提高单井抽水试验含水层参数精度的方法
更新日期:2018-01-06     来源:水电能源科学   浏览次数:291
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水文地质参数是进行地下水资源评价、合理开发利用与保护、水资源优化调度以及相关科学研究[1]的重要基础,它的精度直接影响后续工作的质量,如何提高水文地质参数的精度一直以来都是研究的热点。获取水文地质参数的方法有很多,诸如抽水试验法[2]、压水试验法、水化学动力法等,其中,抽水试验法应用最为广泛。
抽水试验法包括单井抽水试验、多孔抽水试验以及群孔抽水试验[3]P643。在实际应用中,考虑到资金、人力、物力等制约因素,无观测孔的单井抽水试验被广泛应用。但是,很多研究表明,无观测孔的单井抽水试验精度相较于其他方法精度较低[4]。因此,如何提高无观测孔的单井抽水试验含水层参数精度成为当下值得探索的问题。
用抽水试验资料求取承压含水层参数的方法众多,比如:Thiem公式法、Theis配线法、Jacob直线图解法、水位恢复法以及全程曲线拟合法等[5-8]。其中,Thiem公式法在有两个以上观测孔的情况下,求参精度较高;而Theis配线法存在抽水试验时间、拟合具有人的主观因素等制约因素。因此,本文结合某地实测单井抽水试验资料,采用相对精度较高的Jacob直线图解法、水位恢复法以及所提出的部分时段曲线拟合法,结合当地的地质、水文地质条件,综合确定出了含水层水文地质参数,取得了较好的结果。
2 抽水试验概况
据调查,研究区位于吕梁山脉东麓,地表呈侵蚀低山地貌,井口位置海拔1321m,井深108m,井径30cm。地层剖面上:第四系上更新统(Q3),垂直节理发育,厚度约29m;其下为中更新统(Q2),岩性为砂质粘土,含钙质结合,厚度约32m;再向下为第三系上新统(N2)地层,厚度约15m,渗透性较差,构成相对隔水层;再向下为基岩风化壳,本次抽水试验抽取的为基岩风化壳含水层,含水层厚度32m,属承压含水层。抽水试验采用定流量非稳定流抽水,稳定流量30.12m³/h,最大降深为2.865m,抽水持续时间860min,水位恢复时间370min。
3 井损问题的探讨
井损的产生是由多种因素引起的,目前,计算井损的经验公式有很多,要想求得比较精确的水文地质参数,往往要解决井损问题。计算井损的经验公式有很多,目前比较流行的经验公式为:
s´w= sw+ sw1= AQ + BQP (1≤p≤n) [3]。此式即为Rorabangh井损公式。式中:s´w为抽水井的实际降深,sw为含水层降深,sw1为井损,B为井损系数。但依照此式计算的井损值超过了水位最大降深值,这显然是不正确的,原因是由于有效半径的确定问题。在无观测孔的单井抽水试验中,无法确定有效半径,也就得不出正确的井损值了。不过,Rorabangh提出井损是随着流量的增大而增大的,当抽水流量较小时,井损很小,实际上可以忽略不计。因此,本文当中没有考虑井损及有效半径。
4 参数计算方法
4.1 Jacob直线图解法
承压完整井定流量非稳定流抽水可用下式计算:
(1)
式中:s为降深,m;Q为抽水井涌水量,m³/d;T为导水系数,m²/d;W(u)为井函数。
这就是著名的泰斯(Theis)公式。当u≤0.01或u≤0.05时,上式可改写成Jacob公式:
(2)
式中:μ*为贮水系数;r为抽水井半径,m。
(2)式表明,s与呈线性关系,利用水位稳定下降段的数据绘制s-曲线,如图1,斜率i = ,利用斜率可求出导水系数T= 。根据直线在零降深线上的截距,可求得贮水系数。计算结果见表1。

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