徐宏妍（南京東大巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，南京210007）

1 引言

目前，水文地質(zhì)參數(shù)的確定主要以現(xiàn)場抽水試驗(yàn)為主，此方法也是目前確定水文地質(zhì)參數(shù)最為直接有效的手段。抽水試驗(yàn)的目的是通過現(xiàn)場抽水測定含水層涌水量與水位降深歷史關(guān)系，進(jìn)而根據(jù)相應(yīng)求參方法，確定水文地質(zhì)參數(shù)[1]。

抽水試驗(yàn)分為穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流抽水[2]，其計(jì)算方法也分為穩(wěn)定流計(jì)算與非穩(wěn)定流計(jì)算。但實(shí)際工程抽水試驗(yàn)周期較短，多數(shù)試驗(yàn)并未達(dá)到穩(wěn)定流狀態(tài)，但技術(shù)人員仍按照穩(wěn)定流公式計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)，導(dǎo)致水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算并不準(zhǔn)確，所以，目前采用非穩(wěn)定流計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)越來越受青睞。

非穩(wěn)定流計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)的方法主要包括人工配線法、直線圖解法及AquiferTest軟件自動配線法，本文通過對某地鐵工程現(xiàn)場抽水試驗(yàn)的數(shù)據(jù)計(jì)算分析，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，對抽水試驗(yàn)確定水文地質(zhì)參數(shù)提出建議。

2 某地鐵工程抽水試驗(yàn)資料

某地鐵車站位于滁河漫灘平原區(qū)，基巖埋深約45.7 m，場地巖土層總體分布較為穩(wěn)定。抽水試驗(yàn)場地位于車站西側(cè)邊線外約20 m，試驗(yàn)含水層為承壓含水層，巖性為中粗砂混卵礫石，厚6.6 m，采用1個(gè)抽水主井和2個(gè)觀測井非穩(wěn)定流抽水，井深均為49 m，主井外徑200 mm，內(nèi)徑184 mm，觀測井外徑110 mm，內(nèi)徑100 mm，觀測井距抽水井的距離分別為5.7 m、15.0 m，抽水試驗(yàn)共抽水2 160 min，水位恢復(fù)3 600 min，穩(wěn)定流量為28.56 m3/h。

本次抽水試驗(yàn)共進(jìn)行3次降深試驗(yàn)，并通過S-lgt（S為抽水孔水位降深；t為時(shí)間）直線圖解法、水位恢復(fù)法（S-lgt/t′曲線直線求解法，t′為停抽前的抽水總時(shí)間）、AquiferTest v3.0軟件Theis理論分析法分別計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)。

本文主要以該地鐵工程抽水試驗(yàn)第二降深第二觀測孔數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過分析水文地質(zhì)參數(shù)的3種求解方法特點(diǎn)，并對比其結(jié)果，給出較為合理的非穩(wěn)定流求參方法。

由于本次抽水試驗(yàn)歷時(shí)時(shí)間較長，觀測時(shí)間間隔較小，故數(shù)據(jù)量大，在此無法一一給出各監(jiān)測時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)，本文只給出第二降深第二觀測孔部分時(shí)間節(jié)點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)（見表1）。

表1 承壓含水層G2孔抽水試驗(yàn)資料

3 水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算

3.1 S-l g t直線圖解法

根據(jù)SL320－2005《水利水電工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程》[3]附錄D3.1表D.5抽水孔及觀測孔在抽水開始后，根據(jù)不同時(shí)間觀測到的水位降深資料繪制S-lgt曲線，如圖1所示。

圖1 G2孔S-l g t曲線

直線段斜率：C=（St2-St1）/（lgt2-lgt1），帶入圖中數(shù)據(jù)得C=0.333。

再按式（1）計(jì)算含水層滲透系數(shù)K：

式中，T為導(dǎo)水系數(shù)，m2/d；K為含水層的滲透系數(shù)，m/d；M為含水層厚度，本項(xiàng)目為6.6 m；Q為試驗(yàn)涌水量，本項(xiàng)目為685.44 m3/d。則K=57.07 m/d。

3.2 水位恢復(fù)法（S-lg t/t′曲線直線求解法）

根據(jù)水利水電工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程[3]，附錄D3.2表D.6抽水孔及觀測孔在抽水結(jié)束后，根據(jù)觀測到的水位恢復(fù)資料繪制S-lgt/t′曲線（見圖2），求該曲線直線段的斜率C，并按式（2）計(jì)算含水層滲透系數(shù)K。

圖2 G2孔S-l g t/t′曲線

由圖2可計(jì)算出直線段斜率C=0.329，則K=57.63 m/d。

3.3 基于Aqui f er Tes t v3.0軟件Thei s理論分析法（計(jì)算機(jī)配線法）

AquiferTest v3.0軟件是一款分析抽水試驗(yàn)和微水試驗(yàn)數(shù)據(jù)的軟件，該軟件簡單易用，可以計(jì)算含水層的相關(guān)參數(shù)，大大提高了Theis配線的精度和速度。

