开采试验法
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发布时间：2022-05-23 10:58
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时间：2023-10-20 20:31
在水文地质条件复杂，一时难以查清地下水补给、径流、排泄规律而又急需做出水量评价的地区，一般通过打探采结合孔，按未来开采量和降深要求进行实地抽水试验，然后根据抽水试验结果确定单井或水源地供水能力和补给保证程度。
开采试验法常用于水源地的允许开采量评价。具体方法有：开采抽水法和补偿疏干法。
（一）开采抽水法
1.稳定流抽水试验
按设计需水量长时间抽水，主井的动水位在允许降深范围内，并能保持稳定。观测井内动水位也能保持稳定。停抽后，水位又能较快恢复到原始水位。这表明在开采过程中含水层内建立了新的动态平衡，开采量小于或等于补给量，有补给保证。
稳定流抽水一般要求进行三次不同水位降深（落程）的抽水，三次抽水的降深一般根据抽水层的透水性和抽水设备能力确定。对于潜水含水层通常要求最大降深值在含水层厚度的1/3～1/2之间；对于承压含水层，最大降深不得低于承压含水层顶板高度。其余两次降深分别取最大降深的2/3和1/3。当抽水设备达不到这些要求时，相邻两次的降深差不能小于1m。
理论上讲，抽水延续的时间愈长愈好，在实际工作中，首先确定抽水流量和水位达到稳定状态的时间，然后根据勘探目的和含水层渗透性能，确定稳定抽水延续时间。对于城镇及工矿供水，一般抽水延续的时间要长些；而对于农田灌溉供水勘探，稳定抽水延续的时间可以短些；对渗透性较差的含水层，稳定延续的时间应长些；而对于渗透性较好的含水层，可短些。具体时间的确定可参考《城市供水水文地质勘察规范》（CJJ 16-88）。
2.非稳定流抽水试验
如果按设计需水量长时间抽水，水位不稳定，观测孔中地下水水位持续下降，停止抽水后，地下水水位不能恢复到原始水位。说明抽水量大于补给量，这样的开采量是没有补给保证的，这时需要进行下列工作。
在水位持续下降过程中，只要地下水水位降落漏斗开始等幅下降，则任一时段内（Δt）的水量均衡应满足下式：
（Q抽-Q补）·Δt=μ·F·ΔS（3-37）
式中：Q抽为抽水量（m3/d）；Q补为补给量（m3/d）；μ·F为水位下降1m时储存资源的减少量，简称单位储存量（m3/m）；ΔS为Δt时段内的水位降深（m）。
由上式，可得
Q抽=Q补+μ·FΔS/Δt（3-38）
由式（3-38）可见，抽水量由两部分组成：一是开采条件下的补给量；二是地下水储存资源消耗量。评价任务之一是将补给量从中分离出来。分离的方法可以采用抽水比较稳定、水位下降比较均匀的两个时段资料，分别代入式（3-38），然后联立两个方程求解，就可以得到补给量。
为了使求出的补给量更准确，可以采用多个时段的资料每两组联立求解，得到一系列的补给量，然后求其平均值，这样得到的补给量就可以作为允许开采量。
3.适用范围及优缺点
开采抽水法对于潜水和承压水、新水源地建立和旧水源地扩建，都能适用。但是主要适用于中小型水源地评价，不适用区域性地下水数量评价。
该方法确定的允许开采量准确可靠，但是需要进行长期的抽水实验，成本较高。
4.要注意的问题
利用旱季抽水实验资料所求的补给量，评价结果比较保守。在不同开采条件下所求的补给量，可靠性各不相同。因此，为了更准确地评价水源地地下水允许开采量，应在开采过程中继续进行地下水水位动态监测，多以平均补给量作为水源地允许开采量。
（二）补偿疏干法
1.评价步骤
（1）旱季开采量计算
在旱季进行抽水实验，由于无任何补给来源，完全靠疏干储存资源来维持抽水，所以抽水形成的地下水水位降落漏斗容易扩展到边界，其水均衡方程为
区域地下水功能可持续性评价理论与方法研究
则有
区域地下水功能可持续性评价理论与方法研究
式中各符号的意义，同式（3-38）。
根据抽水实验资料，利用式（3-39）求出μF值。然后，再根据含水层厚度和取水设备能力，给出最大允许降深Sm，查明旱季持续时间t，则计算出最大允许降深下的允许开采量：
区域地下水功能可持续性评价理论与方法研究
则旱季疏干地下水体积为
V干=μ·F（Sm-S0）（3-41）
式中：S0为抽水开始等幅下降时刻井中的地下水水位降深（m）。
（2）雨季补给量计算
根据雨季抽水实验资料，求出地下水水位回升速率（ΔS/Δt），并假设地下水水位回升的单位补偿量近似等于地下水水位下降时的单位储变量，则雨季补给量的体积为
区域地下水功能可持续性评价理论与方法研究
则全年的平均补给量为
区域地下水功能可持续性评价理论与方法研究
雨季补给的补偿体积为
V补偿=V补-V雨开（3-44）
（3）允许开采量评价
根据以上计算结果，若Q补≥Q开，V补偿≥V开，则以计算的Q开作为允许开采量；若Q补＜Q开，V补偿＜V开，则以Q补作为允许开采量。
2.适用条件
补偿疏干法适用于含水层分布范围有限，但有较丰富的储存资源可供调节，地下水补给在时间上分配不均的地区。例如季节性河流的河谷地区、构造断块岩溶发育地区等。
采用补偿疏干法，需要满足以下条件：
1）可动用的储存资源必须满足旱季连续开采。
2）雨季补给时，除保证当时开采需求外，其剩余补给量能全部补偿旱季消耗的储存资源。
3）不能影响相邻地区的地下水数量。例如我国西北地区，往往在山前形成构造盆地（图3-10），盆地内有巨厚的第四纪沉积物，具有良好的储存空间，但是其下游串联的盆地依赖上游盆地地下水转化为地表水下泄补给。因此，若在旱季大量动用上游盆地地下水储存资源，就会削减下游盆地地下水补给资源。这种情况下，不宜采用疏干补偿法评价。
图3-10 西北内陆地区地下水系统示意图
