Question

开采抽水试验法

Answer 1

（一）方法原理及对抽水的要求

在选定的水源地范围内，根据水文地质条件，选择合适的布井方案，打探采结合井，最好在旱季，尽量按开采条件（开采降深和预计开采量）进行较长期（一个月以上）的开采性抽水试验。根据抽水试验的结果确定允许开采量（可开采量），这种方法称为开采抽水试验法。

（二）允许开采量（可开采量）的计算

抽水试验的结果可能出现两种情况：稳定状态与非稳定状态。下面说明两种抽水状态情况下的计算方法。

1.稳定状态

按设计需水量进行长时间开采抽水试验，主井中或井群中心的动水位在允许降深以内，并保持稳定，各观测孔中的水位也能保持稳定；停抽后，水位又能较快地恢复到原始水位。抽水井动水位历时曲线如图10-9所示。这表明在开采过程中含水层内建立了新的动平衡，开采的水量小于或等于开采时的补给量，按这样的抽水量开采是完全有保的，这时实际抽水量就是允许开采量。

图10-9 开采抽水试验呈稳定状态时动水位历时曲线图

这种抽水试验，一般要求选在旱季进行，如果旱季有保证，补给季节就更无问题了。但这样确定的允许开采量是偏保守的，在补给条件较好的地区，还可以适当外推扩大允许开采量。

2.非稳定状态

按设计需水量进行抽水试验时，水位不稳定，特别是观测孔中的水位一直持续缓慢下降，停抽后水位虽有所恢复，但始终达不到原始水位。这说明抽水量大于补给量，已消耗了储存量，若按这样的抽水量开采，是得不到保证的。在这种情况下确定允许开采量，可以通过分析抽水过程曲线，求出开采条件下的补给量作为允许开采量，或者再加上年暂时储存量作为允许开采量。

在抽水初期，主井水位下降较快，随即基本稳定，而观测井中水位仍持续下降，特别是距主井一定距离的观测孔中水位不稳定，降落漏斗在不断扩大。到后期，多数情况下，会出现主井与观测井水位同步等幅下降，说明抽水量大于补给量。这时，任一时段Δt的抽水均产生水位下降ΔS，水位历时曲线如图10-10。假定抽水期内没有其他的消耗项，这时的水均衡关系为：

（Q_抽-Q_补）Δt=μFΔS

即

专门水文地质学

式中：Q_抽为抽水总量（m³/d）；Q_补为抽水条件下的补给量（m³/d）；ΔS为Δt时段（d）内的水位下降值（m）；μ为含水层的给水度；F为含水层降落漏斗面积（m²）；μF为水位下降1m时消耗的储存量，简称单位储存量（m²）。

图10-10 非稳定动水位历时曲线图

如何从抽水量中把补给量和储存量的消耗量分开，求出补给量，其方法之一是求出给水度μ（或弹性给水度μ^*）和降落漏斗面积F，据抽水试验时的水位降速

求出储存量的消耗量，则Q_补=Q_抽-μF

，但对μ值往往难于准确测得，特别是裂隙、岩溶含水层的μ值更难准确确定。另一种方法是根据两次以上不同流量的抽水试验资料，用联立方程的办法求出μF，再计算抽水补给量。例如有两次不同的抽水量Q_抽1和Q_抽2，其水位降速分别为

和

，则据（10-52）式，可建立如下联立方程式：

专门水文地质学

联立解得：

专门水文地质学

专门水文地质学

为了核对Q_补的可靠性，可再按水位恢复资料进行核对、检查。如果在抽水过程中，抽水量减少，且抽水量小于补给量，引起水位回升，

取负号，则有：

专门水文地质学

停抽时，Q_抽=0，据上式，则有

专门水文地质学

在（10-56）、（10-57）式中，μF取已求得值的平均值。

根据以上方法的求得的补给量（区间值或平均值）即为允许开采量（可开采量）。用这种方法求得的补给量作为允许开采量，是有充分保证的，但太保守。因为抽水是在旱季进行的，没有考虑雨季的降水补给量。因此，最好抽水试验延续到雨季，用同样方法求出雨季的补给量，再分别按雨季时间T_雨，旱季时间T_旱平均分配到全年，即：

专门水文地质学

用这样的补给量作为允许开采量时，还应计算旱季末的最大水位降（S_max），看是否超过最大允许降深：

专门水文地质学

式中，S_o为旱季开始时的水位降（m）。

用这种方法求得的允许开采量，是既可靠又不保守的，但还应用多年的气象、水文资料论证其保证程度。不过这种方法需进行相当长时间的抽水试验（需2个月以上），耗费人力、物力较大。

另外，也可以根据旱季抽水资料和动态观测资料，计算旱季补给量和全年暂时储存量（调节储量），以这两者之和作为允许开采量。即：

专门水文地质学

检验最大水位降的公式为：

专门水文地质学

式中：Δh为水位年变幅（m）；S_o为旱季开始时的水位降（m）；T_旱为旱季时间（d）。

（三）开采抽水试验法的特点及适用条件

用开采抽水试验法求得的允许开采量是最可靠而且准确的。无论是潜水还是承压水，孔隙水还是裂隙水或岩溶水，新水源地还是旧水源地，都能应用。但要花费较多的人力物力，且成本较高。它适用于水文地质条件复杂，一时难以查清补给条件，而又急需作出评价，或供水部门对水量的保证程度要求较高时的中小型水源地的水资源评价。对大型水源地，除采用开采抽水试验外，还应结合数值法进行水位预报。用开采抽水试验法，不能进行区域性的水资源评价。

（四）实例

某水源地位于基岩裂隙水的富水地段。在0.2km²面积内打了12个钻孔，最大孔距不超过300m。在其中的3个孔中进行了四个多月的开采抽水试验，观测数据见表10-11。这些数据表明，在水位急速下降阶段结束后，开始等幅持续下降，停抽或暂时中断抽水以及抽水量减少时，都发现水位有等幅回升现象。这说明抽水量大于补给量。利用表10-11中的资料可列出五个方程式：

表10-11 某水源地开采抽水试验观测资料

（据陕西省第二水文地质大队）

①3169=Q_补+0.47 μF

②2773=Q_补+0.09 μF

③3262=Q_补+0.94 μF

④3071=Q_补+0.54 μF

⑤2804=Q_补+0.19 μF

用其中任意两个方程便可解出Q_补和μF值。为了全面考虑，把五个方程搭配联解，求出Q_补和μF值，结果见表10-12。

表10-12 不同时段方程联立求解结果

从计算结果来看，由不同时段组合所求出的补给量相差不大，但μF值变化较大，可能是由于裂隙发育不均，降落漏斗扩展速度不匀所致。

再用水位恢复资料进行复核，数据及计算结果见表10-13。

表10-13 用水位恢复资料求补给量

从以上计算结果可以看出，该水源地旱季的补给量在2600～2700m³/d之间，以此作为开采量是完全有保证的。若不能满足需水量的要求，还可以利用年内暂时储存量，适当增大允许开采量。但还应考虑总的降深大小及评价开采后对环境的影响。