單孔抽水試驗中水文地質參數計算

■黃義佳

（廣東省有色金屬地質局九三二隊廣東韶關512000）

單孔抽水試驗中水文地質參數計算

■黃義佳

（廣東省有色金屬地質局九三二隊廣東韶關512000）

在對水文地質條件進行勘探時經常會借助單孔、多孔以及群孔做抽水試驗，利用抽水試驗資料求取水文地質參數[1]。不過在具體工作過程中，大多數情況下因為施工條件或者資金等方面的制約，通常無法滿足這些要求，所以需要借助單孔無觀測孔做抽水試驗來得出水文地質參數[2]。因此，本文以韶關地區的水文地質勘查報告中單孔穩定流抽水試驗為主要研究對象，處理試驗數據，繪制Q、S～t過程曲線以及q=f(s)關系曲線圖，按潛水非完整井公式計算得出含水層的滲透系數K，采用水位恢復法求取導水系數T與給水度μ。

抽水試驗；水文地質參數；韶關地區；潛水非完整井公式；水位恢復法；滲透系數；導水系數；給水度

1　引言

在水文地質勘探實踐中，一個重要的工作就是確定含水層的水文地質參數，而抽水試驗是掌握含水層富水性，求取含水層水文地質參數最直接的手段。抽水試驗是以地下水井流理論為基礎（地下水動力學），通過從抽水孔或水井中抽水，來定量評價含水層富水性，測定含水層水文地質參數[3]。目前抽水試驗數據分析處理方法多種多樣，包括使用專門設計用于對抽水試驗和段塞實驗數據進行圖形化分析和報告的AquiferTest軟件[4]，以及常用Excel應用程序處理試驗數據進而分析求取相關水文地質參數。下面以《韶關市曲江區沙溪鎮民采歷史遺留礦山尾礦重金屬污染綜合治理工程水文地質勘查報告》[9]為例，采用潛水非完整井公式計算得出含水層的滲透系數，采用水位恢復法求取含水層導水系數T與給水度μ。

2　抽水試驗概況

抽水試驗孔HZK2、HZK4的抽水試驗在降深大于10m的條件下，由于井內補充涌水量極少，試抽12h后均無法進行正常的抽水試驗。抽水孔HZK2單孔的抽水試驗，三次降深分別為：S1=13.81m；S2=9.23m；S3=4.65m。抽水孔HZK4單孔的抽水試驗，三次降深分別為：S1=10.78m；S2=7.20m；S3=3.66m。經整理本次抽水試驗現場資料，繪制Q、S～t過程曲線以及q=f(s)關系曲線圖，參考《水文地質手冊》[6]，對本次抽水試驗綜合分析，區內地下水類型進行判定，結論如下：q=f(s)關系曲線屬III類曲線，區內地下水抽水試驗地下水類型為潛水型。單孔抽水試驗不同降深及涌水量數據如表1：

表1　單孔抽水試驗數據表

3　滲透系h數計算

根據中華人民共和國行業標準《抽水試驗規程》（YS5215～2000）[7]，抽水試驗按潛水非完整井公式計算含水層的滲透系數K，公式如下：

式中K、Q、L、S、r分別代表滲透系數（m/d）、涌水量（m3/d）、過濾器長度（m）、水位降深（m）及抽水孔半徑（m）。

利用上述公式，抽水孔HZK2及HZK4滲透系數計算過程如表2：滲透系數K分別為0.173、0.112m/d。

表2　滲透系數計算表

4　導水系數與給水度的計算

抽水試驗的水位恢復過程可以看成是兩個相反過程的疊加，即抽水過程和等量注水過程，二者迭加流量為零。其中抽水過程屬穩定流，注水過程屬非穩定流。因為二者均有相應的解析解[8～10]，因而不難推導出新的求解公式。

對潛水井，當降深和相對含水層厚度較小時，水流狀態近似為二維流，抽水停止后，抽水孔水位迅速回升，若抽水孔以流量Q持續抽水tp時間后停抽，恢復水位在時刻t（停抽起算時間）的剩余降深S′滿足：

式中S′為水位恢復的剩余降深；SP為停抽時的水位降深；S*為停止抽水后的水位回升值。

根據地下水動力學原理[3]，通過泰斯公式與雅可布表達式，推導出如下計算公式：

式中S*為水位回升值；Q為抽水孔流量（m3/d）；T為含水層導水系數；μ為含水層給水度；t為停止抽水后起算時間；r為任一點到抽水孔距離（對抽水孔r=rw）。

將直線沿長與t交于t0，取S*=0時的t0，可求出給水度μ。

根據試驗數據，繪制S*與lgt關系曲線，取一對數周期相應水位回升值ΔS*，直線斜率i=ΔS*，利用可求得導水系數T和給水度μ。

利用上述公式，抽水孔HZK2及HZK4計算過程如表3。計算結果：給水度μ分別為0.028、0.012。

表3　導水系數T與給水度μ計算過程表

5　結語

（1）在野外單孔抽水試驗中，采用潛水非完整井公式計算得出含水層的滲透系數K，是比較簡單有效的方法。

（2）從理論角度進行分析，水位恢復法求解參數與單孔穩定流抽水試驗情況非常符合[2]，這種計算方法不僅簡單，而且約束較少，比較適用于野外單孔穩定流抽水試驗。

[1]周志芳等，基于抽水試驗資料確定含水層水文地質參數 [J]，河海大學，河海大學學報，1999，3（27）

[2]于傳寧等，利用抽水試驗資料確定水文地質參數 [J]，山東省濱州水文資源勘測局，地下水，2006，28(1)

[3]薛禹群、吳吉春，地下水動力學（第三版） （M），地質出版社，2010

[4]陶忠濤、閆志為，AquiferTest軟件求解承壓含水層水文地質參數的方法及效果[J]，桂林理工大學，水電能源科學，2012，10（30）

[5]黃義佳等，《韶關市曲江區沙溪鎮民采歷史遺留礦山尾礦重金屬污染綜合治理

工程水文地質勘查報告》 （M），2014

[6]中國地質調查局，《水文地質手冊》[M]，地質出版社，2012

[7]中華人民共和國行業標準《抽水試驗規程》 （YS5215～2000） （M），2001

[8]石中平，單孔穩定抽水試驗水位恢復資料確定含水層參數 [J]，鐵道部第一勘測設計院，西安工程學院學報，2000，2（20）

[9]惠宏偉，單孔抽水試驗中水文地質參數的分析 [J]，核工業天津勘察院，黑龍江水利科技，2012，11（40）

[10]郭建青、李彥等，含水層抽水試驗水位恢復過程數據的直線圖解分析法 [J]，長安大學，水利學報，2004，10（10）

P641.4+3[文獻碼]B

1000～405X（2016）～4～307～1

黃義佳，水工環助理工程師，研究方向為水文地質、環境地質、巖土工程勘察。