Министерство энергетики и электрификации СССР

ГЛАВНИИПРОЕКТ

Всесоюзныйордена Ленина проектно-изыскательский
и научно-исследовательский институт Гидропроект
имени С.Я. Жука

РУКОВОДСТВО
ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ
ВОДОНОСНЫХ ПОРОД МЕТОДОМ ОПЫТНОЙ ОТКАЧКИ

П-717-80
Гидропроект

МоскваЭнергоиздат 1981

Описаныспособы определения коэффициентов фильтрации и другихгидрогеологических параметров водоносных пород методом опытных откачек. Данырекомендации по выбору схем и формул расчета откачек в различныхгидрогеологических условиях при установившемся и неустановившемся режимахфильтрации. Описываются ход опыта и оборудование, применяемое при опытныхоткачках.

Дляинженеров и техников гидрогеологов, работающих на изысканиях длягидротехнического и других видов строительства.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Основнойхарактеристикой водопроницаемости горных пород является коэффициент фильтрации,который служит исходным параметром для всех фильтрационных расчетов.Коэффициент фильтрации может определяться опытными откачками, нагнетаниями иналивами воды, нагнетаниями воздуха, геофизическими и лабораторнымиисследованиями. Наиболее надежным количественным методом определения этогокоэффициента являются опытные откачки. Поэтому они рекомендованы ГОСТ23278-78 "Грунты. Методы полевых испытаний проницаемости" вкачестве основного метода при полевых испытаниях грунтов, залегающих нижеуровня грунтовых вод или кровли напорного пласта.

Фильтрационныерасчеты, выполняемые для обоснования проектов крупного гидротехническогостроительства, могут быть подразделены на две группы: расчеты, основывающиесяна коэффициентах фильтрации и параметрах неустановившегося движения, и расчеты,основывающиеся только на коэффициентах фильтрации.

Красчетам, для которых необходимы параметры неустановившегося движения -коэффициенты фильтрации и пьезопроводности (уровнепроводности), относятсяследующие:

а)определение времени понижения уровня подземных вод при работе водопонижающих установок,ограждающих крупные и глубокиe строительные котлованы, расположенные вдали отрек в городах средней и невысокой водопроницаемости; если такие котлованырасположены вблизи рек в породах хорошо проницаемых, то расчеты обычнопроизводятся по формулам установившейся фильтрации;

б)определение временных потерь из водохранилищ на насыщение берегов для малых рекс расходом менее 50 м³/с в тех случаях, когда уклоны грунтовых вод вберегах незначительны или имеется обратный уклон от реки в глубь берега;

в)расчеты развития подпора грунтовых вод во времени для участков, на которыхрасчеты по установившемуся движению приводят к выводу о подтоплении; этирасчеты проводят только в том случае, если определение фоков развития подпораимеет практическое знамение.

Вовсех приведенных случаях недоучет фактора неустановившегося движения можетпривести к существенным ошибкам в расчетах. Так, уровни подземных вод вводопонижающих скважинах могут опуститься ниже предельной глубины всасываниянасосов, принятые в проекте водопонижающие средства могут быть недостаточноэффективны и т.п.

Красчетам, основывающимся только на коэффициентах фильтрации и не требующимопределения параметров неустановившегося движения, относятся:

а)расчеты фильтрационных потерь под плотиной и в обход ее;

б)расчеты для построения сетки движения на участке плотины и, в частности,определения выходных градиентов фильтрационного потока в нижнем бьефе длянеоднородного пласта;

в)расчеты притока воды в строительные выемки;

г)расчеты всех противофильтрационных мероприятий (завес, подземных контуров,дренажей и т.п.).

Такимобразом, при большинстве фильтрационных расчетов для гидротехническогостроительства требуется определение лишь коэффициентов фильтрации и только принекоторых из них также определение параметров неустановившегося движения.Поэтому в задании на производство откачки должна быть указана методика еепроведения, необходимая для определения только тех гидрогеологическихпараметров, которые требуются для фильтрационных расчетов.

Воснову настоящего руководства положены "Инструкция и методические указанияпо определению коэффициентов фильтрации водоносных пород методом опытныхоткачек из скважин" И-38-67, составленная Г.К. Маменко [13],а также ряд работ, список которых прилагается.

Посравнению с Инструкцией И-38-67 в настоящем Руководстве сделаны следующиедополнения и изменения. Больше внимания уделено терминологии и основнымзависимостям. С целью облегчения схематизации природных условий при подборерасчетных схем расширены понятия об однородности и неоднородности водоносныхгоризонтов и граничных условиях. Уточнена методика определения расстояний отнаблюдательных скважин до центральной и продолжительности откачек приопределении гидрогеологических параметров в условиях квазистационарного инеустановившегося режимов фильтрации. Уточнено значение поправки нанесовершенство скважин по степени вскрытия пласта.

Широкоеразвитие гидротехнического строительства в горно-складчатых районах выдвинулонеобходимость оценки водопроницаемости трещиноватых скальных и полускальныхпород, в связи с чем этому вопросу в настоящем Руководстве посвящен самостоятельныйраздел.

Всвязи с необходимостью снижения стоимости и сокращения сроков выполненияопытно-фильтрационных работ в Руководстве приводятся также экспресс-методы.

Вовсех случаях рекомендуется учитывать экспериментальный характер каждого опыта истремиться получать от него максимум качественной информации путем правильноговыбора способов бурения и оборудования скважин; широкого внедрения точныхконтрольно-измерительных устройств; применения обоснованной методики расчета посхеме, наиболее полно отражающей особенности природной обстановки, условияведения опыта и требования проекта.

НастоящееРуководство нельзя рассматривать как сводную работу, и которой приведены всеметоды ведения, обработки и интерпретации результатов опытных откачек. Оносоставлено с учетом особенностей производства опытных работ при изысканиях дляобоснования проектов гидротехнического строительства, и поэтому в нем изложенытолько те методы и приемы, которые при этих изысканиях наиболее целесообразны.

ВРуководстве не рассматриваются методы ведения откачек с целью решения вопросовводоснабжения, для этого существуют специальные обстоятельные монографии. Формыполевых записей и обработки материалов подробно не рассматриваются, так как онибудут помещены в пособии по полевой документации.

В Руководстве учтены замечания А.В. Ростиславлева,Ю.М. Бударина, А.Г. Милихикера, Е.С. Дзекцера.

Раздел 1

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ ПОРОД ОПЫТНЫМИ
ОТКАЧКАМИ

ОСНОВНЫЕПОКАЗАТЕЛИ ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ

1. Основными расчетными параметрамиводопроницаемости пород являются: коэффициент фильтрации, коэффициентпроницаемости, коэффициент водопроводимости, коэффициент пьезопроводности.

Коэффициентфильтрации К представляет собой скорость фильтрации при напорномградиенте, равном единице. По закону Да реи

К = v/J = Q/(FJ)                                                                                                     (1)

приJ = 1

К = v = Q/F                                                                                                            (2)

гдеv- скорость фильтрации (расход воды через единицу площади поперечного сечениягрунта, включая площадь сечения порового пространства и скелета грунта); J- напорный градиент; Q - расход фильтрационного потока; F -площадь поперечного сечения потока.

Коэффициентфильтрации иначе может быть определен как фильтрационный расход, отнесенный кплощади поперечного сечения потока при градиенте, равном единице. Пригидрогеологических расчетах коэффициент фильтрации измеряют в метрах в суткиили в сантиметрах в секунду.

Коэффициентфильтрации вычисляется по формулам, приведенным в приложении1.

Проницаемостьюназывается свойство горных пород пропускать через себя жидкости, газы и ихсмеси при наличии перепада давления (напора); проницаемость зависит от размерасообщающихся между собой пор и трещин в горных породах. Коэффициентпроницаемости представляет собой расход жидкости, имеющей вязкость 1 мПа·с,фильтрующейся через поперечное сечение площадью 1 см² при перепадедавления 0,1 МПа. Он измеряется в дарси (1 дарси=1,02·10^-8 см²).

Коэффициентпроницаемости может быть выражен формулой

C = QμΔl/(ΔРF),                                                                                                     (3)

гдеQ - объемный расход жидкости, см³/с; μ -коэффициент динамической вязкости жидкости, мПа·с; Δl - отрезокпути фильтрации, на котором происходит изменение давления ΔР, см; ΔР- перепад давления, МПа; F - площадь поперечного сечения потока, см².

Связькоэффициента фильтрации К с коэффициентом проницаемости Свыражается формулой

K = аCγ/(μ·1000),                                                                                                   (4)

гдеа - коэффициент размерности; если К выражен в сантиметрах всекунду, то а = 1; если в метрах в сутки, то а = 864; γ - дельная масса воды,1·10³ кг/м³.

Дняводы приближенно можно считать коэффициент проницаемости в 1 дарси,соответствующим коэффициенту фильтрации 1 м/сут.

Втабл. 1 приведены средние значения коэффициентов фильтрации vпроницаемости для некоторых горных пород для условий движения пресных вод притемпературе 20°С (по Н.А. Плотникову).

Таблица1

Коэффициентом скорости фильтрации К₀называется скорость движения воды в порах или трещинах породы при напорномградиенте, равном единице,

К₀ = v/P₀ = Q/(P₀F),                                                                                               (5)

гдеP₀ - активная пористость (скважность) пород.

Коэффициентскорости фильтрации и коэффициент фильтрации связаны следующей зависимостью:

К₀ = R/Р₀.                                                                                                               (6)

Коэффициентомводопроводимости Т называется произведение коэффициента фильтрации намощность водоносного пласта т

Т = Кт.                                                                                                                  (7)

Коэффициентводопроводимости характеризует единичный расход (на 1 м ширины) потокаподземных вод при градиенте, равном единице.

Коэффициентпьезопроводности а характеризует скорость перераспределения напора впроцессе неустановившегося движения подземных вод и определяется как частное отделения коэффициента водопроводимости на водоотдачу пласта μ. Внапорных водоносных пластах водоотдача μ* зависит от сжимаемостипласта и воды. Она оценивается изменением объема воды на единице площади пластапри изменении напора в пределах этой площади на 1 м. Коэффициентпьезопроводности в напорных водах выражается формулой

а = Km/μ*.                                                                                                              (8)

Вбезнапорных водоносных пластах коэффициент пьезопроводности называюткоэффициентом уровнепроводности. За значение μ в этом случаепринимают водоотдачу пласта при его осушении, определяемую по разности междуобщей пористостью и максимальной молекулярной влагоемкостью, а за мощностьпласта - среднюю мощность фильтрационного потока h_cp. Формула дляопределения коэффициента уровнепроводности имеет вид:

a_у= К h_cp/μ.                                                                                                            (9)

Коэффициентыводопроводимости и пьезопроводности (уровнепроводности) измеряют в метрахквадратных в сутки.

Примерырасчета гидрогеологических параметров приведены в приложении 2, составсводных листов для обработки результатов одиночной и кустовой опытных откачек -соответственно в приложениях3 и 4.

2.Распределение напоров, скоростей, расходов и других параметров подземногопотока внутри изучаемой области движения подземных вод определяется начальнымии граничными условиями пласта.

Начальныеусловия включают: геологическое строение и условия залегания водоносных исоседних с ними пластов; водопроницаемость тех и других, а также условияпитания и разгрузки водоносных горизонтов (инфильтрация атмосферных осадков,конденсация, перетекание из соседних пластов, связь с поверхностными водами).

Граничныеусловия определяются положением пласта в разрезе и в плане. Неограниченным помощности (в разрезе) пласт считается, если его мощность в 10 раз больше длиныводоприемной части скважины (фильтра). В противном случае пласт считаетсяограниченным по мощности. Неограниченным в плане пласт считается, если плановыеграницы его не влияют на ход откачки. Ограниченным в плане - если он в пределахдепрессионной воронки граничит с водоупорными породами, породами другойводопроницаемости или с водоемом. Полуограниченным пласт считается, если однаиз его границ примыкает к водоупорным породам или к берегу водоема.

Наилучшиерезультаты дают откачки, на ход которых не влияют граничные условия пласта.

РАЗНОВИДНОСТИ ОТКАЧЕК

3.В зависимости от режима фильтрации различают:

а)откачки при установившемся (стационарном) режиме, когда гидродинамическиехарактеристики фильтрационного потока (напоры, скорости, расходы) практическине меняются во времени;

б)откачки при неустановившемся (нестационарном) режиме, когда гидродинамическиехарактеристики фильтрационного потока изменяются во времени.

Вчастном случае при откачке может возникнуть квазиустановившийся(квазистационарный) режим, т.е. такой неустановившийся режим, при которомраспределение напоров и других гидродинамических характеристик в потоке близкок установившемуся; депрессионные кривые уровня воды, созданные откачкой приэтом режиме, перемещаются параллельно самим себе.

Приустановившемся режиме откачки заданному постоянному значению расхода (илипонижения) отвечает стабилизировавшееся понижение (или расход).

Откачкив условиях неустановившегося режима целесообразно производить по следующимсхемам:

а)при постоянном дебите и изменяющихся во времени динамических уровнях;

б)при постоянном динамическом уровне и изменяющихся во времени расходах.

Перваясхема наиболее приемлема при ведении откачек глубинными насосами; вторая - приоткачках штанговыми насосами "на-храп", а также при опробованиисамоизливающихся скважин.

Вблизиоткачиваемых скважин последовательно возникают стадии неустановившегося,квазиустановившегося и установившегося режима фильтрации. Теоретическиустановившийся режим фильтрации может быть достигнут спустя длительное времяпосле начала откачки. Однако фактически, особенно при небольшом расстоянии отопробуемой скважины до реки, при сильно водопроницаемом водоносном горизонте,т.е. в условиях, которые часто встречаются при изысканиях для гидротехническогостроительства, длительность неустановившегося режима не превышает несколькихчасов, а промежуточная стадия квазистационарного режима может вообще нефиксироваться. Поэтому изменять режим ведения откачки, добиваясьнеустановившегося (квазиустановившегося) режима фильтрации, следует лишь в томслучае, если для фильтрационных расчетов требуется определение не толькокоэффициента фильтрации, но и коэффициента пьезопроводности(уровнепроводности).

4.По соотношению длины рабочей (водоприемной) части скважина, называемой вдальнейшем фильтром, и мощности водоносного горизонта опытные откачкиразделяются на следующие виды:

а)откачки из совершенных скважин, длина фильтра которых равна мощностиводоносного пласта (рис. 1);

Рис1. Совершенные скважины:

1 - в напорных, водах; б - в безнапорныхводах

б)откачки из несовершенных скважин, длина фильтра которых меньше мощностиводоносного пласта (рис. 2 и 3).

Рис.2. Несовершенные скважины в безнапорных водах:

аиб - с затопленным фильтром; в - с незатопленным фильтром

Рис:.3. Несовершенные скважины с затопленным фильтром в напорных водах:

a - фильтрпримыкает к водоупорной кровле; б - фильтр находится в средней частиводоносного пласта; в - фильтр примыкает к водоупорной подошве

Поусловиям размещения фильтра в безнапорных водах различают:

а)несовершенные скважины с затопленным фильтром, когда динамический уровень приоткачке располагается выше фильтра (рис. 2, а и б);

б)несовершенные скважины с незатопленным фильтром, когда динамический уровень приоткачке располагается в пределах фильтра (рис. 2, в).

Внапорных водах несовершенные скважины могут быть только с затопленным фильтром(рис. 3). Фильтры несовершенных скважин могут примыкать к верхнему водоупору(уровню грунтовых вод), к нижнему водоупору или располагаться в серединеводоносного пласта (рис. 2 и 3).

Откачкииз совершенных скважин проводят в однородных пластах мощностью до 15 м.Результаты характеризуют среднюю водопроницаемость всего пласта.

Откачкииз несовершенных скважин применяют в следующих случаях:

а)при значительной мощности водоносного пласта, когда по техническим причинамустановка фильтра на всю мощность затруднена;

б)при неоднородном строении водоносного пласта и необходимости нахождениякоэффициента фильтрации определенного слоя (зоны);

в)при определении водопроницаемости пород, залегающих под руслом реки.

Длинафильтров несовершенных скважин должна быть не менее 3 м. Исключение представляютфильтры, устанавливаемые при изучении анизотропии и неоднородности пласта,длина которых может составлять 1-2 м.

5.При изысканиях для гидротехнического строительства обычно проводят следующиедва основных вида откачек: одиночные и кустовые. Разновидностями их являютсяоткачки с большими радиусами депрессии (см. п.45) и зональные.

Передкаждой опытной откачкой проводят пробную откачку (прокачку) для полученияприблизительной характеристики водопроницаемости опробуемого водоносногогоризонта. Пробная откачка, как правило, является кратковременной: в условияхизысканий для гидротехнического строительства ее обычно проводят в течение 6-8ч при одном максимально возможном понижении. После пробной откачки обязательнопроводят наблюдения за восстановлением уровня воды в скважине до статическогоположения.

Основываясьна результатах пробной откачки, приближенно определяют значения коэффициентовфильтрации, водопроводимости, пьезопроводности или уровнепроводности, а такжевносят коррективы в схему проведения опытной откачки, уточняют значениявозможных дебитов и понижений, расстояния от наблюдательных скважин доцентральной и т.п. Во избежание нарушения строения рыхлых пород вокруг скважиныпробная откачка должна начинаться с небольшого понижения, которое постепенноувеличивается до максимально возможного.

Прокачкаслужит также для очистки трещин и пор от глинистых частиц в скальных породах иобразования естественного фильтра из крупных фракций в рыхлых. Перед прокачкой вскальных и полускальных породах для очистки скважины от шлама и глинистогоматериала может применяться свабирование.

Опытныеоткачки из одиночных скважин (без наблюдательных) применяют при изученииводопроницаемости более или менее однородных по простиранию пород. При изученииразреза по глубине в одной и той же скважине могут проводиться две-три откачкина разных интервалах глубины. Откачки, проводимые последовательно по всей длинескважины по мере ее углубления, называют зональными. Они являются основнымметодом изучения водопроницаемости трещиноватых скальных пород в условияхламинарного режима и обычно проводятся в пятиметровых зонах. Результатызональных откачек, дающие поинтервальную характеристику пород разреза,используют для обоснования проектов дренажных мероприятий ипротивофильтрационных завес.

Одиночныеоткачки являются наиболее распространенным видом гидрогеологическихисследований, их выполняют на всех стадиях проектирования.

Опытныекустовые откачки проводятся на кусте скважин, включающем центральную скважину,из которой откачивают воду, и наблюдательные, по которым фиксируют развитиедепрессионной воронки в водоносном слое. Кустовые откачки позволяют определитьгидрогеологические параметры на большей площади и с большей точностью, чем одиночные,так как при их выполнении исключается влияние фильтра и призабойной зоны, а прирасчетах не требуется принимать условное значение радиуса влияния. Еслиимеющиеся данные о трещиноватости и пустотности скальных пород указывают навозможность возникновения турбулентного режима, то их опробуют только кустовымиоткачками. В большинстве случаев движение воды в трещиноватых породахподчиняется линейному закону фильтрации, так как радиус зоны турбулентности приоткачках весьма невелик, а ошибки в расчетах, не учитывающих ее, не превышаютнескольких процентов [3].

Прикустовых откачках помимо коэффициента фильтрации могут быть определеныкоэффициент пьезопроводности (уровнепроводности), фильтрационная неоднородностьи анизотропия пласта, характер формирования депрессионной воронки, степеньвзаимосвязи водоносных горизонтов, а при запуске индикаторов - действительныескорости фильтрации и водоотдача пород. Кроме того, кустовыми откачками принеобходимости можно определить опытным путем полное сопротивление фильтра иприскваженной зоны, т.е. несовершенство скважины по характеру вскрытия водоносногопласта [5,21].

Приизысканиях для гидротехнического строительства кустовые откачки имеютнаибольшее применение на поздних стадиях изысканий, они обязательнопредусматриваются на участках проектируемых дренажей и водопонижающих установок[27].

6. Число и направление лучей при кустовых откачкахзависят от особенностей геологического строения, неоднородности водоносногопласта, предполагаемого направления фильтрационного потока в условиях подпораот гидротехнического сооружения, а также от задач, решаемых откачкой (рис. 4):

Рис. 4. Схемыопытных кустов:

дляопределения гидрогеологических параметров: а - в неограниченном в планев пласте; б - в ограниченном пласте с простой конфигурацией границы; в- в ограниченном пласте со сложной конфигурацией границы; для изученияграничных условий: г - со сложной конфигурацией границы; д - приналичии реки; 1 - центральная скважина; 2 - лучи снаблюдательными скважинами; 3 - граница водоносного пласта

а)при достаточно однородном неограниченном в плане пласте закладывают один-двалуча наблюдательных скважин; если воронка депрессии, образованная откачкой, недостигает границ пласта, то направление лучей выбирают произвольно (рис. 4, а);

б)при неоднородном строении пласта в горизонтальном направлении закладываютдва-три луча, характеризующих его различное строение;

в)в скальных породах лучи размещают по направлению преобладающей трещиноватости иперпендикулярно к ней, что позволяет определить фильтрационную анизотропию вгоризонтальном направлении;

г)для определения фильтрационной анизотропии пород в вертикальном направлениинаблюдательные скважины располагают по одному - двум лучам "поэтажно"в характерных слоях;

д)при мощных и длительных откачках, выполняемых обычно при оценкеводопроницаемости массивов скальных пород, число лучей наблюдательных скважинможет достигать трех - пяти и более;

е)в ограниченных пластах наблюдательные скважины обычно располагают по двумлучам, и ориентировка их зависит от задач опробования. При определениигидрогеологических параметров, когда влияния границы желательно избежать,проводят один луч параллельно границе, а второй перпендикулярно, но в сторонуот нее (внутренний); на рис. 4, б, в показано размещение лучейпри простой и сложной конфигурации границы. При необходимости изучения влиянияна откачку граничных условий один луч направляют параллельно границе, а второй(встречный) перпендикулярно к ней (рис. 4, г);

ж)для оценки степени взаимосвязи подземных и поверхностных вод наблюдательныескважины располагают по двум лучам - параллельному и перпендикулярному,направленному от опытной скважины к реке (рис. 4, д). Наблюдательныескважины, расположенные на луче, параллельном реке, используют для определенияпараметров водогроницаемости а на луче, перпендикулярном реке, - длякачественной оценки степени взаимосвязи подземных и поверхностных вод иопределения показателя гидравлического сопротивления ΔJ[32].

7.количество наблюдательных скважин на луче определяется гидрогеологическимиусловиями водоносного горизонта и принятой расчетом схемой. В однородныхпородах можно ограничиться двумя cкважинамина луче, при неоднородном или анизотропном строении пласта количество скважинможет возрастать до четырех и более.

Приналичии на одном луче двух и более наблюдательных скважин можно рассчитать поним коэффициент фильтрации более достоверно, так как в этом случае исключаетсявлияние фильтра и призабойной зоны, локализующееся около центральной скважины.

Длявыявления и учета возможных изменений естественного режима подземных вод впериод откачки обычно проводят наблюдения по одной-двум скважинам,расположенным вне области влияния опытной откачки.

Учитывая,что коэффициент фильтрации может быть рассчитан по данным понижения уровня внаблюдательных скважинах независимо от положения в них фильтра по отношению кцентральной скважине, в качестве наблюдательных должны использоваться всеразведочные скважины и колодцы, пробуренные в радиусе влияния опытной скважины.Особенно большое значение это имеет при опробовании глубоко залегающихводоносных горизонтов.

