2ln422时当ttp二、水位回升值二、水位回升值s的近似式及其应用的近似式及其应用 水位回升值水位回升值三、单井的水位降深曲线（三、单井的水位降深曲线（s-t)拐点法求参拐点法求参1414242222atretTQtsatratretTQts4214故存在拐点si，时间为t,arti42设拐点处时间为t,则：arti42 TQTQWTQatrWTQsii0175.02194.0414442那么拐点处降深为

17、：该式表明拐点处降深与r无关。则拐点处斜率为：2212117.0368.044rQTraQeraTQtsei三、单井的水位降深曲线（三、单井的水位降深曲线（s-t)拐点法求参拐点法求参 在符合泰斯假定条件的含水层中进行抽水试验，所获得在符合泰斯假定条件的含水层中进行抽水试验，所获得的资料应该完全与标准曲线相吻合。实际上往往发生实测曲的资料应该完全与标准曲线相吻合。实际上往往发生实测曲线偏离理论曲线的情况，其原因可能是系统的人为测定误差，线偏离理论曲线的情况，其原因可能是系统的人为测定误差，另外一些原因可能是边界、非均质、补给或排泄条件的变化另外一些原因可能是边界、非均质、补给或排泄条件的变化等

18、，要结合水文地质条件进行综合分析。等，要结合水文地质条件进行综合分析。一般偏离情况有三种：一般偏离情况有三种：1曲线后半部向标准曲线上部偏离曲线后半部向标准曲线上部偏离2曲线后半部向标准曲线的下部偏离，甚至与时间坐标平行曲线后半部向标准曲线的下部偏离，甚至与时间坐标平行3曲线前半部向标准曲线的上部偏离，而后半部重合。曲线前半部向标准曲线的上部偏离，而后半部重合。6.3 边界附近定流量井流试验边界附近定流量井流试验抽水试验曲线偏离泰斯标准曲线的分析抽水试验曲线偏离泰斯标准曲线的分析 第一种情况：可能是抽水附近有一隔水边界存在，第一种情况：可能是抽水附近有一隔水边界存在，它明显起作用时曲线就发生上

19、偏。（当然也有其它情它明显起作用时曲线就发生上偏。（当然也有其它情况？）况？）第二种情况：说明抽水试验附近有导水边界。（当第二种情况：说明抽水试验附近有导水边界。（当然也有其它情况？）然也有其它情况？）第三种情况：实际抽水时弹性释放不是瞬时完成的，第三种情况：实际抽水时弹性释放不是瞬时完成的，与泰斯假定条件不符，因此开始降深偏大。与泰斯假定条件不符，因此开始降深偏大。利用以上特点，在分析抽水试验资料过程中结合利用以上特点，在分析抽水试验资料过程中结合具体的水文地质条件分析隐伏断层的性质、位置、发具体的水文地质条件分析隐伏断层的性质、位置、发现隔水层中的天窗，从而选择正确的计算方法。现隔水层中的

20、天窗，从而选择正确的计算方法。抽水试验曲线偏离泰斯标准曲线的分析抽水试验曲线偏离泰斯标准曲线的分析本节讨论两个问题：1、在已知边界性质和位置的情况下，根据井流试验确定含水层的参数。2、根据井流试验近似确定边界的位置。（一）特定条件直线图解法（一）特定条件直线图解法。前面已述边界附近单个井流问题可以通过反映法，将其处理为无限含水层有若干个等流量同时工作的多井干扰问题，根据渗流叠加处理。2222121()()()()444444nniirrrrQQsWWWWTatatatTat23nrrr一、边界附近定流量井流试验求参一、边界附近定流量井流试验求参1、显然1(2,3)irr in 当22120.0

21、 5,0.0 544rra ta t而时有2221222122112.25()442.25()42.252.32.252.3gg444niiniirQatslnWTratratlnWratQatQaQsInlltTrTrT当 由上说明观测孔s-lgt曲线上出现直线段称第一直线段。斜率10.183QmT（一）特定条件直线图解法（一）特定条件直线图解法此直线与lgt轴交点的t值为122101()0.4452.25rrtaa随着抽水时间的继续：22212.25()4niiratlnWrat不再满足，这时s-lgt第一直线段转为曲线。22320.0 5,0.0 544rra ta t而时当降深s可写为

22、（一）特定条件直线图解法（一）特定条件直线图解法2222122.252.25()44niirQatatslnlnWTrrat 若第三项与前两项相比而言太小，可忽略，则有2212121222122 252 25 nn42 252.32 252n2g442 25ggQ.at.atsllTrrQ.atQ.atl()lTrrTrr.am lm ltrr（一）特定条件直线图解法（一）特定条件直线图解法122183.0*2mTQm即出现第二直线段。第二直线段与lgt轴交点1 21 20 2()0.4452.25rrrrtaa依次类推3122331 2 31 2 3032.33*34()()()0.4452

23、.25QmmTrr rrr rtaa（一）特定条件直线图解法（一）特定条件直线图解法22112212212122121202.25(2.25)44()2.32.25g4()2.25gg()0.183()()()0.4452.25nniinnnnnnnnnnnnnQatQatslnlnTrTr rrQatnlTr rram lm ltr rrQmnnmTr rrr rrtaa因此可以根据直线边界处观测s-lgt曲线求参数时，最近的观测孔当05.042atrni（一）特定条件直线图解法（一）特定条件直线图解法有时由于观测孔离主井的距离和虚井的距离相差不大时，有时由于观测孔离主井的距离和虚井的距离相

