井孔抽水试验

井孔抽水试验

一、抽水试验的目的、任务及原理

（一）目的与任务

1、确定含水层的水文地质参数，如渗透透系数、导水系数、给水系数、弹性储水系数等，

为计算井孔涌水量和评价地下水资源提供数据。

2、确定影响半径的大小，了解降落漏斗的形状及其扩展情况，为合理开发利用和有效管理

地下水资源取得依据。

3、确定地下水动力性质，查清地下水与地表水之间以及不同含水层之间的水力联第，阐明

地下水的补、径、排关系，为各种水源间的补偿调节提供数据资料。

4、确定单井或群井涌水量与水位降深之间的关系，进而拟定合理的适宜的井径、井深、井

距等布井方案。

（二）基本原理

把流向垂直井中的地下水导引或汲取到井外，使井内的位下降，而进壁外含水层中的地下水在降落漏斗范围内，由于水头差的作用，连续不断地流入进内，逐渐的在井壁周围形成一个以井轴为中心的由小支大以至稳定的降落漏斗。初期降落漏斗范围攻很小，因地下水流向井的坡度较大，使流速和流量也较大。但是随着时间的推移，影响范围会不断扩大，水力坡度逐渐变小，所以在抽水设备及井的出水能力很大的情况下，如果控制水位降深不变时，井孔出水量必将逐渐减小；或保持出水量不变则井内水位将会不断下降。但是，在实际工作中，井的出水能力都是有限的，在满足控制出水量的情况下，水位降深也会逐渐达到相对稳定。上述过程可以从两个方面加以利用和研究，如采用非稳定流理论，应取用水位降深和出水量尚未达到稳定但变化较小的抽水过程段的观测资料求得水文地质参数。如采用稳定流理论，则取用水位降深与出水量均达到相对稳定的抽水过程段的观测资料，求得水文地质参数。

二、抽水试验的类型

（一）稳定流和非稳定流抽水试验

非稳定流抽水试验要求井（孔）出水量或水位两者之中的一个保持为常量，观测另一个的数据随时间变化的关系，而后将其代入相应的计算公式，则可求得渗透系数、导水系数、贮水系数或压力传导系数。

稳定流抽水试验要求水位降深与井（孔）出水量均须达到相对稳定状态，即保持近似的常量，代入计算公式求得渗透系数。

非稳定流抽水试验应用比较广泛，获取得的参数比较接近实际。稳定流抽水试验多使用在地下水补给来源充沛，抽水量远远小于补给量，并在井（孔）附近可相对形成稳定流场的地区。在实际工作中，这两种方法都可使用，特别是同时使用，以相互校验，使取得的数据资料更接近实际。

（二）单孔抽水、多孔抽水、互阻孔抽水试验

1、单孔抽水试验：是指在一个井抽水，无观测孔的试验工作。方法简便，成本费用低。但

是这种试验只能取得含水层井（孔）出水量与水位下降关系的资料，以及概略算出含水层的渗透系数。在普查阶段，对初步掌握含水层的富水性和圈定富水地段，检查止水效果等方面，随其实用价值。在其它的勘察阶段，当含水层深埋或是坚硬基岩地区，钻进施工困难，成本费用很高时，如能基本满足资料及精度要求，可考虑不打观测孔，只进行单孔抽水试验。

2、多孔抽水试验：地指一个主孔进行抽水，同时在其周围配置一定数量的观测孔进行地下

水位变化的观测。这种试验方法获得的资料较为齐全，精度也较高。能够测得试验段含

水层在不同方向上的影响半径变化、降落漏斗的形态及其扩展情况，确定不同含水层之间以及含水层与地表水之间的水力联系，测定地下水的流向，流速等。在含水层埋深大或基岩地区，其成本高。所以，这种试验方法一般多应用于含水层埋藏浅，透水性不均匀的潜水或浅层承压水地区，且多在水文地质详勘阶段，而且更多是在计算地下水资源的典型地段或拟建供、排水工程的地段采用。

