传统公式法和Aquifer Test计算水文地质参数的对比分析

任改娟，杨立顺，回广荣，师沙沙

(河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队，河北 秦皇岛066001)

抽水试验是通过水文地质钻孔或水井抽水确定水井出水能力，获取含水层的水文地质参数，判明某些水文地质条件的野外水文地质试验工作。其主要目的之一是确定含水层的水文地质参数，如渗透系数(K)、导水系数(T)、给水度(μ)、贮水系数或释水系数(μ*)等，参数的计算精度直接关系到地下水资源评价的精度和对区域水文地质条件的认识以及地下水数值模拟及预报等工作的可靠程度。稳定流抽水试验一般采用公式法求参，非稳定流抽水试验采用传统的配线法［1］、直线图解法求参等，但这些传统方法人工计算同一井孔抽水试验参数时会因人为误差而得到不同结果［2，3］，进而直接影响地下水资源的评价结果。近年来随着计算机技术在含水层参数计算中的广泛应用［4－7］，利用 Excel模板计算渗透系数等水文地质参数变得方便快捷，但是精确与否无法直观判断。为此，本文以秦皇岛某水源地钻孔抽水试验为例，对比分析应用经验公式法和AquiferTest软件的Theis、Cooper－Jacob理论分析方法，发现AquiferTest软件对抽水试验参数计算的优越性。

1 抽水试验概况

1.1 区域水文地质条件

水源地位于河北省抚宁县境内，处于燕山山脉的东部，濒临渤海，以丘陵地貌为主，主要山脊近南北走向。地势北高南低，西高东低，最高海拔780 m，但一般海拔低于400 m。研究区分布着第四系孔隙潜水和寒武、奥陶系地层中碳酸盐岩类裂隙溶洞水。本次钻孔揭露含水层底板埋深295.2 m，含水层由奥陶系马家沟组和亮甲山组灰岩组成。碳酸盐岩上覆第四系松散岩类砂卵石层，孔隙水和岩溶水水力联系密切，大气降水是唯一的补给来源。在12.3 m处采用水泥灌浆阻止孔隙水和岩溶水之间的水力联系，因而，本次讨论的是承压水含水层的水文地质参数计算方法。

1.2 抽水试验资料

该抽水试验在碳酸盐岩裂隙溶洞水含水层中进行带观测孔的稳定流抽水试验。抽水钻孔编号zk3，井深295.2 m，井径0.11 m，静止水位埋深11.45 m，流量比较稳定，为 1 650.8 m3/d;观测孔编号 zk2，井深 295.4 m，井径 0.11 m，静止水位埋深12.22 m，距离抽水孔45 m。根据现场水文地质钻探编录资料，承压水含水层厚度为73.6 m，抽水观测总延续时间4 650 min。抽水时，zk2观测孔的观测数据见表1。

2 公式法计算参数

传统抽水试验方法中，在计算含水层参数时可采用稳定流方法和非稳定流方法。潜水和承压水的稳定井流，采用Dupuit公式及Thiem公式;潜水非稳定井流，采用仿Theis公式、Boulton模型、Neuman模型、水位恢复法;承压水非稳定井流，采用Theis配线法、Jacob直线图解法、拐点法、水位恢复法［1］。实际工作中，多为单井稳定流抽水试验，一般采用Dupuit及Thiem公式进行计算。

2.1 计算公式

潜水完整井稳定流抽水计算公式:

承压水完整井稳定流抽水计算公式:

承压水完整井带一个观测孔稳定流抽水计算公式:

式中:K为含水层渗透系数，m/d;Q为抽水试验流量，m3/d;R为影响半径，m;rW为抽水井半径，m;r1为观测井至抽水井中心的距离，m;Sw为抽水井水位稳定时水位降深，m;S1为观测井水位稳定时水位降深，m;H为潜水含水层厚度，m;M为承压水含水层厚度，m。

2.2 计算结果

本次研究采用承压水完整井带一个观测孔的稳定流抽水试验公式进行计算。将抽水试验数据代入上面的承压水完整井带一个观测孔稳定流抽水计算公式，经计算得出含水层 渗透系数K平均为2.63 m/d。

