專利名稱：弱含水層滲透系數(shù)快速測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以泰斯公式地下水非穩(wěn)定流理論，進行調(diào)研，論證，推導和選擇滲透系數(shù)計算公式，并制定與之相適應的嚴格試驗工藝，設備和測試儀器，應用于工程勘察技術(shù)領(lǐng)域中。對弱含水層水文地質(zhì)參數(shù)滲透系數(shù)進行快速測試的方法。
當今對弱含水層滲透系數(shù)的研究及應用在第四屆國際水文地質(zhì)研討會上，已列為重點開發(fā)項目，但對滲透系數(shù)快速測定技術(shù)的研究，開發(fā)與利用僅有少量報道，未見在工程勘察中應用;1967年美國庫泊使用瞬間從地下水中取出固體物的方法，用壓力傳感器，間隔3秒量測地下水恢復水位。
利用公式H＝8HO＊α/π2∫∞0exp(-βu2/α＊du/u△u)△u＝[uJO(u)-2αJ1(u)]2+[uy0(u)-2αy1(u)]2H/HO＝3＊α/π2∫∞0exp(-βu2/α＊du/u△u)α＝r2S/r2Cβ＝Tt/r2Crs-井孔半徑rc-水位波動段套管半徑T-導水系數(shù)S-儲水系數(shù)u-積分變量J0-零階一類貝塞爾函數(shù)J1-一階一類貝塞爾函數(shù)Y0-零階二類貝塞爾函數(shù)
Y1-一階二類貝塞爾函數(shù)exp-指數(shù)函數(shù)H-動水位HO-初始水位t-時間。編制圖版與實例曲線對比求地層滲透系數(shù)K。
1983年，長春地質(zhì)學院對松遼油田淺層砂礫石含水層滲透系數(shù)的測定是利用了相類似的方法，但在數(shù)據(jù)處理上采用線性化方法和雙曲線進行對比，直接求地層的滲透系數(shù)。其方法是使用了拉普拉斯方程的特解，井函數(shù)表達式并采用了誤差分析，用近似式來求解，得出地層的滲透系數(shù)。
以非穩(wěn)定流理論發(fā)展起來的一些快速測試方法，是建立在一定的滲流漏斗，用不變水量或不變降深為假設條件，用抽水法或恢復法，其計算采用疊加原理來完成;這種測試方法需較長的試驗時間，關(guān)鍵問題是測量水位和時間不同步，且現(xiàn)場就不具備測量水位和時間同步的試驗條件，工期和設備要求很高，更重要的是，大量的測試數(shù)據(jù)未被利用，缺少回歸分析處理方法;以非穩(wěn)定流試驗中的井函數(shù)編制的量版實際應用時誤差較大;要求在試驗過程中，形成較強的地下滲流，受對數(shù)觀測曲線要求，要有幾個對數(shù)周期，而需很長的觀測時間，形成S-t序列，才能進行計算，這種計算和試驗方法，周期長，設備要求高，消耗大，測量精度差，均是現(xiàn)有技術(shù)難以解決的理論和實踐問題。
本發(fā)明的目的。是提供一種在工程勘察現(xiàn)場，快速測定地層滲透系數(shù)的方法和在弱含水層中的試驗技術(shù)及工藝以克服上述缺陷。
本發(fā)明采用的解決方案是在于瞬間形成人工滲流場，用智能儀器自動記錄水位隨時間的變化;利用數(shù)學物理方程中的熱傳導理論即拉普拉斯方程的特解，來反映滲流場的數(shù)學模型，即用源函數(shù)所表示的物理場再現(xiàn)人工滲流場，表征井中水位隨時間的空間分布;根據(jù)誤差理論，采用線形化方法推導出適合工程應用的特征解，建立快速測定試驗方程，即水位和時間變化的方程，通過作圖，回歸解析，以及瞬時斜率控制并制定出與之相適應的嚴格試驗工藝、設備和測試儀器，成為快速測定弱含水層滲透系數(shù)的系統(tǒng)方法。
本方法首先應用了井中非穩(wěn)定流的地下水運動理論，在地下水非穩(wěn)定流過程中，隨著時間推移井中水位隨時間和空間變化狀態(tài)，與點熱源形成的溫度場分布相似，即水力狀態(tài)可用熱力學狀態(tài)比擬，這種δ函數(shù)的源函數(shù)具有嚴格的完整的數(shù)學解和推論。
快速測定方法是使用自動記錄的智能儀器和有效的止水閥配套使用，保證了該測試方法的實施，并與之相適應的一套完整的工藝，和工藝配套形成系列的測試方法。
