完整井抽水试验计算方法的可靠性分析

郭 辉

(1.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080;2.吉林大学环境与资源学院，长春750000)

文章运用不同方法理论就牡丹江江心岛某工程渗透系数的计算进行对比、分析，对完整井稳定流抽水试验渗透系数的计算方法合理性提出可靠的结论［1］。

1 工程概况

该试验区为宁安市牡丹江夹心岛，四面环水，为牡丹江河漫滩及一级阶地，地势起伏不大。河流由西向东流过。钻探揭露地层岩性依次为［2］:

1)第四系全新统冲积层(alQ4):①含砂低液限黏土:黄色～灰黄色，湿，可塑，局部含有细砂夹层，厚度0.70 ～2.60 m，分布于试验区上部;②级配不良中砾:黄褐色，密实，饱水，含卵石约占10%，粗砾约占20%～30%，含细砾20%左右，余为中粗砂，砾石磨圆度好，多为火成岩，砾径最大16 cm。厚度3.40～6.50 m，分布于试验区底部。

2)下伏白垩系泥砂岩，灰色～灰黑色，泥质胶结，块状构造，主要矿物成份为长石、石英和云母，局部夹有泥岩。岩石质量指标RQD=0%～96%，岩体透水率q=20.49 Lu，为中等透水岩体。

3)地下水以第四系松散层孔隙潜水为主:①含水层岩性主要为级配不良中砾，含水层厚度0.90 ～7.50 m;②地下水位246.54 ～247.47 m。地下水接受大气降水及河流补给，排泄以蒸发和侧向径流为主，与地表水有密切的水力联系。

2 抽水试验布置及数据

本次试验采用完整井多孔稳定流抽水试验，沿水流垂直方向布置观测孔3 个，分别离抽水孔5 m、10 m、20 m。根据试验区水文地质情况设计2 次降深分别为1.50 m、2.00 m，实际抽水降深为1.31 m、1.71 m［3］。试验数据见表1。

表1 试验数据表

3 渗透系数计算

3.1 采用单孔法计算

目前对单井渗透系数的计算公式各种规范、手册所表达形式虽各不相同，但最终结果相差较小。采用单井法计算渗透系数，影响半径的预测对计算精度的影响最为关键［4］。

《抽水试验规程》(YS5215—2000)5.3.8 推荐的公式为:

周桥似乎意识到了作为管理者的不足，他去书店买了一大堆关于管理和人际关系的书籍，有些放在办公室，有些放在床头，闲来就看看。

式中:k 为渗透系数，m/d;Q 为抽水井涌水量，m3/d;H 为含水层厚度，m;S 为抽水井水位下降值，m;R 为影响半径，m;r 为抽水井半径，mm。

根据表1 及公式(2)取第1、2 次降深引用补给半径为R=70m、R=80m，则分别计算的等效渗透系数分别为:k=113.37 m/d、k=63.62 m/d。

3.2 采用多孔法计算

采用观测孔计算渗透系数主要分为单一观测孔和利用双观测孔［5］。本次采用2 个观测孔计算渗透系数公式为:

式中:S1、S2为水位下降值，m;r1、r2为距抽水孔距离，m。

计算结果见于表2。

表2 利用观测孔计算值

3.3 采用水位恢复法计算

利用抽水试验水位恢复资料计算渗透系数是水文地质参数计算的重要方法，由于抽水达到稳定以后，降落漏斗逐渐恢复，水位恢复不受抽水流量等因素的波动影响，因而计算的参数值较准确、可靠。

对于稳定流完整井抽水实验，水位恢复法计算渗透系数采用以下公式:

式中:k 为渗透系数，m/d;Q 为抽水井涌水量，m3/d;M 为含水层厚度，m;mi为S—lgt 关系曲线拐点处的斜率;B 为越流因数;r 为抽水井半径，mm。

根据水利水电工程钻孔抽水试验规程(SL320—2005)附录E 及表1，计算所得第1 次、第2 次降深所对应的渗透系数为:81.50 m/d、77.05 m/d［6］。

3.4 井损对渗透系数的影响

井损在抽水试验中主要产生于水流通过过滤器时，对主井降深超过20 m的大降深抽水试验有着较大的影响。本试验区含水层厚度为3.2 m，最大开挖基坑深度＜10 m，并且本试验最大降深＜20 m，故井损对渗透系数的影响较小不予考虑。

3.5 采用颗粒分析计算

渗透系数的影响因素很多，诸如介质的类型、级配、孔隙比等。王万杰、A.Shafiee 等人对渗透系数与砂土颗粒级配间的关系以及河床沉积物渗透系数的计算进行了研究［7］。

作者根据相关理论对本试验区的级配不良中砾的土工试验成果d10=0.542 mm，根据(《工程地质手册》第4 版表3－1－23)砾砂的渗透系数经验值为51.84 ～155.52 m/d，选用《工程地质手册》第4 版(3—1—54)砂土的渗透系数与有效粒径的经验关系公式:

式中:K 为渗透系数，m/d;d10为颗粒的有效粒径，mm;t 为渗透水的温度，℃;C 为常数，黏土质砂取500 ～700，纯砂取700 ～1000。

该级配不良中砾的渗透系数为150.11 ～249.70 m/d，在试验区上覆含砂低液限黏土及下伏砂砾岩对该层渗透系数的影响较小可以不予考虑。结合试验区钻探资料，该区域建议渗透系数150 m/d。可见利用土工资料对渗透系数进行经验估算完全满足实际工程需要，安全系数在1.5 ～2，仅适合于很少的实际工程问题［8］。

4 结论及建议

通过单孔抽水法、多孔抽水法、水位恢复法及颗粒分析等多种方法分析和计算，得到的结论如下:

1)采用多种抽水计算方法和水位恢复计算法结果相对比较准确，多孔抽水计算方法计算简单、精度较高，渗透系数与实际情况较为符合;水位恢复法结果准确可靠性更高，但计算难度较大，选取参数难度较大。

2)单孔抽水试验计算出的渗透系数跨度大，受流量、降深以及预测半径的影响严重，与实际情况偏差较大。

3)采用颗粒分析计算受取样、实验等人为因素影响较大。在水文地质参数的分析计算中，应对相关抽水试验的过程逐步分析计算，采用不同的方法进行计算对比，确定合理的方法，避免单个计算公式造成较大的误差。

［1］常士骠，张苏民.工程地质手册(第4 版)［M］.北京:中国建筑工业出版社，2007:132－171.

［2］薛禹群.地下水动力学(第2 版)［M］.北京:地质出版社，1997:107－120.

［3］房佩贤，卫中鼎，廖资生.专门水文地质学(第1 版)［M］.北京:地质出版社，1996:33－42.

［4］长江水利委员会长江勘测规划设计院.SL320—2005 水利水电工程钻孔抽水试验规程［S］.北京:中国水利水电出版社，2005.

［5］中华人民共和国建设部.GB50027—2001 供水水文地质试验规范［S］.北京:中国水利水电出版社，2001

［6］徐建国.抽水试验水位恢复资料分析方法的改进［J］.地下水，1997(03):121－129+129.

［7］杨柳.杨正文.岩土工程勘察中抽水试验探讨［J］.工程建设，2009，41(03):24－26+31.

［8］樊贵盛，邢日县，张明斌.不同级配砂砾石介质渗透系数的试验研究［J］.太原理工大学学报，2012，43(03):151－156.