3、互阻孔抽水试验：也称群孔抽水试验，地指在影响半径范围内，两个或两个以上的井（孔）

同时进行的一种试验方法。在进行干扰孔正式抽水之前，首先在各钻孔中先分别进行单孔抽水试验，并同时对其它孔进行水位观测，以便合理设计干扰孔抽水试验方案。

这种试验主要目的是为了计算井（孔）出水量的降低系数，以便在集中开采条件下全理确定开采孔的间距，制定布井方案，了解开采区域的的影响范围内地下水位下降与进/总出水量之间的关系，以利于评价地下水开采资源。

由于这种试验管理复杂，费用很大，多在详勘阶段或开采阶段使用。为了简化计算过程，在施工和试验中应注意：

1）各干扰孔过滤器的规格和安装深度应尽量相同。

2）进行试验时各孔的水位下降值应尽量一致。

3）在干扰抽水前的单孔抽水时，其它观测孔的水位下降值不宜小于0.2m.

在一般情况下，根据经验数据，承压水区的干扰试验孔的间距，可以考虑为其单孔抽水试验影响半径值的70%，如是潜水其间距可按其影响半径值的55%布置。

（三）试验抽水、正式抽水及试验开采抽水

1、试验抽水：具体作法是在钻孔中进行一次最大的水位降深，抽水延续时间在8-16小时。

这种试验抽水常常做为正式抽水之前的一次试抽，用来冲洗钻孔，检查设备及安装情况，以及验核试验设计的某些不妥之处。

2、正式抽水：一般进行三次水位降深，由于降落漏斗形成速度的不同，每次水位降深需要

的时间也不一样。当达到设计降深且稳定之后，其延续时间一般不能少于8小时。这种试验所得成果的精度较高，多用于详勘阶段以及有观测孔的抽水试验。

3、试验开采抽水：这是一种时间延续很长的抽水试验，一般不少于一个月。多用在地下水

资源不丰富或补给条件不清，以及缺少地下水长期观测资料的地区。特别是对开采中的地下水补给量与开采量还不能作出准确评价时，常常能过试验开采抽水，取得钻孔实际出水量，作为评介地下水开采资源的依据。

三、抽水试验场地的布置和抽不试段的划分

（一）抽水孔的选择和设计

抽水孔位确定后，应编制抽水试验工程设计书（作为勘探设计中的一部分）。其内容包括：

1、试验孔和试验场地的平面位置及高程。

2、抽水孔和观测孔的设计剖面，施工的程序及技术要求。

3、含水层的止水方法和过滤器的类型及规格。

4、抽水试验设备及守装要求。

5、试验方地和技术要求以及水样采取。

6、人员组织及任务分配等。

（二）观测孔的布置

1、观测线的排列；观测孔是以抽水孔为中心，排列成测线进行布置的。在一般情况下，如果抽水试验主要是为了计算水文地质参数，观测妃可选择一排垂直地下水流向布置。若为测定含水层不同方向的非均质程度或实测抽水影响半径，观测线不仅要垂直地下水流向，同时也要平行于地下水流向布置。及关具体要求列述如下：

1）在含水层结构均匀、等厚、无限边界和水力坡度较小的地段，可垂直地下水流向布置一条观测线。

2）在含水层结构均匀、等厚、无限边界和水力坡度较小的地段，可垂直及平行地下水流向各布置一条观测线。当为供水目的时，平行地下水流向的观测线可布在抽屉水孔的下游。若是为了排水疏干，则布置在抽水孔的上游。这种“供下排上”的布置，有利于提高评坐的保证程度。

3）对含水层非均质、有限边界及水力坡度不大的地段，可垂直地下水流向在抽水孔两侧各布置一条测线，同时，平行流向可布置一条。

4）对含水层非均质、有限边界及水力坡度大的地段，可布置四条观测线，即以抽水孔为中心，垂直及平行地下水流向各布置两条。

2、观测线上的孔数和孔距：每排观测线上的孔数主要决定于抽水试验的目的和要求，同时，也与水文地质特征以及试验采用的计算公式有关。

各观测孔之间的距离，取决于含水层的透水性及其变化程度、地下水类型、有无垂直补给等多方面的因素，同时也与抽水试验的性质（稳定流、非稳定流）和抽水孔的水位降深以及观测孔的水位变化幅度等有关。在一般情况下，相对来说，透水性差的比透水性好的；潜力水层比承压水层；有垂直补给比无垂直补给；非稳定流比稳定流等，它们前者的观测孔间距均相对要密些，即孔距要小些。其总的要求是观测孔之间的距了，离主孔愈近，距离愈小；愈