8. Расстояния от наблюдательных скважин доцентральной при кустовых откачках из совершенных и несовершенных скважин вотносительно однородных породах могут рассчитываться по уравнениям для притокаводы к скважине по заданным значениям коэффициента фильтрации, мощности инеобходимому понижению. Ориентировочные значения коэффициентов фильтрацииразличных пород, из которых могут проводиться кустовые откачки, приведены в табл. 1.

В относительно однородных водоносных пластахрасстояния от наблюдательных скважин до центральной при кустовых откачках изсовершенных и несовершенных скважин могут, судя по опыту изысканий длягидроэнергетического строительства, ориентировочно определяться также по табл.2. При условии обеспечения минимально необходимого понижения в наблюдательныхскважинах (п. 12) расстояния могут бытьбольше указанных в табл. 2.

Таблица2

Примечание. При кустовой откачке в песках третья наблюдательнаяскважина на луче обычно не бурится.

При необходимости определения помимо коэффициентовфильтрации также коэффициентов пьезопроводности (уровнепроводности)наблюдательные скважины должны располагаться таким образом, чтобы в каждой изних был достигнут квазистационарный режим фильтрации, а разность пониженийуровня в соседних скважинах и значение понижения в дальней существеннопревышали точность замера уровня (п. 12).

В этом случае расстояние от центральной досоответствующей наблюдательной скважины r_n может быть определено по полуэмпирическойформуле Б.Г. Самсонова [2]

r_n = r₁α ^n-1,                                                                                                              (10)

где r₁ - расстояние от опытной до ближайшейнаблюдательной скважины; α- эмпирический коэффициент, принимаемый для безнапорных горизонтов равным 1,5,для напорных 2,5; n- порядковый номер наблюдательной скважины; нумерация производится (условно) ввозрастающем порядке в направлении от опытной скважины; на одном лучерасполагаются скважины с нечетными номерами, а на другом с четными; приоднолучевом кусте скважинам присваиваются нечетные номера.

Учитывая, что наблюдательные скважины, как правило,устраиваются несовершенными, чтобы уменьшить влияние несовершенства скважины нарезультаты опыта, первую наблюдательную скважину следует задавать на расстоянииr₁≈ (0,7÷1) т.

В сложных случаях, например при опробованиислоистых, неоднородных и анизотропных пластов, расстояния от наблюдательныхскважин до центральной корректируют по результатам прокачки, проводящейся послеразмещения одной или нескольких первоочередных наблюдательных скважин на одномиз лучей. Правильность размещения наблюдательных скважин проверяют значениемдостигнутого понижения (п. 12) икорректируют по ранее выполненным опытам. Во всех случаях расстояния донаблюдательных скважин должны соответствовать расчетной схеме, выбираемой сучетом задач фильтрационного опробования.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ ВЕДЕНИЯ ОТКАЧЕК

9. Все методы обработки результатов опытных откачекоснованы на решениях уравнений фильтрации по определенной расчетной схеме,учитывающей особенности гидрогеологических условий по следующим признакам:

а) мощность водоносного пласта: относительнонебольшая (пласт ограниченный в разрезе), большая (пласт неограниченный вразрезе);

б) степень однородности пласта: однородный,неоднородный, анизотропный;

в) гидравлический тип пласта: напорные, безнапорныеводы;

г) характер внешних границ пласта в плане -примыкание его к водоупорным породам или особенности в связи с наличиемповерхностных водоемов: пласт вдали от водоема (неограниченный в плане), вблизиводоема (ограниченный в плане), под дном водоема, пласт-полоса, пласт-квадранти т.п.;

д) режим поверхностных и подземных вод (уровенный,химический, температурный).

Креме того, при выборе расчетной схемы следуетучитывать:

а) степень и характер вскрытия пласта скважиной(скважины совершенные и несовершенные) и в связи с этим сопротивление самойскважины и прискважинной зоны вследствие несовершенства;

б) расположение рабочей части скважины в пласте(вблизи кровли, подошвы, в средней части пласта);

в) разновидность опытной откачки (одиночная,кустовая и др.);

г) режим откачки (установившийся, неустановившийся иквазиустановившийся при постоянных дебите и понижении).

Точность получаемых в результате опытных откачекхарактеристик водопроницаемости горных пород в первую очередь зависит от того,насколько удачно проведена схематизация природных условий, а также сделан выборпонижений и продолжительности откачки.

10. Количество понижений уровня приоткачке устанавливается в зависимости от задач опробования, гидрогеологическихособенностей участка и технических возможностей опыта.

При совместном определении коэффициентов фильтрациии пьезопроводности (уровнепроводности) откачку проводят при одном постоянномрасходе или понижении уровня воды (ГОСТ 23278-78). Вцелях упрощения обработки опытных данных и повышения надежности получаемыхрезультатов следует стремиться в течение всего опыта к постоянному расходу приодном максимально возможном понижении. Откачки при одном максимальном понижениипроводят и в том случае, когда для фильтрационных расчетов достаточноопределения только коэффициента фильтрации.

Откачки при двух-трех понижениях проводят длярешения ряда специальных задач, таких, например, как установление зависимостирасхода от понижения (кривая дебита), изучение неоднородности пластов,определение значения естественной разгрузки подземных вод, оценка суффозионнойустойчивости заполнителя трещин и пустот в скальных породах и др.

11. Продолжительность откачкиопределяется гидрогеологическими условиями, принятым видом откачки и ееназначением. В ГОСТ 23278-78продолжительность кустовой откачки установлена не менее 3 сут. (с обязательнымпроведением откачки в условиях квазистационарного режима не менее 1 сут), апродолжительность одиночной откачки - не менее 0,5 сут.

Учитывая эти требования, а также особенностиизысканий для гидротехнического строительства, при определении толькокоэффициента фильтрации продолжительность одиночной откачки на одно понижение воднородных породах для напорных и безнапорных вод рекомендуется принимать неменее 1 сут и заканчивать после практической стабилизации уровней припостоянном дебите. Меньшая продолжительность откачек не рекомендуется, так какэто уменьшает область, характеризуемую опытом, и увеличивает влияниепризабойной зоны, сказывающееся на результатах расчета коэффициента фильтрации.

В безнапорных водах при откачке меньшейпродолжительности ее результаты будут также искажаться за счет влияниявертикальных составляющих скорости фильтрации у скважины и процессовформирования гравитационной водоотдачи. Возникающий при этом ложно-стационарныйрежим откачек может привести к неправильному представлению о наличиигидравлической связи подземных и поверхностных вод.

Продолжительность кустовой откачки в общем случаеследует определять на основании предварительных расчетов при условииобеспечения необходимых понижений в центральной и наблюдательных скважинах (п. 12).

При совместном определении коэффициентов фильтрациии пьезопроводности (уровнепроводности) продолжительность кустовой откачкиувеличивают в напорных водах обычно до 3-7, в безнапорных до 10-15 сут. Приэтом продолжительность кустовой откачки должна обеспечить не только необходимыезначения понижений в наиболее удаленных наблюдательных скважинах, но идостижение в них квазистационарного режима в течение времени, достаточного дляпостроения временных и комбинированных графиков прослеживания.

Контрольное время наступления квазистационарногорежима для дальней наблюдательной скважины t_к ориентировочноопределяется из зависимости

r²/(4at_к) ≤ 0,l, откуда t_к = r²/(0,4a),

где r - расстояние от наблюдательной скважины до центральной, м; а- коэффициент пьезопроводности (уровнепроводности), определяемый по табл. 3, м²/сут.

Таблица 3

Для полученияпредставительного участка расчетного графика S = f(lgt) общая продолжительностьоткачки, судя по опыту [2], должна быть не менее чем в 5 разбольше контрольного времени. Расчеты эти ориентировочны, и общаяпродолжительность откачки корректируется в процессе опыта путем построениярасчетного графики, начало прямолинейного участка которого соответствуетнаступлению квазистационарного режима.

Наиболее четким критериемдопустимости прекращения кустовой откачки в изолированных напорных пластахслужит также выход на общую асимптоту комбинированных графиков , построенных для различных наблюдательных скважин (п. 36)

12.Понижение уровня, которое является определяющим для откачки, должно проводитьсяс максимально возможным для имеющегося насосного оборудования дебитом. Значениепонижения в центральной скважине должно быть не менее 1,5-2 всильноводопроницаемых и 3-4 в менее водопроницаемых породах.

Понижение в дальних наблюдательных скважинах должносоставлять не менее 0,3, а разность между понижениями в них - не менее 0,2 м.Исключение представляют сильноводопроницаемые гравийно-галечниковые,трещиноватые и закарстованные породы, для которых допускается минимальноезначение понижения в наблюдательных скважинах 0,15-0,2 м.

В общем случае разности понижений в соседних инаиболее удаленных наблюдательных скважинах должны превышать абсолютноезначение возможной ошибки измерения уровня не менее чем в 10 раз (ГОСТ23278-78). Понижение в скважинах с незатопленными фильтрами не должнопревышать 1/3 длины фильтра.

13.Для контроля работы фильтра (установления его гидравлических параметров) приоткачке воды из рыхлых пород (особенно из мелко- и среднезернистых песков)рекомендуется у фильтра опытной скважины устанавливать прифильтровый(привязной) пьезометр. Диаметр пьезометра принимают в 4-5 раз меньше диаметрафильтра скважины, а длину равной длине фильтра скважины, если она не превышает5 м. При большей длине фильтра пьезометр должен иметь длину не менее 5 м.

Иногдабывает целесообразно вместо прифильтрового пьезометра для устранения ошибок,возникающих при засорении фильтра или вследствие его неудовлетворительнойработы, пробурить одну наблюдательную скважину на расстоянии 1-2 м от опытной.

14. Гидравлическая связь подземных иповерхностных вод устанавливается до начала откачки по данным режимныхнаблюдений или по результатам ранее проведенных кустовых откачек. При наличиитакой связи в водоеме устанавливают водомерный пост, а наблюдения за естественнымрежимом водоносного горизонта продолжают и во время откачки в пьезометрах,расположенных за пределами ее влияния, но на тех же расстояниях от водоема, чтои опытная скважина.

Одновременнодля выяснения закольматированности русла у уреза воды уставливают специальныйпьезометр, позволяющий проводить наблюдения за положением уровней подрусловогопотока во время откачки.

Пониженияуровня воды в каждой опытной и наблюдательной скважине должны отсчитываться отизменяющихся статических уровняй воды в процессе откачки. Расчет поправки наизменение уровня за счет естественного колебания подземных вод приведен в приложении2. Для расчетов коэффициентов фильтрации используют лишь те скважины, вкоторых поправка на изменение статического уровни не превышает 10-15% значенияпонижений, измеренных при откачке.

Практическиустановившимся статическим уровнем считается такой, который колеблется околоопределенной отметки (с учетом введенных поправок), изменяясь не более чем на 2см за 4-6 ч.

Приоткачке практически установившимся динамическим уровнем считается такой,который при постоянном дебите скважины изменяется (с учетом поправок наизменение статического уровня) не более чем на 1-2 см в течение 4-6 ч, причемимеется в виду, что уровень колеблется около какой-то отметки, а не повышаетсяили понижается закономерно и непрерывно.

Практическиустановившимся дебитом считается такой, значение которого в течение 4-6 чоткачки отклоняется не более чем на 10% от среднего значения, причемсистематического уменьшения дебита не наблюдается.

Наблюденияза восстановлением уровней подземных вод обязательно проводят не только послеокончания прокачки и откачки, но и во время любых остановок в процессе буренияи откачки скважины.

Поданным наблюдений за восстановлением уровней подземных вод в одиночныхскважинах могут быть определены ориентировочные знамения коэффициентовфильтрации, а по данным наблюдений в наблюдательных скважинах также коэффициентыпьезопроводности (уравнепроводности).

Определениегидрогеологических параметров по данным восстановления уровней при бурении даетдополнительный материал, а все фильтрационные расчеты должны основыватьсятолько на значениях коэффициентов фильтрации и пьезопроводности(уровнепроводности), которые определены поданным откачки.

15.В целях расположения опытных скважин на наиболее характерных участках,правильного выбора длины и положения фильтра скважин, наиболее рациональногоразмещения лучей наблюдательных скважин необходимо до составления проектапроведения опытной откачки и задания на бурение опытных скважин изучить разрезыранее пройденных по участку исследований буровых скважин, результатыопытно-фильтрационных и геофизических работ, лабораторных определенийфизико-механических свойств пород, а также литературные и фондовые материалы,характеризующие гидрогеологические условия района.

Приразмещении опытных скважин, предназначенных для проведения одиночных иликустовых откачек, надо избегать влияния границ пласта, а также участков, гдерезко меняются мощность и водопроницаемость водоносного слоя. Располагатьопытные скважины следует с таким расчетом, чтобы они характеризовали наиболеераспространенные слои пород, типовые или отдельные неблагоприятные участкиизучение которых необходимо для проектирования сооружений, котлованов,противофильтрационных устройств и пр.

Приразмещении кустовой откачки недалеко от границ пласта (река, выход водоупорныхпород) их влиянием можно пренебречь, если расстояние от центральной до наиболееудаленной наблюдательной скважины r определять из следующей зависимости:

гдеl- расстояние от центральной скважины до границ пласта;  - приведенноерасстояние.

Присоблюдении указанных условий влияние действующих границ на закономерностьизменения уровня на протяжении контрольного времени (п. 11) в среднем не превышает 10% значения общегопонижения.

Фильтрыопытных скважин следует располагать таким образом, чтобы опыт соответствовалодной из схем, для которых имеются расчетные формулы.

16.Если в скважине, пройденной в рыхлых породах без глинистых прослоев, опробуютсяопытными откачками несколько интервалов, должна соблюдаться последовательностьв проведении опыта "сверху вниз", т.е. интервалы должны опробоватьсяпо мере углубления скважины. Опробование интервалов "снизу вверх",т.е. после окончания бурения скважины, разрешается только в исключительныхслучаях при наличии глинистых прослоев; при этом должна быть обеспеченанадежная изоляция забоя опробуемого интервала.

Опробованиескальных пород также производится "сверху вниз". Опробование"снизу вверх" снижает качество опытных данных вследствие кольматажастенок скважины при длительном бурении и усложняет условия производства опыта,так как влечет за собой необходимость цементации нижележащей части скважины,что в отдельных случаях также вызывает кольматацию ее стенок. Опробованиескальных пород "снизу вверх" допускается только в редких случаях,когда заранее известно о высокой водопроницаемости опробуемых интервалов,характеризующихся коэффициентами фильтрации более 10 м/сут.

Вслучае ведения откачки на два-три понижения при опробовании рыхлых слабо- исредневодопроницаемых пород во избежание кольматации фильтра откачку удобнееначинать с минимального понижения, переходя затем к большему. Это облегчаетпостепенное образование за скважиной естественного фильтра и снижаетвозможность кольматации установленного фильтра. При опробовании трещиноватыхскальных и полускальных пород откачку целесообразно начинать с максимальногопонижения и переходить к меньшему. При такой последовательности пониженийуровня в начале откачки из трещин и пор будет вынесена основная масса мелкихчастиц шлама, глины, песка и водопроницаемость пород не будет изменяться в ходеоткачки.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И МИНЕРАЛИЗАЦИИ ВОДЫ

17.В процессе откачки проводятся измерения температуры с точностью до 0,1 °С иотбор проб воды на химические анализы. Частота необходимых измеренийтемпературы и порядок отбора проб воды зависят от задач исследований иоговариваются в задании на откачку. При проведении откачки в водоносныхпластах, имеющих температуру воды выше или ниже 10 °С, для сравнительной оценкиводопроницаемости пласта к полученному значению коэффициента фильтрациивводится поправка исходя из зависимости

K₁₀= K_t/τ                                                                                                                (11)

гдеK₁₀- значение коэффициента фильтрации, приведенное к температуре 10 °С; K_t - значениекоэффициента фильтрации, определенное при откачке из данного водоносногогоризонта с температурой воды t;τ - поправка, приведенная на графике рис. 5.

Приопробовании глубоких водоносных горизонтов с термальной водой температурныеизменения столба воды в скважине затрудняют травильное определение статическогои динамического уровней в скважинах и искажают график восстановления уровня.Влияние температурной поправки для подобных случаев рассмотрено в ряде работ [15,30].Номограмма поправочных температурных коэффициентов для расчета коэффициентафильтрации береговых водозаборов приведена в работе Л.А. Монастырского [22].

рис.5. График температурной поправки τ

Рис. 6. Графикзависимости вязкости воды от ее температуры и минерализации (для растворов NaCl)

18.Фильтрационные свойства горных пород, содержащих подземные воды высокойминерализации, должны определяться только откачками, так как использование вэтом случае опытных наливов и нагнетаний воды в скважину меньшей минерализацииосложняет расчет гидрогеологических параметров.

Вобщем случае значение коэффициента фильтрации зависит от проницаемости пород,вязкости и плотности жидкости.

Плотностьводы от температуры изменяется мало: при повышении температуры воды от 5 до 20°С плотность ее уменьшается всего на 0,1%. С увеличением минерализацииплотность воды растет.

Вязкостьжидкости определяется развивающимся в процессе движения внутренним трением изависит от температуры и минерализации (рис. 6). В рассолах вязкость возрастаетбыстрее, особенно при наличии NaCl.Абсолютная вязкость чистой воды при атмосферном давлении и температуре 20 °Сравна 1 мПа·с.

Припроведении кустовых откачек в районах распространения высокоминерализованныхвод по данным минерализации воды в наблюдательных скважинах рассчитывается приведеннаядлина столба воды h_прпо формуле

h_пр= h γ_н/γ_о,                                                                                                            (12)

гдеh- фактическая длина столба воды в скважине, отсчитываемая от середины фильтра; γ_н- плотность откачиваемой воды; γ_о - плотностьпресной воды, равная 1000 кг/м³ при температуре 20 °С.

Подлине приведенного столба воды определяется высотная отметка или глубинаприведенного уровня.

Следуетиметь в виду, что минерализация воды на всем протяжении скважины должна бытьодинаковой, что проверяется резистивиметром. Для неглубоких скважин допускаетсяперемешивание воды, а наблюдательные скважины должны быть оборудованыкороткими, длиной 1-2 м ("точечными"), фильтрами, середины которыхрасположены на одном высотном уровне.

Болееподробно особенности опытных работ в районах распространения высокоминерализованныхи высокотемпературных вод рассмотрены в [30, 32].

Раздел 2

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ОТКАЧЕК ПРИ УСТАНОВИВШЕМСЯ РЕЖИМЕФИЛЬТРАЦИИ

А. ОДНОРОДНЫЙ ВОДОНОСНЫЙ ПЛАСТ

Откачки из совершенных скважин в условияхнеограниченного в плане пласта

19.Расчет коэффициента фильтрации по данным одиночных и кустовых откачек изсовершенных скважин, расположенных вдали от водоема (неограниченный в планепласт), производится по формулам Дюпюи, приведенным в табл. 1.1 приложения1.

Входящийв расчетные формулы одиночных откачек приведенный радиус влияния R(сокращенно радиус влияния) характеризует практически стабилизировавшийсяконтур депрессионной воронки, обычно асимметричной, суммарно отражающей влияниеграничных условий пласта, включая перетекание. Радиус влияния можетопределяться несколькими способами:

а)путем непосредственного измерения понижения уровней при опытной откачке вдальних буровых скважинах, которых обычно бывает достаточно в районеисследований;

б)путем использования замеров уровней воды в наблюдательных скважинах прикустовых откачках, проведенных ранее на участке изысканий в аналогичныхгидрогеологических условиях; значение радиуса влияния в этом случаеопределяется по формуле Дюпюи

lgR_пр = (S₁lg r₂ - S₂lg r₁)/(S₁ - S₂)                                                                          (13)

гдеS₁ и S₂ - понижение уровня воды в первой ивторой наблюдательных скважинах; r₁ и r₂- соответственно расстояния от этих скважин до центральной;

в)путем использования параметров неустановившейся фильтрации (п. 40);

г)при отсутствии опытных данных для предварительных ориентировочных расчетов, восновном при составлении проекта производства откачки, значения радиуса влиянияR,м, для различных пород можно принимать по следующим данным:

Супесчаныепороды                                                                                   10-20

Мелкозернистыеи пылеватые пески                                                        20-50

Разнозернистыеи мелкозернистые глинистые пески                             50-75

Неоднордныемелко-, средне-, крупно- и

разнозернистыепески                                                                                    80-150

Гравийно-галечниковыепороды со значительной

примесьюмелких частиц, средне- зернистые

однородныепески                                                                                          100-200

Гравийно-галечниковыепороды с незначительной

примесьюмелких частиц, крупнозернистые

однородныепески                                                                                         200-300

Скальныеслаботрещиноватые породы                                                        50-200

Скальныесильнотрещиноватые породы                                                      500 и более

В том случае, еслидепрессионная кривая в процессе откачки опускается ниже кровли напорноговодоносного слоя, для расчетов коэффициентов фильтрации при одиночных икустовых откачках используют соответственно формулы (П3) и (П8) приложения1.

20. Для расчета по кустовой откачке среднихзначений коэффициентов фильтрации при наличии трех и более наблюдательныхскважин рекомендуется проводить графоаналитическую обработку опытных данных.Для этого строят график (рис. 7), по оси ординат которого откладывают разностьпонижений уровня по всем рассматриваемым парам скважин (опытная инаблюдательная, две наблюдательные и т.д.), а по оси абсцисс - логарифмотношения расстояний от каждой скважины до опытной.

Рис.7. Схема графоаналитического определения средних значений коэффициентафильтрации:

а - план; Ц- центральная скважина; H_i, H_i+1 -наблюдательные скважины; б - график: 1 - размещение точек поопытной и наблюдательным скважинам; 2 - то же по наблюдательнымскважинам

Притаком построении опытные точки должны размещаться на прямых линиях. Прямая,построенная по данным удаленных наблюдательных скважин, пройдет через началокоординат.

Коэффициентфильтрации для напорных вод определяют по формуле

К= 0,366 Q/(Cm),                                                                                                      (14)

гдеС - угловой коэффициент прямой, проходящей через начало координат,определяемый по данным рис. 7; т - мощность водоносного пласта.

Вслучае безнапорных вод вместо мощности пласта в формуле (14) принимают среднееарифметическое значение мощности водоносных пород h_ср.

Одновременно по графику рис. 7 можно определитьнесовершенство скважины - показатель суммарного сопротивления (п. 22) из соотношения

ξ= А/С                                                                                                                        (15)

изначение радиуса влияния откачки по формуле

                                                                                                   (16)

21. Для получения расчетного значения коэффициентафильтрации при кустовой откачке необходимо провести сопоставительные расчеты понаблюдательным скважинам по формулам установившейся и неустановившейсяфильтрации.

Приодиночной откачке с несколькими понижениями расчетный коэффициент фильтрацииследует определять по первому понижению, значение которого должно быть неменьше 1,5 м (п. 12).

вычисление коэффициента фильтрации каксреднеарифметического из всех его определений по понижениям уровня неверно [23],так как на значения коэффициентов фильтрации при различных понижениях оказываютвлияние неодинаковые сопротивления при движении воды в прискважинной зоне ивнутри скважины, а также процессы, возникающие при неустановившемся режимефильтрации.

Откачки из несовершенных скважин

22. В табл. 1.2 приложения1, приводятся формулы для расчета коэффициентов фильтрации одиночных икустовых откачек из несовершенных скважин, расположенных вдали от водоема. Ониотличаются от формул для совершенных скважин поправкой на несовершенство.Оценка несовершенства скважин имеет большое практическое значение при расчетахкоэффициентов фильтрации.

Существуетдва вида несовершенства: по степени и по характеру вскрытия водоносного пласта.

