許一川 于麗

摘 要：地下水資源評(píng)價(jià)工作的開展與地下水可開采量的計(jì)算需要對(duì)地下含水層組的滲透系數(shù)進(jìn)行分析確定。用抽水試驗(yàn)方法來(lái)查明水文地質(zhì)特性和確定水文參數(shù)，不僅是水文地質(zhì)工作的基礎(chǔ)，而且也是求取K值的重要途徑。該文探討穩(wěn)定流單孔抽水試驗(yàn)中快速求參的可行性，并將該方法的結(jié)果與Dupuit公式法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析求解效果。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)定流 抽水試驗(yàn) 滲透系數(shù) 快速求參

中圖分類號(hào)：TU491 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）02（b）-0023-03

Abstract：Groundwater resource evaluation and calculation of the amount of groundwater exploitation need to determine the hydraulic conductivity of the aquifer. Pumping test is a common method to identify the hydrogeological characteristics and obtain hydraulic conductivity. It is not only the basis of hydrogeological work， but also an important way to K-value calculations. This paper explores the feasibility of a fast parameters evaluation in the steady flow of single-well pumping test，and the results were compared with Dupuit formula method.

Key Words：Steady flow pumping tests；Hydraulic conductivity；Fast solution

地下水作為水資源的重要組成部分，是不可缺少的一種自然資源，對(duì)人類的生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市建設(shè)都起著重大的支撐作用。近幾十年，隨著我國(guó)人口增長(zhǎng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)用水需求日益增長(zhǎng)，水資源供需矛盾日趨突出。為了滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)的用水需求，部分地區(qū)持續(xù)增大地下水開采量，最終導(dǎo)致地下水嚴(yán)重超采，地下水位持續(xù)下降，局部嚴(yán)重地區(qū)面臨地下水含水層疏干或即將疏干境況，從而危及水資源安全，引發(fā)社會(huì)問(wèn)題。因此，準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)一個(gè)地區(qū)的地下水資源量，為制定科學(xué)合理的地下水開采量和開采方案提供依據(jù)，成為當(dāng)前地下水行業(yè)工作者的關(guān)注重點(diǎn)。地下水資源評(píng)價(jià)工作與地下水可開采量的計(jì)算需要對(duì)地下含水層組的滲透系數(shù)進(jìn)行分析確定。用抽水試驗(yàn)方法來(lái)查明水文地質(zhì)特性和確定水文參數(shù)，不僅是水文地質(zhì)工作的基礎(chǔ)，而且也是求取K值的重要途徑。穩(wěn)定流單孔抽水試驗(yàn)通常采用經(jīng)典的Dupuit公式法進(jìn)行求參實(shí)質(zhì)是解方程獲得解析解。該文采用了基于經(jīng)驗(yàn)邏輯推導(dǎo)的快速求參法進(jìn)行求解，并將該結(jié)果與經(jīng)典公式法得出的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

1 方法概述

地下水流動(dòng)系統(tǒng)是由補(bǔ)給源至排泄點(diǎn)（匯）的流面群所構(gòu)成的、具有統(tǒng)一時(shí)空演變過(guò)程的地下水體。地下水依據(jù)自身的水力坡度，形成從補(bǔ)給、徑流到排泄的整體運(yùn)動(dòng)過(guò)程。井孔抽水是人工干預(yù)條件下地下水的一種重要的排泄方式。在穩(wěn)定流單孔（井）抽水試驗(yàn)中，初始階段的抽水行為改變了原有地下水的流場(chǎng)，使得一部分地下水天然徑流量無(wú)法再向下游滲流。同時(shí)，抽水井孔影響范圍內(nèi)的含水層被部分疏干，釋放出貯存量，地下水降落漏斗開始形成。隨著抽水時(shí)間的延長(zhǎng)，降落漏斗逐步發(fā)育擴(kuò)大，抽水所攔截的地下水徑流量不斷增多，直至所截取的地下水徑流量等于抽水量，含水層疏干停止，地下水降落漏斗趨于穩(wěn)定，抽水影響范圍不再擴(kuò)大，新的地下水平衡流場(chǎng)形成。根據(jù)這一平衡原理，從事抽水試驗(yàn)的工作者提出可以通過(guò)抽水量等于徑流量的平衡關(guān)系，構(gòu)建一種平衡方程，實(shí)現(xiàn)對(duì)滲透系數(shù)的準(zhǔn)確快速求解。這一方法的最終數(shù)學(xué)表達(dá)公式為：

