книги из ГПНТБ / Климентов П.П. Динамика подземных вод учеб. для геологоразведоч. техникумов

дательной 0,9. Угловой коэффициент В определяем по двум произ­ вольно выбранным на каждой прямой точкам М и N по формуле (XI,48) :

Равенство коэффициентов В по центральной и по наблюдатель­ ной скважине указывает на одинаковые значения водопроводимо­ сти km, определяемой по формуле (XI,49) :

Рис. 156. Графики зависимо­ сти S=f(\gt) для централь­ ной и наблюдательной сква­ жин

Значение коэффициента пьезапроводности вычисляем по форму-

верным, так как оно определено по наблюдательной скважине, в то время как на значении пьезопроводности, определенном по цент­ ральной скважине, могло сказаться влияние призабойной воны.

П р и м е р 2. Определить коэффициенты фильтрации и уровне­ проводности безнапорного водоносного горизонта, представленного трещиноватыми известняками, по данным об изменении понижения в наблюдательной скважине, расположенной в 70 ж от централь­ ной, работающей с дебитом Q== 1000 м3/сут. Мощность водоносного горизонта до откачки Яе = 20 м. Данные об изменении понижения в наблюдательной скважине в процессе откачки приведены в табл. 12.

Р е ш е н и е . Для определения параметров строим график зави­ симости (2# е—Si)Si = f (\g t), предварительно вычислив соответ­ ствующие значения (2Не—Si)Si (табл. 12). Принимая во внимание

циента фильтрации k и уровнепроводности а определяем по форму­ лам (XI,53) :

Графоаналитическое определение параметров на основе зависи-

ваемого исходным уравнением (IX,76) в форме (XI,44). При этом определенные по такому графику параметры будут характеризо­ вать в среднем всю область фильтрации в пределах расположения наблюдательных скважин.

Выбирая на осредненном прямолинейном графике (рис. 154, б) две произвольные точки для расчета, характеризуемые координата­

ми ( ? ) ; » ' - і а » 2, можно определить значение водопро­

водимости по следующей формуле:

тельного количества наблюдательных скважин определение пара­ метров можно проводить на основе построения графика S = f(lgr), описываемого уравнением (XI,45). При построении этого графика используются данные по понижению уровня Si в наблюдательных скважинах, расположенных на расстоянии гі от центральной, в ка­ кой-либо один момент времени. Выделяя на таком графике его прямолинейную часть (рис. 154, в) и принимая для расчета две произвольные точки, характеризуемые координатами Si, lg n и S2,

где г0 определяется по величине отрезка lg r0, отсекаемого прямой 5 = f(]gr) по линии нулевого понижения.

Графоаналитическое определение показателя суммарного сопро­ тивления £0. Располагая значениями водопроводимости и пьезопро­ водности, определенными по преобразованным графикам понижения или восстановления уровня в наблюдательных скважинах, можно определить показатель суммарного сопротивления £о по данным по­

абсцисс значения lg — (где на каждый момент времени величина

уровня воды в центральной скважине на соответствующий момент времени t). Опытные данные при таком построении должны укла­ дываться на прямую, которая будет отсекать на оси ординат отре­ зок, численно равный величине показателя суммарного сопротивле­ ния скважины £0 (рис. 158).

Аналитические методы

В условиях квазиустановившейся фильтрации движение подземных вод к скважине во всей зоне, размеры которой в каж­

дый момент времени определяются радиусом г ^ (0,5-^0,75)ф xt, описывается уравнениями (IX,80 и ІХ,81), аналогичными уравне­ ниям установившейся фильтрации. Поэтому все приведенные во втором параграфе этой главы расчетные формулы для определения водопроводимости, основанные на сопоставлении понижений уров­ ня по опытным и наблюдательным скважинам, справедливы и при квазиустановившейся фильтрации. В частности, для определения водопроводимости на основе сопоставления понижений уровня в двух совершенных скважинах следует пользоваться указанными формулами (XI,6—XI,9); при несовершенстве скважин — формула­ ми (XI, 13—XI,18). При этом величина понижения уровня по рас­ сматриваемой паре скважин берется на один и тот же момент вре­ мени. Действительно, если сопоставить, например, понижения уров­ ня Si и S2 в двух наблюдательных скважинах, расположенных соответственно на расстояниях Гі и г2 отщентральной на одно и то же время от начала откачки t в условиях квазиустановившейся фильт­ рации напорных вод, то на основе уравнения (ІХ,80) получим сле­ дующие формулы:

(XI,59)

Вычитая одну формулу (XI,59) из другой (XI,58), найдем:

Решая уравнение (XI,60) относительно km, получаем формулу, аналогичную ранее приведенной (XI,6), выведенной для условий ус­ тановившейся фильтрации:

Значение коэффициента пьезопроводности х можно получить при известной водопроводимости по формуле (XI,58) или (XI,59):

Аналогично изложенному, определение параметров можно про­ водить на основе сопоставления понижений уровня в одной и той же наблюдательной скважине, на два различны« момента времени

Описанные приемы аналитического определения параметров по­ зволяют выполнять многократные определения, используя различ­ ные моменты времени. Приведенные расчетные формулы могут использоваться и при обработке данных опытных откачек из безна­ порных водоносных горизонтов, если величина понижения не пре­ вышает 15—20% от мощности водоносного горизонта Яе. В против-

ном случае следует использовать формулы, основанные на Исходном уравнении (IX,81). В частности, формулы (XI,65 и XI,66) для грун­ товых вод примут соответственно другой вид:

Определение водоотдачи горных пород по результатам опытных откачек

Наиболее достоверно величина водоотдачи горных пород определяется на основе наблюдений за понижением уровня воды в наблюдательных скважинах при опытных откачках (24]. Предло­ женный H. Н. Биндеманом для условий безнапорных вод метод имеет строгое теоретическое обоснование и достаточно прост для практического использования. Для выполнения расчетов необходи­ мо иметь данные о понижении уровня воды при откачке в двух на­ блюдательных скважинах, расположенных по одному лучу на рас­ стояниях гі и г-a от центральной, в условиях квазиустановившейся

фильтрации ( при — ^ 0,1 ).