Обавида несовершенства вызывают дополнительное сопротивление движениюфильтрационного потока и соответственно дополнительное понижение уровня вприскважинной зоне и самой скважине.

Первыйвид несовершенства - по степени вскрытия пласта - определяется неполнотойвскрытия водоносного горизонта и учитывается путем введения в формулы дляопределения коэффициентов фильтрации дополнительного коэффициента ξ,значения которого приведены в табл. 4. Они определяются отношением длиныфильтра к мощности водоносного горизонта и мощности горизонта к радиусу опытнойскважины.

Таблица4

В последнее время [6]уточнены значения фильтрационных сопротивлений по степени вскрытия пласта взависимости от отношения l/r (длины фильтра к радиусу скважины).

Второй вид несовершенства - по характеру вскрытияводоносного пласта - обусловлен особенностями самой водоприемной частискважины: сопротивлениями фильтра, породы, окружающей скважину, и потока всвязи с отклонением от линейного закона фильтрации велики скважины. Значениеэтого несовершенства может иметь различный знак, так как показатели,характеризующие сопротивление фильтра и отклонения от линейного законафильтрации, всегда имеют положительный знак, а показатель, обусловленныйизменением сопротивления породы (суффозией, кольматацией), может быть положительными отрицательным. Этот вид несовершенства имеет место как в несовершенных, так ив совершенных скважинах. При необходимости он может быть определен теоретическиили опытным путем при кустовых откачках [6].Расчетные схемы и формулы, приведенные в приложении1, учитывают только первый вид несовершенства скважин.

23. При откачках в пластах ограниченной мощностидля расчета коэффициентов фильтрации наибольшее применение имеет формула Дюпюис поправкой на несовершенство.

Еслифильтр скважины примыкает к кровле или подошве водоупора или фильтрнезатопленный (безнапорные воды), поправки ч; несовершенство ξ₀,ξ₁, ξ₂ в формулах (П9), (П10), (П15) и (П20)определяются по табл. 4. При размещении фильтра примерно в средней частиводоносного горизонта поправки ξ₀, ξ₁, ξ₂в форм/лак (П12), (П13), (П17) и (П22), определенные по той же табл. 4,уменьшаются при l/т= 0,3 на 1,5; при l/т= 0,5 - на 0,7. Для случая размещения фильтра внутри пласта в [6]имеется уточненная таблица значений ξ, составленная для различныхсоотношений О/т (О - расстояние от фильтра до кровлипласта).

Приопределении ξ₀ (расчеты по центральной или одиночной скважине)за rпринимают радиус центральной (опытной) скважины r₀;при определении ξ₁ и ξ₂ (для расчетов понаблюдательным скважинам) за rпринимают соответственно расстояние от первой и второй наблюдательных скважиндо центральной r₁и r₂.При определении ξ₀ для безнапорных вод мощность водоносногогоризонта Н уменьшается на половину понижения в центральной скважине,т.е. m = H - S_o/2. Если фильтрцентральной скважины незатопленный, его длина l'_o уменьшается наполовину длины осушенной части фильтра т.е.

l₀ = l'₀ - S₀/2

Посколькунесовершенство проявляется только вблизи центральной скважины, длянаблюдательных скважин, расположенных на расстоянии, равном или превышающеммощность водоносного горизонта, значением ξ₀ можно пренебречь.

24.Формулы (П11), (П14) применимы для расчетов одиночных откачек в пластахнеограниченной мощности (приложение1). В зависимости от размещения фильтра в таком пласте коэффициент ς,входящий в указанные формулы, имеет разное значение: при расположении фильтра укровли или подошвы водоупора ς = 1, а внутри пласта - ς = 2.

Преимуществомэтих формул является то, что для расчетов по ним не требуется определять радиусвлияния.

Коэффициентфильтрации в пластах неограниченной мощности по кустовым откачкам приизысканиях для гидротехнического строительства определяют сравнительно редко;расчетные формулы для таких случаев приведены в специальных руководствах [5,6].

Откачки из скважин, расположенных вблизи водоема ипод руслом

25.При проведении откачек вблизи реки одной из основных задач являетсяустановление степени связи опробуемого водоносного горизонта с поверхностнымиводами (п. 14). Степень гидравлическойсвязи определяется суммарным сопротивлением русловых отложений, обусловленнымнесовершенством вреза водоема в водоносный пласт, наличием слабопроницаемогозаиленного слоя и неоднородностью русловых отложений. При этом различаютсвободный режим фильтрации из реки и подпертый, когда под рекой формируетсясплошной фильтрационный поток, гидравлически связанный с нею.

Внастоящее время имеются решения В.М. Григорьева, В.М. Шестакова и др.,позволяющие оценить закономерности движения подземных вод в речных долинах сучетом указанных выше факторов, что имеет большое практическое значение прирасчете эксплуатационных водозаборов.

Когдакольматация дна водоема не учитывается, а наличие гидравлической связиводоносного горизонта и реки установлено, для расчетов коэффициентов фильтрациипо откачке из скважины вблизи водоема (полуограниченный пласт) можнопользоваться методом зеркального отображения [4],сущность которого состоит в том, что влияние водоема заменяют влияниемвоображаемой скважины, расположенной на таком же расстоянии от внешней границы(берега водоема), на каком находится действительная опытная скважина.

Расчеткоэффициентов фильтрации производят по формулам (П23) - (П28) приложения1.

Значенияρ₀, ρ₁, ρ₂,. . . , ρ_п определяются графически путемсоответствующего построения на ситуационном плане зеркального отображенияопытной скважины (приложение1, табл. 1.3). Расстояние от опытной скважины до ее зеркального отображениявсегда равно удвоенному расстоянию от этой скважины до берега водоема.

Приведенныеформулы позволяют делать расчеты коэффициентов фильтрации при любомрасположении наблюдательных скважин куста относительно водоема, включаяразмещение скважин по лучу вдоль берега или перпендикулярно к нему.

Втех случаях, когда между опытной скважиной и водоемом имеется наблюдательнаяскважина (расстояние до наблюдательной скважины меньше расстояния до водоема),близостью водоема можно пренеброчь.

26.Расчеты коэффициентов фильтрации по откачкам из несовершенных скважин,находящихся в зоне влияния водоема, производятся по формулам (П29) - (П34) приложения1. Значения ξ₀, ξ₁ и ξ₂, aтакже ρ₀, ρ₁ и ρ₂определяют в соответствии с приведенными ранее рекомендациями.

Коэффициентфильтрации для одиночной откачки под руслом реки при большой мощности водоносногопласта (более 15 м) вычисляют по формуле (П14), при меньшей мощностиводоносного пласта - по формуле (П11) приложения1.

Применениеформулы (П14) предполагает соблюдение следующих условий:

а)во избежание влияния реки на дебит скважины ближайший конец фильтра должен бытьудален от дна реки на расстояние

О_д > l_o/[2,3 lg (l_o/r_o)],

гдеl_o- длина фильтра; r_o- радиус скважины;

б)для исключения возможности возникновения значительных градиентов вблизиверхнего конца фильтра максимальное понижение уровня воды в скважине приоткачке должно быть

S_омакс< О_д/3.

27.При производстве кустовых откачек под руслом реки рекомендуетсяруководствоваться следующими схемами:

а)при мощности водоносного пласта более 15 м фильтры центральной и наблюдательныхскважин следует располагать в средней части водоносного пласта на одинаковыхвысотных отметках. Длина фильтров не должна превышать 1/3 мощности водоносногопласта, а расстояние от верхних концов фильтров до дна реки должно быть неменьше длины фильтров. Коэффициент фильтрации вычисляют по формулам (П17),(П21) приложения1;

б)при небольшой мощности водоносного пласта фильтры скважины должны примыкать кводоупорному ложу, причем длина фильтров должна составлять не более 0,3 и неменее 0,1 мощности пласта. Коэффициент фильтрации в этом случае рассчитывают поформулам (П15), (П19) приложения1.

Средниезначения коэффициентов фильтрации при трех и более наблюдательных скважинахопределяют методом графоаналитической обработки, изложенным в п. 20.

Расчеткоэффициента фильтрации двухслойной толщи, залегающей под руслом реки,рассмотрен в п. 30.

Учетестественных колебаний уровня подземных вод при длительных откачках долженпроизводиться путем введения соответствующих поправок к значению пониженияуровня воды в скважине. К естественным колебаниям уровня, не зависящим отпроведения опыта, относятся колебания под влиянием подъемов и спадов уровняповерхностных водоемов (рек, озер), изменения интенсивности питания водоносногогоризонта атмосферными осадками, изменения барометрического давления.

Принципопределения этих поправок основан на построении коррелятивных связей. Обработкарезультатов откачек должна производиться после вычисления приведенногопонижения.

Б. НЕОДНОРОДНЫЙ ВОДОНОСНЫЙ ПЛАСТ

28.Водопроницаемость неоднородного пласта может изменяться постепенно или резко. Взависимости от литологических особенностей строения неоднородного пласта могутбыть получены при откачках коэффициенты фильтрации отдельных прослоев илисредний коэффициент фильтрации всего пласта. При проведении откачек внеоднородных пластах необходимо строго придерживаться расчетной схемы, так какв противном случае аналитическая обработка откачек будет затруднена.

Нижерассмотрено несколько характерных схем неоднородных пластов, расчеты откачекдля которых могут проводиться по формулам установившейся фильтрации.

Гидрогеологическиепараметры при проведении откачек в неоднородных водоносных пластах методаминеустановившейся фильтрации определяются способом построения и анализавременных, площадных и комбинированных графиков прослеживания (п. 36) [2,3,21].В этих же работах рассмотрены особенности ведения и расчета откачек приперетекании.

29. При постепенном изменении водопроницаемостипласта в вертикальном направлении, когда выделение границ отдельных слоевзатруднительно, производят зональные откачки из несовершенных скважин. Вподобных пластах небольшой мощности (до 12 м) обычно опробуют два интервала, примыкающихк подошве и кровле водоносного пласта (в безнапорных водах - примыкающих кстатическому уровню). При большей мощности водоносного пласта опробуют ипромежуточные интервалы.

Коэффициентыфильтрации при одиночных откачках для верхнего и нижнего интервалов вычисляютпо формулам (П9), (П11) приложении 1, при кустовых откачках - поформулам (П15), (П19). Для промежуточных интервалов основными расчетнымиформулами являются: при одиночных откачках - (П14), при кустовых - (П17),(П21).

Еслиоткачка проводится вблизи реки, то коэффициент фильтрации рассчитывают посоответствующим формулам, приведенным в табл. 1.3 и 1.4 приложения1.

Приопределении коэффициентов фильтрации пластов, состоящих из нескольких слоевразличной водопроницаемости, фильтры следует располагать в середине каждогоопробуемого слоя при удалении концов их от границ слоя не менее чем на 0,25 егомощности. При кустовых откачках расположение фильтров центральной инаблюдательных скважин должно быть на одних высотных отметках; длина фильтровнаблюдательных скважин должна быть не менее 0,5 длины фильтра центральнойскважины; расстояние от наблюдательных скважин до центральной назначается всоответствии с п. 8.

Коэффициентыфильтрации при одиночной откачке рассчитывают по формуле (П14). При кустовойоткачке при одной наблюдательной скважине расчет ведут по формуле (П17), придвух наблюдательных скважинах - по формуле (П21).

30. Если водоносная толща пород под руслом рекисостоит из двух слоев, причем водопроницаемость нижнего слоя выше, чемверхнего, в 10 раз и более, а фильтр установлен на всю мощность нижнего слоя(рис. 8), коэффициент фильтрации нижнего слоя для ориентировочной оценкирассчитывают по формуле (П1).

Рис. 8. Схема одиночнойоткачки из толщи двухслойного строения:

1 - вода 2- слабофильтрующий слой 3 - сильнофильтрующий слой

Более точно в этом случае коэффициент фильтрацииопределяют по формуле Н.К. Гиринского

                                                                               (17)

(условные обозначения даны на рис. 8).

Значение К₂ по формуле (17)находят подбором или путем построения графика, на оси абсцисс которогооткладывают значения К₂, а на оси ординат - отношение К₂/К₁.Коэффициент фильтрации верхнего слоя К₁ должен быть известен;он может быть определен путем самостоятельной откачки с соблюдениемрекомендаций по размещению фильтра, изложенных в п.29; расчеты производят по формуле (П14) приложения1.

Для определения коэффициентов фильтрации обоих слоевН.Н. Веригин [5],используя решения Н.Н. Гиринского, рекомендует для несовершенных скважин(центральной и одной наблюдательной) следующую методику расчета коэффициентовфильтрации:

сначала находят значение σ = К₂/К₁по способу последовательных приближений из уравнения

                                                                                     (18)

где К₁ и К₂ -коэффициенты фильтрации соответственно водоносного горизонта и перекрывающегоего малофильтрующего слоя; S₀ и S₁ -понижение уровня воды в центральной и наблюдательной скважинах; К₀- функция Бесселя, определяемая по приложению 5; r₀ - радиусцентральной скважины; r- расстояние от наблюдательной скважины до центральной; т₁ и т₂- мощности водоносного горизонта и малофильтрующего слоя; ξ₀ иξ₁ - сопротивление, учитывающее несовершенство центральной инаблюдательной скважин (табл. 4).

При  функция К₀(α) ≈ ln(1,12/α)и тогда вместо формулы (18) будет следующая:

                                   (19)

по найденному таким образом значению σопределяют коэффициенты фильтрации водоносного слоя и перекрывающей его толщи:

                                                                      (20)

К₁= К₂/σ                                                                                                                (21)

где Q - дебит скважины.

Эта методика определения коэффициента фильтрацииприменима также тогда, когда маловодопроницаемый слой залегает не в кровле, а вподошве водоносного слоя.

31. В сложнопостроенной толще рыхлых сильноводопроницаемыхотложений, когда линзы и прослои гравийно-галечниковых или щебенистых грунтовперемежаются с песками, обусловливающими фильтрационную неоднородность ислоистость разреза (рис. 9), коэффициент фильтрации определяют длительнойкустовой откачкой с большими радиусами депрессий, методика организации которойрассмотрена в п. 45.

Рис.9. Схема кустовой откачки в гравийио-галечниковых и щебенистых грунтах:

1-слабофильтруюший слой; 2 - гравий, галька, щебень; 3 - песок

При опробовании указанной толщи относительнонебольшой мощности (до 12 м) устраивают обычно совершенные скважины и расчетыведут обычными методами для кустовых откачек.

Если пласт сложен часто чередующимися слоямиразличной водопроницаемости (рис. 10), то коэффициенты фильтрации наиболееводопроницаемых слоев в горизонтальном направлении определяют по формулам (П1),(П4), (П6) с подстановкой в них вместо мощности водоносного пласта тдлины фильтра l₀.

Рис. 10. Схемарасположения фильтров в часто чередующихся слоях. Заштрихованы фильтрыпьезометров, условно совмещенные в одну линию

Фильтры центральных и наблюдательных скважин должнырасполагаться на одних и тех же отметках.

Анизотропным водоносный пласт называется в томслучае, если его водопроницаемость в каждой точке зависит от направлениядвижения фильтрационного потока. В однородно-анизотропном пласте значениекоэффициента фильтрации в различных его точках является постоянным для одного итого же направления (например, лесс, ленточные глины и др.). Обычномаксимальное значение водопроницаемости отмечается по преобладающемунаправлению структурных пор, трещиноватости, а минимальное - по направлению,перпендикулярному ему. Знание водопроницаемости пород по главным направлениямфильтрации имеет важное практическое значение для рационального проектированияподземного контура водоподпорных сооружений, определения параметровфильтрационных завес, размещения водопонижающих скважин и т.п.

При определении гидрогеологических параметров сучетом анизотропии горных пород наибольший интерес представляет, однороднаяпрямолинейная анизотропия, когда направление главных осей не меняется приизменении координат и свойства среды остаются неизменными от точки к точке.

Решение дифференциального уравнения неустановившейсяфильтрации в пласте с прямолинейной однородной анизотропией получено И.К. Гавичи рассмотрено в п. 47.

Фильтрационная анизотропия количественнохарактеризуется величиной А, называемой коэффициентом анизотропии, иливеличиной λ

                                                                    (22)

где К_г - коэффициент фильтрации внаправлении, параллельном слоистости; К_в - коэффициентфильтрации в направлении, нормальном к слоистости.

Для изотропных пород А = 1, для анизотропныхзначение коэффициента анизотропии изменяется от 3-4 при слабовыраженнойанизотропии, которой можно пренебрегать, до очень больших значений, характерныхдля пород, практически непроницаемых в направлении, нормальном к слоям.

Для фильтрационных расчетов, проводимых дляанизотропных пород, часто пользуются эффективным коэффициентом фильтрации

                                                                                                         (23)

Кроме изложенного существуют и другие методыопределения коэффициентов фильтрации анизотропных пород, разработанные дляспециальных условий отдельных строительных объектов. Так, для оценкианизотропии в правобережном примыкании Волжской ГЭС им. XXII съезда КПСС В.М.Шестаковым был предложен метод расчета коэффициента фильтрации по даннымоткачек с двумя наблюдательными скважинами, расположенными по двум лучам, совпадающимс направлениями максимальной и минимальной водопроницаемости пород; для оценкифильтрационной анизотропии и неоднородности пород на Павловской и ПлявиньскойГЭС был применен метод анализа гидродинамической сетки на модели ЭГДА,экспериментально полученной при откачках с большими радиусами депрессий [16, 17].

Принципы и методы моделирования фильтрации дляопределения параметров фильтрационного потока в сложных случаях неоднородных ианизотропных толщ изложены в работе Л. Лукнера и В.М. Шестакова [18].

32. Коэффициенты фильтрации однородно-анизотропныхпород а горизонтальном и вертикальном направлениях при значительной мощностипласта можно определять посредством кустовых откачек по методу, описанному в [13].На каждом луче опытного куста закладывается по четыре наблюдательные скважины.Размещение скважин должно: строго соответствовать расчетной схеме, показанной нарис. 11, и удовлетворять следующим условиям:

а) фильтры скважин не примыкают к водоупорному слою;

б) фильтр центральной скважины располагаетсяпримерно в середине изучаемого водоносного пласта и имеет длину меньше 1/4мощности водоносного пласта;

в) длина фильтров наблюдательных скважин непревышает 1/2 длины фильтра центральной скважины;

г) фильтры наблюдательных скважин располагаются надвух уровнях: середины одного ряда фильтров наблюдательных скважин - наплоскости, проходящей через середину фильтра центральной скважины; фильтрывторого ряда - выше или ниже фильтра центральной скважины;

д) концы фильтров наблюдательных скважин должныотстоять от водоупорного ложа и кровли горизонта (при безнапорном горизонте отуровня грунтовых вод) не менее чем на расстоянии, равном длине фильтрацентральной скважины;

е) расстояние от наиболее удаленной наблюдательнойскважины до центральной не должно превышать 1/2 мощности изучаемого водоносногослоя.

Коэффициенты фильтрации рассчитывают по формулам дляпары наблюдательных скважин:

Рис. 11. Схема установкифильтров в однородно-анизотропной толще

                                                                        (24)

                           (25)

где S'_i - - понижение уровня воды вскважине с фильтром, расположенным выше или ниже фильтра центральной скважины; S_i - понижениеуровня воды в скважине с фильтром, расположенным на одном уровне с фильтромцентральной скважины; r_i- расстояние от данной пары наблюдательных скважин до центральной; Z₁ -расстояние от середины фильтра наблюдательной скважины до горизонтальнойплоскости, проведенной через середину фильтра центральной скважины; l₀ - длинафильтра центральной скважины;  определяется поформуле (24) путем подбора; К_г - коэффициент фильтрации вгоризонтальном направлении, параллельном плоскостям напластования (вдольслоев), определяется по формуле (25); К_в - коэффициентфильтрации в вертикальном направлении, т.е. направлении, перпендикулярномнапластованию, определяется из указанной выше зависимости (22): К_в = К_г λ²;Q - дебит скважины.

Если фильтры центральной и первого ряданаблюдательных скважин примыкают к верхнему или нижнему водоупорному слоюводоносного горизонта, в приведенные формулы (24) и (25) вводятся следующиеизменения:

а) в аргументах функции arsh величина 0,5 l₀ заменяется l₀, а Z₁ становитсяравным нулю;

б) у наблюдательных скважин другого ряда сфильтрами, не примыкающими к водоупорному слою, Z₁ равно расстоянию повертикали от середины их фильтров до горизонтальной плоскости, проходящей черезсередину фильтра центральной скважины.

Раздел 3

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ОТКАЧЕК ПРИ НЕУСТАНОВИВШЕМСЯ РЕЖИМЕФИЛЬТРАЦИИ

33. Гидрогеологические параметры принеустановившемся режиме фильтрации обычно определяют по данным прослеживанияпри непрерывной откачке с постоянным дебитом, а также по данным восстановленияуровня.

В тех случаях когда скважина фонтанирует или когдаизменяется ее дебит в результате интенсивного выноса песка или заполнителятрещин, а также при временных остановках насоса опытные откачки могутпроводиться с переменным дебитом (изменяющимся по определенному заданномуграфику). В условиях изысканий для гидротехнического строительства откачка спеременным дебитом производится сравнительно редко. Методика обработки опытныхданных для этого случая рассмотрена во многих работах [2,15].

Для определения гидрогеологических параметров приоткачке с постоянным расходом должны быть известны:

а) в случае расчета по одной скважине (центральнойили наблюдательной) - два понижения на два момента времени, которыеотсчитываются от начала откачки;

б) в случае расчета по двум скважинам - понижение вкаждой из скважин для какого-либо одного момента времени.

При откачке с постоянным понижением также должныбыть известны:

а) в случае расчета по одной скважине - два дебитапо опытной скважине или два понижения в наблюдательной скважине на два моментавремени;

б) в случае расчета по двум скважинам - понижение вдвух скважинах на какой-либо момент времени.

Одиночные и кустовые откачки можно рассчитыватьнесколькими методами: по формуле Тейса (методом подбора), графоаналитическим,произвольных точек, эталонных кривых и др. Когда аналитические методы расчетовоказываются неприемлемыми, используют методы математического моделирования [21].

В целях получения более точных результатов, т.е.исключения влияния несовершенства фильтра и прискважинной зоны (проявления такназываемого скин-эффекта), гидрогеологические параметры (коэффициентыфильтрации и пьезопроводности) при неустановившейся фильтрации следуетопределять, как правило, по данным наблюдений за уровнями в наблюдательныхскважинах.

Ниже рассмотрены методы, наиболее частоприменяющиеся в условиях изысканий для гидротехнического строительства.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ЛЮБОЙТОЧКЕ ОДНОРОДНОГО НЕОГРАНИЧЕННОГО В ПЛАНЕ ПЛАСТА

34. В общем случае понижение уровняводы в любой точке напорного однородного неограниченного в плане пласта,находящейся в сфере влияния откачки из совершенной скважины с постояннымдебитом, выражается дифференциальным уравнением, известным под названиемформулы Тейса

                                                                                          (26)

где E_i - интегральная показательная функция,определяемая по таблице приложения 6; r - радиус скважины (еслиопределение производится по центральной скважине) или расстояние от центральнойскважины до наблюдательной (если определение производится по наблюдательнойскважине); а - коэффициент пьезопроводности; t - время,исчисляемое от начала откачки.

Формула (26) применима и для условий безнапорных водс заменой т на h_cp= H - S₀/2и а на а_y= K h_cp/μ(h_cp- средняя мощность водоносных пород; H - мощность водоносного пласта до откачки; S₀- понижение уровня воды в скважине через заданное время после начала откачки; а_y - коэффициентуровнепроводности; μ - водоотдача пород).

