徐宏妍（南京東大巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，南京210007）

1 引言

目前，水文地質(zhì)參數(shù)的確定主要以現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)為主，此方法也是目前確定水文地質(zhì)參數(shù)最為直接有效的手段。抽水試驗(yàn)的目的是通過現(xiàn)場(chǎng)抽水測(cè)定含水層涌水量與水位降深歷史關(guān)系，進(jìn)而根據(jù)相應(yīng)求參方法，確定水文地質(zhì)參數(shù)[1]。

抽水試驗(yàn)分為穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流抽水[2]，其計(jì)算方法也分為穩(wěn)定流計(jì)算與非穩(wěn)定流計(jì)算。但實(shí)際工程抽水試驗(yàn)周期較短，多數(shù)試驗(yàn)并未達(dá)到穩(wěn)定流狀態(tài)，但技術(shù)人員仍按照穩(wěn)定流公式計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)，導(dǎo)致水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算并不準(zhǔn)確，所以，目前采用非穩(wěn)定流計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)越來越受青睞。

非穩(wěn)定流計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)的方法主要包括人工配線法、直線圖解法及AquiferTest軟件自動(dòng)配線法，本文通過對(duì)某地鐵工程現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)的數(shù)據(jù)計(jì)算分析，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)抽水試驗(yàn)確定水文地質(zhì)參數(shù)提出建議。

2 某地鐵工程抽水試驗(yàn)資料

某地鐵車站位于滁河漫灘平原區(qū)，基巖埋深約45.7 m，場(chǎng)地巖土層總體分布較為穩(wěn)定。抽水試驗(yàn)場(chǎng)地位于車站西側(cè)邊線外約20 m，試驗(yàn)含水層為承壓含水層，巖性為中粗砂混卵礫石，厚6.6 m，采用1個(gè)抽水主井和2個(gè)觀測(cè)井非穩(wěn)定流抽水，井深均為49 m，主井外徑200 mm，內(nèi)徑184 mm，觀測(cè)井外徑110 mm，內(nèi)徑100 mm，觀測(cè)井距抽水井的距離分別為5.7 m、15.0 m，抽水試驗(yàn)共抽水2 160 min，水位恢復(fù)3 600 min，穩(wěn)定流量為28.56 m3/h。

本次抽水試驗(yàn)共進(jìn)行3次降深試驗(yàn)，并通過S-lgt（S為抽水孔水位降深；t為時(shí)間）直線圖解法、水位恢復(fù)法（S-lgt/t′曲線直線求解法，t′為停抽前的抽水總時(shí)間）、AquiferTest v3.0軟件Theis理論分析法分別計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)。

本文主要以該地鐵工程抽水試驗(yàn)第二降深第二觀測(cè)孔數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過分析水文地質(zhì)參數(shù)的3種求解方法特點(diǎn)，并對(duì)比其結(jié)果，給出較為合理的非穩(wěn)定流求參方法。

由于本次抽水試驗(yàn)歷時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)，觀測(cè)時(shí)間間隔較小，故數(shù)據(jù)量大，在此無法一一給出各監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)，本文只給出第二降深第二觀測(cè)孔部分時(shí)間節(jié)點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)（見表1）。

表1 承壓含水層G2孔抽水試驗(yàn)資料

3 水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算

3.1 S-l g t直線圖解法

根據(jù)SL320－2005《水利水電工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程》[3]附錄D3.1表D.5抽水孔及觀測(cè)孔在抽水開始后，根據(jù)不同時(shí)間觀測(cè)到的水位降深資料繪制S-lgt曲線，如圖1所示。

圖1 G2孔S-l g t曲線

直線段斜率：C=（St2-St1）/（lgt2-lgt1），帶入圖中數(shù)據(jù)得C=0.333。

再按式（1）計(jì)算含水層滲透系數(shù)K：

式中，T為導(dǎo)水系數(shù)，m2/d；K為含水層的滲透系數(shù)，m/d；M為含水層厚度，本項(xiàng)目為6.6 m；Q為試驗(yàn)涌水量，本項(xiàng)目為685.44 m3/d。則K=57.07 m/d。

3.2 水位恢復(fù)法（S-lg t/t′曲線直線求解法）

根據(jù)水利水電工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程[3]，附錄D3.2表D.6抽水孔及觀測(cè)孔在抽水結(jié)束后，根據(jù)觀測(cè)到的水位恢復(fù)資料繪制S-lgt/t′曲線（見圖2），求該曲線直線段的斜率C，并按式（2）計(jì)算含水層滲透系數(shù)K。

圖2 G2孔S-l g t/t′曲線

由圖2可計(jì)算出直線段斜率C=0.329，則K=57.63 m/d。

3.3 基于Aqui f er Tes t v3.0軟件Thei s理論分析法（計(jì)算機(jī)配線法）

AquiferTest v3.0軟件是一款分析抽水試驗(yàn)和微水試驗(yàn)數(shù)據(jù)的軟件，該軟件簡(jiǎn)單易用，可以計(jì)算含水層的相關(guān)參數(shù)，大大提高了Theis配線的精度和速度。

