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无越流含水层中完整井的井流计算

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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——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 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 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; 5)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S-t拐点法不易准 确。 第六章 无越流含水层中完整井的井流试验 1 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; 2 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;A)突然事故(停电、电压不稳、火 车通过。。。);B)湖、海的潮汐水位变化;C)固体潮 效应 3 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; 4 观测时早期要加密,最好能够将拐点测到,便于求参 5 考虑到计算,最好能在同一个方向不同距离布置2-3个 观测孔 抽水试验与观测的注意事项 试算法 (一)若有一个观测孔(或仅有主孔),根据不同时 间t得到两个相应的降深: 常用的计算参数方法包括:试算法、标准曲线对比 法、直线图解法。 §6.1 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、不同 距离的降深值、或不同时间、不同距离的降深来试算 。 总的来说,试算法的计算工作量大,利用的资料 少,精度差。 抽水试验求参方法-试算法 一、标准曲线对比法 (一)原理 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: 泰斯公式 由几何学已知: 分析上两式可知,对同一此抽水试验和同一观测孔的数据而言 反之,若已知纵、横坐标平移值,对应就可求参。 (一)原理 1.在双对数纸上绘制W(u)-1/u的标准曲线(理论曲线), 2.在另一张模数相同的透明双对数纸上绘制实测s-t, 3.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, (二)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。 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 •此法利用的全部观测数据,即使局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 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。 T,a,r和Q均为常数,s-lgt呈直线关系。 当u≤0.05,误差2%以内,泰斯公式表示为Jacob公式: (一)原理 (一)原理 1. 在单对数纸上作s-lgt曲线(t取对数) 2. 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)。 3. 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。 4. 计算T和a (二)步骤 1. 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。 2. 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。 见教材。 (三)直线图解法优缺点 (四)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 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。 Q tp Q tp -Q tp 一、水位恢复试验的基本原理及其应用 1、水位恢复方程 (叠加原理) 1、水位恢复方程 (叠加原理) 由上可知 呈直线关系,在单对数坐标纸上, 成直线。 水位恢复试验与抽水试验相比较: 1. 恢复试验直线图解不能计算参数a,但可确定H0。 2. 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 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。 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)。 这时第一项很小 二、水位回升值s’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. 当t足够长,有 二、水位回升值s’的近似式及其应用 二、水位回升值s’的近似式及其应用 水位回升值 三、单井的水位降深曲线(s-t )拐点法求参 故存在拐点si,时间为 t, 设拐点处时间为t,则: 那么拐点处降深为: 该式表明拐点处降深与r无关。则拐点处斜率为: 三、单井的水位降深曲线(s-t )拐点法求参 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偏。(当然也有其它情 况??????) 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??????) 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。 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 现隔水层中的天窗,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 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。 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。 一、边界附近定流量井流试验求参 1、显然 当 有 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 (一)特定条件直线图解法 此直线与lgt轴交点的t值为 随着抽水时间的继续: 不再满足,这时s-lgt第一直线段转为曲线。 当 降深s可写为 (一)特定条件直线图解法 即出现第二直线段。 第二直线段与lgt轴交点 依次类推 (一)特定条件直线图解法 因此可以根据直线边界处观测s-lgt曲线求参数 i (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, 虚井的作用已经不可忽略,此时S-lgt曲线可能会不出现第 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 一直线段,则求得的T值要比实际的小一倍,反回去检验S-t曲 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s-lgt曲线有什么特点? 在抽水试验过程中,重要的是判断s-lgt曲线中出现的直线段 属于第几直线段。 (一)特定条件直线图解法 直线边界附近井流s—lg t曲线特征 10102 103 104 1 t s     直线边界附近井流s—lg t有独特的曲线特征,据曲线 特征可判断边界性质和位置。 Ø 分析s—lgt曲线所反映的边界位 置或含水层特性。 s—lgt曲线2个直线段,且 m2=2m1说明什么? 曲线相对s—lgt直线向下偏移, 逐渐水平,说明什么? 曲线相对s—lgt直线向下偏移, 但未水平,说明什么? 曲线相对s—lgt直线向上偏移, 说明什么? 比值对于某一特定条件均为已知常量。 若证 (二)特定条件标准曲线法 缺点:工作量大,标准曲 线不能共用!! (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。 (一)抽水试验 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   二、近似确定直线边界的位置 3. t增大时,边界起作用。当 ,而 s-lgt有转为曲线。 4.当t增大, 第一直线段 第二直线段 两直线相交于 (一)s-lgt曲线特征 又因为根据第一直线段有 (一)s-lgt曲线特征 利用 ,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)/2 2.未知直线边界方向时,需要两个观测。 a.求 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。 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 利用 ,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. (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。 实井引起的降深: 虚井引起的降深: 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 . a和T可从第一直线段求得: (二)直线边界位置确定与求参
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