Коэффициенты фильтрации и пьезопроводности(уровнепроводносги) определяют, исходя из зависимости (26), по формуле

                                                                             (27)

где S₁ и S₂ -значения понижений, замеренные в наблюдательной скважине при откачке на моментывремени t₁и t₂.

Значение а определяют методом подбора. Дляэтого нужно задаться несколькими значениями а, при которых по формуле(27) определить значение S₂/S₁. После этогопостроить график зависимости S₂/S₁ = f(a) и по нему найти значение а,которое соответствует отношению S₂/S₁,полученному по данным откачки. Для облегчения подбора можно пользоваться ориентировочнымизначениями коэффициентов пьезопроводности, приведенными в табл. 3.

При изысканиях для гидроэнергетическогостроительства наиболее часто встречающиеся значения коэффициентовпьезопроводности лежат в пределах 1·10⁵ - 1·10⁷, акоэффициентов уровнепроводности 1·10² - 1·10⁴ м²/сут.

Малые значения коэффициентов пьезопроводностипорядка 1·10³ - 1·10² м²/сут и меньшехарактерны для сложно построенных, но мало фильтрующих водоносных горизонтов.Подобные водоносные горизонты, являющиеся обычно высоконапорными в естественныхусловиях, при вскрытии котлованами могут самопроизвольно (без водопонижающихустройств) снижать напорные уровни за счет разуплотнения вмещающих пород.

Коэффициент водопроводимости при найденном значенииопределяется по формуле

                                                                                   (28)

При известной мощности слоя из этой формулыопределяют коэффициент фильтрации.

При совместном решении уравнений (26) и (27) коэффициент фильтрации может быть найден также поспособу М.М. Гылыбова [12].Для этого сначала по данным откачки вычисляют зависимости: , затем по графику, представленному на рис. 12, определяютзначение А.

Рис.12. График для определения значения А в зависимости от

Коэффициент фильтрациирассчитывают по формуле

К = AQ/(S₁m).                                                                                                         (29)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

35. Коэффициенты фильтрации ипьезопроводности для относительно однородного пласта, неограниченного в плане,можно определять методом графоаналитической обработки результатов откачки в томслучае, если наступает квазистационарный режим фильтрации, т.е. при соблюденииусловия

r²/(4at) ≤ 0,1                                                                                                           (30)

Для расчетов по центральной скважине это условиевсегда соблюдается, а для расчетов по наблюдательным скважинам прикратковременных откачках и малом значении коэффициента пьезопроводности ономожет быть нарушено, и тогда следует пользоваться общей зависимостью длянеограниченного пласта (п. 34).

Для определения коэффициентов фильтрации ипьезопроводности по данным откачки в напорных водах строитсяполулогарифмический график зависимости значения понижения S от времени,так называемый "график временного прослеживания" S = f(lgt). Этотграфик выражается прямой (рис. 13, а), уравнениекоторой имеет вид:

Рис. 13. Графики зависимости понижения S от времени t:

a - для напорноговодоносного пласта; б - для безнапорного водоносного пласта

S= A + Clgt,                                                                                                              (31)

где t - время, исчисляемое от начала откачки; А - начальнаяордината, определяемая как отрезок, отсекаемый на оси ординат; С -угловой коэффициент, который равен tgα,

C = (S₂ - S₁)/(lgt₂- lgt₁).                                                                                         (32)

Коэффициент фильтрации определяется по формуле

К = 0,183 Q/(Cm),                                                                                                  (33)

где m - мощность водоносного пласта.

Формула (33) справедлива при расчетах каксовершенных, так и несовершенных скважин.

Коэффициент пьезопроводности определяется последующим формулам:

а) для совершенных скважин:

lga = 2 lgr - 0,35 + A/C;                                                                                         (34)

б) для несовершенных скважин:

lga = 2 lgr - 0,35 + A/C –0,434 ξ,                                                                         (35)

где ξ- значение гидравлического сопротивления за счет несовершенства скважины,определяемое по табл. 4 или опытным путем.

Следует иметь в виду, что начальная ордината Адля дальних наблюдательных скважин может иметь положительное и отрицательноезначение, в связи с чем формулы (34) и (35) следует решать алгебраически ссоблюдением соответствующих знаков А. Отрицательное значение Аобусловливается невысокими значениями коэффициентов пьезопроводности прибольшой удаленности наблюдательных скважин, что ясно из выражения

36. По данным кустовой откачкигидрогеологические параметры можно определять путем построения не толькографиков временного прослеживания, но и графиков площадного и комбинированногопрослеживания [2,15].

При способе площадного прослеживания наполулогарифмическом графике S = f (lgr) пo оси ординат откладываютпонижение S, а по оси абсцисс - логарифм расстояния от наблюдательныхскважин до центральной lgr.

Данные откачки обрабатывают с помощьюполулогарифмической прямой вида (рис. 13)

S = A_r - C_r lgr.                                                                                                         (36)

Этот способ позволяет находить параметры пласта посовокупности понижений в наблюдательных скважинах на определенный фиксированныймомент времени.

Гидрогеологические параметры вычисляют по формулам:

К = 0,366 Q/(С_rт);                                                                                                 (37)

lga = 2A_r/C_r -0,35 - lgt.                                                                                         (38)

При способе комбинированного прослеживания награфике S = f[lg (t/r²)] по оси ординатоткладывают понижение S, а по оси абсцисс - комплексный показатель lg (t/r²). В этом случаеполулогарифмическая прямая имеет вид:

S = A_к + С_к lg (t/r²)                                                                                                 (39)

Способ заключается в построении графика длянескольких наблюдательных скважин, расположенных на различных расстояниях отцентральной.

Гидрогеологические параметры определяют по формулам:

К = 0,183 Q/(С_кm);                                                                                                (40)

lga = A_к/С_к -0,35.                                                                                                  (41)

В формулах (36) - (41) A_r и А_к - начальныеординаты соответствующих графиков; C_rи C_к- угловые коэффициенты прямолинейных участков этих графиков; r - расстояние междуопытной и наблюдательной скважинами; t - время, исчисляемое от началаоткачки.

Графики S = f (lgr) строятся на несколько моментоввремени (t₁, t₂, t₃) аграфики S = f (lgt)и S = f [lg (t/r²)] - по всем наблюдательнымскважинам куста на весь период откачки даже при наступлении стабилизацииуровней.

При использовании площадного способа обработкиопытной откачки исключается влияние границ пласта, если наблюдательные скважинырасположены компактно, а опытная достаточно удалена от действующих границпласта. Внутренняя неоднородность пласта может вызывать аномалии графиков. Прииспользовании этого способа должно быть не менее трех наблюдательных скважин,большее их количество позволяет уточнить результаты обработки.

При комбинированном способе гидрогеологическиепараметры характеризуют осредненно всю исследуемую область фильтрации.

Изложенная методика обработки опытных откачек ирасчетные формулы справедливы при откачках, проведенных из напорных ибезнапорных пластов, при условии, что в последнем случае понижение уровня непревышает 20% первоначальной мощности водоносного горизонта.

37. В безнапорных водах длянахождения коэффициентов фильтрации и уровнепроводности, если понижение уровняв скважине более 20% значения мощности водоносного горизонта, также строитсяполулогарифмический график зависимости значения понижения от времени (рис. 13,б), который подчиняется уравнению вида

S(2H - s) = A+ C lgt,                                                                                             (42)

где Н - мощность безнапорного водоносногогоризонта (считая от статического уровня воды).

Значение углового коэффициента определяют по формуле

С = [S₂(2H -S₂) - S₁(2H - S₁)]/(lgt₂- lgt₁).                                                             (43)

Значение А, как в напорных водах, определяютдлиной отрезка на оси ординат и снимают с графика (рис. 13, б).

Коэффициент фильтрации рассчитывают для совершенныхи несовершенных скважин по формуле

К = 0,366 Q/C.                                                                                                       (44)

Коэффициент уровнепроводности для совершенныхскважин определяют по формуле

lga_y = 2lgr - 0,35 + A/C;                                                                                         (45)

для несовершенных скважин - по формуле

lga_y = 2lgr - 0,35 + A/C -0,434 ξ.                                                                         (46)

Гравитационную водоотдачу вычисляют по формуле

μ = t/a_y= kh_cp/a_y.                                                                                                  (47)

Если понижение уровня составляет не более 20%первоначальной мощности водоносного пласта, то и для безнапорных горизонтов сдостаточной для практики точностью гидрогеологические параметры можноопределять по формулам для напорных вод, пользуясь графиком S = f (lgt).

38. В условиях неограниченного однородного пластаграфик прослеживания понижения (повышения) уровня при откачке теоретическидолжен быть прямолинейным на всем своем протяжении. Однако фактически награфиках S = f(lgt) и S(2H- S) = f (lgt)в общем случае выделяется три участка.

На начальном участке точки графика обычно не ложатсяна прямую, что связано с изменением дебита откачки, а также наличием всегокомплекса сопротивлений как в самой скважине, так и в прискважинной зоне. Вформулах, выведенных для обработки опытных откачек, предполагается, что вмомент начала откачки дебит устанавливается мгновенно, а в момент еепрекращения и начала восстановления уровня он равен нулю. Фактически этоположение не соблюдается, изменение дебита зависит от многих причин, в томчисле и от опорожнения или заполнения ствола скважины.

При откачках из безнапорных водоносных горизонтовначальный период графика осложняется такими специфическими факторами, какизменение действующей водоотдачи во времени и проявление вертикальных скоростейфильтрации у скважины. В этот начальный период обычно зависимость междупонижением уровня и временем не является логарифмической и значение r²/(4at) > 0,1.

На конечном, третьем, участке графика отклонения отпрямой могут быть связаны с влиянием границ пласта или его внутреннейфильтрационной неоднородностью. Для определения гидрогеологических параметровиспользуют только среднюю, прямолинейную, часть графика.

Для ограниченных в плане однородных напорных пластовв направлении от центра к периферии в пределах депрессионной воронки, созданнойоткачкой, может быть выделена зона практического отсутствия деформацийгидродинамической сетки со стороны прискважинных и граничных помех [2].В эту зону попадают все наблюдательные скважины, для которых справедливовыражение

m < r < 0,3L,

где m - мощность водоносного пласта; r - расстояние от наблюдательнойскважины до центральной; L- расстояние от центральной скважины до границы пласта.

Следовательно, для уменьшения деформаций на краевыхучастках графиков из всей совокупности наблюдательных скважин целесообразновыбирать те, которые удовлетворяют указанному условию. Во избежание обработкиоткачек по случайным, не характерным точкам в процессе откачки строятся рабочиеграфики: S = f(lgt) и S(2H- S) = f (lgt),и расчетные величины, подставляемые в формулы, выбираются только на основеанализа этих графиков. Графики можно строить в любом масштабе. При разносеточек проводится осредненная прямая. Осреднение по прямой в пределах среднегоучастка графика возможно тогда, когда точки либо строго ложатся на эту линию,либо их отклонения от прямой не носят систематического и закономерногохарактера.

В реальных условиях могут быть простые и сложныеслучаи. Прямолинейный участок графика в простых случаях формируется практическиво всем диапазоне опыта, а при сложных закономерностях может появляться сзапаздыванием, что требует специальных методов обработки [2].В частности, для обработки сложных случаев рекомендуются способыкомбинированного и площадного прослеживания.

Для построения площадного графика используютскважины, расположенные в зоне т ≤ r ≤ 0,45L на протяжении времени t≤ 5 t_к (п. 11).

Способ площадного прослеживания имеет преимуществаперед расчетом по формуле Дюпюи (по двум скважинам) и перед способом временногопрослеживания, так как включает в обработку большее количество наблюдательныхскважин, расположенных не по линии, а по площади.

Способом комбинированного прослеживания могут бытьопределены гидрогеологические параметры по наблюдательным скважинам, попадающимв зону т ≤ r≤ 0,3L.Этот способ позволяет определить влияние границ пласта по закономернымрасхождениям графиков. Признаком представительности асимптотических участков накомбинированных графиках является выход графиков нескольких наблюдательныхскважин на общую асимптоту.

При обработке данных опытной откачки требуетсямногосторонний контроль достоверности гидрогеологических параметров. Одним изнаиболее эффективных способов является контроль проверкой стабильностипараметров по способам обработки. Практическое совпадение значений,рассчитанных разными способами, является доказательством их достоверности, апри систематическом их расхождении требуется дальнейший анализ.

При построении графиков прослеживания понижениеуровня и время выражаются в наиболее удобных единицах (понижение в метрах илисантиметрах, время в минутах, часах, сутках). Единица коэффициентапьезопроводности (уровнепроводности) зависит от единиц понижения и времени,выбранных при построении графика: коэффициент может выражаться в квадратныхметрах в сутки или в квадратных метрах в минуту.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПО ДАННЫМВОССТАНОВЛЕНИЯ УРОВНЕЙ

39. При определении коэффициентов фильтрации,пьезопроводности и уровнепроводности по данным восстановления уровней послеоткачки или прокачки применяется графоаналитический метод обработки, изложенныйвыше. При этом вместо понижений принимают повышения уровней во времени,отсчитываемые от уровней, замеренных перед остановкой откачки (прокачки). Зазначение дебита принимают дебит, с которым работала скважина перед остановкой.По оси абсцисс расчетного графика (рис. 13) откладываетсяlgt, когдапериод восстановления уровня t значительно меньше длительности откачки Т₀,т.е.

t ≤ 0,1 T₀.

Если же указанное условие не соблюдается, т.е.откачка (прокачка) была кратковременной, то на оси абсцисс графика (рис. 13)откладывают значение lg[(T₀ + t)/t],где T₀+ t - полная продолжительность периода от начала откачки до момента,когда в процессе восстановления определяется повышение уровня S*.

Чтобы иметь график привычного вида с возрастанием S*,слева направо по оси абсцисс откладывают обратное значение сложного времени (T₀ + t)/t,т.е. lg[t/(T₀ + t)].Ординатой этого графика служит повышение уровня S*, т.е. разность междудинамическими уровнями в данный момент восстановления и в конце откачки.

При этом коэффициент фильтрации определяют, какобычно, по формуле (33), где С -угловой коэффициент графика в координатах S* - lg[t/(T₀ + t)], а длякоэффициента пьезопроводности формула будет иметь вид:

lga = 2lgr - 0,35 + S_мaкc/c - lgТ₀,                                                                            (48)

где S_мaкc- максимальное восстановление уровня.

При условии t ≤ 0,1 T₀ данныевосстановления обрабатывают так же, как и для понижения уровней, способамивременного, площадного и комбинированного прослеживания (пп. 35-37).

Пределы применимости способов прослеживаниявосстановления определяются контрольным временем, т.е.

T₀ ≥ t_к = r²/(0,4a)и t > t_к.

Эта же методика обработки применима для площадного икомбинированного прослеживания уровней.

40. Методика совместного определениякоэффициентов фильтрации и пьезопроводности, как правило, применима при условииведения наблюдений за восстановлением уровней в наблюдательных скважинах.

При наблюдениях за восстановлением уровней водиночных скважинах рассчитывают только коэффициенты фильтрации для напорныхвод - по формуле (33), для безнапорных - поформуле (44). Коэффициент пьезопроводности(уровнепроводности) не определяют, так как ошибки в его значениях могутдостигать нескольких порядков.

Значения коэффициентов пьезопроводности(уровнепроводности), определенные по данным восстановления уровней внаблюдательных скважинах, используют для расчетов радиуса влияния откачки R по формуле

                                                                                                             (49)

где t -длительность откачки.

При наблюдениях за восстановлением уровней послекратковременных откачек (прокачек) или после остановки бурения, когда не имеетсясведений о количестве откачанной воды, расчеты коэффициентов фильтрации ведутпо формулам Н.Н. Веригина [5].

Раздел 4

НЕКОТОРЫЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

ОСОБЕННОСТИ ОПРОБОВАНИЯ СКАЛЬНЫХ ПОРОД

41. Движение подземных вод втрещиноватых скальных породах характеризуется рядом особенностей, среди которыхследует отметить эффект двойной пористости, фильтрационную анизотропию, наличиевнутри слоя (массива) различного рода непроницаемых границ, границнеоднородности и т.п. Эффект двойной пористости связан с наличием крупныхтрещин и пустот, обеспечивающих основной приток воды к скважине в первый периодоткачки, и более мелких трещин, которые определяют общую водопроницаемостьпород в последующие периоды. Все это осложняет опытно-фильтрационныеисследования в скальных породах.

Для фильтрационных расчетов, проводимых припроектировании гидротехнических сооружений, требуется расчленение массиваскальных пород по водопроницаемости с количественной характеристикой каждойвыделенной зоны.

Водопроницаемость скальных пород может быть изученас помощью опытных откачек и нагнетаний (наливов) воды, опытных нагнетанийвоздуха, специальных геофизических исследований, режимных наблюдений заположением уровня подземных вод. Опытные работы проводятся преимущественно вскважинах, но могут проводиться и в горных выработках.

Наиболее точным методом определенияводопроницаемости трещиноватых пород являются опытные одиночные и кустовыеоткачки. Особое значение имеют зональные откачки, которые позволяют получитьпоинтервальную характеристику водопроницаемости скальных пород.

Метод опытных нагнетаний (наливов), характеризующийводопроницаемость пород по количеству воды, поглощаемой породой, применим дляслучаев, когда проведение опытных откачек по техническим причинамзатруднительно (например, при глубоком залегании уровня подземных вод, высокойводопроницаемости пород), и в условиях необводненных пород.

Для опробования необводненных пород перспективнымявляется метод опытного нагнетания воздуха, который впервые был применен наряде объектов Гидропроекта [24].

Во всех случаях, когда это возможно, рекомендуетсязаменять опытные нагнетания воды откачками, так как только они могут обеспечитьнаиболее достоверную характеристику водопроницаемости скальных пород.

Учитывая, что при откачках вода, отбираемая изскважин, промывает и расширяет трещины, а при нагнетаниях, наоборот, ихзамывает и кольматирует, необходимо в целях контроля сочетать для одних и техже интервалов опробования нагнетание с откачками, используя результаты этихопытов для получения переходных коэффициентов от удельных водопоглощений ккоэффициентам фильтрации.

В последнее время для изучения размеров ираспределения трещин в массиве все большее значение придается индикаторнымметодам исследований. По данным наблюдений за скоростью распространенияиндикатора, степенью его диффузии и изменением концентрации можно оценитьгидрогеологические параметры массива скальных пород [6].

Использование геофизических методов для изучениятрещиноватости и водопроницаемости пород оправдывает себя как на ранних стадияхизысканий, так и на более поздних, когда уже имеется комплексопытно-фильтрационных опробований отдельных скважин и требуется массовоеизучение их разрезов. Одним из наиболее распространенных методов геофизическихисследований, который целесообразно применить почти в каждой скважине, являетсяметод расходометрии [11].Результаты режимных наблюдений, особенно в период паводков, позволяют визуальнопо характеру графиков колебаний уровней воды оценить сохранность иводопроницаемость породи определить коэффициенты фильтрации и уровнепроводности(пьезопроводности).

42. При движении воды по крупным карстовым полостямвозможно нарушение линейного закона фильтрации. В ряде работ - [15,37] и др. -доказывается, что отклонения от закона Дарси при градиентах напора вышекритических обычно захватывают лишь внутреннюю часть воронки депрессии, а вовнешней ее части движение подземных под подчиняется линейному закону. При этомквадратичный закон фильтрации, как установлено экспериментами, вступает в силупри градиентах выше 30 и наличии трещин с раскрытием более 0,1 см.Исследования, выполненные для водозаборов, также показывают, что опытныеоткачки в трещиноватых и закарстованных породах в большинстве случаев могутпроводиться без учета турбулентности потока, так как радиус охватываемой имзоны очень мал (меньше 0,1 м).

Методика определения гидрогеологических параметровпри квадратичном законе фильтрации изложена в [15].

Практически, если имеет место в отдельных случаяхпри определенном понижении турбулентный режим фильтрации, целесообразноуменьшить понижение и, достигнув ламинарного режима, обработку откачки вестиобычным способами.

43. Определение гидрогеологических параметровтрещиноватых и закарстованных пород, как правило, следует вести кустовымиоткачками. В общем случае [3]ближайшую наблюдательную скважину следует располагать на расстоянии r₁ отцентральной, примерно равном мощности опробуемого водоносного горизонта т.При откачке из маломощных пластов r₁ составляет 1,5-2 т, а при большой ихмощности дальняя наблюдательная скважина должна быть удалена от центральной на 1,5-2т. Во всех случаях ближайшую наблюдательную скважину размещают нарасстоянии не менее 8 м от центральной.

Обработку кустовых откачек при неустановившемсярежиме фильтрации можно вести графоаналитическими методами, выполняя временное,площадное и комбинированное прослеживание уровней (п. 35-36).

Так как водопроницаемость трещиноватых изакарстованных порог, в большинстве случаев определяется двойной пористостью (п. 41) это находит свое отражение в характереграфиков прослеживания и в частности графика S = f (lgt) (рис. 14). На графикевыделяется как обычно, три участка. Участок I делится на две части.Начальная его часть Iа часто не выражена, a Iб соответствуетпериоду ложно стационарной фильтрации и характеризует период водоотдачи изкрупных трещин и пустот.

Рис. 14.Характерная форма графиков S= f (lgt) при откачке из трещинно-карстовых пород

Участок II соответствует условиям фильтрации в обычной пористойсреде. По этому участку и следует определять расчетные гидрогеологическиепараметры трещинно-карстовых водоносных горизонтов, характеризующие осредненныефильтрационные и емкостные свойства водовмещающих пород.

Участок III обусловлен макронеоднородностью водоносного горизонта иливлиянием внешних границ пласта.

Для контроля полученных значений гидрогеологическихпараметров целесообразно продолжить обработку данных откачки методомкомбинированного прослеживания уровней путем построения графиков S = f [lg(t/r²)] [3].

В этом случае для интенсивно трещиноватых и закарстованныхпород может быть получено семейство графиков для наблюдательных скважин спараллельными асимптотическими участками (рис. 15).

Рис.15. Семейство графиков S = f [lg(t/r²)] с параллельнымиасимптотическими участками, формирующимися с запаздыванием (по Б.В.Боревскому):

1, 2и 3 - графики для первой, второй и третьей наблюдательных скважин

Расчетные значения коэффициента пьезопроводности(уровнепроводности) желательно принимать по наблюдательным скважинам, удаленнымот центральной на 1,5-2 m.

Следует иметь в виду, что параллельностькомбинированных графиков может быть обусловлена и проявлением дополнительногопитания (например, на приречных участках).

Во всех случаях необходим качественный анализполучаемых закономерностей изменения уровней в процессе откачки.

При установившемся режиме фильтрации коэффициентфильтрации рассчитывают по формулам приложения1.

Поправку для учета несовершенства скважин по степенивскрытия пласта, как правило, вводить не следует, так как она справедливатолько для однородных в разрезе водоносных горизонтов, а в трещинно-карстовыхпластах даже небольшая трещиноватая зона, вскрытая скважиной, может обеспечитьосновную долю водопритока.

44. Для обеспечения проекта противофильтрационныхзавес и дренажей, как указывалось выше, используют зональные откачки изодиночных скважин. Скважины опробуют последовательно "сверху вниз"интервалами длиной 5 м при изоляции интервала сверху резиновым тампоном.

Учитывая, что притоки воды к скважине происходят потрещинам любых направлений, расчеты коэффициентов фильтрации для каждой зоныцелесообразно производить дважды [17]: по формуле(П1), считая линейное движение потока по горизонтальным трещинам и пустотам, ипо формуле (П14), рассматривая случай движения воды в однородно-изотропнойсреде.