4、观测孔的深度：一般应深入试验段内5-10m。对非均质含水层观测孔的深度应与抽水孔

一致。如果含水层均质且厚度变化不大，各观测孔深度可一律采用大于抽水孔的最大水位降深的标高以下1m。

（三）抽水试段的划分

为了准确地取得含水层的水文地质参数，有效地进行地下水资源评价，对不同赋存条件下的

各类含水层（带），都应分段或分层进行抽水试验。例如，在一个钻孔中揭露出几个具一定厚度的含水层，这或是潜水层与承压水层上下相间，或上部为第四系含水层，古伏为基岩含水层，或淡水与咸水，或水质类型差别很大的含水层，或不同深度富水程度不同的岩溶含水带等，一般都应分别进行抽水试验。

对厚度很大的单一含水层，可根据抽水设备的能力划分抽水试段，其试段长度一般为20-30m 。在岩溶地区应根据岩溶发育的垂直分带划分抽水试段，试段长度一般对强含水带为5-10m 或略少。

必须指出：在一些情况下，也可以进行混合抽水，不必分层或分段进行。如：

1） 各个含水层的性质及水力联系情况已基本查清； 2） 勘探精度要求不高，或采用多层混合成井，而且这些含水层的静水压位相差不大（一

般不超过1m ）；

3） 含水层的岩性大体相同，隔水条件差，具有一定程度的水力联系，水质基本一致的

相邻含水层。

四、抽水试验设备及其安装

抽水试验的设备主要包括：抽水工具、过滤器、量测器具等。 （一） 抽水设备

1、 抽水设备的种类及其选择 1） 空气压缩机（简称压风机） 压风机工作原理是：通过输风管将压缩空气送入孔内，在混合器外与地下水混合形成一种乳泡状水汽混合物，其比重小于水的比重，同时在气流的驱动下沿水管上升溢出孔口。 压风机抽水的优点较多，它不受井管稍有弯曲和井水含砂的影响，并可起到洗孔和抽水的双重作用，对地下水埋深和出水量的适应性较强，水位降深的调节范围较大，移动方便。其不足是成本高，将效低，在抽水时由于气流的干扰，动水位波动较大，出水量不够均匀。 使用压风机抽水要事先根据实际抽水孔的静水位及设计降深值和预期计可能的出水量计算出风管的沉没比及沉没深度，空气消耗量以及空气压力，以便合理地选择适用的压风机类型。 A 、 风近的沉没深度和深没比：风管下入进内最低动水位以下的深度称为沉没深度。它与混

合器到出水口长度（H+h ）的比称沉没比。 用下式计算风管沉没比（α）：

α=

h

H H

+×100% H —风管浸没深度，从最低动水位算起至混合器上端。 h —混合的气水上升高度，从最低动水拉算起至出水口 沉没比要求要适当，过大会增加风量的无为消耗或难以起动压风机及正常输风，过小会使抽水不连续甚至抽不出水来。所以，一般要求沉没比控制在50-60%左右为宜，在生产中可参考风管安装深度曲线图，来确定H 与h 之间的数值关系。 B 、 压缩空气的消耗量：为了选用合适的压风机，常常要在试验的设地中计算出空气的消耗

量。从井中每提升一立方米的水所需用的空气量（换算成一个大气压时）可按下式计算：

V=K

10

10lg

23+H h

m 3

V —每提升一立方米水所需的空气量（m 3 K —系数，K=2.17+0.0164h

h —从动水位至孔口的高度

H —混合器喷咀在水下的淹没深度（数值同于风管沉没深度）

从上式中可以看出：在合理沉没比的前提下，为提升同体积的水，上升高度（h ）越大，需用的空报导量愈多。这是因为增长了沿途水气分离的缘故。在同样的前提下，为提升同体积的水，在h 相同的条件下，沉没比愈大，需用的空气量愈少，这是因为能使水充分混合满足最佳出水效果。因此，为了提高效益，应适量增大沉没比。

