基于水位恢复法的含水层水文地质参数的求解

基于水位恢复法的含水层水文地质参数
的求解
摘要：稳定流抽水试验求取水文地质参数一般要求地下水处于稳定流动状态，由于受各种地质因素的影响，地下水很难保持稳定状态，所以采用传统的方法所
预测的水文地质参数精确度并不高。

而水文地质勘测中的水位恢复阶段，由于没
有人力和机械因素干扰,其测量数据可以画出平滑的曲线,更适用于水文地质参数
的分析。

因此，本文基于水位恢复原理，利用Aquifertest软件中的Theis Recovery对水位恢复数据进行拟合，充分利用停抽后短时间内的恢复水位数据，
求出了含水层各种参数，对含水层的贮水性能及释水性能进行了评价。

关键词：水位恢复；水文地质参数；渗透系数；储水系数
1绪论
在水文地质勘探实践中,一个重要的工作就是确定含水层的水文地质参数[1,2]。

抽水试验则是确定含水层参数的主要途径之一，是以地下水井流理论为基础，通
过在井孔中抽水与观测，研究井的涌水量与水位降深的关系及其与抽水延续时间
的关系、含水层之间及含水层与地表水体之间的水力联系，求得含水层水文地质
参数、评价含水层富水性的一种野外水文地质试验，是获取含水层水文地质参数
最有效的手段之一[3]。

水文地质参数，如渗透系数、导水系数、水位传导系数、
压力传导系数、给水度、释水系数、越流系数等，是反映含水层或透水层水文地
质性能的指标，能为水源井设计或有关水文地质预测提供依据。

而参数精度直接
影响井水量计算及地下水资源评价，也为预测井涌水量和评价地下水开采量提供
可靠的理论依据[4-7]。

稳定流抽水试验大多采用公式法求参，非稳定流抽水试验采用传统的配线法、直线图解法求参等[8,9]，但这些传统方法人工计算同一井孔抽水试验参数时会因人
为误差而得到不同结果，进而直接影响地下水资源的评价结果。

但是利用水位恢
复资料求解水文地质参数则可以避免因抽水设备及其它边界条件的干扰因素所造
成的不利影响，因此参数的计算结果一般比较可靠。

2“四含”水文地质特征
祁南煤矿（隶属于淮北矿业股份有限公司）位于安徽省宿州市埇桥区祁县镇
境内，水文地质单元属于南区，矿区范围内无基岩出露，均为松散层覆盖，经钻
孔揭露地层有奥陶系、石炭系、二叠系、新近系和第四系。

祁南煤矿位于宿南向
斜西南部，为一走向近南北转至东西，向西南凸出，倾向东转至倾向北的弧形单
斜构造，中部及东部发育有褶曲，轴向基本与地层走向一致。

“四含”直接覆盖在二叠系煤系地层之上，是矿井充水的主要补给水源之一。

矿井中部、东部及东南部，“四含”多为灰白色泥质和钙质粘土、粘土、砂质粘土、粘土质砂为主，含有较多钙质团块及铁、锰质结核，局部地段的底部含有少
量的粘土质砾石或粘土夹砾石，局部地点含少量砂和零星砾石，该区域“四含”
整体不发育。

“四含”厚度变化大，界面形态波状起伏，岩性也各不相同，富水
性强弱差异较大，大部分地段属于弱含水层，水量较小，砾岩分布区仅个别钻孔
富水性较强。

“四含”地下水可沿浅部基岩风化带裂隙和采空冒裂带裂隙进入矿井。

根据抽水试验可得到祁南矿“四含”的参数，具体参数值如表1所示：
表1 稳定流抽水参数表
钻孔
号井
半径r w （m）
含
水层
厚度
M
（m）
渗
透系数
K
（m
/d）
影
响半径
（m）
9
水
2
.065
5
.46
.062
1.60
E+02
0030.0 3.0
6
.065.45110E+01
观
4
3利用水位恢复数据计算含水层参数
（1）计算原理
如不考虑水头惯性滞后动态，水井以流量Q持续抽水t
时间后停抽恢复水位，
p
那么在时刻（t＞tp）的剩余降深s，（原始水位与抽停后某时刻水位之差），可
理解为流量Q继续抽水一直延续到t时刻的降深和从停抽时刻起以流量Q注水t
－tp时间的水位抬升的叠加。

两者均可用Theis公式计算。

故有[10]：
（1）
式中， =t－tp。

当≤0.01时。

（1）式可简化为
（2）
式（2）表明，和呈线性关系，，为直线斜率。

利用水位恢复
实验资料绘出曲线，求得其直线段斜率，由此可计算参数T：
利用式（3）可求出导压系数a和贮水系数。

本次含水层的参数计算是利用各个抽水孔的水位恢复观测数据进行求参，利
用剩余深度和的直线斜率计算参数。

（2）计算结果
根据曲线斜率方法，运用aquifertest软件，计算得“四含”各钻孔所对应参数。

利用Aquifertest软件进行曲线拟合，部分钻孔拟合曲线如图1和图2所示。

图1 09水2孔aquifertest软件成图
图2 06观4孔aquifertest软件成图
根据Aquifertest软件进行的曲线拟合，得出“四含”个钻孔所对应含水层参数如表2所示。

表2 含水层参数计算结果
钻孔
号井
半径r w （m）
含
水层
厚度
M
（m）
渗
透系数
K（m）
储
水系数
u*
导
水系数
T
（m2/d
）
9
水
2
.065
5
.46
.097
6.
14E-04
0.
0968
0 6030. 1.
0.0
观
4 .06
5 .45 0145 31E-04 145
将拟合曲线所求的T 代入剩余降深公式，其与原始降深对比曲线图如图3和图4所示：
图3 06观4孔剩余降深对比图
图4 09水2孔剩余降深对比图
（3）评价
从表2可以看出，利用水位恢复法计算出09水2和06观4孔的渗透系数分别为0.097和0.0145m/d ，而稳定流抽水试验中09水2和06观4的渗透系数K 分别为0.062和0.011m/d, 可见两种理论计算的渗透系数差别不大。

另外，利用水位恢复法法还可以计算出储水系数，储水系数（u*）反应了含水层弹性释水的能力，指面积为一个单位、厚度为含水层全厚度M 的含水层柱体中，当水头改变一个单位时弹性释放或贮存的水量。

储水系数位于1.31e-4和6.14e-4之间，平均值为3.725e -4
之间，贮水性能适中，即其弹性释水的能力适中。

4结论
（1）利用水位恢复法求解得水文地质参数与稳定流抽水试验所求得的水文
地质参数相差不大，而且通过水位恢复资料求解水文地质参数则可以避免因抽水
设备及其它边界条件的干扰因素所造成的不利影响，因此参数的计算结果一般比较可靠。

（2）稳定流抽水试验要求地下水处于稳定流动状态，符合达西直线渗透定律；假定含水层均质各向同性，分布广泛，且含水层、隔水层顶、底板必须是水平的。

因此，稳定流“大井法”在降深较大、矿井水文地质条件较为复杂的矿井涌水量预测中产生的误差较大。

而水位恢复法能够充分利用停抽后短时间内的恢复水位数据，求出含水层的储水系数u*，能更好的评价含水层的贮水性能及释水性能。

参考文献
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