При проектировании дренажей с целью наибольшегоприближения к естественным условиям рекомендуется пользоватьсясреднеарифметическими значениями коэффициентов фильтрации, вычисленными поуказанным выше двум формулам. При оценке фильтрационных расходов, а также приявном преобладании в разрезе горизонтальной трещиноватости следует принимать зарасчетные значения коэффициентов фильтрации, полученные по формуле (П1).

После проведения всех зональных откачек в скважине,если позволяют технические средства, проводят суммарную откачку и определяютсредний коэффициент фильтрации всей толщи.

Для оценки максимальной водопроницаемости скальныхпород на участках береговых примыканий плотин, размещаемых обычно в высокихканьонах, опытные откачки часто проводят в наклонных скважинах, пройденныхвкрест простиранию основных систем трещиноватости. Методика проведения откачекиз наклонных скважин аналогична методике откачек из вертикальных скважин.Обработка их результатов без значительной погрешности может проводиться пообычным формулам, значения понижения при этом отсчитывают по вертикали.

ОТКАЧКИ С БОЛЬШИМ РАДИУСОМ ДЕПРЕССИИ

45. Водопроницаемость неравномернотрещиноватых и закарстованных массивов скальных пород, слагающих дно и бортаречных долин ниже уровня подземных вод, может быть изучена путем проведениямощных и длительных кустовых откачек с большими радиусами депрессий по А.Г.Лыкошину [17].

С увеличением радиуса влияния откачиваемойвыработки, как известно, увеличивается объем исследуемой породы, в результатечего могут быть получены осредненные данные, позволяющие рассчитать коэффициентфильтрации, характеризующий водопроницаемость массива пород в целом. Для тогочтобы увеличить дебит откачиваемой воды, центральную скважину-шахту закладываютдиаметром 800-1300 мм или бурят рядом две-три скважины диаметром 250 - 300 мм,из которых производят одновременную групповую откачку. Наблюдательные скважинырасполагают по трем - пяти лучам в достаточном удалении от предполагаемой зонытурбулентного режима, возникающего вблизи центральной скважины.

В качестве наблюдательных используют также все ранеепробуренные и существующие на участке скважины независимо от местоположенияфильтра в них по отношению к центральной скважине (рис. 16).

Рис.16. Схема расположения центральной выработки при мощной откачке с большимрадиусом депрессии:

а - план; б- геологический разрез по линии АВ; 1 - известняки трещиноватыезакарстованные; 2 - пески аллювиальные; 3 - зона кольматацииаллювия и известняков; 4 - центральная выработка, откачка из которойсоздает воронку депрессии с радиусом R'

При откачке из центральной скважины применяютглубинные или центробежные самовсасывающие насосы. Откачку ведут с такимдебитом, чтобы понижения в дальних наблюдательных скважинах, расположенных у границыизучаемого массива, были не менее 0,3 м. Как показывает опыт, такую откачкуцелесообразно вести на два-три понижения с продолжительностью каждого 8-10 сут.В этом случае радиус влияния откачки может достигать сотен метров.

По данным измерений понижений в наблюдательныхскважинах обычно строят графики зависимости дебита от понижения влогарифмическом и полулогарифмическом масштабах. Коэффициенты фильтрациирассчитывают по наблюдательным скважинам, а также по всем ранее пробуреннымскважинам и колодцам, в которых замерено понижение. При достаточном количественаблюдательных скважин и мощной откачке с большим радиусом депрессии можнополучить дифференцированную характеристику водопроницаемости массива скальныхпород и выявить его неоднородность.

Несмотря на то что откачку с большими радиусамидепрессий, как правило, проводят при установившемся режиме фильтрации,целесообразно обработку такой откачки также провести методами неустановившейсяфильтрации путем построения временных, комбинированных и площадных графиков поданным начального периода откачки и восстановления уровней после ее окончания.

46. Изучение фильтрационной неоднородности иконтуров распространения зоны кольматации скальных пород в реках и озерах такжеможет проводиться с помощью кустовых откачек с большими радиусами депрессий [17].Откачку, создающую большую депрессионную воронку и значительные фильтрационныеградиенты в закольматированном слое, проводят из водоносного горизонта,залегающего ниже зоны возможной кольматации.

Опытный колодец располагают на берегу реки или врусле (на льду). По двум-четырем лучам вокруг такого колодца закладывают по трипьезометра в одном месте. Открытие интервалы (фильтры) в каждой группепьезометров размещают по вертикали на трех разных уровнях, соответствующих тремпластам пород, типичным для всего участка (рис. 17). Количество такихпьезометрических групп на каждом луче должно быть не менее двух.

Рис.17. Схема расположения фильтров в пьезометрической группе:

1а -наблюдательная скважина в базальном горизонте аллювия; 1б - то же в зонекольматации; 1в - то же в коренных породах; 2 - лед; 3 -вода; 4 - аллювий; 5 - закольматированная зона; 6 -коренные породы

Для непосредственного наблюдения за отрывомдепрессионной кривой от уровня основного водоносного горизонта одну из группнаблюдательных скважин устанавливают на бечевнике.

Из центрального колодца при его углублениипоследовательно проводят три зональные откачки каждая с максимально достижимымпонижением по схеме "затопленного фильтра" до образования практическиустановившегося движения фильтрационного потока.

По данным пьезометрических наблюдений в одной илинескольких плоскостях строят гидродинамические сетки для каждой откачкиотдельно. После этого на плоской модели ЭГДА для каждого опыта подбираютзначения водопроницаемости среды, при которых движение подземной воды к колодцусоответствует натурно установленному. Это будут осредненные коэффициентыфильтрации, характеризующие горизонтальную и вертикальную водопроницаемость.

При сопоставлении данных моделирования скоэффициентами фильтрации зональных откачек, рассчитанных по формуле (П6), сизвестной условностью определяют значения коэффициентов фильтрации ввертикальном и горизонтальном направлениях.

Интенсивность закольматированности пород в планебудут отражать карта гидроизогипс (изопьез), составленная по результатамнаблюдений во время откачки, и полученные значения коэффициентов фильтрации.

При изучении кольматации ложа отдельных водоемов,старице поймах рек порядок выполнения работ остается тот же, но откачкипроизводятся соответственно в меньших размерах.

Изложенный метод позволяет с достаточной дляпрактических целей точностью учесть влияние неоднородности отложений и кольматацииречных русел при оценке притоков воды в котлованы, проектированиицементационных завес и т.п.

Количественная оценка заиленности и неоднородностирусловых отложений может быть произведена и другими методами, которыеприменяются обычно при расчетах водозаборных скважин [32, 37].

В заключение следует обратить внимание на то, что впределах русла реки возможны не только процессы кольматации, но и обратные импроцессы раскольматации пород и увеличение их водопроницаемости. Это происходитв тех случаях, когда гидродинамические условия участка обусловливают разгрузкуподземных вод в русле реки. Наличие зон раскольматированных пород устанавливаюттоже кустовыми откачками и учитывают их при организации водопонижающих работ вкотлованах. Случаи раскольматации русловых отложений наблюдались в долинах рек,русла которых врезаны в толщу упинских известняков, имеющих древнюю корувыветривания.

47. Гидрогеологические параметрытрещиноватых скальных пород, характеризующихся однородной прямолинейнойанизотропией, могут быть определены по данным кустовой откачки, проведенной вусловиях квазистационарного или неустановившегося режима фильтрации по И.К.Гавич [7,8].

Исходя из предпосылки, что главные оси фильтрации(на которых коэффициенты фильтрации постоянны и равны К_х и К_уортогональны и располагаются в плоскости пласта, дифференциальное уравнение дляодномерного радиального движения напорных вод в системе координат, зависящей отсоотношения коэффициентов фильтрации пласта, будет:

                                                                                        (50)

                                                         (51)

x₁ = λx; у₁ = у;                                                                                                       

                                                                                         (52)

а_х= К_х т/μ*; а_у = К_ут/μ*,                                                                                     (53)

где r - радиус-вектор в преобразованной системе координат; хи у текущие координаты точки, в которой определяются напор Н (эторасстояние от центральной скважины до наблюдательных); α - уголмежду радиусом-вектором и главной осью фильтрации; а_х и а_у- коэффициенты пьезопроводности пласта по осям х и у; μ*- упругая водоотдача пласта, принимаемая в первом приближении независимой отнаправления движения воды; К_у, К_х -максимальное и минимальное значения коэффициента фильтрации, соответствующиеглавным осям эллипса проницаемости.

Решение для случая откачки из одиночной скважины внеограниченном анизотропном пласте для квазистационарного движения имеет вид:

                                                                                   (54)

где r' определяется по (51).

С учетом особенностей анизотропии пласта лучи снаблюдательными скважинами рекомендуется размещать по направлениям главных осейфильтрации. Для скальных пород такими осями будут направления максимальной иминимальной трещиноватости.

Опытный куст должен иметь три луча. Целесообразно,чтобы угол между первым и вторым лучами был 90°, а между вторым и третьим -135° или все лучи были расположены взаимно симметрично, тогда расчетызначительно упрощаются. На двух лучах как минимум должно находиться по двенаблюдательные скважины, на третьем может быть одна.

Значения понижений уровня воды, замеренные внаблюдательных скважинах, находящихся на одинаковом расстоянии от центральной,должны быть резко различны, а угловой коэффициент прямой, построенной вкоординатах S - lntили S - lnr,для всех направлений фильтрации является постоянным и равным:

                                                                                                    (55)

При графоаналитическом методе расчета кустовойоткачки, проведенной в условиях квазистационарного режима, основными расчетнымиуравнениями для наблюдательных скважин являются:

на оси y (при x= 0 и r' = r_y)

                                                                                 (56)

на оси x

                                                                               (57)

Переходя к десятичным логарфимам, можно написатьрасчетные формулы для гидрогеологических параметров независимо отместоположения скважины

                                                                                         (58)

Для наблюдательных скважин:

на оси y.

lga_y = 2lgr_y - 0,35 + A/C;                                                                                        (59)

lg(K_x/K_y) = lga_x +0,35 - A/C - 2lgr_y;                                                                      (60)

на оси x

lga_x = 2lgr_x - 0,35 + A/C;                                                                                        (61)

lg(K_y/K_x) = lga_y +0,35 - A/C - 2lgr_x                                                                       (62)

Порядок расчета следующий:

а) по данным откачки для каждой наблюдательнойскважины, расположенной на оси y, строят графики в полулогарифмическом масштабе S_y = f(lgt);

б) определяют угловой коэффициент наклона прямой С;

в) подсчитывают среднегеометрическое значениекоэффициента фильтрации по формуле (58);

г) подсчитывают коэффициент пьезопроводности a_y по формуле(59), для чего значение А снимают с графика S = f (lgt) как отрезок, отсекаемый прямойна оси ординат;

д) затем по скважинам, расположенным на оси х,определяют значение K_y/K_x по формуле(62);

е) исходя из условия, что объемная интенсивностьтрещиноватости (или водоотдача) остается постоянной независимо от выбранногонаправления, т.е. K_x/a_x = K_y/a_y, определяютK_x, K_y и a_x [поформулам (62), (61), (60)].

Порядок расчета для скважин, расположенных на оси х,точно такой же.

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

48. Метод резистивиметрического каротажа позволяетпровести расчленение фильтрационного разреза по одной обводненной скважине.Этот метод может быть использован при наливах в водоносные и сухие породы, атакже для определения скоростей фильтрации при кустовых откачках. Припроизводстве каротажа скважина может быть обсажена трубами и иметьметаллические фильтры.

В основе метода лежит установленная теоретически иэкспериментально зависимость между временем разбавления солевого раствора,заполняющего скважину, и скоростью фильтрации потока подземных вод. С этойцелью в скважину вводят соль, а затем скважинным резистивиметром замеряютудельное электрическое сопротивление до момента полного исчезновения электролита.

Обработка полевых материалов начинается с того, чторядом с колонкой литологического разреза скважины наносят резистивиметрическиедиаграммы. Затем по всему интервалу скважины в пределах проницаемых пород черезравные промежутки (2-5 м) выбирают характерные точки для оценки скоростейфильтрации. Скорость фильтрации вычисляют по изменению концентрации раствора, апо скорости фильтрации и гидравлическому уклону потока определяют коэффициентфильтрации.

Метод резистивиметрии не требует большой затратывремени (от 0,5 до 10 ч), но может применяться только для исследования участковс относительно высокими скоростями фильтрации, составляющими более 0,1 м/сут.

49. Метод повторных боковых каротажных зондирований(ПБКЗ) применяется в скважинах, пробуренных без глинистого раствора или хорошопромытых от него и не закрепленных трубами [28].Он перспективен для опробования буровых скважин, пройденных в скальных породах.

Сущность метода состоит в том, что исследуемуюскважину промывают раствором хлористого натрия и записывают кривыесопротивления находящейся в ней воды. Затем уровень воды в скважине поднимают иподдерживают некоторое время на определенной высоте путем налива в нее того жесолевого раствора, который "вдавливается" в проницаемые водоносныепороды. Через некоторые промежутки времени кривые сопротивления записываютповторно.

Превышение уровня раствора должно в среднемсоставлять 0,5-10 м при продолжительности налива от 20 мин до 20 ч. Стечениемвремени глубина проникновения раствора в проницаемые пласты (трещиноватыеучастки разреза) увеличивается, что приводит к закономерному смещению кривыхсопротивления. Дебиты поглощения вычисляют по соответствующей формуле. Повычисленным дебитам поглощения и известным динамическим уровням определяютудельные дебиты водоносных горизонтов и подсчитывают их водопроницаемость.

50. Температурный метод исследований основан на том,что в связи с самоизливом или откачкой равновесие температур в скважиненарушается. Степень температурных изменений в скважине зависит от температурыводоносного горизонта, его водообильности, пьезометрического напора. Процессстабилизации температур в скважине описывается на основе решения уравнениятеплопроводности в цилиндрической системе координат.

Метод расходометрии заключается в измерении наразличных глубинах средней скорости движения воды, поступающей из отдельныхводоносных слоев при откачке (или наливе). Расход воды измеряют специальнымигидрометрическими вертушками или с помощью резистивиметра, скважинноготермометра и т.п. Этот метод подробно рассмотрен в [10,11].

Данные расходометрии позволяют наиболее обоснованнонаметить интервалы опытно-фильтрационных исследований. Этот метод целесообразноприменять для изучения слоистых, анизотропных, а также трещиноватых изакарстованных пород.

ЭКСПРЕСС-МЕТОДЫ

51. Методы с использованием испытателей пластов,опережающего опробования и наблюдений за восстановлением уровней воды дают массовыйматериал для определения гидрогеологических параметров. Эти методы являютсявспомогательными и только в совокупности с эталонными определениями по опытнымоткачкам могут дать характеристику водопроницаемости на широкой площади поразрезу.

Метод с использованием испытателей пластов [10,20]позволяет приблизительно оценить основные гидрогеологические параметры дляотдельных интервалов водоносного горизонта в процессе бурения. Сущность методазаключается в изоляции опробуемого интервала пакером, после чего создаетсяинтенсивный, но быстро уменьшающийся приток воды в свободное пространствобурильных труб или специальный баллон у опробователей, спускаемых на кабеле.Свободный приток в бурильные трубы может продолжаться до установления в нихстатического уровня или быть прекращен раньше. Для определениягидрогеологических параметров служат эмпирические зависимости давления и дебитаводопритока во времени.

Имеются испытатели пластов, позволяющие проводитьоткачу или микрооткачки. Расчеты в этом случае ведут по обычным формулам длянесовершенных скважин.

Этот метод имеет наибольшее применение в скальных иполускальных породах.

52. Метод опережающего опробования водоносныхгоризонтов применяется для опробования рыхлых отложений в процессе бурения.Сущность его состоит в том, что после остановки бурения скважины и извлечениябурового инструмента в нее опускают при интенсивной промывке чистой водойфильтр-опробователь. Погружение его на глубину 1,2-2 м занимает всего несколькоминут. При последующей откачке получают данные о расходе и понижении уровня, апосле ее окончания прослеживают также восстановление уровня воды в скважине.

Фильтр-опробователь, длина которого около 1 м,включает буровой наконечник (сопло), армированный пластинками твердого сплавасетчатый фильтр диаметром 50 или 63,5 мм, соединительную пробку и системуклапанов. Продолжительность притока воды от 20 мин до нескольких часов. Этимметодом производят "точечное" опробование вскрываемых пород.

Исходные данные для расчета коэффициентов фильтрациии водопроводимости аналогичны результатам опытных откачек. Коэффициентфильтрации обычно рассчитывают по формулам, приведенным в [5,20]

Раздел 5

ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ, ХОД ОПЫТА И ОБРАБОТКАМАТЕРИАЛОВ

ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ

53. Перед проведением опытной откачки составляютпроект производства работ, в котором определяют местоположение опытнойскважины, вид откачки и технологию ее проведения. В описании технологииприводятся: конструкция опытной скважины; тип, диаметр, длина и глубинаустановки фильтра; продолжительность опыта; значение понижения; принятый режимдвижения фильтрационного потока; тип и марка насоса; ожидаемый дебит, способы ичастота измерения уровней воды, способ отвода откачиваемой воды. При кустовыхоткачках, кроме того, устанавливают количество, расположение и конструкциюнаблюдательных скважин.

Для обоснования технологии проведения опыта кпроекту производства работ прилагают необходимые расчеты. На основании проектасоставляют задание на производство опытной откачки, которое уточняют в процессеподготовки и проведения опыта.

54. Конечный диаметр опытной скважины определяетсянеобходимостью установки фильтра выбранной конструкции. Внутренний диаметрфильтра (водоприемной части скважины) должен быть достаточным для установкиводоподъемного оборудования необходимой производительности. Между трубойфильтра и насосом должен оставаться зазор, достаточный для замеров уровня воды,а при откачке "на-храп" также для притока в нее воздуха. Диаметрводоприемной части скважины в маломощных водоносных горизонтах с ожидаемымдебитом до 0,3 л/с должен быть не менее 80, а при более значительнойводообильности скважины - не менее 150 мм. При мощных откачках с большимирадиусами депрессионной воронки диаметр опытной скважины-шахты может составлять800-1300 мм.

Конечный диаметр наблюдательных скважин определяетсянеобходимостью установки фильтра принятого диаметра, спуска устройства длязамера уровня воды, а также возможностью чистки фильтров и прокачки скважины.Диаметры фильтров наблюдательных скважин обычно принимают от 50 до 100 мм.

55. Опытные и наблюдательные скважины, там где этовозможно, надо оборудовать фильтрами, как совершенные, так как фильтрационныепараметры в этом случае могут быть определены более точно.

Размещение и длину опытных интервалов (фильтров),принятых с учетом требований расчетной схемы, уточняют после бурения скважины,установления литологического состава и состояния пород, анализа данныхгидрогеологических наблюдений при бурении и каротажа. При кустовых откачкахинтервалы опробования уточняют также по результатам бурения первых скважин,расположенных в районе опытного участка.

В случае замещения водопроницаемых породводоупорными необходимо своевременно перенести наблюдательные скважины или куств целом. После проходки первых наблюдательных скважин куста рекомендуетсяпровести прокачку из центральной скважины, результаты которой позволят уточнитьнамеченное проектом размещение остальных наблюдательных скважин.

Расстояния между центральной и наблюдательнойскважинами устанавливают в соответствии с рекомендациями п. 8. Количество и значения понижений в скважинахопределяют согласно рекомендациям пп. 10 и 12.

Фильтр перед спуском в скважину должен бытьтщательно проверен и хорошо промыт. Перед его установкой необходимо проверитьтакже глубину скважины и убедиться в том, что рабочая часть фильтра при спускене останется в обсадных трубах и что он будет установлен в строго намеченноминтервале опробования.

56. При проведении откачки должна быть обеспеченанадежная изоляция опробуемого интервала. В зависимости от особенностейгеологического строения это может быть достигнуто различными способами:выдавливанием колонны обсадных труб в глинистые прослои, созданием глиняных илицементных пробок на забое перед разбуриванием опытного интервала, а такжеприменением сальниковых или резиновых тампонов специальной конструкции. Врыхлых песках до установки фильтра не следует допускать подработку скважиныниже обсадных труб, особенно при подрусловых откачках.

При спуске тампона, фильтра и прифильтровогопьезометра в скважину должна быть обеспечена герметичность соединений колоннтруб. Башмак колонны обсадных труб должен быть расположен не выше 1 м надверхом рабочей части фильтра.

Скважина должна быть надежно изолирована отповерхностных вод и атмосферных осадков. Для защиты от непогоды и ведениядокументации откачки у скважины ставят передвижной вагончик или палатку. Отводоткачиваемой воды должен осуществляться трубами и пи лотком на расстояние,исключающее возможность ее влияния на уровень воды вблизи скважины. Обычно водуотводят на расстояние не менее 100 м от места проведения опыта и сбрасываютниже по точению грунтового потока или в водоем.

57. Около каждой скважины устанавливают нулевуюточку (брус с гвоздем, обрез трубы), от которой производят все измерения вскважине при бурении, установке фильтра и в процессе опыта. Все оборудование иаппаратура должны быть подготовлены, смонтированы и проверены на месте такимобразом, чтобы они могли работать бесперебойно в течение всего срока веденияоткачки. Сведения о нулевой точке, оборудовании скважин, применяемых приборах идр. должны быть зафиксированы в журнале до начала откачки.

В соответствии с ГОСТ 23278-78подготовка к откачке проводится в следующем порядке: очистка скважин от шлама;замеры уровня воды в скважинах; установка фильтров, тампонов и замер глубин ихустановки; повторная чистка скважин после установки фильтров (при необходимости);установка водомерной рейки в близрасположенном водоеме при наличиигидравлической связи опробуемого горизонта с водоемом (рекой); закрепление инивелирование нулевых (замерных) точек; проверка, установка и подготовкаизмерительной аппаратуры; замеры уровня воды в скважинах; монтаж оборудованияводоподъемника и устройства для отвода откачиваемой воды; прокачка воды;наблюдения после прокачки за восстановлением уровня воды до статического.

58. Длительность прокачки по ГОСТ 23278-78 должнабыть не менее 2 ч. В условиях изысканий для гидротехнического строительствадлительность прокачки колеблется от нескольких часов до одной смены, составляяобычно 6-8 ч. Прокачка скважин в рыхлых грунтах производится погружением насосадо максимально предполагаемой глубины с постепенным увеличением расхода воды. Вскальных и полускальных породах прокачку следует проводить при максимальномпонижении и переменном режиме работы насоса (с частыми остановками). Прокачкасчитается законченной, когда прекращается пескование скважины, откачиваемаявода становится совершенно светлой.

Прокачку воды проводят как в центральной, так и вовсех наблюдательных скважинах куста. При проведении ее следует: поддерживатьпостоянный динамический уровень, при котором замеряют дебит скважины; наблюдатьза восстановлением статического уровня в опытной и во всех наблюдательныхскважинах после ее окончания.

По результатам прокачки определяют удельный дебитскважины, уточняют расстояния между наблюдательными скважинами, значенияпонижений и продолжительность откачки, а также предварительно определяютгидрогеологические параметры опробуемого слоя.

Прокачка центральной или одиночной опытной скважиныпозволяет уточнить подбор соответствующего насосно-силового оборудования,мерных сосудов или водомеров для ведения откачки.

После прокачки скважины насос из нее извлекают ипробоотборником отбирают пробы воды на химический анализ. После отбора пробводы делают контрольный замер глубины забоя и, если скважина заилена, чистятее.