当出水量为Q （m /h ），所需的空气量Vn 为：

Vn=

60

QV

（m 3/min ）

Vn —出水量为Q 时所需的空气量 Q —钻孔出水量。

C 、空气压力计算：为了选择合适的压风机，还必须考虑压缩空气的压力能否达到抽水时起动的压力要求，常常要进行空气压力计算，其公式是： P=0.1H +△P

P —压缩空气的压力（kg/cm 2

） H —风管浸没静水位以下的长度(m)

△P —压力没管壁摩擦损失（kg/cm 2

）

当抽水初始时，由于沉没比最大，所需的起动压力也要大。随着抽水时间的延续使得动水位下降并逐渐稳定，因此，其沉没比也由变化趋向稳定，这也使空气压力转入正常抽水时的工

作压力。常用的空气压缩机的允许使用的压力一般都在7（kg/cm 2

）。故风管浸入水中的长度应不超过70m ，因此抽水起动时取H 为65m 为宜。 2） 低压卧式离心泵 3） 立式深井泵 （二） 过滤器

为了防止井坍塌与井内淤塞以及增大井径与井壁进水断面，在抽水试验或长期抽取地下水使用的钻孔中，尤其当含水层为松散砂层、卵砾石层及裂隙发育孔段井壁不稳固条件下，使用过滤器是非常必要的。 1、 对过滤器的基本要求

1） 应保证有一定渗透和过滤的能力，有较大的孔隙率和减少地下水汇入孔的阻力，同时也

起到限制地下水流速过大，以避免扰动含水层而使进水量变小的影响； 2） 要有足够的强度，能承受下管的负荷和地层压力；

3） 具有较高的抗腐蚀能力，不能因过滤器被腐蚀而影响水质； 4） 造价低，制造和使用方便。 2、 过滤器的结构类型

1） 骨架式过滤器：A 、圆孔过滤器；B 、直缝过滤器；C 、筋条过滤器。 2） 缠丝过滤器：适用于粗砂、中砂和大的卵砾石含水层。 3） 网状过滤器：适用于细—粗砂含水层。

4） 砾石过滤器：适用于各种不同粒径的含水层。

（三） 测水工具

1、 水位计：1）测钟；2）电测水位度。

2、 流量计：1）量桶法；2）堰测法；3）水表法；4）孔板流量计。

（四） 抽水设备的使用与安装

(五)稳定流抽水试验的技术要求与资料整理 （一）技术要求

1、抽水试验的落程及顺序：抽水开始后水位会下降，当抽水量为定值时，水位降至一定深度就会稳妥定下来。这个下降值，即静水位到稳定的动水位之间距离称为落程或降深。为了解抽水量与落程之间的关系，以利正确地选择度算有关参数的公式和推算井（孔）可能涌水量的最大值，故一般要求作三次落程。其中，最大落程值（Smax ）决定于该井抽水的潜水含水层厚度或承压含水层的水头值，也可参照预计开采量（或疏干量）所对应的最大降深值予以考虑。对潜力水的Smax 值应介于其厚度的1/3—1/2之间，对承压水的Smax 值不要大于承压水头。如果抽水设备的工功率有限或地下水迳流量极为丰富，欲达到设计降深确有实际困难时，Smax 值至少也不得小于3m 。

为了取得Q —S 关系曲线的正常变化轨迹，抽水试验三次落锃的间距，应尽量均匀分配。若S1= Smax 则S2=

32 Smax ，S3=3

1

Smax 其中：S1、S2、S3分别为第1、2、3次落程值。

如果，资料要求允许，预料试验成果可基本满足实际需要时，也可试行两个落程。此外，以预计含水层的出水量很小（q ＜0.1L/s ·m 研究价值有限或掌握足够的水文地质资料后的辅助性或验证性的勘测探抽水孔或含水层的补给能力极极强，现有抽水能力难以使水位有较大的降深时，都可只作一次性最大落程和抽水试验。

水位落程顺序应根据含水层岩性的颗粒大小和固结程度而定。在砂砾石层中进行抽水、各次落程应由小到大依次进行，以免孔辟坍塌或因抽降过猛而造成过滤器堵塞。在均质砾、卵石层或基岩裂隙含水层中抽水时，可由大到小以使在井辟周围含水层中的细颗粒再次被抽吸冲洗而排也孔外，形成一个自然滤层。

