某地铁工程抽水试验确定水文地质参数探讨

徐宏妍（南京东大岩土工程勘察设计研究院有限公司，南京210007）

1 引言

目前，水文地质参数的确定主要以现场抽水试验为主，此方法也是目前确定水文地质参数最为直接有效的手段。抽水试验的目的是通过现场抽水测定含水层涌水量与水位降深历史关系，进而根据相应求参方法，确定水文地质参数[1]。

抽水试验分为稳定流与非稳定流抽水[2]，其计算方法也分为稳定流计算与非稳定流计算。但实际工程抽水试验周期较短，多数试验并未达到稳定流状态，但技术人员仍按照稳定流公式计算水文地质参数，导致水文地质参数计算并不准确，所以，目前采用非稳定流计算水文地质参数越来越受青睐。

非稳定流计算水文地质参数的方法主要包括人工配线法、直线图解法及AquiferTest软件自动配线法，本文通过对某地铁工程现场抽水试验的数据计算分析，结合以往工程经验，对抽水试验确定水文地质参数提出建议。

2 某地铁工程抽水试验资料

某地铁车站位于滁河漫滩平原区，基岩埋深约45.7 m，场地岩土层总体分布较为稳定。抽水试验场地位于车站西侧边线外约20 m，试验含水层为承压含水层，岩性为中粗砂混卵砾石，厚6.6 m，采用1个抽水主井和2个观测井非稳定流抽水，井深均为49 m，主井外径200 mm，内径184 mm，观测井外径110 mm，内径100 mm，观测井距抽水井的距离分别为5.7 m、15.0 m，抽水试验共抽水2 160 min，水位恢复3 600 min，稳定流量为28.56 m3/h。

本次抽水试验共进行3次降深试验，并通过S-lgt（S为抽水孔水位降深；t为时间）直线图解法、水位恢复法（S-lgt/t′曲线直线求解法，t′为停抽前的抽水总时间）、AquiferTest v3.0软件Theis理论分析法分别计算水文地质参数。

本文主要以该地铁工程抽水试验第二降深第二观测孔数据为基础，通过分析水文地质参数的3种求解方法特点，并对比其结果，给出较为合理的非稳定流求参方法。

由于本次抽水试验历时时间较长，观测时间间隔较小，故数据量大，在此无法一一给出各监测时间点数据，本文只给出第二降深第二观测孔部分时间节点观测数据（见表1）。

表1 承压含水层G2孔抽水试验资料

3 水文地质参数计算

3.1 S-l g t直线图解法

根据SL320－2005《水利水电工程钻孔抽水试验规程》[3]附录D3.1表D.5抽水孔及观测孔在抽水开始后，根据不同时间观测到的水位降深资料绘制S-lgt曲线，如图1所示。

图1 G2孔S-l g t曲线

直线段斜率：C=（St2-St1）/（lgt2-lgt1），带入图中数据得C=0.333。

再按式（1）计算含水层渗透系数K：

式中，T为导水系数，m2/d；K为含水层的渗透系数，m/d；M为含水层厚度，本项目为6.6 m；Q为试验涌水量，本项目为685.44 m3/d。则K=57.07 m/d。

3.2 水位恢复法（S-lg t/t′曲线直线求解法）

根据水利水电工程钻孔抽水试验规程[3]，附录D3.2表D.6抽水孔及观测孔在抽水结束后，根据观测到的水位恢复资料绘制S-lgt/t′曲线（见图2），求该曲线直线段的斜率C，并按式（2）计算含水层渗透系数K。

图2 G2孔S-l g t/t′曲线

由图2可计算出直线段斜率C=0.329，则K=57.63 m/d。

3.3 基于Aqui f er Tes t v3.0软件Thei s理论分析法（计算机配线法）

AquiferTest v3.0软件是一款分析抽水试验和微水试验数据的软件，该软件简单易用，可以计算含水层的相关参数，大大提高了Theis配线的精度和速度。

按AquiferTest v3.0操作手册，点击wells依次输入主井及各观测井结构参数，之后点击pumping tests输入试验数据，待所有数据输入完毕并核实无误后，点击Analysis选择Theis[4]，软件自动生成配线结果，相关水文参数显示在界面下方，其中，横坐标为1/u，纵坐标为W（u）（泰斯井函数），u=r2s4Tt，参数意义同上（其中，u为泰斯公式推导结果——影响半径随时间的变化量；s为储水系数；T为导水系数；r为计算点到抽水井的距离；t为抽水开始到计算时刻的时间）。

由图3可知，G2孔抽水试验资料Theis配线法可求得导水系数为284 m2/d，由公式（1）计算渗透系数为K=43.03 m/d。另根据AquiferTest v3.0软件cooper-jacob（直线图解法）分析求得渗透系数为K=43.79 m/d。

图3 G2孔S-l g t/t′曲线

4 水文地质参数确定分析

本工程抽水试验采用了3种非稳定流水文地质参数计算方法，分别为S-lgt直线图解法、水位恢复法（S-lgt/t′曲线直线求解法）、AquiferTest v3.0软件Theis[4]理论分析法。通过对3种计算方法对比分析，可以看出，人工直线图解法求得渗透系数大于计算机Theis配线法及cooper-jacob直线图解法。单纯对比人工直线图解法与AquiferTest v3.0cooper-jacob steptest直线图解法可以看出，两种方法计算结果差异较大。导致结果差异较大的原因主要是人工直线图解法对于直线段的选取具有人为性，而直线段的斜率大小对于计算结果的影响较大。但计算机可以综合分析所获得的抽水试验资料，较为合理地选取直线段，且斜率计算准确。

抽水试验水文地质参数的确定理论较为成熟，非稳定流法确定水文地质参数现已被国内外大多数技术人员所认可，其中Theis配线法及cooper-jacob直线图解法应用较广。在AquiferTest软件尚未开发前，水文地质界对于非稳定计算大多采用人工Theis配线法，虽然其工作量较大，且配合点的选取往往很难把握，但是，根据多项工程实例研究可知，人工Theis配线法求得的水文地质参数精度可以满足工程需要。现在由于AquiferTest软件的应用，大大缩减了人工配线的工作量，且配合点精度较高，通过多项工程抽水试验研究发现，AquiferTest软件Theis配线法及cooper-jacob直线图解法的分析结果相差较小，有效地解决了以往人工Theis配线与人工直线图解法结果差异较大的难题。

综上所述，本地铁工程抽水试验水文地质参数可以采用AquiferTest软件Theis配线法分析结果或采用cooper-jacob直线图解法分析结果。

5 结语

根据上述几种不同的水文地质参数计算方法分析可以得出：

1）采用非稳定流理论计算水文地质参数可以有效缩短抽水试验的运行时间；

2）人工配线法确定水文地质参数人为性较大，从而导致参数的准确性较差；

3）AquiferTest软件计算机自动配线法可以大大提高水文地质参数的计算速度及精度；

4）通过AquiferTest软件Theis配线法及cooper-jacob直线图解法获得的水文地质参数结果相差较小，故推荐抽水试验水文地质参数计算采用AquiferTest软件Theis配线法或cooper-jacob直线图解法。