24、差不大时，时时，当当05.04u2 atr虚井的作用已经不可忽略，此时虚井的作用已经不可忽略，此时S-lgtS-lgt曲线可能会不出现第曲线可能会不出现第一直线段而直接出现第二直线段。一直线段而直接出现第二直线段。因此应该结合实际情况加以分析，假如误将第二直线段当作第因此应该结合实际情况加以分析，假如误将第二直线段当作第一直线段，则求得的一直线段，则求得的T T值要比实际的小一倍，反回去检验值要比实际的小一倍，反回去检验S-tS-t曲曲线会与实测曲线不符合，说明应按第二直线段来计算。线会与实测曲线不符合，说明应按第二直线段来计算。讨论：对于扇形含水层讨论：对于扇形含水层s-lgts-lgt曲线

25、有什么特点？曲线有什么特点？在抽水试验过程中，重要的是判断在抽水试验过程中，重要的是判断s-lgts-lgt曲线中出现的直线段曲线中出现的直线段属于第几直线段。属于第几直线段。（一）特定条件直线图解法（一）特定条件直线图解法直线边界附近井流直线边界附近井流slg t曲线特征曲线特征101021031041ts直线边界附近井流slg t有独特的曲线特征，据曲线特征可判断边界性质和位置。分析slgt曲线所反映的边界位置或含水层特性。slgt曲线2个直线段，且 m2=2m1说明什么？曲线相对slgt直线向下偏移，逐渐水平，说明什么？曲线相对slgt直线向下偏移，但未水平，说明什么？曲线相对slgt直

26、线向上偏移，说明什么？12222321111111()()()4()()()()4nnQsW uW uW uTrrrQW uW uW uW uTrrr比值11312,rrrrrrn对于某一特定条件均为已知常量。若证2223211111111111()()()41g()ggg.nmmmmrrrW uW uW uW uW urrrQsW uWTl W ull s l tu（则为多主井综合井出数可以由曲线与实测数据曲线相拟合确定参数（二）特定条件标准曲线法（二）特定条件标准曲线法2223211111111111()()()41g()ggg.nmmmmrrrW uW uW uW uW urrrQsW

27、uTWl W ull s l tu（则为多主井综合井出数 可以由曲线与实测数据曲线相拟合确定参数缺点：工作量大，标准曲缺点：工作量大，标准曲线不能共用！线不能共用！（二）特定条件标准曲线法（二）特定条件标准曲线法设抽水井至直线边界的距离为 ，在抽水经附近有一观测孔，此孔至抽水井距离为r，至反映井的距离为 ，注意这里要求 比较大。22r（一）抽水试验 22()()444QrsWWTatat看s-lgt曲线1.在抽水初期 s-lgt呈曲线，由于 较大，虚井尚未起作用。2.当22r2220.05,().442.25ng.4rWatatQatslsltatr时 忽略影响出现第一直线段22.25n4Qa

28、tslTr二、近似确定直线边界的位置二、近似确定直线边界的位置3.t增大时，边界起作用。当 ，而20.0 54ra t20.054at222.25()44QatslnWTrats-lgt有转为曲线。4.当t增大，20.054at2222.252.252.25()44gQatatQatslnlnlnTrTrslt又成直线。第二直线段。第一直线段 12222.2542.25()4QatslnmTrQatslnmTr 斜率为斜率为第二直线段两直线相交于cc（t,s）（一）（一）s-lgt曲线特征曲线特征 010122201201012.25()2.25()0142.25()1.52.25()()cc

29、a ta tQlnTrrrattrtrtt又因为根据第一直线段有010()stt时有222222222.252.25()442.252.252.252.25()2.2512.252.251.5ccccccccccatatQQlnlnTrTratatatatrrratatatat有（一）（一）s-lgt曲线特征曲线特征利用01()ctrt，可以计算出 的长度。1.当已知直线边界的方向时，只要一个观测孔可确定 值。做法：a.通过主井作直线边界的垂线。b.以观测孔为中心，以 为半径做弧线。c.两线交点即为虚井的位置。=(实井与虚井的距离)/22.未知直线边界方向时，需要两个观测。a.求112212与

30、r 对应和与r 对应b.以 为半径做弧，以观测井1为中心。以 为半径做弧，以观测井2为中心。21交点为虚井。c.主井虚井连线的中垂线为直线隔水边界的位置。（二）直线边界位置确定（二）直线边界位置确定利用01()ctrt，可以计算出 的长度。若主井水位观测资料较好，可直接利用主井s-lgt曲线确定.0122()wcwrtrrt（二）直线边界位置确定（二）直线边界位置确定若抽水试验持续时间不够长（），而未出现第二直线段。则可用下述方法求参数。20.0 54 a t实井引起的降深：虚井引起的降深：12222.254()44QatslnTrQsWTat可从第一直线段之后曲线部分任选一点 ，将第一直线段在s-lgt坐标系上延长以得到对应时刻的 .1()s t()s t2112()()()42()sts tstT satWQa和T可从第一直线段求得：211010.183()0.445,rQmtTaa T（二）直线边界位置确定与求参（二）直线边界位置确定与求参