现场确定外管弱透水层水文地质参数的内管降深双管法制造技术

本发明专利技术公开一种现场确定外管弱透水层水文地质参数的内管降深双管法，首先，在现场形成具有确定外管弱透水层水文地质参数的内管降深双管试验模型，基于双管试验模型，推导在内管水头降低某一常量(水位不低于弱透水层顶面)而外管弱透水层柱体一侧保持地下水位不变条件下外管弱透水层单位水平面积的流量公式解析解；然后，给出基于测量的外管上部马利奥特瓶流量随时间变化的实验资料，采用配线法确定弱透水层传导系数、渗透系数和贮水率的方法。本发明专利技术易操作、获取参数多且精度高，解决目前现场无法原位确定弱透水水文地质参数的关键技术问题，克服了现场取样后在实验室进行测试的误差；有很好的推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种现场确定外管弱透水层水文地质参数的内管降深双管法，尤其是一种现场确定弱透水层传导系数、渗透系数、贮水率等水文地质参数的方法。
技术介绍
随着社会的快速发展，由于弱透水层释水引起地面沉降的资源与环境问题日趋严重。仅中国长江三角洲，由于地下水超采引起的地面沉降大于200mm的面积已占区域面积的十分之一，其中最大累积沉降量达2.80m，已造成的经济损失达500亿美元；此外，地下水的污染也由上部含水层向深部扩展。所有这些都与含水层系统重要的组成部分弱透水层的水文地质特性密切相关。弱透水层的水文地质参数(如传导系数、渗透系数、贮水率)不仅对预测、评价和控制地面沉降有重要意义，而且对地下水资源开发、评价和计算以及含水层系统污染物运移规律和热能传导规律的研究有着重要的意义。虽然，对于含水层水文地质参数确定方法已有较多研究，大多数为现场抽水(或注水)试验的方法，然而，相邻含水层的弱透水层的水文地质参数确定方法研究的却很少，这一方面是由于我们一直以来认为弱透水层是隔水层或相对隔水层，作为水资源量其贡献率很小，因此很少专门给予重视和得到必要的研究，时常将弱透水层忽略或者作为一种边界处理；另一方面也缺少一种有效的原理和方法能用于现场直接确定这些参数，如常用的确定含水层水文地质参数的现场抽水试验并不适用于渗透性微弱的弱透水层。此外，即使有对确定弱透水层水文地质参数的实验研究的，也局限于室内研究，目前尚无对确定弱透水层水文地质参数的现场原位研究的试验理论和方法的实践，因此，本专利技术的提出可以填补现场确定弱透水层水文地质参数的技术方法的空白，具有很强的应用价值。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术基于现场双管技术，推导在内管一侧水头降低某一常量(水位不低于弱透水层顶面)而外管弱透水层柱体保持地下水位不变条件下外管弱透水层单位水平面积的流量公式解析解，提出一种现场确定外管弱透水层水文地质参数的内管降深双管法。这一方法不仅理论严密，而且可以实现现场原位测试，具有试验装置及试验过程简单、易操作，获取的参数齐全、精度高等优点。因此有很好的推广应用价值。技术方案：一种现场确定外管弱透水层水文地质参数的内管降深双管法，首先，在现场形成具有确定外管弱透水层水文地质参数的内管降深双管试验模型，基于双管试验模型，推导在内管水头降低某一常量(水位不低于弱透水层顶面)而外管弱透水层柱体一侧保持地下水位不变条件下外管弱透水层单位水平面积的流量公式解析解；然后，给出基于测量的外管上部马利奥特瓶流量随时间变化的实验资料，采用配线法确定弱透水层传导系数、渗透系数和贮水率的方法。双管试验模型的实现方法为：首先，在现场钻孔至需要测试的弱透水层的顶面，同时将套管下至弱透水层的顶面并将套管内弱透水层顶面以上的土样取出钻孔，然后利用钻机压力将套管从弱透水层的顶面压至弱透水层的底面，然后在套管中心放入直径约为套管直径一半的PVC管，同样，将PVC管下放置至弱透水层的顶面，然后再用钻机压力降PVC管压入至需要测试的弱透水层的试段底部，并通过吸泥的方式将PVC管中的弱透水层土样吸出PVC管，然后在圆环形套管中弱透水层顶面铺设砾石作为反滤层，并在PVC管中对应于弱透水层的试段底部位置铺设砾石作为反滤层。这样就在现场形成了确定外管弱透水层水文地质参数的双管外管模型。此时，确保圆环套管和PVC内管中水位与钻孔外地下水位一致。在PVC管中布置抽水泵管，将抽水泵管底部放置地下水位以下一段距离(试段顶面以上)。在圆环套管中上部端口位置设置马利奥特瓶，马利奥特瓶的进水管下端放置地下水位高程处，使圆环套管内水位保持定水位(地下水位)。在试验准备完成后，瞬时开启抽水泵，使PVC管中水位产生一定的水位差，产生水位差后要保证水位在试段顶面以上，也就是水位不能低于试段顶面，并保持内外管的水头差固定不变，并记录外管上部马利奥特瓶中流量随时间变化；然后，基于双管试验模型，推导在内管一侧水头降低某一常量(水位不低于弱透水层顶面)而外管弱透水层柱体保持地下水位不变条件下外管弱透水层单位水平面积的流量公式解析解，根据实测的马利奥特瓶中流量随时间变化的实验资料，采用配线法确定弱透水层传导系数、渗透系数和贮水率。本专利技术实验装置及实验过程简单、易操作，解析解理论严密，采用配线法确定参数，方法简单易掌握，可以解决目前现场无法原位确定弱透水水文地质参数的关键技术问题，克服了现场取样后在实验室进行测试的误差；同时，一次实验可以同时求得弱透水层传导系数、渗透系数和贮水率，获取的参数多；由于马利奥特瓶流量测量容易实现且误差小，由此求得的参数精度高。