Для очистки скважины перед откачкой от шлама иглинистого материала в скальных породах применяют свабирование. Сущность этогоприема заключается в том, что сваб при подъеме, плотно прижимаясь к обсаднымтрубам, выбрасывает воду, заполняющую скважину. Вместе с водой благодаряразрежению, создающемуся под свабом, выбрасываются шлам и глинистые частицы изствола и трещин в стенках скважины.

В качестве сваба может быть использован обычныйтарельчатый (резиновый) клапан с сечением, несколько большим, чем диаметрскважины. Он спускается на канате с несколькими буровыми штангами -утяжелителями. Существуют свабы заводского изготовления. После свабированияобязательно проводят наблюдения за восстановлением уровня воды, а затемпрокачку.

ХОД ОПЫТА

59. При проведении откачки в соответствии с ГОСТ23278-78 выполняют следующие операции: включение водоподъемника; откачкуводы; замеры расхода и уровня воды в центральной скважине; замеры уровней внаблюдательных скважинах и реке; контроль за работой измерительной аппаратуры;фиксацию изменений природной обстановки, влияющих на режим уровня подземных вод(дождь, паводок, таяние снега, изменения атмосферного давления, температуры ит.п.); прекращение откачки; наблюдения за восстановлением уровня воды вскважинах и при необходимости нивелирование нулевых точек; замер глубиныцентральной скважины. Все операций фиксируют в журнале.

60. Откачка должна проводиться с максимальным дляданного насоса дебитом (или понижением уровня) равномерно. Допускаютсяотклонения от среднего дебита не более чем на 10%. Откачка должна проводитьсянепрерывно, непродолжительные перерывы по техническим причинам не могутпревышать суммарно 10-15% общей продолжительности опыта и не должны приводить кискажению графика изменения уровня воды во времени.

Дебит откачки должен быть таким, чтобы при принятойсхеме опытного куста и рекомендуемой продолжительности опыта были обеспеченынеобходимые значения понижений как в опытной, так и в наиболее удаленныхнаблюдательных скважинах куста.

В практике ведения полевых работ может возникнутьслучай, когда требуемый расход из опытной скважины не может быть достигнут.Тогда проводят групповую откачку одновременно из двух и более опытных скважин.Работа этих скважин должна быть синхронной, расход для расчетов берутсуммарный. Опытные скважины при групповой откачке располагают вблизи одну отдругой, и расстояния между ними должны быть меньше расстояния до первойнаблюдательной скважины.

61. Откачку начинают только после полногоустановления статического уровня во всех скважинах, находящихся в пределах еевлияния. В этих скважинах не должны проводиться откачки или нагнетания воды. Впериоды резких колебаний уровня подземных вод, вызванных паводком, дождями ит.п., откачки проводить не рекомендуется. Не допускается проводить откачки изскважин, расположенных вблизи крупных карстовых родников со значительнымиколебаниями дебита.

Частота измерения расхода и динамических уровнейводы в процессе откачки должна быть достаточной для обработки материала.Рекомендуется уровни воды и дебит в начале опыта замерять через 1-2 мин, затемв течение 30 мин через 5-10, последующие 2 ч через 10-15 мин, затем в течение12 ч через 30 мин и далее до конца откачки через 1 ч.

Измерения уровня воды в наблюдательных скважинахкуста следует всегда проводить в одной и той же последовательности, чтобыпромежутки времени между замерами в каждой скважине были по возможностиодинаковыми.

В скважинах, расположенных за пределами опытногоучастка, замеры уровня воды производят 2-3 раза в смену.

При объемном измерении дебита необходимо, чтобывремя наполнения сосуда составляло не менее 30 с. При измерении дебитаводомером помимо расходов за определенные промежутки времени фиксируютсуммарное количество откачанной воды. Наиболее целесообразно вести непрерывнуюзапись расходов и уровней воды в .скважинах с помощью автоматическихприборов-самописцев.

62. Срок окончания кустовой откачки при установившемсярежиме фильтрации определяется условием постоянства во времени разностипонижений уровней воды в наблюдательных скважинах, а при откачках из одиночнойскважины - практической стабилизацией понижения. Срок окончания откачки принеустановившемся режиме определяется получением на графиках временного,площадного и комбинированного прослеживания прямолинейных расчетных участков.

Во всех случаях доведение кустовой откачки до полнойстабилизации уровней в центральной и наблюдательных скважинах всегда целесообразно,так как значительные затраты на бурение, оборудование скважин и организациюопыта должны обеспечить надежность и достоверность в проведении расчетов, чтодостигается совместным использованием методов установившегося инеустановившегося режимов фильтрации.

63. После окончания откачки проводят наблюдения завосстановлением уровня воды в центральной скважине, прифильтровом пьезометре, атакже во всех наблюдательных скважинах.

Наблюдения за восстановлением уровней в скважинахпосле откачки (а также прокачки и длительных перерывов в бурении) проводят счастотой, обеспечивающей получение представительных графиков прослеживания.Обычно в первые 15 мин откачки уровень измеряют через 1 мин, затем в течение 30мин через 1-3, в течение следующего часа через 3-5, а затем через каждые 30 миндо стабилизации уровня.

После восстановления уровней проводят контрольныеизмерения глубины опытной скважины, тщательную проверку оборудования иаппаратуры, повторное нивелирование нулевых точек. Все эти данные записывают вжурнал опытной откачки. В случае обнаружения расхождений с данными, принятымипри опыте, в записи вносят соответствующие поправки.

Скважины ликвидируют только после окончания полевойобработки результатов испытания и проверки всех полученных данных.

64. В целях своевременного контроляоткачки и текущей интерпретации ее результатов в процессе опыта строят:

а) графики изменения понижений уровня воды вовремени в центральной и наблюдательных скважинах S = f(t) и S = f(lgt);

б) графики изменения расхода воды во времени вцентральной скважине Q = f(t);

в) графики площадного f(lgr) и комбинированного S = f[lg(t/r²)] прослеживания поданным кустовых откачек (строятся при необходимости и достаточностиматериалов).

На график изменения понижений уровней воды вовремени наносят данные всех замеров уровней, включая наблюдения за естественнымуровнем до откачки, за уровнем воды в ближайшем водоеме, а также уровнями вскважинах, включенных в сеть наблюдений при откачке.

Методика построения графиков прослеживания(временного, площадного и комбинированного) изложена в разд. 3настоящего Руководства.

При нормальном ходе откачки, отсутствии искажающихфакторов и ошибок кривые на графиках должны иметь плавные очертания и четкиепрямолинейные (асимптотические) участки. Если же обнаруживаются значительныеотклонения отдельных точек, отсутствие прямолинейных участков на графикахпрослеживания, то следует выяснить причины этого и при необходимости повторитьоткачку при соответствующем режиме.

Причинами указанных отклонений точек, кроме ошибок визмерениях, могут быть засорение фильтра, нестабильность работы насоса,неисправности измерительной аппаратуры и т.п. Все сомнительные точки должны бытьзабракованы.

Однако разброс точек на графиках не всегдасвидетельствует о низком качестве опыта, так как причиной его могут бытьнекоторые аномальные факторы: фоновые колебания напоров по скважинам запределами зоны влияния откачки, плановая неоднородность пласта, промыв трещин иводопроводящих каналов, прорыв воды из других горизонтов и т.п. В этом случаеграфики приходится перестраивать.

Таким образом, при обработке материала необходимо вовсех случаях учитывать экспериментальный характер каждого опыта, требующийвнимательного подхода ко всем факторам, обусловливающим его ход. Длянаглядности хода опыта рекомендуется непосредственно на графики прослеживаниянаносить сведения о дебите скважины и контрольное время откачки.

ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ

65. Первичная документация опытной откачкизаключается в записях в журнале всех данных измерений и наблюдений, а такжесоставлении на месте работ указанных в п. 64хронологических графиков. Первичные записи ведет наблюдатель или техник ирегулярно просматривает инженер-гидрогеолог.

В журналах откачки регистрируют все данные,относящиеся к производству опытной откачки, включая подготовку скважин к опыту,оборудование и приборы, применяемые при откачке, результаты прокачки, весь ходоткачки, данные по восстановлению уровня и ликвидации опыта; в задании напроведение откачки указывают те данные, которые помещены в проекте проведенияоткачки.

Опытный журнал считается законченным только приусловии заполнения всех его граф, включая последнюю страницу, где должно бытьзаключение инженера-геолога или гидрогеолога о ходе и качестве опыта.

Следующей стадией обработки является проверка иоформление всего первичного материала и составление сводного листа по опытнойоткачке, который является результирующим документом, с полной обработкойматериала. Состав сводных листов опытных откачек приведен в приложениях3 и 4.

Раздел 6

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОПЫТНЫХ ОТКАЧЕК ФИЛЬТРЫ

66. Фильтры предназначены для предохранения стенокскважины от обрушения. Их устанавливают в песчаных, гравелистых и неустойчивыхскальных породах. К фильтрам предъявляются следующие требования:

а) условия прохождения воды через фильтр должны повозможности приближаться к условиям фильтрации при естественном строенииводоносного слоя;

б) скважность водоприемной поверхности фильтра(отношение суммарной поверхности проходных отверстий к общей площади фильтра),устанавливаемого в центральных или опытных одиночных скважинах, должна быть неменее 20, а для фильтров наблюдательных скважин не менее 5%;

в) конструкция и материал фильтра должныобеспечивать его необходимую прочность и коррозионную стойкость;

г) внутренний диаметр фильтра откачиваемой скважиныдолжен обеспечивать возможность установки водоподъемного оборудования ивыполнения измерений уровня воды при проведении откачки;

д) внутренний диаметр фильтров наблюдательныхскважин должен обеспечивать возможность измерений уровня воды, а также чистки ипрокачки скважины;

е) вынос песка через фильтр (пескование) допустимтолько в первый период откачки или прокачки скважины.

При откачках из одиночных скважин нельзя допускатьбольшого пескования, так как от создания естественного фильтра вокруг скважинызависит расчетное значение коэффициента фильтрации. При кустовых откачкахрасчеты ведут в основном по наблюдательным скважинам, поэтому допускаетсябольший вынос мелких частиц, не составляющих скелета породы. К фильтрамнаблюдательных скважин опытных кустов предъявляют меньшие требования, так каких сопротивление может быть значительно больше, чем у фильтров откачиваемых скважин.

Кратковременный небольшой вынос мелких частиц породыв начале прокачки для фильтра практически необходим, так как в противном случаеможет произойти его кольматация.

67. По конструктивным особенностям различаютследующие основные группы фильтров:

а) дырчатые (трубчатые), изготавливаемые изметаллических труб и имеющие одинарную поверхность фильтрации;

б) сетчатые, имеющие две фильтрующие поверхности:опорный трубчатый каркас и сетчатые или тканые покрытия;

в) специальных конструкций, в которых совсем отсутствуюттрубчатые опорные каркасы или их дополняют другие конструктивные элементы ввиде проволочных спиралей, стержней, колец, насадок;

г) гравийные, которые могут быть опускными(изготавливаемыми на поверхности земли) или создаваться непосредственно встволе скважины.

Кроме металлических фильтров применяют такженеметаллические: с сетками из пластических масс, на основе поливинилхлоридных иполиэтиленовых труб, а также бетонные, фарфоровые, деревянные, керамические идр. [9,35].

Конструкцию фильтров выбирают исходя изгидрогеологических условий исследуемого пласта, а также конструкции скважины иимеющегося насосного оборудования.

При опытных откачках наиболее распространеннымитипами фильтров являются дырчатые, сетчатые с песчано-гравийной обсыпкой и безнее и гравийные.

68. Все фильтры независимо от их конструкции состоятиз отстойника, рабочей части и надфильтровой трубы.

Отстойник, представляющий собой глухую трубу сзакрытым нижним отверстием, служит для оседания остающихся в фильтре частиц.Длину его обычно принимают 1-2 м.

Размеры рабочей части фильтра зависят от мощности иводообильности опробуемого водоносного горизонта, принятой расчетной схемыопытного опробования, производительности насосного оборудования, глубинызалегания интервала опробования и положения уровня подземных вод. В зависимостиот этих условий длина рабочей части фильтра опытной скважины может составлятьот 3 до 10 м, а диаметр 100-250 мм. Диаметр обсадной трубы, в которую опускаютфильтр, должен быть на 50-100 мм больше диаметра фильтра. В наблюдательныхскважинах опытных кустов длина рабочей части фильтра может составлять от 3 до 5м, а диаметр 50-100 мм.

69. Дырчатый фильтр представляет собойперфорированную трубу с круглыми или прямоугольными (щелевыми) отверстиями(рис. 18).

Рис. 18.Дырчатые фильтры с отверстиями:

а - щелевыми; б- круглыми

В практике изысканий дырчатые фильтры обычноизготавливают на месте работ из обсадных стальных труб. Если поверхностьфильтра будет непосредственно контактировать с породой, то размеры отверстийопределяют в зависимости от гранулометрического состава породы по табл. 5, гдекоэффициент неоднородности K_н= d₆₀/d₁₀; d₁₀, d₅₀, d₆₀d_cp определяются по графикугранулометрического состава водоносных пород; меньшие значения коэффициентовпри d_cp и d₅₀ относятсяк мелкозернистым породам, а большие - к крупнозернистым.

Если обсадная труба с перфорацией используется вкачестве опорного каркаса для покрытия сетчатой тканью, то диаметр круглыхотверстий обычно изменяется от 10 до 25, а ширина щели может быть 10-30 мм.Круглые проходные отверстия на трубах располагаются в шахматном порядке. Приразбивке круглых отверстий на фильтрах, изготовленных из стальных труб, вкачестве каркасов для сетчатых фильтров можно пользоваться табл. 6 [9].

Таблица 5

Щелевые отверстия вфильтровых трубах могут располагаться по поясам в простом и шахматном порядкепри наличии поясов связи и без них. Скважность щелевых фильтров колеблется от 6до 40%.

70. Из неметаллических фильтров наиболее применимы приизысканиях щелевые фильтры из винипласта. Они могут иметь скважность до 30%,устойчивы против всех видов коррозии как в кислой, так и щелочных средах, легкоподдаются механической обработке, легки и удобны при транспортировке иустановке, а при Необходимости могут быть раздроблены желонкой или долотом.

Основные данные о трубах из винипласта, выпускаемыхотечественной промышленностью, приведены в табл. 7.

Трубы из винипласта выпускаются длиной от 1,5 до 3м. Соединение труб из пластмасс производится встык, в раструб, а также припомощи металлических и пластмассовых муфт.

Кроме винипласта в фильтрах используют полиэтилен,полипропилен, стеклопластики и другие синтетические материалы.

Таблица 6

Таблица 7

71. Каркасно-стержневыефильтры конструкции В.М. Гаврилко состоят из стальных стержней, приваренных всредней части к опорным кольцам или фланцам, а на концах - к патрубкам снарезкой. Скважность стержневого каркаса может достигать 70%. Такие каркасымогут быть применены для фильтров с проволочной обмоткой или сеткой. В табл. 8приведена характеристика скважности каркасно-стержневого фильтра без учетанезначительного ее сокращения за счет поверхности касания спирали с опорнымиребрами.

Таблица 8

Эти фильтры изготавливаютзвеньями с длиной стержней от 2 до 3,5 м. Стержни располагают по образующейпатрубков на расстоянии 30-40 мм один от другого.

Практически скважность водоприемной поверхностикаркасно-стержневого фильтра с проволочной обмоткой диаметром 2-4 мм обычносоставляет 50-60%.

72. Сетчатый фильтр состоит из следующих элементов:опорного трубчатого или стержневого каркаса; опорной проволоки, намотанной наопорный каркас по спирали, или подкладочной сетки с крупными ячейками;фильтровой сетки, покрывающей каркас и опорную проволоку (подкладочную сетку);накладных планок.

Фильтровые сетки бывают металлические, пластмассовыеи из стекловолокна. Металлические сетки могут быть латунные, медные, бронзовыеи из нержавеющей стали. По типу плетения они подразделяются на квадратные,гладкие (галунные) и киперные (рис. 19).

Рис. 19. Сетки фильтровые:

а - галунная;б - киперная; в - квадратная

Сетка квадратного плетения применяется при откачкеводы из крупнообломочных пород (гравий, галька) или в качестве подкладной(опорной) при опайке фильтров тонкими сетками. Галунная сетка применяется вкрупнозернистых песках. В мелкозернистых и тонкозернистых песках, содержащихглинистые и пылеватые частицы, она легко засоряется, поэтому в таких грунтах ееставить не рекомендует ся. Киперная (саржевая) сетка отличается от галуннойбольшей эластичностью. Сетки киперного плетения употребляются сравнительноредко.

Отечественной промышленностью выпускаетсяпроволочная сетки под названием "Семянка", которую можно использоватьв гравелистых породах или с контуром гравелистой обсыпки в мелкозернистыхпесках.

Пластмассовые сетки из винипласта могут бытьштампованные с круглыми и плетеные с квадратными отверстиями. Штампованныесетки выпускают простые и гофрированные. Круглые отверстия в сетке имеют диаметр2,8 мм, что обеспечивает ей скважность 54-55%. Для фильтров при откачках обычноприменяется гофрированная сетка с высотой гофра 1,8 и 2,5 мм при шагесоответственно 5 и 6 мм.

Большую перспективу имеет применение сеток изкапронового волокна.

Сетка из стекловолокна изготавливается из ткани СТФ(б) с саржевым плетением нитей. Эта сетка может быть использована в водахлюбого химического состава.

Фильтры, в которых применяется стеклоткань, состоятиз опорного каркаса (металлического или пластмассового), подкладочнойгофрированной сетки из винипласта и сетки из стеклоткани, вступающей внепосредственный контакт с грунтом. Сетка из стеклоткани обычно используетсядля оборудования опытных интервалов наблюдательных скважин.

73. К гравийным относятся фильтры, у которыхповерхность, контактирующая с водоносной породой, состоит из искусственновводимого гравия, расположенного вокруг опорных фильтровых каркасов из щелевыхтруб, проволочных, стержневых и др. Гравийные фильтры изготавливают несколькимиспособами.

Для устройства фильтра с гравийной обсыпкой вскважине устанавливают перфорированную трубу, покрытую проволочной обмоткой иликрупной сеткой. Зазор между фильтровой и обсадной трубой должен быть не менее100 мм. Обсыпку производят небольшими интервалами в межтрубное пространство иодновременно поднимают обсадные трубы.

Гравийно-кожуховый фильтр монтируют на поверхностиземли. Он состоит из фильтрового каркаса с крупной сеткой или с проволочнойспиральной обмоткой, на котором продольными рядами на расстоянии 50 мм одна отдругой укреплены деревянные рейки высотой 15-18 и шириной 10 мм. Поверх реекнатягивают крупную сетку квадратного плетения. Пространство между сеткой итрубой заполняют гравием. Соотношения между размером зерен водоносного песка иобсыпки принимают в соответствии с указанными выше рекомендациями.

В корзиночном фильтре против щелевых отверстийфильтровой трубы помещают железные или чугунные воронки, заполненные наповерхности гравием и крупным песком в два-три слоя.

Существуют гравийные фильтры блочного типа,изготавливаемые из гравия, сцементированного клеем БФ-4. Эти фильтрыцелесообразно устанавливать с дополнительным контуром рыхлой гравийной обсыпки.

74. Подбор проходных отверстий в фильтрах долженпроводиться с учетом гранулометрического состава пород, слагающих водоносныйгоризонт, химического состава подземных вод, особенностей конструкции фильтра.

При оборудовании скважин сетчатыми фильтрами размерпроходных отверстий подбирают опытным путем исходя из условия обеспеченияпропуска не, более 80% (по массе) высушенных частиц грунта водоносного пласта.

Размеры проходных отверстий фильтров при ихконтактировании с естественной водоносной породой рекомендуется подбирать,пользуясь табл. 5. Если водоприемная поверхностьвыполнена из однослойной обсыпки, то ширину проходных отверстий определяют поданным, приведенным ниже, из расчета среднего диаметра зерен обсыпки.

При необходимости устройства двухслойной обсыпкиширину проходных отверстий рассчитывают на средний диаметр зерен обсыпкивторого слоя, контактирующего с опорным каркасом.

В водах неустойчивого химического состава, склонныхк выделение осадков, рекомендуется применять фильтры с гравийной обсыпкой,имеющие максимальные размеры проходных отверстий. Кольматаж фильтров иприфильтровых зон подробно рассмотрен в [14].Типы и конструкции фильтров следует подбирать в соответствии со СНиП II-31-74.

75. В песчаных и гравийных грунтах, в которыхсодержание фракций размером до 0,5 мм не превышает 10% (по массе), следуетприменять фильтры без гравийной обсыпки, в остальных рыхлых грунтах -устанавливать фильтры с гравийной обсыпкой (ГОСТ 23278-78).

В качестве обсыпки могут применяться гравий,песчано-гравийнье смеси и песок. Материал для обсыпки фильтров подбирают такимобразом, чтобы в нем было минимальное содержание частиц размером меньшесреднего диаметра фракций водоносного грунта. Чем меньше толщина слоя обсыпки,тем более тщательно сортируют ее материал. Минимальная толщина обсыпки можетсоставлять 50 мм.

Для создания устойчивых скелетов на границе междупородой и гравийной обсыпкой рекомендуется придерживаться следующегосоотношения частиц:

D₅₀/d₅₀ =8÷12,

где D₅₀ - размер частиц, мельче которых в обсыпкесодержится 50%

d₅₀ - размер частиц, мельчекоторых в породе водоносного пласта содержится 50%.

Средние диаметры гравия и породы определяют пографику гранулометрического состава, построенного в полулогарифмическоммасштабе. По опыту работы института Гидропроект при подборе обсыпокрекомендуется использовать пески, имеющие следующий средний диаметр зерна, мм:

Пески:

крупнозернистые ссодержанием частиц размером

1,0-0,5 мм больше 50%                                                                                                       5-8

среднезернистые ссодержанием частиц 0,5-0,25 мм

больше 50%                                                                                                                           2-5

мелкозернистые ссодержанием частиц 0,25-0,10 мм

больше 50%                                                                                                                      1-2

тонкозернистые ссодержанием частиц 0,1 мм и

менее больше 50%                                                                                                               0,5-1

В весьма однородныхмелкозернистых песках рекомендуется устройство фильтров с двухслойной обсыпкой,которая осуществляется с помощью двух колонн безмуфтовых обсадных труб. Обсыпкупроизводят сначала в зазоре между внутренней колонной труб и стенкой скважины,а затем между каркасом фильтра и первым слоем обсыпки.

При устройстве двух- и трехслойных гравийных обсыпокмеханический состав материала слоев подбирают по соотношению D₂/D₁ =4÷6, где D₂и D₁- средние диаметры частиц материала соседних слоев обсыпки.

При установке фильтра с гравийной обсыпкой обнажатьего следует постепенно, поднимая каждый раз колонну обсадных труб на 0,5-0,6 мпосле засыпки в скважину слоя гравия 0,8-1 м по высоте. Верхняя граница обсыпкидолжна быть выше верха водоприемной части фильтра и на 0,5-1 м выше башмакаобсадных труб.

Положение уровня засыпки в скважине проверяют спомощью вспомогательных труб, как это показано на рис. 20.

Рис. 20. Схема проверкиобсыпки в скважине:

1 - обсаднаятруба; 2 - фильтровая колонна; 3 - вспомогательная труба

76. Для устройства прифильтрового пьезометра обычноиспользуют трубу диаметром 15 мм, перфорированную со стороны, обращенной кстенке скважины, и обмотанную сеткой. Для удобства измерений уровня воды вышерабочей части пьезометра при помощи переходника устанавливают трубу большегодиаметра.

