专利名称：弱含水层渗透系数快速测定方法
技术领域：
本发明涉及一种以泰斯公式地下水非稳定流理论，进行调研，论证，推导和选择渗透系数计算公式，并制定与之相适应的严格试验工艺，设备和测试仪器，应用于工程勘察技术领域中。对弱含水层水文地质参数渗透系数进行快速测试的方法。
当今对弱含水层渗透系数的研究及应用在第四届国际水文地质研讨会上，已列为重点开发项目，但对渗透系数快速测定技术的研究，开发与利用仅有少量报道，未见在工程勘察中应用;1967年美国库泊使用瞬间从地下水中取出固体物的方法，用压力传感器，间隔3秒量测地下水恢复水位。
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-井孔半径rc-水位波动段套管半径T-导水系数S-储水系数u-积分变量J0-零阶一类贝塞尔函数J1-一阶一类贝塞尔函数Y0-零阶二类贝塞尔函数
Y1-一阶二类贝塞尔函数exp-指数函数H-动水位HO-初始水位t-时间。编制图版与实例曲线对比求地层渗透系数K。
1983年，长春地质学院对松辽油田浅层砂砾石含水层渗透系数的测定是利用了相类似的方法，但在数据处理上采用线性化方法和双曲线进行对比，直接求地层的渗透系数。其方法是使用了拉普拉斯方程的特解，井函数表达式并采用了误差分析，用近似式来求解，得出地层的渗透系数。
以非稳定流理论发展起来的一些快速测试方法，是建立在一定的渗流漏斗，用不变水量或不变降深为假设条件，用抽水法或恢复法，其计算采用叠加原理来完成;这种测试方法需较长的试验时间，关键问题是测量水位和时间不同步，且现场就不具备测量水位和时间同步的试验条件，工期和设备要求很高，更重要的是，大量的测试数据未被利用，缺少回归分析处理方法;以非稳定流试验中的井函数编制的量版实际应用时误差较大;要求在试验过程中，形成较强的地下渗流，受对数观测曲线要求，要有几个对数周期，而需很长的观测时间，形成S-t序列，才能进行计算，这种计算和试验方法，周期长，设备要求高，消耗大，测量精度差，均是现有技术难以解决的理论和实践问题。
本发明的目的。是提供一种在工程勘察现场，快速测定地层渗透系数的方法和在弱含水层中的试验技术及工艺以克服上述缺陷。
本发明采用的解决方案是在于瞬间形成人工渗流场，用智能仪器自动记录水位随时间的变化;利用数学物理方程中的热传导理论即拉普拉斯方程的特解，来反映渗流场的数学模型，即用源函数所表示的物理场再现人工渗流场，表征井中水位随时间的空间分布;根据误差理论，采用线形化方法推导出适合工程应用的特征解，建立快速测定试验方程，即水位和时间变化的方程，通过作图，回归解析，以及瞬时斜率控制并制定出与之相适应的严格试验工艺、设备和测试仪器，成为快速测定弱含水层渗透系数的系统方法。
本方法首先应用了井中非稳定流的地下水运动理论，在地下水非稳定流过程中，随着时间推移井中水位随时间和空间变化状态，与点热源形成的温度场分布相似，即水力状态可用热力学状态比拟，这种δ函数的源函数具有严格的完整的数学解和推论。
快速测定方法是使用自动记录的智能仪器和有效的止水阀配套使用，保证了该测试方法的实施，并与之相适应的一套完整的工艺，和工艺配套形成系列的测试方法。
为实现上述目的本发明提出利用一次提水形成的瞬间人工渗流场的水位动态序列，用智能仪器自动记录实时测量水位和时间形成S-t的观测序列，根据拉普拉斯方程的特征解vS＝-exp(-r＊r/4at)4πKmt式中V-水体积t-时间K-渗透系数m-含水层厚度r-井孔过滤器半径a-水力传导系数 利用误差分析求渗透系数K本项技术利用线性化方法，即在直角坐标系中作S＝B＊1/t曲线求解其回归系数，直线斜率[B]，根据公式K＝V/4π[B]M＊1/t求渗透系数，然后用B-t瞬时斜率与t轴平行线段所反映的B值对比较核，根据工程需要选择适合的B值。
本发明的测定方法与现有的技术相比，具有下列优点1)测定迅速，并与电子技术微机控制相结合;2)解决了现有技术中耗费时间长，设备要求高，测量精度差的问题，以及在试验过程中不能实时测量，水位和时间不同步的重大难题。
本发明的测试试验，使用自动记录的智能仪器和有效的球形止水阀(见附图
)，使测量水位和时间同步，误差＜3‰。通过对比试验，与现有常规方法作比较，误差在±20%的占78%，最大误差为56%，为保证本方法的准确实施，有一套严格的工艺与之配套，形成系列测试计算方法。
本发明的测试方法，是在瞬间完成，这种井辐射的平面流，可适用于各种井型及承压、潜水应用于钻孔所揭露的含水层。
由于上述解决方案中，采用了地下水测试的系统方法，可以大大缩短勘测周期，减少投资，提高了地层渗透系数的精度和测试的可靠性。其可靠的理论基础便于在工程勘察中应用和推广。
本发明的实施步骤如下1.快速瞬时，提水应用球形止水阀，可保证准确有效的提水量;
2.利用智能仪器自动记录水位，实时采集储存显示地下水的深度;
3.绘制S-1/t曲线;
4.采用直线化方法，求过原点的S-1/t曲线的斜率B;
5.详细分析现场钻探日志，确定含水的地层，制定含水性判定标准，确定含水层及其厚度。
权利要求
1.一种应用于工程勘察技术，对弱含水层水文地质参数，渗透系数快速测定方法和在弱含水层中的试验技术及工艺。其特征在于运用数学物理方程中的热传导理论，即拉普拉斯的特征解，源函数所表示的物理场，在特定条件下，采用误差理论推导出适合工程应用的特征解，建立快速测定试验方程，并制定与之相适应的严格试验工艺、设备和试验仪器，成为快速测定弱含水层渗透系数的系统方法。
2.根据权利要求1所述的快速测定弱含水层渗透系数的方法，其特征在于使用自动记录智能仪器和有效的止水阀配套使用，从而使其测试方法实施。
3.根据权利要求1所述的快速测定，弱含水层渗透系数的方法，其特征是利用一次提水形成的瞬间人工渗流场的水位动态序列，根据拉普拉斯方程的特征解。S＝V/4πKm＊1/t＊exp(-r2/4et)利用误差分析，求渗透系数。
4.根据权利要求1和2，3所述的快速测定弱含水层渗透系数的方法，其特征是利用线性化的方法即在直角坐标系中，作s＝B＊1/t曲线，求解其回归系数直线斜率[B]，根据K＝V/(4πm[B])＊1/t求渗透系数，然后用B-t瞬时斜率曲线与t轴平行线段所反映的B值对比校核，根据工程需要选择适合的[B]值。
全文摘要
本发明涉及工程勘察技术中，对弱含水层水文地质参数，渗透系数，进行快速测试的方法，该测试方法是经过调研，论证，推导和选择渗透系数计算公式，并制定与之相适应的严格试验工艺，设备，和测试仪器，提供一种在工程勘察现场，快速测定地层渗透系数的方法，和在弱含水层中的试验技术及工艺。
文档编号G01N15/08GK1104327SQ9410330
公开日1995年6月28日 申请日期1994年3月28日 优先权日1993年9月7日
发明者张光群 申请人:铁道部第三勘测设计院第二分院