最为重要的是，该方法实现了现场确定弱透水层水文地质参数，因此，该方法有很好的推广应用价值。所述双管试验模型从下到上依次包括试样段、滤层、水；从外到内依次包括直径为127mm的外管、圆环试样、直径为75mm的内管和滤层；所述PVC内管铺设一层砾石滤层，在内管套管中布置抽水泵管，将抽水泵管底部放置地下水位以下一段距离(试段顶面以上)。所述外管上部端口位置设置马利奥特瓶，马利奥特瓶的进水管下端放置地下水位高程处，使外管内水位保持定水位(地下水位)；在试验准备完成后，瞬时开启抽水泵，使圆环套管中水位产生一定的水位差，并保持内外管的水头差固定不变，并记录外管上部马利奥特瓶流量随时间变化。所述基于外管上部马利奥特瓶流量随时间变化的实验资料，采用配线法确定弱透水层传导系数、渗透系数和贮水率的方法，即将记录的外管上部马利奥特瓶流量Q除以外管弱透水层圆环横截面积S，化为单位面积流量q(cm/min)，在与标准曲线相同模的双对数坐标系中作q～t实测曲线，与标准曲线配线，使两条曲线重叠最好，任选一匹配点，记下对应的坐标值[q]、和[t]，代入相应公式计算传导系数a、渗透系数K、贮水率μ。有益效果：与现有技术相比，本专利技术所提供的确定弱透水层水文地质参数的方法具有以下优点：①推得的解析解，理论严密，因此方法有严格的理论依据；②实现弱透水层水文地质参数的原位测试，并且试验装置及试验过程简单、易操作；③采用配线法确定参数，方法简单易掌握；④一次实验可以同时求得弱透水层传导系数、渗透系数和贮水率，获取的参数多；⑤由于流量测量容易实现且误差小，由此求得的参数精度高。因此，该方法有很好的推广应用价值。附图说明图1为本专利技术实施例的流程图；图2为本专利技术实施例的双管试验模型；图3为截面流量标准曲线；图4为截面流量标准曲线。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。现场确定外管弱透水层水文地质参数的内管降深双管法，首先，在现场形成具有确定外管弱透水层水文地质参数的内管降深双管试验模型，基于双管试验模型，推导在内管水头降低某一常量(水位不低于弱透水层顶面)而外管弱透水层柱体一侧保持地下水位不变条件下外管弱透水层单位水平面积的流量公式解析解；然后，给出基于测量的外管上部马利奥特瓶流量随时间变化的实验资料，采用配线法确定弱透水层传导系数、渗透系数和贮水率的方法。如图2所示，双管试验模型从下到上依次包括试样段、滤层、水；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种现场确定外管弱透水层水文地质参数的内管降深双管法，其特征在于：首先，在现场形成具有确定外管弱透水层水文地质参数的内管降深双管试验模型，基于双管试验模型，推导在内管水头降低某一常量(水位不低于弱透水层顶面)而外管弱透水层柱体一侧保持地下水位不变条件下外管弱透水层单位水平面积的流量公式解析解；然后，给出基于测量的外管上部马利奥特瓶流量随时间变化的实验资料，采用配线法确定弱透水层传导系数、渗透系数和贮水率的方法。

【技术特征摘要】
1.一种现场确定外管弱透水层水文地质参数的内管降深双管法，其特征在于：首先，在现场形成具有确定外管弱透水层水文地质参数的内管降深双管试验模型，基于双管试验模型，推导在内管水头降低某一常量(水位不低于弱透水层顶面)而外管弱透水层柱体一侧保持地下水位不变条件下外管弱透水层单位水平面积的流量公式解析解；然后，给出基于测量的外管上部马利奥特瓶流量随时间变化的实验资料，采用配线法确定弱透水层传导系数、渗透系数和贮水率的方法。2.如权利要求1所述的现场确定外管弱透水层水文地质参数的内管降深双管法，其特征在于：双管试验模型的实现方法为：首先，在现场钻孔至需要测试的弱透水层的顶面，同时将套管(直径为127mm)下至弱透水层的顶面并将套管内弱透水层顶面以上的土样取出钻孔，然后利用钻机压力将套管从弱透水层的顶面压至弱透水层的底面，然后在套管中心放入直径为75mm的PVC管，同样，将PVC管下放置至弱透水层的顶面，然后再用钻机压力降PVC管压入至需要测试的弱透水层的试段底部，并通过吸泥的方式将PVC管中的弱透水层土样吸出PVC管，然后在圆环形套管中弱透水层顶面铺设砾石作为反滤层，并在PVC管中对应于弱透水层的试段底部位置铺设砾石作为反滤层；这样就在现场形成了确定外管弱透水层水文地质参数的双管外管模型。3.如权利要求2所述的现场确定外管弱透水层水文地质参数的内管降深双管法，其特征在于：确保圆环套管和PVC内管中水位与钻孔外地下水位一致；在PVC管中布置抽水泵管，将抽水泵管底部放置地下水位以下一段距离(试段顶面以上)；在圆环套管中上部端口位置设置马利奥特瓶，马利奥特瓶的进水管下端放置地下水位高程处，使圆环套管内水位保持定水位(地下...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志芳，赵燕容，郭巧娜，信亚雯，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32