Прифильтровый пьезометр следует располагать какможно ближе к стенке скважины. При этом между наружной стенкой фильтра ипьезометром должен быть некоторый зазор, который при установке фильтра вскважине должен заполняться материалом обсыпки или породой опробуемого интервала.

77. Расчет обобщенного сопротивления фильтра иприфильтровой зоны скважины может быть Произведен по формуле Дюпюи для опытнойи затрубной скважины, пробуренной на расстоянии 0,5-1 м от опытной. В этомслучае коэффициент фильтраций пород в фрагменте пьезометр - скважина, которыйхарактеризует состояние пород (гидрохимическое зарастание, заиление) исопротивление фильтра

                                                                                                (63)

где Q - откачиваемый расход воды; r_п -расстояние от оси скважины до пьезометра; r_c- внутренний радиус фильтра; т - мощность пласта; S₀ -понижение уровня воды в скважине; S_п - понижение уровня водыв пьезометре.

При известном коэффициенте фильтрации пород K, может быть рассчитанпоказатель обобщенного сопротивления фильтра и прифильтровой зоны

                                                                                              (64)

При выборе конструкции фильтра необходимо соблюдатьусловие

f≥ Q,

где f - водозахватная способность фильтра,л/с; Q - ожидаемый дебит скважины, л/с.

Водозахватная способность фильтра (предельнодопустимый дебит скважины, м³/сут) в общем случае определяется:

f = v_фF,                                                                                                                   (65)

где v_ф - допустимая скорость фильтрации при входе водыв фильтр (входная скорость), м/с; F - площадь фильтрующей поверхностифильтра (площадь рабочей части), м².

Входная скорость рассчитывается по формуле

                                                                                                             (66)

Диаметр и длина рабочей части фильтра приограниченной потребности в воде определяются по формуле

Q = 3600πdlδ3v_ф,                                                                                                   (67)

где Q - расчетный дебит скважины, м³/ч; d -диаметр фильтра, м; l- длина рабочей части фильтра, м; δ - коэффициент скважности фильтровой сетки (δ = 0,3÷0,4);v_ф -допустимая скорость входа воды в скважину, м/с, определяемая в зависимости отгранулометрического состава породы:

60% зерен размером менее 1мм                                                                        0,002

40% зерен размером менее 0,5 мм                                                                      0,001

40% зерен размером менее 0,25 мм                                                                    0,0005

Число отверстий длядырчатого фильтра устанавливают исходя из требуемой скважности (отношенияплощади отверстий к площади фильтра) и принятого размера отверстий.

НАСОСЫ

78. Если уровень подземных вод не ниже 7 м отповерхности земли, то для откачек применяют поверхностные насосы. С цельюувеличения высоты подъема воды их можно устанавливать в шурфе. Еслидинамический уровень находится на большей глубине, чем высота подъемаповерхностного насоса, то используют глубинные насосы. Техническиехарактеристики наиболее часто применяемых насосов даны в приложении7.

Поверхностные насосы для опытных откачек могут бытькак ручные, так и приводные. Ручные насосы применяют обычно при малых дебитах.Хорошо зарекомендовали себя в работе ручные поршневые насосы БКФ-2 и БКФ-4подачей соответственно 1,4 и 3,5 м³/ч, а также насосные колонки,которые могут обеспечивать подачу от 1,2 до 3,9 м³/ч. Поскольку водаиз скважины должна откачиваться равномерно, нельзя применять при откачкахдиафрагмовые насосы (типа "лягушка"), у которых всасываниепроизводится со значительными перерывами.

Из приводных поверхностных насосов, работающих сдвигателями внутреннего сгорания, рекомендуются насосы С-774 (С-247), С-245, апри наличии электроэнергии - центробежные самовсасывающие насосы.С-798 (С-203),С-66 (С-204) и консольные центробежные насосы типа К. Все эти насосыприспособлены для откачки загрязненных подземных вод. Для откачек могут бытьиспользованы также насосы буровых установок НГР-250/50 с подачей до 15 м³/чдавлением до 5 МПа.

79. При откачках с глубины более 7 м применяютглубинные насосы различных конструкций.

Штанговые насосы бывают простого и двойногодействия. Последние более устойчивы в работе, поэтому их используют при откачкахводы с глубины до 100 м "на-храп". Недостатком штанговых насосовявляется относительно быстрый износ уплотняющих манжет или набивки припесковании скважин, поэтому их используют в основном для откачки чистой воды.Штанговые насосы входят в комплект качалок КЦ-8, „Буровод III", HK-1, НК-2и др.

При наличии электроэнергии чистую воду откачиваютпогружными насосами ЭЦВ 6-7, 2-75; ЭЦВ 6-10-80; ЭЦНВ 8-16-145.

Для откачки воды с содержанием песка и для прокачкискважин могут быть применены сконструированные в Гидропроекте погружные насосыЭПН 4,5-2×30; ЭПН 6-16×50; ЭПН 6-16×75; ЭПН 6-16×110;ЭПН 8-40×100; "Гном".

Из артезианских турбинных насосов наибольшееупотребление получили АТН-8 и АТН-10. Приводная часть этих насосов, состоящаяиз электродвигателя и опорной рамы, устанавливается над скважиной наповерхности, а рабочий узел с всасывающей трубой и напорным трубопроводомпомещается в скважине.

Для опытных работ эти насосы целесообразно применятьтолько при большом дебите чистой воды и большой глубине до динамическогоуровня. Этот тип насосов требует строгой прямолинейности и вертикальностиствола скважины.

80. Водоструйные насосы ПВН-108 и УНВ 127-168сконструированы в ВСЕГИНГЕО (рис. 21). Цифры означают диаметр труб, в которыемогут быть опущены насосы. Их опускают в скважину на бурильных трубах диаметром42 или 50 мм на 1-5 м ниже динамического уровня воды. Водоструйные насосы могутработать при наличии в воде песка; они долговечны в эксплуатации. Недостаткомих является потребность в большом количестве "рабочей воды".

Водоструйные насосы могут быть использованы припроведении зональных откачек из скважин.

Рис. 21.Погружной водоструйный насос ПВН-108:

1 - бурильнаятруба; 2 - переходник; 3 - муфта соединительная; 4 -нагнетательная трубка; 5 - диффузор; 6 - пьезометрическая труба;7 - прижимной фланец; 8 - гидравлический пакер; 9 - фланецкрепления резинового элемента; 10 - камера смешения; 11 -насадка; 12 - корпус

81. Эрлифтная установка состоит из воздушногокомпрессора с двигателем, воздухопроводной и водоподъемной труб и приемногобачка. Применяются три системы расположения труб эрлифта: параллельная (рядом)и две концентрические. При опытных откачках на изысканиях наиболее удобноконцентрическое расположение труб, так как оно позволяет производить откачку изскважин малого диаметра (рис. 22).

Рис. 22. Схемарасположения труб эрлифта:

1 - статическийуровень воды; 2 - динамический уровень

Коэффициент погружения К выражаетсяотношением К = H/h. При оптимальном режиме работы эрлифта K = 2÷2,5. Наименьшеезначение K = 1,4и наибольшее K =3 допускаются только для кратковременной работы эрлифта, например при прокачкескважины.

Технические данные для выбора эрлифта, составленныена основе специальных расчетов различных схем эрлифта, приведены в [13].

По этим данным эрлифты могут изготавливаться наместе, в экспедициях.

Преимущества эрлифтов заключаются в том, что онимогут откачивать загрязнённую воду и не требуют соблюдения вертикальности истрогой прямолинейности ствола скважины. Однако для откачки эрлифтом требуется,чтобы смеситель был погружен на глубину, в 2-3 раза превышающую высоту подъема водыот динамического уровня до точки излива.

Эрлифт не следует применять для длительной откачкиводы с повышенным содержанием неустойчивых растворенных солей железа и др., таккак при насыщении воды воздухом выпадающие из нее соли отлагаются на трубах,уменьшая их сечение.

Вибрационные насосы также позволяют откачивать водулюбой мутности. Вибратор устанавливают на диске, прикрепленном к верхнему концуводоподъемной трубы, нижний конец которой снабжен тарельчатым клапаном. Приработе вибратора колебания передаются водоподъемным трубам и тарельчатомуклапану, который и осуществляет откачку воды.

82. Для опытных откачек с малыми дебитами (менее 0,1л/с) рекомендуется проводить глубинный слив. Для этого необходимо иметьзакрытую снизу глухую трубу со сливным отверстием, мерный сосуд в виде желонки,свободно входящий в глухую трубу, и электроуровнемер, датчик которого укрепленв верхней части мерного сосуда (рис. 23).

Рис. 23.Глубинный слив:

1 - буроваяскважина; 2 - глухая труба со сливным отверстием 3; 4 - датчикэлектроуровнемера; 5 - мерный сосуд; 6 - статический уровеньводы; 7 - динамический уровень

После изоляции опытного интервала в рабочей колоннетруб устанавливают глухую трубу, так чтобы сливное отверстие было нижестатического уровня не менее чем на 2 м. Затем в трубу опускают мерный сосуд стаким расчетом, чтобы верх его был примерно на 0,5 м ниже сливного отверстия.

Момент наполнения мерного сосуда определяетсяпоказанием стрелки уровнемера. Расход откачиваемой воды будет равен отношениюобъема мерного сосуда к периоду его наполнения. Период наполнения сосуда равенпромежутку времени между предыдущим и последующим моментами наполнения мерногососуда.

При отсутствии электроуровнемера мерный сосудизвлекают на поверхность до полного наполнения (что устанавливают опытнымпутем) и количество откачиваемой воды измеряют объемным способом.

Срок извлечения мерного сосуда принимают такой,чтобы он наполнялся водой не полностью, а примерно на 3/4 высоты. Откачку водымерным сосудом продолжают до установления постоянного расхода не менее чем втечение 6-8 ч.

83. Самоизливающиеся скважины оборудуют запорнымприспособлением (рис. 24). Необходимое понижение напора достигается большим илименьшим открытием задвижки. Напорный уровень измеряют в замерных трубках, которыедолжны несколько возвышаться над напорным статическим уровнем.

Рис. 24. Схемазапорного приспособления при самоизливе из скважины:

1 - манометр; 2- труба для измерения напора; 3 - сальник; 4 - фильтроваяколонна; 5 - крышка и сальник; 6 - обсадная труба; 7 -вентиль; 8 - труба для отвода воды

При значительном превышении напорного уровня надповерхностью земли для его измерения пользуются манометром класса точности 1,5.Для определения действительной ошибки при измерении уровня по манометру егопроверяют при различных высотах столба и той же температуре воды, что и приопытном самоизливе. Показания манометра переводят в метры водяного столба.

Если опытный самоизлив производят из трещиноватыхпород с установкой тампона, то закрывают сальником пространство между трубамитампона и обсадными трубами. При оборудовании самоизливающихся скважиннеобходимо следить за тем, чтобы была обеспечена герметичность всей системы, втом числе и изоляция опробуемого интервала водоносного горизонта.

ТАМПОНЫ

84. Тампоны представляют собой устройство дляизоляции опробуемого интервала скальных пород от участков скважины, неподлежащих опробованию. Через тампон проводят зональные откачки из скважин,поэтому диаметр его труб должен быть достаточным для спуска насоса (водоподъемника).

В наиболее распространенных тампонах типа С-1, УДТ-1изоляция интервала достигается с помощью набора колец из мягкой резины, которыеопускают в скважину на колонне труб. При сжатии колец в вертикальномнаправлении с помощью специального нажимного устройства они раздаются встороны, прижимаются к скальным породам и перекрывают зазор между стенкамискважины и трубами. Такой тампон может быть успешно установлен в том случае,если скважина млеет цилиндрическую форму и стенки ее монолитны. Применяют такжетампоны, в которых кольца заменены резиновыми баллонами, разжимаемыми вскважине давлением воздуха или воды. Эти тампоны менее требовательны ксостоянию скважины.

Тампон С-1 состоит из одной колонны труб и нижнегопатрубка с прикрепленной к нему рессорной пружиной (рис. 25), которая приразжатии упирается в стенки скважины и удерживает трубку с тампоном на заданнойглубине. Этот тампон применим в твердых скальных и полускальных породах, вкоторых можно зажать рессорную пружину.

Рис. 25. Схемаустройства головки тампона С-1:

1 -нижняя труба; 2 - внутренняя труба; 3 - металлические шайбы; 4- резиновые кольца; 5 - рессорная пружина; 6 - опорноенеподвижное кольцо

Пневматические и гидравлические тампоны состоят изколонны несущих труб, на нижнем конце которых закреплена резиновая камера (рис.26).

Рис. 26.Пневматический тампон:

1 - нижнийпатрубок тампона; 2 - резиновая камера; 3 - проволочный бандаж; 4- напорный шланг; 5 - трубка

По напорному шлангу малого диаметр и трубке к камереподводится сжатый воздух или вода, которые раздувают ее, в результате чего онаплотно прижимается к стенке скважины и изолирует опробуемый интервал.Преимуществом указанных типов тампонов является большая эластичность и гибкостьбаллонов, что позволяет использовать их для изоляции в скважинах сослабоустойчивыми неровными стенками. К недостаткам их следует отнести малуюпрочность резиновых камер.

После спуска тампона в скважину и обжатия проверяютнадежность изоляции интервала путем кратковременной откачки (прокачки) снаблюдением за изменением уровня воды в затрубье, запуска красящих веществ взатрубье с кратковременной откачкой, подтягивания тампона.

Более подробное описание типов тампонов и условийработы с ними приведено в [26].

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ВОДЫ В СКВАЖИНАХ

85. Правильность измерения уровня воды в скважинахпри опытных откачках имеет весьма важное значение, так как понижение уровнявходит в расчетные формулы для вычисления коэффициентов фильтрации ипьезопроводности. В соответствии с ГОСТ 23278-78измерение уровня воды должно производиться на глубинах до 10 м с точностью до 1см, а на больших глубинах с погрешностью 0,1%. Во избежание ошибок при замерахуровней измерительные приборы должны опускаться в скважину на тросах илистальных лентах, длина которых не изменяется под влиянием сырости и при натяжении.

Для единовременных замеров уровней применяютсяэлектроуровнемеры, и только при их отсутствии в случае неглубокого залеганияподземных вод могут быть использованы хлопушки. Для непрерывных визуальныхнаблюдений за уровнями в наблюдательных скважинах опытного куста наиболеецелесообразно применять дисковые, барабанные и ленточные уровнемеры. Длянепрерывной автоматической записи колебаний уровня существует ряд самописцевразличных конструкций, в том числе и с передачей данных на расстояние. Наиболееприемлемыми для опытных откачек представляются самописцы уровня воды ВСЕГИНГЕОСУВ-3, регистратор уровня ГГП-20.

86. Электроуровнемеры (рис. 27) работают по принципузамыкания водой цепи между датчиком, опускаемым в скважину, и землей (обсаднойтрубой). Уровни измеряют с помощью провода, имеющего разметку через каждыйметр, и линейки с делениями на сантиметры и миллиметры, укрепленной на корпусеуровнемера. Момент касания датчиком воды в скважине определяют помиллиамперметру. Прибор заключен в ящик размером 26×20×12 см.

Рис. 27. Схема устройстваэлектроуровнемера:

1 - барабан; 2 - рейка со шкалой; 3- насосные трубы; 4 - обсадная труба; 5 - гальванометр; 6- батарейка; 7 - трос; 8 - бирка; 9 - датчик

Электроуровнемеры УЭ-75, УЭ-200 конструкцииГидропроекта имеют датчики диаметром 12 мм, что позволяет производить замерыуровней не только в скважинах малого диаметра, но даже в штангах с ниппельнымсоединением.

Существуют также подобные электроуровнемеры ЭВ-1Мконструкции ВСЕГИНГЕО и 0-4 конструкции Остроумова.

В табл. 9 приведены некоторые параметры уровнемеров.

Таблица 9

87. Хлопушка представляетсобой металлический стаканчик или отрезок трубы, закрытый с одного конца,длиной 70-100 и диаметром 15-20 мм. Ее прикрепляют к тросу, размеченному через1 м, или к стальной рулетке, на которых опускают в скважину. В моментсоприкосновения хлопушки с водой раздается глухой звук, по которому определяютуровень воды. Хлопушку применяют при глубине до уровня воды меньше 10 м,точность ее измерений ±3 см.

Гидрорулетка с хлопушкой (рис. 28) выпускаетсязаводами серийно. Хлопушка укреплена на конце тонкого шнура, который размеченметаллическими бирками через 1 м и наматывается на легкий дюралевый барабан. Спомощью тормозного устройства на барабане падение хлопушки может бытьостановлено на требуемой глубине. Для отсчета на барабане имеется металлическаярулетка с сантиметровым делением.

Рис. 28. Гидрорулетка схлопушкой:

1 - шнур; 2- хлопушка; 3 - металлическая рулетка; 4 - барабан; 5 -тормоз

88. Дисковый уровнемер применяется длясистематических замеров в наблюдательных скважинах диаметром 76,5 мм и выше приглубине залегания уровня воды до 20 м. Прибор состоит из алюминиевого диска сошкалой, на которой намотана проволока с поплавком на конце. На одной оси сдиском помещается блочок, на который наматывается нить с прикрепленным к ееконцу противовесом. В воде поплавок балансируется с противовесом, и всякоеизменение уровня вызывает вращение диска в ту или другую сторону. Для отсчетауровня против диска помещается неподвижная стрелка. Один оборот дискасоответствует 50 см. Габариты прибора 20×10×30 см.

89. Уровнемер ВСЕГИНГЕО барабанного типа (УВБ)предназначен для систематических замеров уровней в наблюдательных скважинахглубиной до 100 м с минимальным диаметром 76,5 мм (рис. 29). Масса прибора 3кг. Со шпули противовеса отматывают проволоку такой длины, которая соответствуетнаибольшему колебанию уровня воды в скважине. При повышении или пониженииуровня поднимается и опускается поплавок, вследствие чего вращается цифровойбарабан, который показывает колебания уровня воды в скважине.

Рис. 29.Уровнемер ВСЕГИНГЕО

барабанноготипа: 1 - блочок; 2 - скоба с крепежным болтом; 3 -оголовок; 4 - перекидная проволока; 5 - противовес; 6 -обсадная труба; 7 - поплавок

Существует разновидность барабанного уровнемераУБ-1. Максимальная глубина уровня воды, измеряемая этим прибором, 60 м, масса1,4 кг, точность ±3 мм, габариты 60×38×70 мм.

90. Самописцы для непрерывной автоматическойрегистрации уровня воды состоят из поплавковой системы и пишущего механизма,который записывает колебания уровней на бумажной ленте, надетой на вращающийсябарабан.

Самописец уровня воды ВСЕГИНГЕО СУВ-3 позволяетнепрерывно регистрировать уровень воды в наблюдательных скважинах в течение 7,5сут. Он может быть использован в скважинах диаметром более 70 мм. При масштабезаписи 1:1 точность регистрации уровня воды составляет ±3 мм.

Регистратор уровня воды ГГП-20 предназначен дляавтоматической записи его изменений в наблюдательных скважинах диаметром неменее 76 мм при глубине регистрации уровня воды до 60 м. Точность измеренияуровня этим прибором составляет ±2 см, срок безнадзорной его работы до 60 сут.

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕБИТА ВОДЫ

91. Существует несколько различных приборов дляизмерения дебита откачиваемой воды: мерные сосуды, ротаметры, водомеры,пьезометрические расходомеры, водосливы, электромагнитные (индукционные)расходомеры и др. В соответствии с ГОСТ 23278-78 расходводы при откачке должен измеряться с погрешностью не более 5%.

Мерные сосуды позволяют измерять объем откачиваемойводы через определенные промежутки времени. В процессе этих измерений фиксируютвремя, за которое наполняется мерный сосуд, и вычисляют дебит откачки.

При откачке насосом "на-храп" или эрлифтомвода обычно поступает из скважины неравномерно и с большим содержанием воздуха,поэтому ее сначала направляют в успокоитель, а затем в мерный сосуд.Успокоитель представляет собой водонепроницаемый лоток или ящик, перегороженныйна два или три сообщающихся отделения.

Если при откачке "на-храп" вода поступаетиз скважины относительно равномерно, то для удаления воздуха может бытьдостаточным устройство простого желоба. О степени удаления воздуха из водыможно судить по уменьшению ее объема. Для этого, заполнив мерный сосудоткачиваемой водой, оставляют его в покое на 5-10 мин. Если за это время объемжидкости уменьшится не более чем на 2%, удаление воздуха можно считатьпрактически достигнутым.

Для обеспечения необходимой точности измерений объеммерного сосуда должен быть таким, чтобы он заполнялся не быстрее чем за 30 с ине дольше чем за 5 мин. При расходах более 1 л/с рекомендуется пользоватьсябаком соответствующей вместимости с отверстием и краном внизу для выпуска воды,что позволяет опорожнять его без переворачивания.

Время наполнения мерного сосуда водой замеряетсясекундомером. При заполнении сосуда более чем за 1 мин допускается измерятьвремя по часам, имеющим секундную стрелку.

Во избежание ошибок каждое определение дебитаследует повторять 3 раза, принимая за истинный дебит среднее арифметическоезначение. Время наполнения сосуда при всех замерах не должно отличаться болеечем на 5%.

Дебит самоизливающейся скважины определяетсяобъемным способом или по высоте фонтана (струи) над торцом трубы. В последнемслучае он вычисляется по следующей приближенной формуле (с точностью до 6%):

                                                                                                           (68)

где Q - дебит скважины, л/с; d - внутренний диаметртрубы, дм; L - высота фонтана от края трубы, дм.

Имеются специальные таблицы для определения дебитасамоизливающихся скважин в зависимости от высоты струи и диаметра трубы [31].

92. Для измерения расходов более 10 л/с обычноиспользуют водосливы трапецеидального, прямоугольного и треугольного сечений.

Расход воды на водосливе, л/с, определяют поформулам:

для трапецеидального водослива

                                                                                                        (69)

для прямоугольного

                                                                                                          (70)

для треугольного

                                                                                                          (71)

где b - ширина водослива в основании, см; h - высота уровня воды передводосливным ребром, см.

Таблицы для определения расхода воды с помощьюразличных типоразмеров водосливов даны в [31].

В Гидропроекте сконструирован мерный бак, в стенкукоторого вмонтирован треугольный водослив.

93. Ротаметры типа PC могут применяться дляизмерения, расхода откачиваемой воды в пределах 0,00025-3 м³/ч сточностью до 2,5%. Устройство ротаметра (рис. 30) основано на уравновешиваниимассы поплавка восходящим потоком жидкости, действующим на тело поплавка снизу.При движении воды через трубку среднее давление над поплавком меньше, чем подним, вследствие чего возникает подъемная сила. Как только подъемная сила станетравной массе поплавка, наступит равновесие и поплавок остановится околоопределенного деления условной шкалы прибора. Косые прорези в верхней частипоплавка обеспечивают ему вращательное движение в центре потока без касания кстенкам трубки.

Рис. 30. Схема устройстваротаметра:

1 - установленная вертикальноконусная трубка; 2 - поплавок; 3 - косые прорези в верхней частипоплавка; 4 - шкала

В паспорте к прибору приложены таблицы и графики дляопределения расхода в зависимости от показаний по условной шкале. Прибор можетработать в воде, не содержащей песчаных частиц.

Ротаметры пока редко применяют на опытных откачках,но большая точность, широкие пределы изменения расхода, а также простота схемыприбора позволяют предполагать, что в будущем они найдут широкоераспространение.