3、 抽水试验的稳定延续时间：当井（孔）抽出的水量与地下水补给井的水量达到平衡时，

孔内动水位将开始稳定，稳定后的正宗第时间称为稳定延续。合理的确定抽水稳定正宗续时间是保证试验成果质量的重要技术措施之一。如果延续稳定时间短，钻孔周围的降落漏斗尚处于发展状态，算出的水力坡度会大于实际值。延续稳定时间过长，对实际应用也无此必要，且经济效益受到损失。

抽水试验的延续时间根据勘测察言观色工作的目的，研究程度、水文地质条件（含水层类型、渗透补给条件等）的不同来确定。例如，为了求得含水层渗透系数，其延续时间可稍短，为8—16小时。如果试验层的尖透补给条件较差，水位水量不易稳定，可为24—72小时。若是为了确定开采能力，或了解水力联系，或进行干扰井抽水试验等，则延续时间需更长，袖具体情况可定为数日至数十日。总之，应根据不同勘测察类型型定的规范去执行。 4、 对稳定标准的要求：抽水过程中，水们位和涌水量历时曲线不能有逐渐增大或逐渐减小

的趋势。 在稳定阶段，主孔水位误差不得超过水位降低平均值的1%，当降深小于5m 时，稳定水位幅度不得超过3-5m 压风机抽水波动大，但亦不允许超过10-15m ），观测孔水位波动不超过2-3cm 。

流量误差不超过平均稳定流量的3%，当井（孔）流量很小时，可适当放宽， 水位、流量误差按下式计算： 误差值=

平均值

与平均值之差

或最小最大）（×100%

当主孔和观测孔的水位与区域地下水位变化趋势及幅度基本一致时，可以视为稳定。 滨海地区受潮汐影响的抽水孔，当孔内动水位与潮汐变化相对应时，也可视为稳定。 在稳定过程中，由于机械影响而导致流程或水位的个别观测值出现异常，而大于允许变幅值范围攻时，只要不影响资料的利用则可视为稳定，但应将异常点删去不用。

5、 抽水试验的观测和水样采取：观测工作应包括自然水位（静水位、动水位、出水量、恢

复水位以及水温、气温等项目。

1） 自然水位、动水位和恢复水位的观测：在抽水试验前夕，必须测定抽水孔、观测也及附

近可用的钻泉观测点的自然水位。对于自然水位动态变化较大的地区，应在试验影响范围外，设置专门的观测孔进行观测，便于了解在抽水过程中自然水位的动态变化与井（孔）内动水位变化的关系。有条件的抽水前要进行多次观测，以取得抽水试验开始前的准确的自然水位值。对于昼夜动态变化很大的滨海地区，可根据实际变幅取其增均值或取低水位的平均值。 在抽水试验过程中，必须是动水位与出水量同时观测，特别应注意认真测准抽水初始阶段的动水位和出水量。观测孔（点）也要与抽水孔同时观测或按规定的时间统一进行观测。在抽水开始阶段观测次数的频率要高，继后逐渐降低，以至固定时间章隔进行观测。一般可考虑按2、5、10、20、30分钟的间隔进行观测，但具体要结合动水位下降幅度的大小来确定。累计时间应取整数为宜，以便于绘Q-T 曲线及S-T 曲线图。

恢复水位的观测是指抽水结束或因故中途停抽时，应立即观测抽水孔和观测孔的恢复水位。一般可按1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30分钟的时间间隔进行观测。其后都每隔30分钟观测一次。受滨海潮汐影响的地区，恢复水位的观测时间不得少于一个潮汐变化周期，可按每隔30分钟观测一次。

2） 水温、气温的观测：在一般情况下，水温变化甚小，可以抽水开始及结束时各观测一次，

并在抽水过程中每隔2—4小时观测一次。气温与水温必须同时观测，要注意温度计浸入水中的时间，不得少于是10—15分钟。应当指出，应注意观测，及时发现、分析和处理在稳定延续时间内涌水量可能出现的不稳定情况。

3） 水样采取：根据研究的目的不同采取水样的要求也不一样。例如进行水质分析和细菌检

验，一般在抽水结束前一次采样即可。若为了解地下水和地表水体或含水层之间的水力联系，应随抽水进程按一定的时间间隔取样。如为防止咸水倒灌破坏淡水体，可每隔2-4小时采取一次水样，并立即进行单项指标化验。

