变频技术在水文地质勘查抽水试验中的应用

马国明

（安徽省地质实验研究所， 安徽合肥 230041

0 引言

目前变频技术在日常家用电器中的应用已经十分普遍，它给人们的日常生活带来了极大便利和良好的生活体验。但是在地质勘查技术特别是在水文地质勘查中的应用却鲜有范例。本文通过实例介绍了利用变频技术在抽水试验中的成功应用，使得在安装一台深井潜水泵的情况下一键即可轻松实现三个降深抽水试验的目的，经济方便，试验效果良好。

在以往水文地质勘查抽水试验工作中，对于已经开采的水井，在已安装了固定深井潜水泵的情况下若要做一个三次降深的抽水试验一直是件十分困难的事情。因为深井潜水泵开机就是一个固定的出水量，以往要实现三个降深的抽水试验都必须另外加装一套回水设备，靠调节回水量大小来调动水位降深值，最终达到三个水位降深的要求。一般受实地设备条件所限，实施起来十分麻烦。特别是在做单孔抽水试验时，由于回水的扰动，致使井内水位波动幅度大，对于抽水试验的参数和试验结果的准确性影响很大。

1 工作原理

对于常规的一台深井潜水泵来说，出水量和它的电机转速成正比。在正常情况下电源50Hz频率电流时电机的输出功率是固定的，启动水泵的扬程和出水量也基本是固定的。采用变频技术，就是在启动柜里加装一个XL-21型变频控制装置，然后通过这套装置调节输入电流的频率来改变电机的转速，从而达到同一台水泵形成不同出水量的目的。

2 变频技术的实际应用

本文以阜阳市颍州区种子酒厂4号矿泉水井多孔抽水试验为例，说明变频技术在抽水试验中的成功应用。

在阜阳种子酒厂深井抽水试验项目实施过程中采用了变频技术，通过自行组配的一套变频装置，用变频技术实现不换水泵即能调节出水量的目的。做到一键调节流量，实现不同降深抽水试验的过程。这样做还有一个最大优势是对井内水位影响小，提高了抽水试验结果的准确性。

3 试验条件

3.1 地层及成井结构

阜阳市颍州区位于皖西北淮河冲击平原，试验区地表全部被第四系覆盖，钻孔揭露地层主要为新近纪以来沉积的以河、湖相为主的巨厚的具多元结构的松散地层。地层岩性主要为第四系及新近系粉质黏土、粉砂、细砂，下部有新近系馆陶组呈互层的泥岩与粉砂岩。抽水试验段深度为162～340m。

抽水试验4#水井施工于1995 年，钻孔直径为540mm，孔深345m，成井深度340m；全孔下入铸铁井管，0～120m 井管内径为300mm，120～344m 井管内径为300mm，其中在120～344m分布滤水管累计长度48m,止水深度0～162m，成井类型为完整井。钻孔成井结构见图1。

2017 年为完成种子集团公司矿泉水勘查评价工作，以该井作为抽水孔进行多孔抽水试验，对该井进行三次降深抽水。现场抽水试验于2017 年3 月18 日至21日进行设备调试试抽，正式抽水试验于3月22日9点25分开始，3月24日17点结束，历时3天。

图1 地层及成井结构柱状图Figure 1. Column diagram of formations and well-forming structure

3.2 抽水试验设备

（1）抽水设备采用已有的HQJ-160 深井潜水泵，采用XL-21变频电机控制装置，可调节电机频率。

（2）流量的观测采用水表计量，水位观测采用电测水位仪，探头直径25mm。

（3）气温和水温的观测采用温度计。

3.3 抽水试验过程

（1）本次试验进行了三个降深的抽水试验，按抽水量由小到大先后编为S1、S2、S3。正式抽水前先进行试抽，了解设备运转情况。

（2）试验严格按照多孔抽水试验《规程》的规定及设计等要求进行；并按照稳定流与非稳定流相结合的观测方法，进行了各降深抽水水量、水位、水温及水位恢复动态观测、记录。

（3）S3抽水停抽后，对水位恢复进行了观测，达稳定标准后，结束抽水试验。

3.4 各降深抽水试验参数

各降深抽水试验参数见表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 试验结果

抽水结束后，将抽水试验结果按水文地质勘查规范绘制Q-SW关系曲线、S-t关系曲线类型如图2、图3。并计算了有关水文地质参数。根据相关技术规范评价验证抽水试验成果质量良好。

图2 抽水降深和流量关系曲线Figure 2. Curve of pumping depth in relation to flow

图3 三次降深抽水试验S-t曲线Figure 3. S-t curve of three drawdown pumping tests

4 结论

（1）变频技术在阜阳市颍州区种子酒厂4 号矿泉水井多孔抽水试验中的成功应用，改变了以往靠加装回水装置来调节出水量的繁琐程序，不需要拆改井台，既经济又方便。

（2）通过试验证明采用变频技术，改变电机电流频率，可以实现一台潜水泵一键即可调节流量，实现不同降深抽水试验的目的，试验效果良好。

（3）应用变频技术调节流量还有一个最大优点是避免了井内回水波动对井内水位的影响，提高了抽水试验结果的准确性。