某地鐵工程抽水試驗確定水文地質參數探討

徐宏妍（南京東大巖土工程勘察設計研究院有限公司，南京210007）

1 引言

目前，水文地質參數的確定主要以現場抽水試驗為主，此方法也是目前確定水文地質參數最為直接有效的手段。抽水試驗的目的是通過現場抽水測定含水層涌水量與水位降深歷史關系，進而根據相應求參方法，確定水文地質參數[1]。

抽水試驗分為穩定流與非穩定流抽水[2]，其計算方法也分為穩定流計算與非穩定流計算。但實際工程抽水試驗周期較短，多數試驗并未達到穩定流狀態，但技術人員仍按照穩定流公式計算水文地質參數，導致水文地質參數計算并不準確，所以，目前采用非穩定流計算水文地質參數越來越受青睞。

非穩定流計算水文地質參數的方法主要包括人工配線法、直線圖解法及AquiferTest軟件自動配線法，本文通過對某地鐵工程現場抽水試驗的數據計算分析，結合以往工程經驗，對抽水試驗確定水文地質參數提出建議。

2 某地鐵工程抽水試驗資料

某地鐵車站位于滁河漫灘平原區，基巖埋深約45.7 m，場地巖土層總體分布較為穩定。抽水試驗場地位于車站西側邊線外約20 m，試驗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個抽水主井和2個觀測井非穩定流抽水，井深均為49 m，主井外徑200 mm，內徑184 mm，觀測井外徑110 mm，內徑100 mm，觀測井距抽水井的距離分別為5.7 m、15.0 m，抽水試驗共抽水2 160 min，水位恢復3 600 min，穩定流量為28.56 m3/h。

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

本文主要以該地鐵工程抽水試驗第二降深第二觀測孔數據為基礎，通過分析水文地質參數的3種求解方法特點，并對比其結果，給出較為合理的非穩定流求參方法。

由于本次抽水試驗歷時時間較長，觀測時間間隔較小，故數據量大，在此無法一一給出各監測時間點數據，本文只給出第二降深第二觀測孔部分時間節點觀測數據（見表1）。

表1 承壓含水層G2孔抽水試驗資料

3 水文地質參數計算

3.1 S-l g t直線圖解法

根據SL320－2005《水利水電工程鉆孔抽水試驗規程》[3]附錄D3.1表D.5抽水孔及觀測孔在抽水開始后，根據不同時間觀測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），帶入圖中數據得C=0.333。

再按式（1）計算含水層滲透系數K：

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

3.2 水位恢復法（S-lg t/t′曲線直線求解法）

根據水利水電工程鉆孔抽水試驗規程[3]，附錄D3.2表D.6抽水孔及觀測孔在抽水結束后，根據觀測到的水位恢復資料繪制S-lgt/t′曲線（見圖2），求該曲線直線段的斜率C，并按式（2）計算含水層滲透系數K。

圖2 G2孔S-l g t/t′曲線

由圖2可計算出直線段斜率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（計算機配線法）

AquiferTest v3.0軟件是一款分析抽水試驗和微水試驗數據的軟件，該軟件簡單易用，可以計算含水層的相關參數，大大提高了Theis配線的精度和速度。

按AquiferTest v3.0操作手冊，點擊wells依次輸入主井及各觀測井結構參數，之后點擊pumping tests輸入試驗數據，待所有數據輸入完畢并核實無誤后，點擊Analysis選擇Theis[4]，軟件自動生成配線結果，相關水文參數顯示在界面下方，其中，橫坐標為1/u，縱坐標為W（u）（泰斯井函數），u=r2s4Tt，參數意義同上（其中，u為泰斯公式推導結果——影響半徑隨時間的變化量；s為儲水系數；T為導水系數；r為計算點到抽水井的距離；t為抽水開始到計算時刻的時間）。

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

圖3 G2孔S-l g t/t′曲線

4 水文地質參數確定分析

本工程抽水試驗采用了3種非穩定流水文地質參數計算方法，分別為S-lgt直線圖解法、水位恢復法（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3種計算方法對比分析，可以看出，人工直線圖解法求得滲透系數大于計算機Theis配線法及cooper-jacob直線圖解法。單純對比人工直線圖解法與AquiferTest v3.0cooper-jacob steptest直線圖解法可以看出，兩種方法計算結果差異較大。導致結果差異較大的原因主要是人工直線圖解法對于直線段的選取具有人為性，而直線段的斜率大小對于計算結果的影響較大。但計算機可以綜合分析所獲得的抽水試驗資料，較為合理地選取直線段，且斜率計算準確。

抽水試驗水文地質參數的確定理論較為成熟，非穩定流法確定水文地質參數現已被國內外大多數技術人員所認可，其中Theis配線法及cooper-jacob直線圖解法應用較廣。在AquiferTest軟件尚未開發前，水文地質界對于非穩定計算大多采用人工Theis配線法，雖然其工作量較大，且配合點的選取往往很難把握，但是，根據多項工程實例研究可知，人工Theis配線法求得的水文地質參數精度可以滿足工程需要。現在由于AquiferTest軟件的應用，大大縮減了人工配線的工作量，且配合點精度較高，通過多項工程抽水試驗研究發現，AquiferTest軟件Theis配線法及cooper-jacob直線圖解法的分析結果相差較小，有效地解決了以往人工Theis配線與人工直線圖解法結果差異較大的難題。

綜上所述，本地鐵工程抽水試驗水文地質參數可以采用AquiferTest軟件Theis配線法分析結果或采用cooper-jacob直線圖解法分析結果。

5 結語

根據上述幾種不同的水文地質參數計算方法分析可以得出：

1）采用非穩定流理論計算水文地質參數可以有效縮短抽水試驗的運行時間；

2）人工配線法確定水文地質參數人為性較大，從而導致參數的準確性較差；

3）AquiferTest軟件計算機自動配線法可以大大提高水文地質參數的計算速度及精度；

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參數結果相差較小，故推薦抽水試驗水文地質參數計算采用AquiferTest軟件Theis配線法或cooper-jacob直線圖解法。