為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明提出利用一次提水形成的瞬間人工滲流場的水位動態(tài)序列，用智能儀器自動記錄實時測量水位和時間形成S-t的觀測序列，根據(jù)拉普拉斯方程的特征解vS＝-exp(-r＊r/4at)4πKmt式中V-水體積t-時間K-滲透系數(shù)m-含水層厚度r-井孔過濾器半徑a-水力傳導系數(shù) 利用誤差分析求滲透系數(shù)K本項技術(shù)利用線性化方法，即在直角坐標系中作S＝B＊1/t曲線求解其回歸系數(shù)，直線斜率[B]，根據(jù)公式K＝V/4π[B]M＊1/t求滲透系數(shù)，然后用B-t瞬時斜率與t軸平行線段所反映的B值對比較核，根據(jù)工程需要選擇適合的B值。
本發(fā)明的測定方法與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有下列優(yōu)點1)測定迅速，并與電子技術(shù)微機控制相結(jié)合;2)解決了現(xiàn)有技術(shù)中耗費時間長，設備要求高，測量精度差的問題，以及在試驗過程中不能實時測量，水位和時間不同步的重大難題。
本發(fā)明的測試試驗，使用自動記錄的智能儀器和有效的球形止水閥(見附圖
)，使測量水位和時間同步，誤差＜3‰。通過對比試驗，與現(xiàn)有常規(guī)方法作比較，誤差在±20%的占78%，最大誤差為56%，為保證本方法的準確實施，有一套嚴格的工藝與之配套，形成系列測試計算方法。
本發(fā)明的測試方法，是在瞬間完成，這種井輻射的平面流，可適用于各種井型及承壓、潛水應用于鉆孔所揭露的含水層。
由于上述解決方案中，采用了地下水測試的系統(tǒng)方法，可以大大縮短勘測周期，減少投資，提高了地層滲透系數(shù)的精度和測試的可靠性。其可靠的理論基礎便于在工程勘察中應用和推廣。
本發(fā)明的實施步驟如下1.快速瞬時，提水應用球形止水閥，可保證準確有效的提水量;
2.利用智能儀器自動記錄水位，實時采集儲存顯示地下水的深度;
3.繪制S-1/t曲線;
4.采用直線化方法，求過原點的S-1/t曲線的斜率B;
5.詳細分析現(xiàn)場鉆探日志，確定含水的地層，制定含水性判定標準，確定含水層及其厚度。
權(quán)利要求
1.一種應用于工程勘察技術(shù)，對弱含水層水文地質(zhì)參數(shù)，滲透系數(shù)快速測定方法和在弱含水層中的試驗技術(shù)及工藝。其特征在于運用數(shù)學物理方程中的熱傳導理論，即拉普拉斯的特征解，源函數(shù)所表示的物理場，在特定條件下，采用誤差理論推導出適合工程應用的特征解，建立快速測定試驗方程，并制定與之相適應的嚴格試驗工藝、設備和試驗儀器，成為快速測定弱含水層滲透系數(shù)的系統(tǒng)方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速測定弱含水層滲透系數(shù)的方法，其特征在于使用自動記錄智能儀器和有效的止水閥配套使用，從而使其測試方法實施。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速測定，弱含水層滲透系數(shù)的方法，其特征是利用一次提水形成的瞬間人工滲流場的水位動態(tài)序列，根據(jù)拉普拉斯方程的特征解。S＝V/4πKm＊1/t＊exp(-r2/4et)利用誤差分析，求滲透系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2，3所述的快速測定弱含水層滲透系數(shù)的方法，其特征是利用線性化的方法即在直角坐標系中，作s＝B＊1/t曲線，求解其回歸系數(shù)直線斜率[B]，根據(jù)K＝V/(4πm[B])＊1/t求滲透系數(shù)，然后用B-t瞬時斜率曲線與t軸平行線段所反映的B值對比校核，根據(jù)工程需要選擇適合的[B]值。
全文摘要
本發(fā)明涉及工程勘察技術(shù)中，對弱含水層水文地質(zhì)參數(shù)，滲透系數(shù)，進行快速測試的方法，該測試方法是經(jīng)過調(diào)研，論證，推導和選擇滲透系數(shù)計算公式，并制定與之相適應的嚴格試驗工藝，設備，和測試儀器，提供一種在工程勘察現(xiàn)場，快速測定地層滲透系數(shù)的方法，和在弱含水層中的試驗技術(shù)及工藝。
文檔編號G01N15/08GK1104327SQ9410330
公開日1995年6月28日 申請日期1994年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月7日
發(fā)明者張光群 申請人:鐵道部第三勘測設計院第二分院