馬國明

（安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所， 安徽合肥 230041

0 引言

目前變頻技術(shù)在日常家用電器中的應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，它給人們的日常生活帶來了極大便利和良好的生活體驗(yàn)。但是在地質(zhì)勘查技術(shù)特別是在水文地質(zhì)勘查中的應(yīng)用卻鮮有范例。本文通過實(shí)例介紹了利用變頻技術(shù)在抽水試驗(yàn)中的成功應(yīng)用，使得在安裝一臺(tái)深井潛水泵的情況下一鍵即可輕松實(shí)現(xiàn)三個(gè)降深抽水試驗(yàn)的目的，經(jīng)濟(jì)方便，試驗(yàn)效果良好。

在以往水文地質(zhì)勘查抽水試驗(yàn)工作中，對(duì)于已經(jīng)開采的水井，在已安裝了固定深井潛水泵的情況下若要做一個(gè)三次降深的抽水試驗(yàn)一直是件十分困難的事情。因?yàn)樯罹疂撍瞄_機(jī)就是一個(gè)固定的出水量，以往要實(shí)現(xiàn)三個(gè)降深的抽水試驗(yàn)都必須另外加裝一套回水設(shè)備，靠調(diào)節(jié)回水量大小來調(diào)動(dòng)水位降深值，最終達(dá)到三個(gè)水位降深的要求。一般受實(shí)地設(shè)備條件所限，實(shí)施起來十分麻煩。特別是在做單孔抽水試驗(yàn)時(shí)，由于回水的擾動(dòng)，致使井內(nèi)水位波動(dòng)幅度大，對(duì)于抽水試驗(yàn)的參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性影響很大。

1 工作原理

對(duì)于常規(guī)的一臺(tái)深井潛水泵來說，出水量和它的電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。在正常情況下電源50Hz頻率電流時(shí)電機(jī)的輸出功率是固定的，啟動(dòng)水泵的揚(yáng)程和出水量也基本是固定的。采用變頻技術(shù)，就是在啟動(dòng)柜里加裝一個(gè)XL-21型變頻控制裝置，然后通過這套裝置調(diào)節(jié)輸入電流的頻率來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到同一臺(tái)水泵形成不同出水量的目的。

2 變頻技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

本文以阜陽市潁州區(qū)種子酒廠4號(hào)礦泉水井多孔抽水試驗(yàn)為例，說明變頻技術(shù)在抽水試驗(yàn)中的成功應(yīng)用。

在阜陽種子酒廠深井抽水試驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施過程中采用了變頻技術(shù)，通過自行組配的一套變頻裝置，用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)不換水泵即能調(diào)節(jié)出水量的目的。做到一鍵調(diào)節(jié)流量，實(shí)現(xiàn)不同降深抽水試驗(yàn)的過程。這樣做還有一個(gè)最大優(yōu)勢(shì)是對(duì)井內(nèi)水位影響小，提高了抽水試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 試驗(yàn)條件

3.1 地層及成井結(jié)構(gòu)

阜陽市潁州區(qū)位于皖西北淮河沖擊平原，試驗(yàn)區(qū)地表全部被第四系覆蓋，鉆孔揭露地層主要為新近紀(jì)以來沉積的以河、湖相為主的巨厚的具多元結(jié)構(gòu)的松散地層。地層巖性主要為第四系及新近系粉質(zhì)黏土、粉砂、細(xì)砂，下部有新近系館陶組呈互層的泥巖與粉砂巖。抽水試驗(yàn)段深度為162～340m。

抽水試驗(yàn)4#水井施工于1995 年，鉆孔直徑為540mm，孔深345m，成井深度340m；全孔下入鑄鐵井管，0～120m 井管內(nèi)徑為300mm，120～344m 井管內(nèi)徑為300mm，其中在120～344m分布濾水管累計(jì)長度48m,止水深度0～162m，成井類型為完整井。鉆孔成井結(jié)構(gòu)見圖1。

2017 年為完成種子集團(tuán)公司礦泉水勘查評(píng)價(jià)工作，以該井作為抽水孔進(jìn)行多孔抽水試驗(yàn)，對(duì)該井進(jìn)行三次降深抽水?，F(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)于2017 年3 月18 日至21日進(jìn)行設(shè)備調(diào)試試抽，正式抽水試驗(yàn)于3月22日9點(diǎn)25分開始，3月24日17點(diǎn)結(jié)束，歷時(shí)3天。

圖1 地層及成井結(jié)構(gòu)柱狀圖Figure 1. Column diagram of formations and well-forming structure

3.2 抽水試驗(yàn)設(shè)備

（1）抽水設(shè)備采用已有的HQJ-160 深井潛水泵，采用XL-21變頻電機(jī)控制裝置，可調(diào)節(jié)電機(jī)頻率。

（2）流量的觀測(cè)采用水表計(jì)量，水位觀測(cè)采用電測(cè)水位儀，探頭直徑25mm。

（3）氣溫和水溫的觀測(cè)采用溫度計(jì)。

3.3 抽水試驗(yàn)過程

（1）本次試驗(yàn)進(jìn)行了三個(gè)降深的抽水試驗(yàn)，按抽水量由小到大先后編為S1、S2、S3。正式抽水前先進(jìn)行試抽，了解設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

（2）試驗(yàn)嚴(yán)格按照多孔抽水試驗(yàn)《規(guī)程》的規(guī)定及設(shè)計(jì)等要求進(jìn)行；并按照穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流相結(jié)合的觀測(cè)方法，進(jìn)行了各降深抽水水量、水位、水溫及水位恢復(fù)動(dòng)態(tài)觀測(cè)、記錄。

（3）S3抽水停抽后，對(duì)水位恢復(fù)進(jìn)行了觀測(cè)，達(dá)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)后，結(jié)束抽水試驗(yàn)。

3.4 各降深抽水試驗(yàn)參數(shù)

各降深抽水試驗(yàn)參數(shù)見表1、表2、表3。

表1 第一次降深S1Table 1. First drawdown S1

表2 第一次降深S2Table 2. First drawdown S2

表3 第一次降深S3Table 3. First drawdown S3

3.5 試驗(yàn)結(jié)果

抽水結(jié)束后，將抽水試驗(yàn)結(jié)果按水文地質(zhì)勘查規(guī)范繪制Q-SW關(guān)系曲線、S-t關(guān)系曲線類型如圖2、圖3。并計(jì)算了有關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)。根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范評(píng)價(jià)驗(yàn)證抽水試驗(yàn)成果質(zhì)量良好。

圖2 抽水降深和流量關(guān)系曲線Figure 2. Curve of pumping depth in relation to flow

圖3 三次降深抽水試驗(yàn)S-t曲線Figure 3. S-t curve of three drawdown pumping tests

4 結(jié)論

（1）變頻技術(shù)在阜陽市潁州區(qū)種子酒廠4 號(hào)礦泉水井多孔抽水試驗(yàn)中的成功應(yīng)用，改變了以往靠加裝回水裝置來調(diào)節(jié)出水量的繁瑣程序，不需要拆改井臺(tái)，既經(jīng)濟(jì)又方便。

（2）通過試驗(yàn)證明采用變頻技術(shù)，改變電機(jī)電流頻率，可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)潛水泵一鍵即可調(diào)節(jié)流量，實(shí)現(xiàn)不同降深抽水試驗(yàn)的目的，試驗(yàn)效果良好。

（3）應(yīng)用變頻技術(shù)調(diào)節(jié)流量還有一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)是避免了井內(nèi)回水波動(dòng)對(duì)井內(nèi)水位的影響，提高了抽水試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。