不同求参方法在水文地质勘察中的应用分析

贾利军

（北京市勘察设计研究院有限公司，北京 100038）

渗透系数（K）、贮水系数（μ*）、导水系数（T）等水文地质参数是进行含水层富水性评价、水资源量计算、基坑地下水控制以及地下水数值模拟不可或缺的数据[1-3]。

目前，根据抽水试验资料求取水文地质参数的方法主要分为两大类：一是传统计算方法，二是计算机软件求参法。传统计算方法包括应用于承压水井稳定流的Dupuit 公式、Hantush-Jacob 公式以及非稳定流的配线法和直线图解法等[4]；计算机软件求参法则主要有AquiferTest 软件求参、MODFLOW软件求参以及GMS 软件求参等[5-7]。

采用传统计算方法时，常因主观原因，即使针对同一组抽水试验数据，计算出的结果也不尽相同，以致于进行评判时较为困难；而应用计算机求参则可以更加客观地求取水文地质参数，结果较为精确，而且可比性好[8]。

本文结合北京某地块完整承压含水层的多孔非稳定流抽水试验资料，利用AquiferTest 软件、迭代法、经验关系公式进行水文地质参数的求取，获取了场地的水文地质参数。

1 抽水试验资料

在某地块完整承压含水层进行了一组多孔非稳定流抽水试验，抽水井编号为GW（本文主要以GW 来论述），井径0.162 5 m，井深31 m，抽水井稳定流量为40.2 m3/h，含水层厚19 m，岩性为中细砂。抽水井静止水位埋深11.64 m，抽水试验进行了115 080 s，GW 内的Diver 水位监测仪抽水时监测到的地下水位降深随时间的变化趋势见图1。

图1 GW 降深-时间曲线图

2 AquiferTest 软件求参

2.1 数据整理

本次抽水试验于2019 年11 月8 日8 时51 秒于某地块进行，利用Diver 水位监测仪对试验过程中的水位变化进行了监测，Diver 水位监测仪记录数据时间间隔为1 min。试验结束后，将Diver 水位监测仪中的数据（.mon） 导出，利用Excel 表格对Diver 水位监测仪记录的试验数据进行了整理，获得了抽水井GW 地下水位降深随抽水时间变化的关系，见第47页表1。

2.2 AquiferTest 软件求参

1） 打开AquiferTest 2016．1 版本软件，点击create a new project，进行含水层抽水试验。

2） 创建一个新的井，并对井的参数进行设定，并指定持续抽水的平均速率。

3） 将处理后的Diver 数据（见表1） 导入AquiferTest 中“Water levels”窗口下的Time-Draw down 模块下。

表1 GW 中落程抽水试验数据

4） 创建新的分析，在“Creat a new analysis”窗口中选择Theis。

5） 通过移动键盘上的上下左右键移动曲线，使生成曲线上的点尽可能的都落到标准曲线上，通过调整生成的曲线与标准曲线的匹配，得出此次抽水试验的渗透系数、导水系数等水文地质参数。获得的Theis 曲线见图2。

图2 GW AquiferTest 配线法拟合图

注：W（u）为井函数；s 为抽水影响范围内，任一点、任一时刻的水位降深；t 为从抽水开始到计算时刻的时间；r 为计算点到抽水井的距离；u 为流速。

3 迭代法求参

3.1 公式的选择

本文采用了迭代法、吉哈尔特公式和完整承压抽水井稳定流裘布衣公式对本次的抽水试验进行了研究。

吉哈尔特公式为

完整承压抽水井稳定流裘布衣公式（变形） 为

式中：R 为影响半径，m；S 为水位降深，m；K 为渗透系数，m/d；Q 为涌水量，m3/h；r 为井半径，m；M 为含水层厚度，m。

3.2 计算结果

经过计算，迭代法计算确定含水层渗透系数K=7.622 561 607 m/d，计算结果见表2。

表2 完整承压抽水井稳定流抽水试验计算结果

4 经验关系公式求参

4.1 经验关系公式的选择

根据场地内的地层岩性情况，采用《工程地质手册》 （第四版） 中砂土的渗透系数与有效粒径的经验关系公式，为

式中：K 为渗透系数，m/d；d10为颗粒的有效粒径，mm；T 为渗透水的温度，℃；C 为常数，黏土质砂取500~700，纯砂取700~1 000。

4.2 计算过程

选取场地内的5 组扰动样在实验室内进行筛分试验，获得场地内的有效粒径d10；对选取的扰动样运用公式（3） 进行计算，计算结果见表3。

表3 砂土渗透系数与有效粒径的经验关系公式计算结果

由表3 可知，运用砂土的渗透系数与有效粒径的经验关系公式求得的渗透系数K=8.43~12.36 m/d。

5 求参方法对比分析

由图2 中的Theis 法拟合求得的地块渗透系数为8.37×10-5m/s，经换算后，Theis 法拟合求得的渗透系数K 为7.23 m/d；迭代法求得的渗透系数为7.62 m/d；经验关系公式求得的渗透系数K=8.43~12.36 m/d。总体而言，这3 种不同的方法求得的参数相一致，由此证明了这3 种方法在今后类似的抽水试验过程中可相互借鉴，使用这3 种方法计算水文地质参数得出的结果是可行的。经计算确定，本场地的渗透系数K 取值为7.23~12.36 m/d。

6 结论

本文通过3 种方法对北京某地块完整承压抽水井抽水试验进行了计算分析，可以得出以下的5 点结论。

1） 迭代法计算抽水试验参数时，首先要假定一个渗透系数或影响半径，然后代入公式，经反复循环计算才能得出含水层的渗透系数，该方法比较快速、精确。

2） AquiferTest 抽水求参软件的缺点是对使用者的专业英文水平要求较高，优点是计算方便快捷，计算精度较高，规范性好，可以充分利用抽水试验的全部观测资料，从而避免个别资料的偶然误差，计算结果可以以图片的形式展示，直观性、美观性好，可以大大避免人工主观因素的影响。

3） 砂土的渗透系数与有效粒径的经验关系公式求参过程中，C 值的选取过程中人的主观因素会影响结果的取值，因此经验关系公式在求取砂土渗透系数时可作为定性参考。

4） 通过3 种不同方法的对比分析可知，Aquifer-Test 抽水求参软件、迭代法和经验关系公式对含水层水文地质参数进行求参是可行的，本次抽水试验计算得出，场地的渗透系数为7.23~12.36 m/d。

5） 在实际生产过程中，最好用多种方法计算抽水试验参数，合理、科学地选取参数值。