按AquiferTest v3.0操作手冊(cè)，點(diǎn)擊wells依次輸入主井及各觀測(cè)井結(jié)構(gòu)參數(shù)，之后點(diǎn)擊pumping tests輸入試驗(yàn)數(shù)據(jù)，待所有數(shù)據(jù)輸入完畢并核實(shí)無誤后，點(diǎn)擊Analysis選擇Theis[4]，軟件自動(dòng)生成配線結(jié)果，相關(guān)水文參數(shù)顯示在界面下方，其中，橫坐標(biāo)為1/u，縱坐標(biāo)為W（u）（泰斯井函數(shù)），u=r2s4Tt，參數(shù)意義同上（其中，u為泰斯公式推導(dǎo)結(jié)果——影響半徑隨時(shí)間的變化量；s為儲(chǔ)水系數(shù)；T為導(dǎo)水系數(shù)；r為計(jì)算點(diǎn)到抽水井的距離；t為抽水開始到計(jì)算時(shí)刻的時(shí)間）。

由圖3可知，G2孔抽水試驗(yàn)資料Theis配線法可求得導(dǎo)水系數(shù)為284 m2/d，由公式（1）計(jì)算滲透系數(shù)為K=43.03 m/d。另根據(jù)AquiferTest v3.0軟件cooper-jacob（直線圖解法）分析求得滲透系數(shù)為K=43.79 m/d。

圖3 G2孔S-l g t/t′曲線

4 水文地質(zhì)參數(shù)確定分析

本工程抽水試驗(yàn)采用了3種非穩(wěn)定流水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算方法，分別為S-lgt直線圖解法、水位恢復(fù)法（S-lgt/t′曲線直線求解法）、AquiferTest v3.0軟件Theis[4]理論分析法。通過對(duì)3種計(jì)算方法對(duì)比分析，可以看出，人工直線圖解法求得滲透系數(shù)大于計(jì)算機(jī)Theis配線法及cooper-jacob直線圖解法。單純對(duì)比人工直線圖解法與AquiferTest v3.0cooper-jacob steptest直線圖解法可以看出，兩種方法計(jì)算結(jié)果差異較大。導(dǎo)致結(jié)果差異較大的原因主要是人工直線圖解法對(duì)于直線段的選取具有人為性，而直線段的斜率大小對(duì)于計(jì)算結(jié)果的影響較大。但計(jì)算機(jī)可以綜合分析所獲得的抽水試驗(yàn)資料，較為合理地選取直線段，且斜率計(jì)算準(zhǔn)確。

抽水試驗(yàn)水文地質(zhì)參數(shù)的確定理論較為成熟，非穩(wěn)定流法確定水文地質(zhì)參數(shù)現(xiàn)已被國內(nèi)外大多數(shù)技術(shù)人員所認(rèn)可，其中Theis配線法及cooper-jacob直線圖解法應(yīng)用較廣。在AquiferTest軟件尚未開發(fā)前，水文地質(zhì)界對(duì)于非穩(wěn)定計(jì)算大多采用人工Theis配線法，雖然其工作量較大，且配合點(diǎn)的選取往往很難把握，但是，根據(jù)多項(xiàng)工程實(shí)例研究可知，人工Theis配線法求得的水文地質(zhì)參數(shù)精度可以滿足工程需要?，F(xiàn)在由于AquiferTest軟件的應(yīng)用，大大縮減了人工配線的工作量，且配合點(diǎn)精度較高，通過多項(xiàng)工程抽水試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，AquiferTest軟件Theis配線法及cooper-jacob直線圖解法的分析結(jié)果相差較小，有效地解決了以往人工Theis配線與人工直線圖解法結(jié)果差異較大的難題。

綜上所述，本地鐵工程抽水試驗(yàn)水文地質(zhì)參數(shù)可以采用AquiferTest軟件Theis配線法分析結(jié)果或采用cooper-jacob直線圖解法分析結(jié)果。

5 結(jié)語

根據(jù)上述幾種不同的水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算方法分析可以得出：

1）采用非穩(wěn)定流理論計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)可以有效縮短抽水試驗(yàn)的運(yùn)行時(shí)間；

2）人工配線法確定水文地質(zhì)參數(shù)人為性較大，從而導(dǎo)致參數(shù)的準(zhǔn)確性較差；

3）AquiferTest軟件計(jì)算機(jī)自動(dòng)配線法可以大大提高水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算速度及精度；

4）通過AquiferTest軟件Theis配線法及cooper-jacob直線圖解法獲得的水文地質(zhì)參數(shù)結(jié)果相差較小，故推薦抽水試驗(yàn)水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算采用AquiferTest軟件Theis配線法或cooper-jacob直線圖解法。