■黃義佳

（廣東省有色金屬地質(zhì)局九三二隊廣東韶關(guān)512000）

單孔抽水試驗中水文地質(zhì)參數(shù)計算

■黃義佳

（廣東省有色金屬地質(zhì)局九三二隊廣東韶關(guān)512000）

在對水文地質(zhì)條件進行勘探時經(jīng)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(zhì)參數(shù)[1]。不過在具體工作過程中，大多數(shù)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(zhì)參數(shù)[2]。因此，本文以韶關(guān)地區(qū)的水文地質(zhì)勘查報告中單孔穩(wěn)定流抽水試驗為主要研究對象，處理試驗數(shù)據(jù)，繪制Q、S～t過程曲線以及q=f(s)關(guān)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(shù)K，采用水位恢復(fù)法求取導(dǎo)水系數(shù)T與給水度μ。

抽水試驗；水文地質(zhì)參數(shù)；韶關(guān)地區(qū)；潛水非完整井公式；水位恢復(fù)法；滲透系數(shù)；導(dǎo)水系數(shù)；給水度

1　引言

在水文地質(zhì)勘探實踐中，一個重要的工作就是確定含水層的水文地質(zhì)參數(shù)，而抽水試驗是掌握含水層富水性，求取含水層水文地質(zhì)參數(shù)最直接的手段。抽水試驗是以地下水井流理論為基礎(chǔ)（地下水動力學(xué)），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(zhì)參數(shù)[3]。目前抽水試驗數(shù)據(jù)分析處理方法多種多樣，包括使用專門設(shè)計用于對抽水試驗和段塞實驗數(shù)據(jù)進行圖形化分析和報告的AquiferTest軟件[4]，以及常用Excel應(yīng)用程序處理試驗數(shù)據(jù)進而分析求取相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)。下面以《韶關(guān)市曲江區(qū)沙溪鎮(zhèn)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(zhì)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(shù)，采用水位恢復(fù)法求取含水層導(dǎo)水系數(shù)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(nèi)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(jīng)整理本次抽水試驗現(xiàn)場資料，繪制Q、S～t過程曲線以及q=f(s)關(guān)系曲線圖，參考《水文地質(zhì)手冊》[6]，對本次抽水試驗綜合分析，區(qū)內(nèi)地下水類型進行判定，結(jié)論如下：q=f(s)關(guān)系曲線屬III類曲線，區(qū)內(nèi)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(shù)據(jù)如表1：

表1　單孔抽水試驗數(shù)據(jù)表

3　滲透系h數(shù)計算

根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《抽水試驗規(guī)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(shù)K，公式如下：

式中K、Q、L、S、r分別代表滲透系數(shù)（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(shù)計算過程如表2：滲透系數(shù)K分別為0.173、0.112m/d。

表2　滲透系數(shù)計算表

4　導(dǎo)水系數(shù)與給水度的計算

抽水試驗的水位恢復(fù)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(wěn)定流，注水過程屬非穩(wěn)定流。因為二者均有相應(yīng)的解析解[8～10]，因而不難推導(dǎo)出新的求解公式。

對潛水井，當(dāng)降深和相對含水層厚度較小時，水流狀態(tài)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(xù)抽水tp時間后停抽，恢復(fù)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(fù)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(jù)地下水動力學(xué)原理[3]，通過泰斯公式與雅可布表達式，推導(dǎo)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(dǎo)水系數(shù)；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(jù)試驗數(shù)據(jù)，繪制S*與lgt關(guān)系曲線，取一對數(shù)周期相應(yīng)水位回升值ΔS*，直線斜率i=ΔS*，利用可求得導(dǎo)水系數(shù)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(jié)果：給水度μ分別為0.028、0.012。

表3　導(dǎo)水系數(shù)T與給水度μ計算過程表

5　結(jié)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(shù)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(fù)法求解參數(shù)與單孔穩(wěn)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(wěn)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(zhì)參數(shù) [J]，河海大學(xué)，河海大學(xué)學(xué)報，1999，3（27）

[2]于傳寧等，利用抽水試驗資料確定水文地質(zhì)參數(shù) [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(xué)（第三版） （M），地質(zhì)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(zhì)參數(shù)的方法及效果[J]，桂林理工大學(xué)，水電能源科學(xué)，2012，10（30）

[5]黃義佳等，《韶關(guān)市曲江區(qū)沙溪鎮(zhèn)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(zhì)勘查報告》 （M），2014

[6]中國地質(zhì)調(diào)查局，《水文地質(zhì)手冊》[M]，地質(zhì)出版社，2012

[7]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《抽水試驗規(guī)程》 （YS5215～2000） （M），2001

[8]石中平，單孔穩(wěn)定抽水試驗水位恢復(fù)資料確定含水層參數(shù) [J]，鐵道部第一勘測設(shè)計院，西安工程學(xué)院學(xué)報，2000，2（20）

[9]惠宏偉，單孔抽水試驗中水文地質(zhì)參數(shù)的分析 [J]，核工業(yè)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(fù)過程數(shù)據(jù)的直線圖解分析法 [J]，長安大學(xué)，水利學(xué)報，2004，10（10）

P641.4+3[文獻碼]B

1000～405X（2016）～4～307～1

黃義佳，水工環(huán)助理工程師，研究方向為水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、巖土工程勘察。