地面調查的方法
第 5 部 分 現地和實驗測試
25. 抽吸測試
曲線。然後根據滲透率相關的地質單元,將其分組為水文單元(Leach & Herbert 1982)。
25.2 地下水條件
有兩種主要的地下水條件,即限制和非限制,這些條件即用於分析和設計等目的。
(a) 限制性:若所研究的地面完全飽和,水份被限制在兩個不可滲透的土壤層壓力下,
即爲所謂的限制條件。
(b) 非限制性:若原始潛在水位在含水層上表面以下的任何地方,則所謂的非限制性條 件即存在。上述兩種地下水條件土壤層間的中間層是第 3 種稱為半純化條件,這種 情況下,完全飽和的地面覆蓋有顯著但較低滲透率的材料,水份抽送在邊界處發生 顯著的滲漏狀況。可對來自半封閉條件的資料進行分析,但這種情況比其他兩種狀 況更少見,測試響應可用於識別這 3 種地下水條件(BSI 2010)。
[Amd GG2/01/2017]
25.3 測試地點
雖然測試地點的選擇可能取決於實際考慮因素,如現有鑽孔的存取和可用性,但場 地應是作業的重點區域。現場的水文條件不應出現明顯的改變,需讓排出的水不能返 回受測的地面。
25.4 抽吸井
抽水井應有足夠的直徑,若必要時,可插入合適類型和容量的上升主管和抽水馬 達、立管和速度計。應在必要時提供足夠的井篩和過濾包,防止細小顆粒從週圍土壤 中排出。實現此目的之最小鑽孔直徑通常為 300 mm,應可穿透受測含水區域的整個深 度,若地面由兩個或多個獨立水平區域所組成,則應分別進行測試。在沒有完全穿透 的情況下,需在分析前先修正資料。在所有的情況下,篩網進水區應確保進水的最大 速度。井水的水流不得大於約 30mm/s 的速度,確保液壓井的鬆動處於可接受的範圍 內。
若在測試期間,外來原因引起凹錐變形主要是因爲抽送所引起,則不得接受此類的 滲透率估計值,這些影響可藉由監測(Walton,1962)在測試前和測試期間進行修 正,可能的話,在滲透率的設定限制範圍內應選定抽送勝率,讓水位變化遠大於外部 原因引起的變化,儘量降低後者對測試結果的影響。
吸水抽送馬達可用於地下水,不必放於進水室下方約 5 米處,可藉由在坑中安裝吸 水馬達來增加壓降,關於更大的深度最好採用潛水馬達。地面滲透性越強,觀察井中 產生可測量沉陷所需的抽送馬達容量就越大。
測試期間需保持恆定排放,所有參考抽水期間的水位觀測都是攸關緊要。
當測量抽水井中的垂直流速時,為確定受測地特定土壤層的相對滲透率,保持恆定 的抽送速率特別重要。抽送速率可藉由排放管線中的閘閥或改變抽水抽送馬達的速度 或兩者來加以控制,來自抽水抽送馬達的流速可藉由流量計或孔板流量計或具有自動 記錄功能的凹口槽來進行測量。
應充份設立抽水井是很重要的,水井的開發是重新篩選篩網週圍微粒子的過程,具 有粗化等級和更好的篩網均勻性,可藉由多種方法達成此作業(Johnson, 1982)。當 抽水井中的抽送速率與水位下降的比值達到最大值時,即水井開設已達最高點。在開 設水井的過程中,即清除來自地面的細顆粒,在水井週圍形成穩定、多孔和可滲透的 介質。
成功的水井開設導致水流進入抽取井時水頭損失減少,但無論如何,在測試結果分 析中應考慮這些損失(水流損失)。
在香港,抽水測試有時是在大直徑的手挖沉箱中進行,這有幾個缺點,因為沈箱可 能僅部份穿透受測的含水層而水井存量很大。此外,通常會產生高水井損失,因此觀 測井應始終與沈箱中的抽送測試結合使用。
25.5 觀察井
應在抽送過程中繪製測量值評估資料品質、響應性質和所需的抽送持續時間,
Johnson(1982)和 Kruseman & DeRidder(1980)討論了有限的半封閉無限制含水層 穩態和非穩態抽水測試的時間要求。
在所有的情況下,從停止抽水到完全回復水位期間應持續監測。如在抽水階段,回 復資料應在停止抽送後以 1 分鐘的間隔進行持續抽水 15 分鐘,然後以對數標度定期抽 水。
25.7 結果分析
抽送測試資料有兩種分析形式:
(a) 穩態若抽送持續足夠的時間,水位即停止下降,地面的液壓狀況在該期間即處於 穩態。
(b) 非穩態在達到平衡前,水位相對於時間速率即變化下降,地面的液壓條件變爲非 穩態。
更簡單的分析形式是穩態類型,但必要的持續抽送時間可能明顯長於非穩態分析 所需的持續時間。分析技術取決於含水層的響應,即是否爲有限制或無限制的條件,
BSI(2012c)提出可用的分析技術總結內容,由 Johnson(1982)和 Kruseman & DeRidder(1980)進一步討論。
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無論採用何種分析方法,都需對地面條件進行簡化假設,因此,現場收集的實際提 取資料通常會造成分析模糊不清。這可能是由於含水層中的不均勻性和各向異性或地 下水流動的未知障礙所造成。在某些情況下,抽水井週圍的高流速可能讓歸於無效,
大多數分析方法都根據此定律。