不同求參方法在水文地質(zhì)勘察中的應(yīng)用分析

賈利軍

（北京市勘察設(shè)計研究院有限公司，北京 100038）

滲透系數(shù)（K）、貯水系數(shù)（μ*）、導(dǎo)水系數(shù)（T）等水文地質(zhì)參數(shù)是進行含水層富水性評價、水資源量計算、基坑地下水控制以及地下水?dāng)?shù)值模擬不可或缺的數(shù)據(jù)[1-3]。

目前，根據(jù)抽水試驗資料求取水文地質(zhì)參數(shù)的方法主要分為兩大類：一是傳統(tǒng)計算方法，二是計算機軟件求參法。傳統(tǒng)計算方法包括應(yīng)用于承壓水井穩(wěn)定流的Dupuit 公式、Hantush-Jacob 公式以及非穩(wěn)定流的配線法和直線圖解法等[4]；計算機軟件求參法則主要有AquiferTest 軟件求參、MODFLOW軟件求參以及GMS 軟件求參等[5-7]。

采用傳統(tǒng)計算方法時，常因主觀原因，即使針對同一組抽水試驗數(shù)據(jù)，計算出的結(jié)果也不盡相同，以致于進行評判時較為困難；而應(yīng)用計算機求參則可以更加客觀地求取水文地質(zhì)參數(shù)，結(jié)果較為精確，而且可比性好[8]。

本文結(jié)合北京某地塊完整承壓含水層的多孔非穩(wěn)定流抽水試驗資料，利用AquiferTest 軟件、迭代法、經(jīng)驗關(guān)系公式進行水文地質(zhì)參數(shù)的求取，獲取了場地的水文地質(zhì)參數(shù)。

1 抽水試驗資料

在某地塊完整承壓含水層進行了一組多孔非穩(wěn)定流抽水試驗，抽水井編號為GW（本文主要以GW 來論述），井徑0.162 5 m，井深31 m，抽水井穩(wěn)定流量為40.2 m3/h，含水層厚19 m，巖性為中細(xì)砂。抽水井靜止水位埋深11.64 m，抽水試驗進行了115 080 s，GW 內(nèi)的Diver 水位監(jiān)測儀抽水時監(jiān)測到的地下水位降深隨時間的變化趨勢見圖1。

圖1 GW 降深-時間曲線圖

2 AquiferTest 軟件求參

2.1 數(shù)據(jù)整理

本次抽水試驗于2019 年11 月8 日8 時51 秒于某地塊進行，利用Diver 水位監(jiān)測儀對試驗過程中的水位變化進行了監(jiān)測，Diver 水位監(jiān)測儀記錄數(shù)據(jù)時間間隔為1 min。試驗結(jié)束后，將Diver 水位監(jiān)測儀中的數(shù)據(jù)（.mon） 導(dǎo)出，利用Excel 表格對Diver 水位監(jiān)測儀記錄的試驗數(shù)據(jù)進行了整理，獲得了抽水井GW 地下水位降深隨抽水時間變化的關(guān)系，見第47頁表1。

2.2 AquiferTest 軟件求參

1） 打開AquiferTest 2016．1 版本軟件，點擊create a new project，進行含水層抽水試驗。

2） 創(chuàng)建一個新的井，并對井的參數(shù)進行設(shè)定，并指定持續(xù)抽水的平均速率。

3） 將處理后的Diver 數(shù)據(jù)（見表1） 導(dǎo)入AquiferTest 中“Water levels”窗口下的Time-Draw down 模塊下。

表1 GW 中落程抽水試驗數(shù)據(jù)

4） 創(chuàng)建新的分析，在“Creat a new analysis”窗口中選擇Theis。

5） 通過移動鍵盤上的上下左右鍵移動曲線，使生成曲線上的點盡可能的都落到標(biāo)準(zhǔn)曲線上，通過調(diào)整生成的曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線的匹配，得出此次抽水試驗的滲透系數(shù)、導(dǎo)水系數(shù)等水文地質(zhì)參數(shù)。獲得的Theis 曲線見圖2。

圖2 GW AquiferTest 配線法擬合圖

注：W（u）為井函數(shù)；s 為抽水影響范圍內(nèi)，任一點、任一時刻的水位降深；t 為從抽水開始到計算時刻的時間；r 為計算點到抽水井的距離；u 為流速。

