賈利軍

（北京市勘察設(shè)計(jì)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(jìn)行含水層富水性評(píng)價(jià)、水資源量計(jì)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(yàn)資料求取水文地質(zhì)參數(shù)的方法主要分為兩大類(lèi)：一是傳統(tǒng)計(jì)算方法，二是計(jì)算機(jī)軟件求參法。傳統(tǒng)計(jì)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(xiàn)法和直線(xiàn)圖解法等[4]；計(jì)算機(jī)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(jì)算方法時(shí)，常因主觀(guān)原因，即使針對(duì)同一組抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算出的結(jié)果也不盡相同，以致于進(jìn)行評(píng)判時(shí)較為困難；而應(yīng)用計(jì)算機(jī)求參則可以更加客觀(guān)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(yàn)資料，利用AquiferTest 軟件、迭代法、經(jīng)驗(yàn)關(guān)系公式進(jìn)行水文地質(zhì)參數(shù)的求取，獲取了場(chǎng)地的水文地質(zhì)參數(shù)。

1 抽水試驗(yàn)資料

在某地塊完整承壓含水層進(jìn)行了一組多孔非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，抽水井編號(hào)為GW（本文主要以GW 來(lái)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(yàn)進(jìn)行了115 080 s，GW 內(nèi)的Diver 水位監(jiān)測(cè)儀抽水時(shí)監(jiān)測(cè)到的地下水位降深隨時(shí)間的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1。

圖1 GW 降深-時(shí)間曲線(xiàn)圖

2 AquiferTest 軟件求參

2.1 數(shù)據(jù)整理

本次抽水試驗(yàn)于2019 年11 月8 日8 時(shí)51 秒于某地塊進(jìn)行，利用Diver 水位監(jiān)測(cè)儀對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中的水位變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，Diver 水位監(jiān)測(cè)儀記錄數(shù)據(jù)時(shí)間間隔為1 min。試驗(yàn)結(jié)束后，將Diver 水位監(jiān)測(cè)儀中的數(shù)據(jù)（.mon） 導(dǎo)出，利用Excel 表格對(duì)Diver 水位監(jiān)測(cè)儀記錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理，獲得了抽水井GW 地下水位降深隨抽水時(shí)間變化的關(guān)系，見(jiàn)第47頁(yè)表1。

2.2 AquiferTest 軟件求參

1） 打開(kāi)AquiferTest 2016．1 版本軟件，點(diǎn)擊create a new project，進(jìn)行含水層抽水試驗(yàn)。

2） 創(chuàng)建一個(gè)新的井，并對(duì)井的參數(shù)進(jìn)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(jiàn)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(yàn)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(guò)移動(dòng)鍵盤(pán)上的上下左右鍵移動(dòng)曲線(xiàn)，使生成曲線(xiàn)上的點(diǎn)盡可能的都落到標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)上，通過(guò)調(diào)整生成的曲線(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的匹配，得出此次抽水試驗(yàn)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(xiàn)見(jiàn)圖2。

圖2 GW AquiferTest 配線(xiàn)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(diǎn)、任一時(shí)刻的水位降深；t 為從抽水開(kāi)始到計(jì)算時(shí)刻的時(shí)間；r 為計(jì)算點(diǎn)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(duì)本次的抽水試驗(yàn)進(jìn)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(jì)算結(jié)果

經(jīng)過(guò)計(jì)算，迭代法計(jì)算確定含水層滲透系數(shù)K=7.622 561 607 m/d，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 完整承壓抽水井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果

4 經(jīng)驗(yàn)關(guān)系公式求參

4.1 經(jīng)驗(yàn)關(guān)系公式的選擇

根據(jù)場(chǎng)地內(nèi)的地層巖性情況，采用《工程地質(zhì)手冊(cè)》 （第四版） 中砂土的滲透系數(shù)與有效粒徑的經(jīng)驗(yàn)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(jì)算過(guò)程

選取場(chǎng)地內(nèi)的5 組擾動(dòng)樣在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行篩分試驗(yàn)，獲得場(chǎng)地內(nèi)的有效粒徑d10；對(duì)選取的擾動(dòng)樣運(yùn)用公式（3） 進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

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

由表3 可知，運(yùn)用砂土的滲透系數(shù)與有效粒徑的經(jīng)驗(yàn)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(duì)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(yàn)關(guān)系公式求得的滲透系數(shù)K=8.43~12.36 m/d?？傮w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(lèi)似的抽水試驗(yàn)過(guò)程中可相互借鑒，使用這3 種方法計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)得出的結(jié)果是可行的。經(jīng)計(jì)算確定，本場(chǎng)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(guò)3 種方法對(duì)北京某地塊完整承壓抽水井抽水試驗(yàn)進(jìn)行了計(jì)算分析，可以得出以下的5 點(diǎn)結(jié)論。

1） 迭代法計(jì)算抽水試驗(yàn)參數(shù)時(shí)，首先要假定一個(gè)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(jì)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(diǎn)是對(duì)使用者的專(zhuān)業(yè)英文水平要求較高，優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算方便快捷，計(jì)算精度較高，規(guī)范性好，可以充分利用抽水試驗(yàn)的全部觀(guān)測(cè)資料，從而避免個(gè)別資料的偶然誤差，計(jì)算結(jié)果可以以圖片的形式展示，直觀(guān)性、美觀(guān)性好，可以大大避免人工主觀(guān)因素的影響。

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

4） 通過(guò)3 種不同方法的對(duì)比分析可知，Aquifer-Test 抽水求參軟件、迭代法和經(jīng)驗(yàn)關(guān)系公式對(duì)含水層水文地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行求參是可行的，本次抽水試驗(yàn)計(jì)算得出，場(chǎng)地的滲透系數(shù)為7.23~12.36 m/d。

5） 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，最好用多種方法計(jì)算抽水試驗(yàn)參數(shù)，合理、科學(xué)地選取參數(shù)值。