单孔抽水试验中水文地质参数计算

■黄义佳

（广东省有色金属地质局九三二队广东韶关512000）

单孔抽水试验中水文地质参数计算

■黄义佳

（广东省有色金属地质局九三二队广东韶关512000）

在对水文地质条件进行勘探时经常会借助单孔、多孔以及群孔做抽水试验，利用抽水试验资料求取水文地质参数[1]。不过在具体工作过程中，大多数情况下因为施工条件或者资金等方面的制约，通常无法满足这些要求，所以需要借助单孔无观测孔做抽水试验来得出水文地质参数[2]。因此，本文以韶关地区的水文地质勘查报告中单孔稳定流抽水试验为主要研究对象，处理试验数据，绘制Q、S～t过程曲线以及q=f(s)关系曲线图，按潜水非完整井公式计算得出含水层的渗透系数K，采用水位恢复法求取导水系数T与给水度μ。

抽水试验；水文地质参数；韶关地区；潜水非完整井公式；水位恢复法；渗透系数；导水系数；给水度

1　引言

在水文地质勘探实践中，一个重要的工作就是确定含水层的水文地质参数，而抽水试验是掌握含水层富水性，求取含水层水文地质参数最直接的手段。抽水试验是以地下水井流理论为基础（地下水动力学），通过从抽水孔或水井中抽水，来定量评价含水层富水性，测定含水层水文地质参数[3]。目前抽水试验数据分析处理方法多种多样，包括使用专门设计用于对抽水试验和段塞实验数据进行图形化分析和报告的AquiferTest软件[4]，以及常用Excel应用程序处理试验数据进而分析求取相关水文地质参数。下面以《韶关市曲江区沙溪镇民采历史遗留矿山尾矿重金属污染综合治理工程水文地质勘查报告》[9]为例，采用潜水非完整井公式计算得出含水层的渗透系数，采用水位恢复法求取含水层导水系数T与给水度μ。

2　抽水试验概况

抽水试验孔HZK2、HZK4的抽水试验在降深大于10m的条件下，由于井内补充涌水量极少，试抽12h后均无法进行正常的抽水试验。抽水孔HZK2单孔的抽水试验，三次降深分别为：S1=13.81m；S2=9.23m；S3=4.65m。抽水孔HZK4单孔的抽水试验，三次降深分别为：S1=10.78m；S2=7.20m；S3=3.66m。经整理本次抽水试验现场资料，绘制Q、S～t过程曲线以及q=f(s)关系曲线图，参考《水文地质手册》[6]，对本次抽水试验综合分析，区内地下水类型进行判定，结论如下：q=f(s)关系曲线属III类曲线，区内地下水抽水试验地下水类型为潜水型。单孔抽水试验不同降深及涌水量数据如表1：

表1　单孔抽水试验数据表

3　渗透系h数计算

根据中华人民共和国行业标准《抽水试验规程》（YS5215～2000）[7]，抽水试验按潜水非完整井公式计算含水层的渗透系数K，公式如下：

式中K、Q、L、S、r分别代表渗透系数（m/d）、涌水量（m3/d）、过滤器长度（m）、水位降深（m）及抽水孔半径（m）。

利用上述公式，抽水孔HZK2及HZK4渗透系数计算过程如表2：渗透系数K分别为0.173、0.112m/d。

表2　渗透系数计算表

4　导水系数与给水度的计算

抽水试验的水位恢复过程可以看成是两个相反过程的叠加，即抽水过程和等量注水过程，二者迭加流量为零。其中抽水过程属稳定流，注水过程属非稳定流。因为二者均有相应的解析解[8～10]，因而不难推导出新的求解公式。

对潜水井，当降深和相对含水层厚度较小时，水流状态近似为二维流，抽水停止后，抽水孔水位迅速回升，若抽水孔以流量Q持续抽水tp时间后停抽，恢复水位在时刻t（停抽起算时间）的剩余降深S′满足：

式中S′为水位恢复的剩余降深；SP为停抽时的水位降深；S*为停止抽水后的水位回升值。

根据地下水动力学原理[3]，通过泰斯公式与雅可布表达式，推导出如下计算公式：

式中S*为水位回升值；Q为抽水孔流量（m3/d）；T为含水层导水系数；μ为含水层给水度；t为停止抽水后起算时间；r为任一点到抽水孔距离（对抽水孔r=rw）。

将直线沿长与t交于t0，取S*=0时的t0，可求出给水度μ。

根据试验数据，绘制S*与lgt关系曲线，取一对数周期相应水位回升值ΔS*，直线斜率i=ΔS*，利用可求得导水系数T和给水度μ。

利用上述公式，抽水孔HZK2及HZK4计算过程如表3。计算结果：给水度μ分别为0.028、0.012。

表3　导水系数T与给水度μ计算过程表

5　结语

（1）在野外单孔抽水试验中，采用潜水非完整井公式计算得出含水层的渗透系数K，是比较简单有效的方法。

（2）从理论角度进行分析，水位恢复法求解参数与单孔稳定流抽水试验情况非常符合[2]，这种计算方法不仅简单，而且约束较少，比较适用于野外单孔稳定流抽水试验。

[1]周志芳等，基于抽水试验资料确定含水层水文地质参数 [J]，河海大学，河海大学学报，1999，3（27）

[2]于传宁等，利用抽水试验资料确定水文地质参数 [J]，山东省滨州水文资源勘测局，地下水，2006，28(1)

[3]薛禹群、吴吉春，地下水动力学（第三版） （M），地质出版社，2010

[4]陶忠涛、闫志为，AquiferTest软件求解承压含水层水文地质参数的方法及效果[J]，桂林理工大学，水电能源科学，2012，10（30）

[5]黄义佳等，《韶关市曲江区沙溪镇民采历史遗留矿山尾矿重金属污染综合治理

工程水文地质勘查报告》 （M），2014

[6]中国地质调查局，《水文地质手册》[M]，地质出版社，2012

[7]中华人民共和国行业标准《抽水试验规程》 （YS5215～2000） （M），2001

[8]石中平，单孔稳定抽水试验水位恢复资料确定含水层参数 [J]，铁道部第一勘测设计院，西安工程学院学报，2000，2（20）

[9]惠宏伟，单孔抽水试验中水文地质参数的分析 [J]，核工业天津勘察院，黑龙江水利科技，2012，11（40）

[10]郭建青、李彦等，含水层抽水试验水位恢复过程数据的直线图解分析法 [J]，长安大学，水利学报，2004，10（10）

P641.4+3[文献码]B

1000～405X（2016）～4～307～1

黄义佳，水工环助理工程师，研究方向为水文地质、环境地质、岩土工程勘察。