3 迭代法求參

3.1 公式的選擇

本文采用了迭代法、吉哈爾特公式和完整承壓抽水井穩(wěn)定流裘布衣公式對本次的抽水試驗進行了研究。

吉哈爾特公式為

完整承壓抽水井穩(wěn)定流裘布衣公式（變形） 為

式中：R 為影響半徑，m；S 為水位降深，m；K 為滲透系數(shù)，m/d；Q 為涌水量，m3/h；r 為井半徑，m；M 為含水層厚度，m。

3.2 計算結(jié)果

經(jīng)過計算，迭代法計算確定含水層滲透系數(shù)K=7.622 561 607 m/d，計算結(jié)果見表2。

表2 完整承壓抽水井穩(wěn)定流抽水試驗計算結(jié)果

4 經(jīng)驗關(guān)系公式求參

4.1 經(jīng)驗關(guān)系公式的選擇

根據(jù)場地內(nèi)的地層巖性情況，采用《工程地質(zhì)手冊》 （第四版） 中砂土的滲透系數(shù)與有效粒徑的經(jīng)驗關(guān)系公式，為

式中：K 為滲透系數(shù)，m/d；d10為顆粒的有效粒徑，mm；T 為滲透水的溫度，℃；C 為常數(shù)，黏土質(zhì)砂取500~700，純砂取700~1 000。

4.2 計算過程

選取場地內(nèi)的5 組擾動樣在實驗室內(nèi)進行篩分試驗，獲得場地內(nèi)的有效粒徑d10；對選取的擾動樣運用公式（3） 進行計算，計算結(jié)果見表3。

表3 砂土滲透系數(shù)與有效粒徑的經(jīng)驗關(guān)系公式計算結(jié)果

由表3 可知，運用砂土的滲透系數(shù)與有效粒徑的經(jīng)驗關(guān)系公式求得的滲透系數(shù)K=8.43~12.36 m/d。

5 求參方法對比分析

由圖2 中的Theis 法擬合求得的地塊滲透系數(shù)為8.37×10-5m/s，經(jīng)換算后，Theis 法擬合求得的滲透系數(shù)K 為7.23 m/d；迭代法求得的滲透系數(shù)為7.62 m/d；經(jīng)驗關(guān)系公式求得的滲透系數(shù)K=8.43~12.36 m/d。總體而言，這3 種不同的方法求得的參數(shù)相一致，由此證明了這3 種方法在今后類似的抽水試驗過程中可相互借鑒，使用這3 種方法計算水文地質(zhì)參數(shù)得出的結(jié)果是可行的。經(jīng)計算確定，本場地的滲透系數(shù)K 取值為7.23~12.36 m/d。

6 結(jié)論

本文通過3 種方法對北京某地塊完整承壓抽水井抽水試驗進行了計算分析，可以得出以下的5 點結(jié)論。

1） 迭代法計算抽水試驗參數(shù)時，首先要假定一個滲透系數(shù)或影響半徑，然后代入公式，經(jīng)反復(fù)循環(huán)計算才能得出含水層的滲透系數(shù)，該方法比較快速、精確。

2） AquiferTest 抽水求參軟件的缺點是對使用者的專業(yè)英文水平要求較高，優(yōu)點是計算方便快捷，計算精度較高，規(guī)范性好，可以充分利用抽水試驗的全部觀測資料，從而避免個別資料的偶然誤差，計算結(jié)果可以以圖片的形式展示，直觀性、美觀性好，可以大大避免人工主觀因素的影響。

3） 砂土的滲透系數(shù)與有效粒徑的經(jīng)驗關(guān)系公式求參過程中，C 值的選取過程中人的主觀因素會影響結(jié)果的取值，因此經(jīng)驗關(guān)系公式在求取砂土滲透系數(shù)時可作為定性參考。

4） 通過3 種不同方法的對比分析可知，Aquifer-Test 抽水求參軟件、迭代法和經(jīng)驗關(guān)系公式對含水層水文地質(zhì)參數(shù)進行求參是可行的，本次抽水試驗計算得出，場地的滲透系數(shù)為7.23~12.36 m/d。

5） 在實際生產(chǎn)過程中，最好用多種方法計算抽水試驗參數(shù)，合理、科學(xué)地選取參數(shù)值。