或

式中：q為單位涌水量（m3/d·m）；

Q為抽水流量（m3/d）；

S為抽水井水位降深（m）；

m為抽水井利用的含水層厚度（m）。

2 典型算例

該文選取20組抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用該方法進(jìn)行計(jì)算，其中潛水完整井10組，承壓完整井10組。

（1）潛水完整井算例。

潛水井分布于黃河花園口附近黃河右岸，其中1～6號(hào)井分布于花園口上游黃河灘地，7～10號(hào)井分布于花園口下游河岸。潛水含水層組屬于全新統(tǒng)形成的黃河大型沖積扇，沖積扇始于沁河口，向東北以衛(wèi)河為界，向東南以賈魯河—潁河為界。10口潛水井的井深范圍為80～110 m左右，含水層底板埋深在70～100 m左右，含水層為砂礫石、中粗砂、中細(xì)砂、細(xì)砂、粉細(xì)砂組成。地下水流向?yàn)槲鞅?東南向，灘地部分水井和黃河存在較強(qiáng)水利聯(lián)系，接受河流側(cè)向補(bǔ)給（表1）。

（2）承壓完整井算例。

承壓含水層主要是中更新統(tǒng)沖洪積相砂、砂礫石層和下更新統(tǒng)湖積、冰漬泥質(zhì)砂、泥質(zhì)砂礫石層和第三系砂、泥質(zhì)砂礫石含水層組。由于構(gòu)造、古地理、氣候及成因不同，各地沉積厚度和埋藏深度差別很大。該次計(jì)算選用承壓水井10眼，分布于新鄉(xiāng)市、偃師市和鄭州市，深度范圍為68～480 m，含水層以砂巖、中砂、細(xì)砂為主。算例含水層情況及計(jì)算結(jié)果見表2。

3 結(jié)果對(duì)比與分析

將上述結(jié)果進(jìn)行整理，和使用Dupuit公式法的計(jì)算的相應(yīng)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可得表3。

通過(guò)對(duì)比可以看出，使用新方法快速求得的滲透系數(shù)較Dupuit公式法的計(jì)算結(jié)果中，19個(gè)算例的K值偏小，僅有承壓水5號(hào)算例出現(xiàn)數(shù)值偏高的情況。兩種方法的計(jì)算結(jié)果偏差最大為35%，最小為2%。新方法顯示出較為理想的精度。值得注意的是，新方法的計(jì)算結(jié)果相比傳統(tǒng)公式法，具有比較明顯的數(shù)值偏低的傾向性，說(shuō)明方法可能在公式簡(jiǎn)化推倒過(guò)程中存在不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膯?wèn)題。同時(shí)，在大量的實(shí)際應(yīng)用中，Dupuit公式法也逐步暴露出和實(shí)際不符的情況，其應(yīng)用條件的約束性和公式使用的局限性也隨著相關(guān)理論實(shí)踐的不斷發(fā)展而被不斷證實(shí)。在地下水理論及各種求參方法不斷發(fā)展的當(dāng)前，該次使用的新方法雖并不完美，但其簡(jiǎn)便易操作的特點(diǎn)和精練的計(jì)算公式非常適宜在野外抽水試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)快速求取K值，同時(shí)計(jì)算結(jié)果在生產(chǎn)實(shí)踐可已接收的精度范圍內(nèi)。因此，該方法是具備使用價(jià)值的。

4 結(jié)語(yǔ)

采用基于抽水井水量動(dòng)態(tài)均衡原理推導(dǎo)出新方法快速求取K值，在潛水井和承壓水井上表現(xiàn)出了較高的適應(yīng)性。該方法操作性強(qiáng)，使用簡(jiǎn)單，計(jì)算結(jié)果在精度上能夠滿足生產(chǎn)實(shí)踐的要求。該方法可以成為一線技術(shù)人員在抽水試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)求取滲透系數(shù)的一種選擇。

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