94. Водомер имеет устройство, фиксирующее суммарныйобъем прошедшей через него жидкости. Водомеры применяют при измерении расходаводы более 0,2 л/с и только в том случае, если вода не имеет взвешенных частици не насыщена воздухом. Струя воды, проходящей через водомер, должна бытьнепрерывной и поступать без толчков. Водомер должен находиться нагоризонтальном прямолинейном участке трубопровода длиной 8-10 диаметров трубыперед прибором и 6-8 диаметров за прибором. При работе водомера на слив воды ксливному концу трубопровода присоединяют колено, чтобы прибор был полностьюзаполнен водой (рис. 31).

Рис. 31. Схемаустановки водомера:

d - диаметртрубопровода

Во избежание чрезмерной нагрузки прибора придлительной откачке воду через водомер пускают только на время определениядебита, а в промежутках сбрасывают минуя его.

Для измерения дебита берут разность двух отсчетов поводомеру и делят ее на промежуток времени между отсчетами. Параметры наиболеераспространенных водомеров приведены в табл. 10. Точность измерения ими ±2%.

Таблица 10

95. Для измерения расходовоткачиваемой воды могут применяться и пьезометрические расходомеры, состоящиеиз сливной трубы, диафрагмы, установленной в конце трубы, и пьезометрическойтрубки, установленной перед диафрагмой. Расход воды определяется по уровню водыв пьезометрической трубке. В отличие от скоростных водомеров пьезометрическийрасходомер показывает дебит откачки в данный момент, но не отсчитывает объемапротекшей через него воды. Наименьший расход, возможный для измерениярасходомером со сливной трубкой диаметром 53 мм и диафрагмой с отверстиемдиаметром 28 мм, составляет 1,98 м³/ч. Наибольший расход при той жедиафрагме 4,32, а при диафрагме с диаметром отверстия 33 мм 6,3 м³/ч.

96. Электромагнитные (индукционные) расходомерыоснованы на изменении электродвижущей силы, которая индуцируется в измеряемомпотоке жидкости под действием внешнего магнитного поля.

В поток помещается только датчик прибора бездвижущихся частей. Приборы эти весьма перспективны для измерения расходовоткачиваемой воды. Параметры некоторых из них приведены в табл. 11.

Таблица 11

97. Прибор ГГП-40предназначен для комплексного измерения: регистрации дебита и понижения вцентральной скважине. Прибор измеряет и автоматически фиксирует расход воды до150 м³/ч и понижение уровня до 20 м. Погрешность измерения у прибора±2,5%. Регистрация дебита иуровня во времени производится самописцем на диаграммной ленте. Приборразработан Министерством геологии СССР.

ПРИЛОЖЕНИЕ1

Сводные таблицы формул для определения коэффициентафильтрации

Условныеобозначения к формулам, приведенным в приложении1:

К - коэффициент фильтрации, м/сут;

Q - дебит скважины, м³/сут;

т - мощность водоносного пласта в случаенапорных вод, м;

Н - мощность водоносного пласта безнапорныхвод или значение средней мощности водоносного пласта по данным всех скважинкуста до начала откачки, м;

h₀ - высота столба воды вцентральной скважине, считая от водоупора, м;

h₁ - высота столба воды в первойнаблюдательной скважине, считая от водоупора, м;

h₂ - высота столба воды во второйнаблюдательной скважине, считая от водоупора, м;

l₀- длина фильтра водоприемной части скважины, из которой производится откачка,м;

l'₀- длина незатопленного фильтра - отрезок фильтра от статического уровня вфильтре или прифильтровом пьезометре до низа фильтра (l'₀ = S₀+ i₀),м;

r₀- радиус водоприемной части скважины (фильтра), м;

r₁- расстояние от первой наблюдательной скважины до центральной, м;

r₂- расстояние от второй наблюдательной скважины до центральной, м;

R- радиус влияния откачки, м;

S₀ - понижение уровня воды вскважине, из которой производится откачка, м;

S₁, S₂ -понижение уровня воды соответственно в первой и второй наблюдательныхскважинах, м;

S_омакс- максимальное понижение уровня воды в скважине, м;

t - время от начала восстановления уровня,сут;

b- расстояние от центральной скважины до берега водоема, м;

ρ₀- расстояние от центральной скважины до ее зеркального отображения относительноводоема (ρ₀= 2b), м;

ρ₁,ρ₂- расстояния соответственно от первой и второй наблюдательных скважин дозеркального отображения центральной скважины, м;

O- расстояние от статического уровня до верхнего конца фильтра, м;

О_д - расстояние от верхнего концафильтра до дна реки, м;

ξ₀, ξ_1,ξ₂ - значения фильтрационных сопротивлений, учитывающиесоответственно несовершенство центральной, первой и второй наблюдательныхскважин (определяются по табл. 4 с учетом рекомендаций п. 22);

ς - коэффициент, зависящий от размещенияфильтра в пласте (для фильтра, примыкающего к кровле или подошве водоупорногопласта, ς = 1; для фильтра, не примыкающего к водоупору, ς = 2).

Откачки из скважин, расположенных вдали от водоема(неограниченный в плане пласт)

Откачкииз совершенных скважин

Таблица1.1

Таблица 1.2

Откачкииз несовершенных скважин

Откачки из скважин, расположенных вблизи водоема, приотсутствии кольматации его дна

Рис. 32. Планразмещения скважин:

Ц - центральнаяскважина; Ц' - зеркальное отображение центральной скважины относительноводоема; Н₁ и Н₂ - наблюдательныескважины; ρ₀, ρ₁, ρ₂- расстояния от наблюдательных скважин до зеркального отображения центральнойскважины; b - расстояние отцентральной скважины до берега водоема

Таблица 1.3

Кустовыеоткачки из совершенных скважин

Таблица 1.4

Кустовыеоткачки из несовершенных скважин

Таблица 1.5

Подрусловыеодиночные откачки

ПРИЛОЖЕНИЕ2

Примерырасчета гидрогеологических параметров

2.1.РАСЧЕТ ПО ФОРМУЛАМ (32)-(34)

Внапорном водоносном горизонте проведена кустовая откачка из центральнойскважины при постоянном дебите, равном 1200м³/сут [13].Наблюдательная скважина расположена в 50 м от центральной.

Результаты откачки приводятся в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Требуется определитькоэффициенты водопроводимости и пьезопроводности.

Поданным таблицы строим график зависимости S₁= f(lg t) (рис. 33).

Рис. 33. Графикзависимости S₁ = f(lg t)

Изграфика находим А = 2,42. Пользуясь формулой (32), определяем С по точкам М и N, взятым произвольно на прямой,

C = (2,61 - 2,51)/(0,2 - 0,1) = 0,1/0,1 = 1.

Затем по формулам (33)и (34) определяем коэффициентыводопроводимости и пьезопроводности:

Km = 0,183·1200/1,0 = 220 м²/сут;

lg a= 2·1,7 - 0,35 + 2,42/1,0 = 5,47

откуда a = 3·10⁵м²/сут.

2.2.РАСЧЕТ ПО ФОРМУЛАМ (27)-(28)

Напорныйводоносный горизонт представлен мелкозернистыми песками мощностью 20 м. Пробнаяоткачка была произведена с постоянным дебитом, равным 800 м³/сут.Наблюдения за уровнями велись в скважине, расположенной в 50 м от центральной,и дали следующие результаты:

t₁= 30 мин = 0,02 сут; S₁= 1,5 м;

t₂= 60 мин = 0,04 сут; S₂= 1,95 м.

Требуетсяопределить коэффициенты фильтрации и пьезопроводности. Для этого находим отношениепонижений S₂/S₁= 1,95/1,50 = 1,3.

Затем,задаваясь несколькими значениями а, определяем значения отношений

при a = 1·10⁴

при a = 1·10⁵

при a = 1·10⁶

при a = 1·10⁷

Строимграфик зависимости полученных отношений от а (рис. 34). Из графика позначению отношения S₂/S₁= 1,3 определяем а = 7,5·10⁵ м²/сут. По формуле (28)вычисляем

откуда К= 112/20 = 56 м/сут.

Рис.34. График зависимости а от S₂/S₁.

2.3.РАСЧЕТ ПО ФОРМУЛАМ (П4) и (28)

Кустскважин состоит из одной центральной и двух наблюдательных. Мощность напорноговодоносного пласта m=14,5 м, радиус центральной скважины r₀= 0,084 м, расстояние от первой наблюдательной скважины до центральной r₁= 2 м, от второй r₂= 10 м. Откачка велась на одно понижение. Требуется определить коэффициентыфильтрации и пьезопроводности.

Поданным, зафиксированным в конце откачки, когда дебит скважины был Q=1,9 м³/сут, понижение в центральной скважине S₀ =7 м, а понижение в первой наблюдательной S₁ = 3,66 м,рассчитываем коэффициент фильтрации по формуле (П4)

Затемв формулу (28) подставляем данныеоткачки на момент времени t = 1,83 сут, когда в журнале опытнойоткачки были зафиксированы дебит Q = 2,1 м³/сут и понижениево второй наблюдательной скважине S₂ = 1,36 м:

откуда

Потаблице приложения 6 находим, что полученному значению функции  соответствуетзначение 0,06, т.е.

Подставляяизвестные значения, определяем:

2.4.РАСЧЕТ ПО ФОРМУЛЕ (П19)

Кустиз трех скважин заложен в напорном водоносном горизонте мощностью m = 9,65 м. Все скважины примыкают книжнему водоупору. Расстояния от первой и второй наблюдательных скважин доцентральной соответственно равны: r₁ = 2,9 и r₂= 8,9 м, длина фильтра в центральной скважине l₀= 4 м. При понижении уровня воды в центральной скважине S₀= 3,48 м, в наблюдательных S₁= 2,13 м и S₂= 1,99 м. Дебит при откачке Q = 466,6 м³/сут. Требуетсяопределить коэффициент фильтрации.

Определивотношения l₀/m=0,41; m/r₁= 3,3 и m/r₂= 1,08, найдем по табл. 4 коэффициентынесовершенства скважин ξ₁ ≈ 0,81 и ξ₂≈ 0,07.

Подставивв формулу (П19) известные значения, получим:

Таккак значение r₂близко к мощности водоносного горизонта, поправка на несовершенство ξ₂= 0,07 несущественна и могла бы не учитываться (п.23).

2.5.РАСЧЕТ ПОНИЖЕНИЯ В СКВАЖИНЕ ВБЛИЗИ ВОДОЕМА

Вконце откачки уровень воды в скважине понизился на 1,5 м по отношению кначальному статическому уровню. За это время по данным наблюдений за режимомподземных вод произошло понижение статического уровня в районе откачки подвлиянием колебания уровня в водоеме на 0,05 м. Требуется определить фактическоепонижение, вызванное откачкой.

Всоответствии с п. 14 настоящего Руководствафактическое понижение определится расчетом: 1,5 - 0,05 = 1,45 м.

ПРИЛОЖЕНИЕ3

Состав сводного листа обработки результатов опытнойоткачки из одиночной скважины

1.Разрез и конструкция скважины.

2. Схематический план расположения скважины.

3.Общие данные по оборудованию опытной скважины (водоносный горизонт, скважина,фильтр, тампон).

4.Технические данные насоса, двигателя, измерительных приборов, отвода воды.

5.Графики изменения понижений уровня воды во времени в опытной скважине,прифильтровом пьезометре и в реке S = f(t).

6.График изменения понижения уровня воды во времени в полулогарифмическоммасштабе S = f (lgt).

7.График изменения расхода откачиваемой воды во времени Q = f(t).

8. Таблица замеров восстановления уровней воды послепрокачки и откачки (дата, время замера, время от начала восстановления, уровеньводы в опытной скважине и пьезометре - глубина и абсолютная отметка).

9.Таблица для построения графиков зависимости дебита и удельного дебита отпонижения Q= f (S) и g = f(S) (номер понижения, понижение в скважине ипьезометре, дебит, удельный дебит).

10.График зависимости дебита от понижения (составляется при откачке с несколькимипонижениями).

11. График зависимости удельного дебита от понижения(составляется при откачке с несколькими понижениями).

12.Графики временного прослеживания уровня (строятся в соответствии с таблицамипп. 15 и 16 настоящего приложения).

13.Таблица гранулометрического состава пород опробуемого интервала.

14.Таблица химического состава воды (номер пробы, дата отбора, интервал, способотбора, сухой остаток, ионный состав, формула Курлова).

15. Таблицы для построения графиков временногопрослеживания восстановления уровня после откачки:

а)для случая, когда длительность откачки 0,1 Т₀ больше периодавосстановления уровня t:

НАПОРНЫЕВОДЫ, ГРАФИК S*- lgt

БЕЗНАПОРНЫЕВОДЫ, ГРАФИК S* (2H - S*) - lgt

б) для случая, когда длительность откачки 0,1 Т₀меньше периода восстановления уровня t:

НАПОРНЫЕВОДЫ, ГРАФИК S*- lg [t/(T₀+ 1)]

БЕЗНАПОРНЫЕВОДЫ, ГРАФИК S* (2H - S*) - lg[t/(T₀+ t)]

16. Расчетные таблицы длясоставления графика временного прослеживания восстановления уровня воды:

а)для случая, когда длительность откачки 0,1 T₀больше периода восстановления уровня t:

НАПОРНЫЕВОДЫ, ГРАФИК S*- lgt

БЕЗНАПОРНЫЕВОДЫ, ГРАФИК S* (2H - S*) - lgt

б) для случав, когда длительность откачки 0,1 Т₀меньше периода восстановления уровня t:

НАПОРНЫЕВОДЫ, ГРАФИК S*- lg [t/(T₀+ t)]

БЕЗНАПОРНЫЕВОДЫ, ГРАФИК S*(2H - S^*)-

17.Таблица результатов расчета коэффициентов фильтрации

Продолжениетаблицы

ПРИЛОЖЕНИЕ4

Состав сводного листа обработки результатовкустовой откачки

1. Разрез и конструкцияцентральной скважины.

2. Схематический план расположения куста скважини скважин в кусте.

3. Геологические разрезы опытного куста получам.

4. Общие данные по оборудованию опытного куста(водоносный горизонт, скважины, фильтры, тампон).

5. Технические данные (насос, двигатель,измерительные приборы, отвод воды).

6. Графики изменения понижений уровня воды вовремени в центральной скважине, прифильтровом пьезометре, в наблюдательныхскважинах и реке.

7. Графики изменения понижения уровня воды вовремени в полулогарифмическом масштабе S = f(lgt).

8. Графики изменения расхода откачиваемой водыво времени

9. Таблица замеров понижения уровня воды внаблюдательных скважинах в процессе откачки (дата, время замера, время отначала откачки, глубина и абсолютная отметка уровня воды).

10. Таблица замеров восстановления уровня водыпосле откачки (дата, время замера, время от начала откачки, глубина иабсолютная отметка уровня воды).

11. Таблица для построения графиков временногопрослеживания уровня воды в наблюдательных скважинах (см. приложение3, п.15):

а) понижение уровня воды в процессе откачки;

б) восстановление уровня воды после откачки/

12. Графики временногопрослеживания уровня воды в наблюдательных скважинах:

а) понижение уровня в процессе откачки S- lgt;

б) восстановление уровня после откачки S^*- lgt.

Аналогично ведется обработка для случаев: S(2H- S) - lgt и S^* - lg[t/(T₀+ t)]

13. Расчетные таблицы для графиков временногопрослеживания:

а) понижение уровня воды в процессе откачки S-lgt

б) восстановление уровня воды после откачки S^*- lgt;форма расчетной таблицы та же, что и для предыдущего п. 13 а с заменой S₂и S₁на S₂^*и S₁^*

14.Таблица для построения графика площадного прослеживания уровня S-lgr

15.Расчетная таблица для графика площадного прослеживания понижения уровня S-lgr

16. Расчетные таблицы для графиков комбинированногопрослеживания:

а) понижение уровня в процессе откачки S-lg(t/r²)

б) восстановление уровня после окончания откачкиS^*- lg(t/r²)форма расчетной таблицы та же, что и для 16а с заменой S₂и S₁на S₂^*иS₁^*.

17.График площадного прослеживания понижения уровня в наблюдательных скважинах S- lgr. График строится в полулогарифмическоммасштабе; по оси ординат откладываются значения S, м, а по оси абсцисс -r и lgr.

18.Таблицы для построения графиков комбинированного прослеживания :

а)понижения уровня в процессе откачки S-lg(t/r²);

б)восстановления уровня после окончания откачки S^*- lg(t/r²).

19.Графики комбинированного прослеживания:

а)понижения уровня в процессе откачки S-lg(t/r²);

б)восстановления уровня после окончания откачки S^*- lg(t/r²).

Графикистроятся в полулогарифмическом масштабе, по оси ординат откладываютсясоответственно S и S^*, а по оси абсцисс - t/r²и lg(t/r²).

20.Таблица гранулометрического состава пород опытного интервала.

21.Таблица химического состава воды.

22.Таблицы результатов расчета коэффициента фильтрации: а) по формуламустановившегося режима

 

Продолжениетаблицы

Продолжениетаблицы

б)по формулам неустановившегося режима

ПРИЛОЖЕНИЕ5

Таблица функцийБесселя K₀ (α)

Примечание. При α < 0,1 K₀(α) ≈ - [0,577 + ln(α/2)]; при α > 5 K₀(α) ≈ e^-α

ПРИЛОЖЕНИЕ6

Таблицазначений интегральной показательной функции

E_i(-x) при х = r²/(4at) = 0÷∞

ПРИЛОЖЕНИЕ7

Технические данные насосов для опытных откачек

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Биндеман Н.Н., Язвин Л.С. Оценкаэксплуатационных запасов подземных вод. - М: Недра, 1970.-215 с.

2. Боревский Б.В., Самсонов Б.Г., ЯзвинЛ.С. Методика определения параметров водоносных горизонтов по даннымоткачек. - Изд. 2-е. - М.: Недра, 1979.-328 с.

3. Боревский Б.В., Хордикайнен М.А.,Язвин Л.С. Разведка и оценка эксплуатационных запасов месторожденийподземных вод в трещинно-карстовых пластах. - М.: Недра, 1976.-248 с.

4. Бочевер Ф.М. Теория ипрактические методы расчетов эксплуатационных запасов подземных вод. - М.:Недра, 1968. - 328 с.

5. Веригин Н.Н. Методы определенияфильтрационных свойств горных пород. - М.: Госстройиздат, 1962. - 180 с.

6. Гидродинамические ифизико-химические свойства горных пород/Н.Н. Веригин и др. - М.: Недра, 1977. -272 с.

7. Гавич И.К. Некоторые вопросынеустановившейся фильтрации в анизотропных пластах. - Труды координационныхсовещаний по гидротехнике, 1966, вып. 25, с. 272 - 285.

8. Гавич И.К. Определениепараметров анизотропного пласта по данным опытных работ и моделирования вусловиях неустановившегося движения. - Труды координационных совещаний погидротехнике, 1970, вып. 48, с. 102-116.

9. Гаврилко В.М., Алексеев В.С.Фильтры буровых скважин. - Изд. 2-е. - М.: Недра, 1976. - 344 с.

10. Гринбаум И.И. Геофизическиеметоды определения фильтрационных свойств горных пород. - М.: Недра, 1965. -187 с.

11. Гринбаум И.И. Расходометриягидрогеологических и инженерно-геологических скважин. - М.: Недра, 1975. - 271с.

12. Гылыбов М.М. Определениегидрогеологических параметров пласта в условиях неустановившегося движенияподземных вод. - Известия вузов, 1966, № 7, с. 87 - 93.

13. Инструкция и методическиеуказания по определению коэффициентов фильтрации водоносныхпород методом опытных откачек из скважин. И-38-67. - М.: Энергия, 1967. -184 с.

14. Инженерно-геологическиеизыскания для строительства гидротехнических сооружений/ Е.С. Карпышев,Л.А. Молоков, Г.К. Маменко и др. - М.: Энергия, 1980. - 344 с.

15. Керкис Е.Е. Методы изученияфильтрационных свойств горных пород. - Л.: Недра, 1975.- 232 с.

16. Лыкошин А.Г. Павловская плотинана р. Уфе. - В кн. : Геология и плотины. Т. 1. - М.: Госэнергоиздат, 1959, с.35 - 60.

17. Лыкошин А.Г. Карст игидротехническое строительство. - М.: Стройиздат, 1968. - 184 с.

18. Лукнер Л., Шестаков В.М.Моделирование геофильтрации. - М.: Недра, 1976. - 408 с.

19. Маменко Г.К., Федоров Д.В. Основноенаправление гидрогеологических исследований при изысканиях под гидротехническоестроительство. - Труды Гидропроекта, 1972, вып. 23, с. 194 - 201.

20. Методы геофизики вгидрогеологии и инженерной геологии (Методическое руководство). - М.: Недра,1972. - 296 с.

21. Мироненко В.А., Шестаков В.М.Теория и методы интерпретации опытно-фильтрационных работ. - М.: Недра, 1978. -328 с.

22. Монастырский Л.А. Определениерасчетного коэффициента фильтрации при подсчете эксплуатационных запасов водбереговых водозаборов. - Разведка и охрана недр, 1968, № 5, с35 - 39.

23. Поиски и разведка подземных воддля крупного водоснабжения/ Под ред. Н.Н. Биндемана. - М.: Недра, 1969. - 328с.

24. Рекомендации по определениюфильтрационных характеристик горных пород в зоне неполного водонасыщенияметодом нагнетания воздуха в скважины при инженерных изысканиях в строительстве.- М.: Стройиздат, 1976. - 24 с.

25. Рекомендации по применениюводоподъемников для гидрогеологических исследований при производствеинженерно-геологических изысканий в строительстве. - М.: Стройиздат, 1974. - 56с.

26. Руководство по определениюводопроницаемости скальных пород методом опытных нагнетаний воды в скважины.П-656-75. - М.: Энергия, 1978. - 48 с.

27. Руководство по определениюсостава и объема инженерно-геологических изысканий для гидротехническогостроительства. П-651-74. - М.: Энергия, 1974.-110 с.

28. Ряполова В.А. Методическиеуказания по геофизическим методам исследования скважин на изысканиях железныхдорог. - М.: Оргтрансстрой, 1962. - 25 с.

29. Самсонов Б.Г. Рекомендации пообработке результатов опытных работ не основе уравнений неустановившегосядвижения. - Труды Второго гидрогеологического управления Мингео СССР, 1969,вып. 5, с. 104 - 108.

30. Силин-Бекчурин А.И. Специальнаягидрогеология. - М.: Госгеолиздат, 1961. - 397 с.

31. Справочник гидрогеолога/ Подобщей редакцией М.Е. Альтовского. - М.: Госгеолиздат, 1962. - 616 с.

32. Справочное руководствогидрогеолога: Изд. 3-е. Т. 1/ Под ред. В.М. Максимова. - Л.: Недра, 1979. - 512с.

33. Справочное руководствогидрогеолога: Изд. 3-е. Т. 2/ Под ред. В.М. Максимова. - Л.: Недра, 1979. - 296с.

34. Техника проведения и методикаобработки опытно-фильтрационных работ. - м.:ВСЕГИНГЕО, 1969. - 186 с.

35. Указания по проектированиюсооружений для забора подземных вод (СН 325-65) - М.: Стройиздат, 1966. - 88 с.

36. Хохловкин Д.М. Глубинные насосыдля водопонижения и водоснабжения. - M.: Недра, 1971. - 264 с.

37. Шестаков В.М. Динамика подземныхвод: Изд. 2-е. - М.: Изд-во МГУ 1979. - 368 с.

38. Шестаков В.М., Кравченко И.П.,Пашковский И.С. Практикум по динамике подземных вод: Изд. 2-е. - М.: Изд-воМГУ, 1975. - 270 с.

содержание