新方法在稳定流单孔抽水试验求参中的应用

许一川 于丽

摘 要：地下水资源评价工作的开展与地下水可开采量的计算需要对地下含水层组的渗透系数进行分析确定。用抽水试验方法来查明水文地质特性和确定水文参数，不仅是水文地质工作的基础，而且也是求取K值的重要途径。该文探讨稳定流单孔抽水试验中快速求参的可行性，并将该方法的结果与Dupuit公式法的结果进行对比，分析求解效果。

关键词：稳定流 抽水试验 渗透系数 快速求参

中图分类号：TU491 文献标识码：A 文章编号：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

地下水作为水资源的重要组成部分，是不可缺少的一种自然资源，对人类的生活、工农业生产和城市建设都起着重大的支撑作用。近几十年，随着我国人口增长、社会经济快速发展，对用水需求日益增长，水资源供需矛盾日趋突出。为了满足社会经济的用水需求，部分地区持续增大地下水开采量，最终导致地下水严重超采，地下水位持续下降，局部严重地区面临地下水含水层疏干或即将疏干境况，从而危及水资源安全，引发社会问题。因此，准确的评价一个地区的地下水资源量，为制定科学合理的地下水开采量和开采方案提供依据，成为当前地下水行业工作者的关注重点。地下水资源评价工作与地下水可开采量的计算需要对地下含水层组的渗透系数进行分析确定。用抽水试验方法来查明水文地质特性和确定水文参数，不仅是水文地质工作的基础，而且也是求取K值的重要途径。稳定流单孔抽水试验通常采用经典的Dupuit公式法进行求参实质是解方程获得解析解。该文采用了基于经验逻辑推导的快速求参法进行求解，并将该结果与经典公式法得出的结果进行对比。

1 方法概述

地下水流动系统是由补给源至排泄点（汇）的流面群所构成的、具有统一时空演变过程的地下水体。地下水依据自身的水力坡度，形成从补给、径流到排泄的整体运动过程。井孔抽水是人工干预条件下地下水的一种重要的排泄方式。在稳定流单孔（井）抽水试验中，初始阶段的抽水行为改变了原有地下水的流场，使得一部分地下水天然径流量无法再向下游渗流。同时，抽水井孔影响范围内的含水层被部分疏干，释放出贮存量，地下水降落漏斗开始形成。随着抽水时间的延长，降落漏斗逐步发育扩大，抽水所拦截的地下水径流量不断增多，直至所截取的地下水径流量等于抽水量，含水层疏干停止，地下水降落漏斗趋于稳定，抽水影响范围不再扩大，新的地下水平衡流场形成。根据这一平衡原理，从事抽水试验的工作者提出可以通过抽水量等于径流量的平衡关系，构建一种平衡方程，实现对渗透系数的准确快速求解。这一方法的最终数学表达公式为：

或

式中：q为单位涌水量（m3/d·m）；

Q为抽水流量（m3/d）；

S为抽水井水位降深（m）；

m为抽水井利用的含水层厚度（m）。

2 典型算例

该文选取20组抽水试验数据，应用该方法进行计算，其中潜水完整井10组，承压完整井10组。

（1）潜水完整井算例。

潜水井分布于黄河花园口附近黄河右岸，其中1～6号井分布于花园口上游黄河滩地，7～10号井分布于花园口下游河岸。潜水含水层组属于全新统形成的黄河大型冲积扇，冲积扇始于沁河口，向东北以卫河为界，向东南以贾鲁河—颍河为界。10口潜水井的井深范围为80～110 m左右，含水层底板埋深在70～100 m左右，含水层为砂砾石、中粗砂、中细砂、细砂、粉细砂组成。地下水流向为西北-东南向，滩地部分水井和黄河存在较强水利联系，接受河流侧向补给（表1）。

（2）承压完整井算例。

承压含水层主要是中更新统冲洪积相砂、砂砾石层和下更新统湖积、冰渍泥质砂、泥质砂砾石层和第三系砂、泥质砂砾石含水层组。由于构造、古地理、气候及成因不同，各地沉积厚度和埋藏深度差别很大。该次计算选用承压水井10眼，分布于新乡市、偃师市和郑州市，深度范围为68～480 m，含水层以砂岩、中砂、细砂为主。算例含水层情况及计算结果见表2。

3 结果对比与分析

将上述结果进行整理，和使用Dupuit公式法的计算的相应结果进行对比，可得表3。

通过对比可以看出，使用新方法快速求得的渗透系数较Dupuit公式法的计算结果中，19个算例的K值偏小，仅有承压水5号算例出现数值偏高的情况。两种方法的计算结果偏差最大为35%，最小为2%。新方法显示出较为理想的精度。值得注意的是，新方法的计算结果相比传统公式法，具有比较明显的数值偏低的倾向性，说明方法可能在公式简化推倒过程中存在不严谨的问题。同时，在大量的实际应用中，Dupuit公式法也逐步暴露出和实际不符的情况，其应用条件的约束性和公式使用的局限性也随着相关理论实践的不断发展而被不断证实。在地下水理论及各种求参方法不断发展的当前，该次使用的新方法虽并不完美，但其简便易操作的特点和精练的计算公式非常适宜在野外抽水试验现场快速求取K值，同时计算结果在生产实践可已接收的精度范围内。因此，该方法是具备使用价值的。

4 结语

采用基于抽水井水量动态均衡原理推导出新方法快速求取K值，在潜水井和承压水井上表现出了较高的适应性。该方法操作性强，使用简单，计算结果在精度上能够满足生产实践的要求。该方法可以成为一线技术人员在抽水试验现场求取渗透系数的一种选择。

参考文献

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