表1 承压含水层抽水试验资料

3 AquiferTest计算参数

3.1 AquiferTest软件简介

AquiferTest软件是加拿大滑铁卢水文地质公司(Waterloo Hydrogeologic Inc.)开发研制的专门用于抽水试验和微水试验资料分析、数据处理的图形化分析软件，处理试验数据快捷简便，软件中包含了多种分析模型，包括 Theis、Cooper＆Jacob、Theis with Jacob Correction、Double Porosity 等模型，能够确定多种类型含水层的参数，如承压含水层、潜水含水层、越流含水层和基岩裂隙含水层等，并能够进行水位预测、井群干扰降深计算、含水介质性质判断以及试验数据处理报告等功能。

AquiferTest求解水文地质参数过程中，可以对抽水试验数据进行甄别，通过专业分析，删除错误数据点，还可以通过键盘上、下、左、右方向键对曲线进行旋转、变换，使实测点尽可能与理论曲线拟合，从而达到对参数的最优控制。

3.2 AquiferTest软件计算方法

根据研究区水文地质条件，本次研究利用AquiferTest软件，采用 Theis、Cooper－Jacob Time－Drawdown理论分析方法对承压含水层水文地质参数进行求解。

3.2.1 配线法

配线法是通过实测试验曲线与理论曲线对比确定含水层水文地质参数的方法，也称为标准曲线对比法。配线法在软件中可根据专业判断力来调整曲线图以实现自动和手工的最佳拟合效果。随着理论曲线的移动，所求的水文地质参数的结果也会随之更新，AquiferTest软件参数计算结果为:T=385 m2/d;K=2.91 m/d;μ*=0.000 374。拟合结果见图1。

3.2.2 直线图解法

直线图解法是当非稳定流抽水观测井满足u≤0.01时，利用承压完整井抽水时的水位降深与时间呈线性关系来求解参数的方法。本试验中t必须大于70 min才满足直线图解法条件，选择Cooper－Jacob Time－Drawdown进行库珀 －雅各布直线图解法的理论分析，通过时间限制的设置，AquiferTest软件参数计算结果为:T=387 m2/d;K=2.92 m/d;μ*=0.000 371。拟合结果见图2。

图1 Theis分析拟合曲线图

图2 Cooper－Jacob分析拟合曲线图

4 对比分析

由计算结果可看出，AquiferTest软件两种分析方法，即泰斯配线法与雅各布直线图解法所求渗透系数K、导水系数T结果吻合，传统公式法与AquiferTest软件对渗透系数的计算结果有一定误差。原因就在于传统公式法计算采用的是稳定流，对实际的水文地质条件认识过于简单，而实际情况往往很复杂，用稳定流公式计算的结果就有了一定的偏差。而且，传统公式法可获取的参数较少，如渗透系数和影响半径，而AquiferTest软件可以获得多种参数，渗透系数、导水系数、贮水系数等，且有可视化图形作对比，结果一目了然。因此，在粗略求得水文地质参数时可以采用稳定流计算公式，但是在进行地下水资源评价及模拟计算时，水文地质参数的计算最好采用多种方法进行比较分析，从而选取科学、合理的参数。

表2 传统公式法和Aquifertest软件计算结果对比

对比以往该区成果报告中采用的参数，发现与AquiferTest软件计算的结果基本吻合，说明用AquiferTest软件计算水文地质参数方法合理可行。

5 结语

由于对水文地质条件认识的差异性，传统公式法与AquiferTest软件所计算的参数有一定误差。经对比分析发现利用AquiferTest软件计算的结果基本符合实际的水文地质条件，可见，AquiferTest软件计算参数比传统公式法更精确，不仅计算过程方便快捷，而且求参过程和结果形象直观，对比性强，可以对抽水试验数据进行甄别，通过专业分析，对曲线进行旋转、变换，使实测点尽可能与理论曲线拟合，最终得到较为准确的参数。通过实例证明，利用AquiferTest计算水文地质参数操作方便快捷，结果精确直观，可在今后生产实践中推广应用。

［1］薛禹群，吴吉春.地下水动力学［M］.第三版.北京:地质出版社.2010.

［2］陈广洲，汪家权，解华明.随机优化算法在水文地质参数识别中的应用［J］.水电能源科学.2008，26(1):75－77.

［3］王晓惠，束龙仓，邓铭江，等.非稳定流非完整辐射井抽水试验水文地质参数的求解［J］.水电能源科学.2011，29(7):43 －46，114.

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［6］陶宗涛，闫志为.基于AquiferTest的水文地质参数计算方法研究［J］.水利科学与经济.2012，18(12):25 －27.

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