（二）试验资料的整理

可分为现场整理和室内整理两个阶段。 1、 试验资料的现场整理

1） 绘制出水量、动水位与时间关系的过程曲线图（Q 、S-T 曲线图）：抽水开始前，应按设

计要求，把图纸的使用比例尺和图式，以及坐标轴代表的项目都它排好，便于抽水开始即可得实测的Q 、S 、T 值及时、准确地标在图纸上，并连接相应关系的各点，即绘成Q 、S 、T 曲线图。在正常情况下，开始抽水时的Q 、S 、T 曲线表现为水位下降快和出水量大，且不稳定。经一段时间后，水量与水位都渐渐趋向稳定状态，图上呈现出水位，涌水量与时间关系的这条曲线是平行的。必须指出，在现场绘Q 、S 、T 曲线图的过程中，如果

出现Q、S值不是相应地变化，要及时检查分析和处理。

2）绘制出水量与水位降深关系的曲线图（Q=F（S）曲线图）：绘制本图主要用于了解和判别含水层的水力性质和出水能力，推算井（孔）的可能最大的涌水量与单位涌水量，并检查抽水试验成果正确与否。

Q=F（S）曲线图的作法是根据两次或三次落程抽水，选择各次落程在满足稳定延续时间段内同一时刻的Q、S值，以纵坐标为Q，横坐标为S，将选好的各次落程相应的Q、S值标点在图上，连接各点及原点绘成园滑曲线，图上直线表示承压水。

3）绘制单位出水量与水位降深的关系曲线图（q=f（s）曲线图）：井（孔）单位出水量是指在该落程内，向下降一米的平均出水量。绘制此图时应首先把各个落程的Q值换算成q值，以纵座标代表单位出水量（q），横座标代表水位降深值（S），把q及S值标在图上，连接各点即成q=f（s）曲线图。

2、试验资料的室内整理：抽水试验结束后，应对现场所有的数据及文字资料进行认真详细

的查核，不可任意修改，直到认定无差错后，才能转入资料室内整理，整理的内容概括如下：

1）绘制抽水试验综合成果图包括：

A、钻孔地质、水文地质、施工技术结构柱状图（并附简易水文地质观测成果曲线）

B、Q、S、T过程曲线图；

C、Q=f（s）关系曲线图；

D、q=f（s）关系曲线图；

E、抽水试验成果表；

F、水质分析成果表；

G、钻孔平面位置图。

2）计算水文地质参数和推测钻孔最大可能出水量；

3）试验的文字总结，包括试验的目的与要求及方法措施，获得的主要成果、质量评述和试验结论。

六、非稳定流抽水试验的技术要求与资料整理。

非稳定流抽水试验，一般要求定流量抽水，取得动水位（S）随延续时间（t）变化的观测资料，然后直接代入公式或使用图解法，求出试段的有关水文地质参数。

（一）技术要求

1、抽水试验的延续时间：非稳定流抽水试验要求定流量抽水，不存在落程稳定时间问题。

关于抽水延续时间的长短，目前认识尚不统一，但是为了满足作图和计算的需要，非稳定流抽水时间，不应少于15-20小时。在有越流补给的情况下，S（或△h）-lgt曲线应趋于平缓状态，并能推断出最大水位降深值时，试验方可结束。若无越流补给，则S（或△h）-lgt曲线没有拐点而呈直线延伸或做lgS-lgt关系曲线时，为排除干扰要求抽水延续时间应满足抽水资料在lgt座标轴上有三个对数周期为宜，这一段需要1000分钟以上。

2、抽水试验的观测工作：

1）在抽水开始的最初阶段，观测时间间隔可按劳取酬、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30分钟进行，以后每隔30分钟观测一次。观测孔与抽水要同步观测。

2）自抽水开始至结束，井孔出水量要保持常量，出水量与动水位应同时观测。恢复水位、水温、气温的观测要求与稳定流抽水相同。

（二）试验资料整理

1、绘制水位降深与时间对数的过程曲线（S-lgt）：绘制方法很简单，用单对数计算纸以纵座标（常数轴）表示水位降深值，以横座标（对数轴）表示时间，将测得的S及对应的t 标在图上，连接各点即成S-lgt曲线。