'Aat >

Расчетная формула для определения водоотдачи р имеет вид:

< Х І ’ 6 8 »

где ß — коэффициент, величина которого определяется в зависимо-

Тг Si

сти от параметров—■и —----- - по специальному графику (рис. 159); Г1 ці — С>2

S] и S2 — понижение уровня в наблюдательных скважинах, распо­ ложенных на расстояниях гі и г2 от центральной через время t от начала откачки с расходом Q м^/сут.

Для более достоверного определения значения р расчеты по формуле (XI,68) целесообразно выполнить на несколько моментов времени. Обязательным требованием при проведении опытных ра­ бот для определения водоотдачи является обеспечение постоянства расхода скважины при откачке и достижение в зоне расположения наблюдательных скважин квазистационарного режима фильтрации

Q 2 ' Q ' 1 — угловой коэффициент прямой, h

lg h

определяемый по двум любым ее точкам.

St~ôz

Рис. 159. Вспомогательный график к определе­ нию коэффициента водоотдачи р по данным опытных откачек

Определив значения коэффициентов А и В с преобразованного 5

графика — — / (lg 0 , можно найти величину водопроводимости km

Величину пьезопроводности можно определить по формуле (XI,49), принимая в ней г = гс. Однако при этом возможны сущест-

венные погрешности, обусловленные несовершенством скважины и влиянием ее призабойной зоны.

Более достоверное определение коэффициента пьзопроводности может бытъ выполнено по данным о понижениях уровня в наблю­ дательных скважинах с использованием метода подбора. При этом методика определения параметров аналогична изложенной ранее, но сопоставляются значения понижений уровней, отнесенные к вы-

S

звавшему их расходу, т. е. S = — . Так, напримересли на моменты времени t\ и t2 в наблюдательной скважине, расположенной на рас­

Определение параметров при откачке с постоянным понижением уровня в центральной скважине возможно также с помощью мето­ да эталонной кривой. Обстоятельное изложение методов определе­ ния параметров в условиях откачки с переменным дебитом дается в работах [34, 105, 108 и др.].

Следует отметить, что закономерности формирования уровней и дебитов в процессе проведения опытно-фильтрационных работ (осо­ бенно в начальный период) во многом предопределяются воздейст­ вием нескольких дополнительных факторов, влияние которых не учитывается обычными стандартными методами определения пара­ метров. К. числу таких факторов относятся: нарушения линейности фильтрации, влияние гидравлических сопротивлений скважины, анизотропия и слоистость водоносных горизонтов, плановая неодно­ родность, влияние вертикальных составляющих скорости фильтра­ ции у скважины, капиллярных сил, изменений мощности и другие. Методика учета влияния этих факторов изложена в специальной литературе [25а, 29, 44, 45, 61, 92, 108].

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ НЕНАСЫЩЕННЫХ ТОРНЫХ ПОРОД ПО ДАННЫМ НАЛИВОВ В ШУРФЫ И СКВАЖИНЫ

Для определения водопроницаемости пород зоны аэра­ ции при значительной глубине залегания подземных вод (не менее 5 м) проводятся опыты по инфильтрации воды из шурфов и сква­ жин.

Опытные наливы в шурфы

Метод определения водопроницаемости ненасыщенных пород зоны аэрации с помощью опытов по инфильтрации воды из шурфов впервые предложил А. К. Болдырев (см. литературу: [23, 29, 67 и др.]). В последующее время этот метод развивался и совер­ шенствовался Г. Н. Каменским, Е. А. Замариным, Н. С. Нестеро­ вым, Н. Я. Денисовым, H. Н. Биндеманом, Н. К. Гиринским и др.

Сущность опытов состоит в проведении наблюдений за ходом инфильтрации воды из шурфов и снятии характеристик инфильтрационного потока в условиях поддер­ жания постоянного уровня воды в шурфе в процессе опыта. Все пред­ ложенные методы определения во­ допроницаемости по данным ин­ фильтрации воды из шурфа, кроме

метода H. Н. Биндемана, основаны на расчетах по формулам устано­ вившейся фильтрации.

Основными действующими сила­ ми при инфильтрации воды из шур­ фа являются гидростатический на­ пор слоя воды и капиллярное давле­ ние, совпадающее по направлению с инфильтрацией и проявляющееся в капиллярном всасывании воды. Осо­ бенно существенно влияние капил­

лярного всасывания на инфильтрацию воды в суглинистых и гли­ нистых породах и, наоборот, оно несущественно в хорошо прони­ цаемых породах (песках и супесях).

Рассмотрим вкратце некоторые основные методы определения водопроводимости по данным инфильтрации из шурфов.

Способ А. К. Болдырева. В испытуемой породе до заданной глу­ бины отрывается шурф; при этом его дно не должно вскрывать уровня грунтовых вод. На поверхности у бровки шурфа устанавли­ ваются два бака, наполняемые водой в ходе опыта поочередно. Из баков по опущенной вниз трубке подается на дно шурфа вода с ин­ тенсивностью, обеспечивающей постоянный слой воды высотой око­