抽水試驗井、註水試驗井和長期開采井等,都可利用關井(停抽、停註和停采)後的水位恢復數據來計算有關參數。
某抽水井停抽後,井中水位將迅速回升,而後上升速度逐漸減緩。在井孔的周圍,水位上
升的速度較慢;在遠處,在停抽後壹段時間內,水位仍在下降。
(1)水位恢復試驗的基本原理及其應用
如果某井以定流量Q進行抽水持續了時間tp之後停止抽水並恢復水位,那麽在時間tp之後剩余降深s的計算,如同階梯流量壹樣,可以考慮為該井仍以流量Q繼續抽水,並從抽停時刻起,有壹個流量為Q的註水井開始工作。這樣,正負流量相互抵消,得到停止抽水的效果(圖5-4-4)。
圖5-4-4 水位恢復試驗s-t曲線
圖5-4-5 水位恢復試驗 曲線
按滲流疊加原理,停止抽水後的剩余降深為
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式中:tp為抽水持續時間;t為水位恢復延續時間。
如果 ,則上式可近似寫為
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由
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得
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方程(5-4-9)式~(5-4-11)式是根據水位恢復數據計算參數的基礎。
利用(5-4-9)式時,與抽水試驗壹樣,只要有兩個水位數據,用試算法確定參數T和a,這裏不再贅述。
從(5-4-11)式可看出,H與 呈直線關系,在單對數坐標系上,以H為縱坐標軸,以 為橫坐標軸(取對數尺度)可得壹直線(圖5-4-5)。
此直線的斜率為
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可計算參數T,即
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另外,當t→∞時, ,這時H→H0。由此可見,將直線延長到 處(即直線在縱軸上的截距),可直接得到H0值。
水位恢復試驗與抽水試驗相比較:①恢復試驗直線圖解法不能計算參數a,但可確定H0值;②抽水試驗初期往往流量不穩定,這壹因素對計算參數的影響,恢復試驗法較抽水試驗法
要小壹些。
(2)水位回升值s′的近似式及其應用在已開采的水源地,由於種種原因(或者要擴大水源地,或者原來根本未經水文地質勘探而
出現問題等),需要確定水文地質參數,最簡單的辦法就是利用已有的生產井做水位恢復試驗。
這種情況,往往開采的時間tp已相當長,有時不能確切地知道tp值。對此可用近似式表示水位恢復曲線。
由圖5-4-4可以看出:當tp很大時,bd線段很平緩,即tp以後“繼續抽水”的作用與“註水”的作用相比可以忽略不計。於是,從停止抽水起,相當於只以定流量Q進行註水,這樣便有
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此式與抽水試驗公式相同,只是這裏的Q在物理意義上是想象的註水流量,而s′是水位回升值(不是剩余降深)。為此,前面所述的以(5-1-14)式為基礎的確定參數的方法,如標準曲線擬合法、直線圖解法等,均可用於此式。
假如在停抽之前(抽水的末期)仍可看出明顯的水位下降,則可用外推法算出t時間內的下降值Δs,將此值加到t時刻實際觀測到的水位回升值作為s′。經此校正之後再計算參數,會提高精度。
假如恢復時間t足夠長,滿足條件 ,那麽停止抽水t時間的剩余降深,依照(5-4-10)式為
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而停抽時刻的降深為
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兩式相減就得到停抽t時間內的水位回升值
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當tp?t時,上式成為
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此式與(5-1-86)式壹樣,在s′-lgt坐標系中為壹直線。因此以(5-1-86)式為基礎的計算公式均可用於此。
圖5-4-6 最高水位恢復試驗確定含水層參數
(3)最高水位回升法
有些生產井不允許長時間停止抽水,以獲得數據計算參數。然而卻許可停抽壹段時間之後馬上恢復抽水。在這種情況下,附近觀測井中的水位動態,將是水位回升到某壹最高值之後又繼續下降(圖5-4-6)。這裏所要介紹的,就是利用最高水位回升值和此水位出現的時間來確定含水層的參數。
假如某生產井以流量Q抽水已進行相當長的時間tp,則周圍含水層中的水位下降速度變得很緩慢,這時突然停止抽水壹小段時間Δt,而後再繼續以Q進行抽水,那麽觀測井中的水位降深stp+t為
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而停抽時刻的水位降深stp是
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因此水位回升值s′為
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考慮到tp?t,所以
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為了確定觀測井中出現最高水位的時間tmax,將(5-4-15)式對t求導並令其等於零。已知
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故有
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即
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取自然對數,有
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這樣,已知Δt、tmax和r,可按照(5-4-16)式計算出參數a。再根據(5-4-15)式,已知s′max、Q、r、a、tmax和Δt,就可求出T值。