按AquiferTest v3.0操作手冊，點(diǎn)擊wells依次輸入主井及各觀測井結(jié)構(gòu)參數(shù)，之后點(diǎn)擊pumping tests輸入試驗(yàn)數(shù)據(jù)，待所有數(shù)據(jù)輸入完畢并核實(shí)無誤后，點(diǎn)擊Analysis選擇Theis[4]，軟件自動生成配線結(jié)果，相關(guān)水文參數(shù)顯示在界面下方，其中，橫坐標(biāo)為1/u，縱坐標(biāo)為W（u）（泰斯井函數(shù)），u=r2s4Tt，參數(shù)意義同上（其中，u為泰斯公式推導(dǎo)結(jié)果——影響半徑隨時(shí)間的變化量；s為儲水系數(shù)；T為導(dǎo)水系數(shù)；r為計(jì)算點(diǎn)到抽水井的距離；t為抽水開始到計(jì)算時(shí)刻的時(shí)間）。

由圖3可知，G2孔抽水試驗(yàn)資料Theis配線法可求得導(dǎo)水系數(shù)為284 m2/d，由公式（1）計(jì)算滲透系數(shù)為K=43.03 m/d。另根據(jù)AquiferTest v3.0軟件cooper-jacob（直線圖解法）分析求得滲透系數(shù)為K=43.79 m/d。

圖3 G2孔S-l g t/t′曲線

4 水文地質(zhì)參數(shù)確定分析

本工程抽水試驗(yàn)采用了3種非穩(wěn)定流水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算方法，分別為S-lgt直線圖解法、水位恢復(fù)法（S-lgt/t′曲線直線求解法）、AquiferTest v3.0軟件Theis[4]理論分析法。通過對3種計(jì)算方法對比分析，可以看出，人工直線圖解法求得滲透系數(shù)大于計(jì)算機(jī)Theis配線法及cooper-jacob直線圖解法。單純對比人工直線圖解法與AquiferTest v3.0cooper-jacob steptest直線圖解法可以看出，兩種方法計(jì)算結(jié)果差異較大。導(dǎo)致結(jié)果差異較大的原因主要是人工直線圖解法對于直線段的選取具有人為性，而直線段的斜率大小對于計(jì)算結(jié)果的影響較大。但計(jì)算機(jī)可以綜合分析所獲得的抽水試驗(yàn)資料，較為合理地選取直線段，且斜率計(jì)算準(zhǔn)確。

抽水試驗(yàn)水文地質(zhì)參數(shù)的確定理論較為成熟，非穩(wěn)定流法確定水文地質(zhì)參數(shù)現(xiàn)已被國內(nèi)外大多數(shù)技術(shù)人員所認(rèn)可，其中Theis配線法及cooper-jacob直線圖解法應(yīng)用較廣。在AquiferTest軟件尚未開發(fā)前，水文地質(zhì)界對于非穩(wěn)定計(jì)算大多采用人工Theis配線法，雖然其工作量較大，且配合點(diǎn)的選取往往很難把握，但是，根據(jù)多項(xiàng)工程實(shí)例研究可知，人工Theis配線法求得的水文地質(zhì)參數(shù)精度可以滿足工程需要?，F(xiàn)在由于AquiferTest軟件的應(yīng)用，大大縮減了人工配線的工作量，且配合點(diǎn)精度較高，通過多項(xiàng)工程抽水試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，AquiferTest軟件Theis配線法及cooper-jacob直線圖解法的分析結(jié)果相差較小，有效地解決了以往人工Theis配線與人工直線圖解法結(jié)果差異較大的難題。

綜上所述，本地鐵工程抽水試驗(yàn)水文地質(zhì)參數(shù)可以采用AquiferTest軟件Theis配線法分析結(jié)果或采用cooper-jacob直線圖解法分析結(jié)果。

5 結(jié)語

根據(jù)上述幾種不同的水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算方法分析可以得出：

1）采用非穩(wěn)定流理論計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)可以有效縮短抽水試驗(yàn)的運(yùn)行時(shí)間；

2）人工配線法確定水文地質(zhì)參數(shù)人為性較大，從而導(dǎo)致參數(shù)的準(zhǔn)確性較差；

3）AquiferTest軟件計(jì)算機(jī)自動配線法可以大大提高水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算速度及精度；

4）通過AquiferTest軟件Theis配線法及cooper-jacob直線圖解法獲得的水文地質(zhì)參數(shù)結(jié)果相差較小，故推薦抽水試驗(yàn)水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算采用AquiferTest軟件Theis配線法或cooper-jacob直線圖解法。