水泵一开,井里水面迅速下落两米多,停泵半小时又涨回来。这条上下浮动的水面,藏着含水层富水性的直接读数。会读降深与恢复,比记住一堆术语有用,也更能解释邻井为何出水不同。
静水位减动水位就是降深,降深与流量不成正比
抽水前的水面叫静水位,稳定抽水时的水面叫动水位,两者之差是降深,单位米。降深 1 米出 0.5 升/秒与降深 1 米出 5 升/秒,是两种完全不同的含水层,井的深浅并不是决定因素。
单位涌水量是流量除以降深,单位升/秒·米。它把井的出水能力归一化,便于横向比较。同一地区单位涌水量差出 10 倍,多半不是井的问题,而是含水层岩性换了,这是本文判断。
井周围形成一个漏斗,影响半径几十米到几百米
抽水时井周围的水面下降,形成一个以井为中心的漏斗,远处水面不受影响。漏斗边缘到井的距离叫影响半径,松散层中常见 50–500 米,承压含水层可达 1 公里。
漏斗的形状由含水层性质决定。潜水井的漏斗陡而浅,降深加大时流量增加得快;承压水井的漏斗平缓,降深与流量接近对数关系,再多抽几米,出水量也只增一点。
井损会让井内水位低于井外,这是最容易被忽略的一项
水从含水层进入井筒要穿过滤水管与砾料,产生额外的水头损失,叫井损。井损使井内水位比井壁外低,降深里有一部分是白掉的,不产出水量,却常被算进含水层的贡献里。
判断井损要看抽水试验的曲线:降深远大于按含水层参数算出的值,或单位涌水量随降深明显下降,就说明井损偏大。洗井后单位涌水量回升,是井损被清除的直接证据。
恢复速度比降深更能说明问题
停泵后水位回升,前 10 分钟涨得最快,30–120 分钟恢复到降深的九成,剩余部分要几小时。恢复慢,说明含水层透水性差或井壁被泥浆堵塞,与含水层本身的富水性是两回事。
恢复曲线的尾部迟迟不归位,可能是邻井仍在抽水,或含水层有补给边界。记录停泵后 1、5、15、30 分钟的读数,比只记一个最终水位有用得多,这条过程线还能反推影响半径。
关键数据
下列数值为常见范围,水位用测绳或电测水位计读取,精度 1 厘米即可满足野外判断,不必上自动记录仪。
- 野外降深常见 1–5 米,深井可达 20 米以上
- 单位涌水量常见 0.1–10 升/秒·米
- 松散层影响半径 50–500 米,承压水可达 1 公里
- 停泵 30–120 分钟可恢复降深的 90%
- 稳定抽水要求 8 小时内水位波动小于 5 厘米
- 井损可占总降深的一到三成
- 水位观测精度 1 厘米
边界:群井干扰与含水层边界会改写漏斗
两口井相距小于影响半径,漏斗叠加,各自的降深都比单井大,此时算出的单位涌水量偏低。傍河抽水时,河水补给使漏斗被钉在河边,形状一边陡一边缓,不能用对称漏斗去套。
隔水边界如断层、岩体,会让漏斗在边界一侧被拉长,水位降得更快。单井试验只能给出本地参数,要评价一片水源地,必须做群井观测,否则算出的影响半径会偏小一半以上。
参考文献
- 王大纯, 张人权, 史毅虹, 等.《水文地质学基础》. 地质出版社, 1995. —— 抽水试验与降深。
- Fetter C W. Applied Hydrogeology (4th ed.). Prentice Hall, 2001. —— 降落漏斗与影响半径。
- Freeze R A, Cherry J A. Groundwater. Prentice-Hall, 1979. —— 井流与水位恢复。