多层含水层系统水文地质参数计算

为求取含水层水文地质参数,常用的试验方法是抽水试验。在进行抽水试验时,经常有越流现象,计算时一般采用越流模型计算。越流模型假定非抽水含水层的水位恒定不变,但在实际抽水过程中,抽水含水层和非抽水含水层间通过越流相互影响、相互作用。如果只考虑抽水含水层的水位变化而不考虑非抽水含水层的水位变化,会导致计算的水文地质参数不准确。实际工作中,有时会在非抽水含水层中布置一口观测井来观测抽水含水层抽水时对非抽水含水层的影响。如果采用多层含水层系统模型的方法,即可利用各含水层观测井中的数据计算出每个含水层和相关弱透水层的水文地质参数,提高参数计算精度、节省资金和工作量。     

基于广义径向流模型的非均质孔隙含水层井流试验分析

Theis模型、Dupuit模型等经典井流模型分析非均质含水层井流试验数据有一定的局限性,获取的参数不适合表征非均质含水层特性。而GRF模型可以获取含水层流动特性的数据。相比于Theis模型、Dupuit模型,GRF模型更能表征非均质含水层特性。以黄石东湖新村棋盘洲长江大桥的抽水试验数据为例,采用Theis模型和GRF模型计算含水层渗透系数,结合实际水文地质条件,对比分析不同方法计算的水文地质参数,并计算含水层水流维数和表观压力传导系数（K_f /S_sf）。结果表明:研究区含水层为细砂夹条带状黏土透镜体的非均质含水层,采用GRF模型计算结果更符合实际情况,渗透系数为 4.09×10?3cm/s;含水层水流维数为1.61,地下水为双线性流动状态,含水层对抽水试验的响应主要受黏土条带控制;观测井和抽水主井的K_f /S_sf呈非线性相关,进一步验证了含水层的非均质性。在非均质孔隙含水层中,应用多孔联合非稳定GRF井流试验方法不仅能确定水文地质参数,并且能丰富对含水层特性的认知。     

曲线拟合法和数值模拟法反演求水文地质参数

以苏州地铁S1线某车站抽水试验资料为依托,采用曲线拟合法与数值模拟法反演水文地质参数。两种方法均可直观地反映计算值曲线与观测值曲线的吻合程度,并计算出任一点任一时刻的水位降深。曲线拟合法包括抽水阶段、恢复阶段和全程曲线拟合,抽水阶段和恢复阶段曲线拟合法都只利用了各自阶段的抽水试验实测数据,反演求得的水文地质参数具有两阶段割裂性;而全程曲线拟合法和数值模拟法充分利用了抽水试验全过程的实测数据,确定的水文地质参数具有前后一致性。通过对比分析,确定抽水试验场地的导水系数为25.8/d,渗透系数为0.94m/d,储水系数为9.7×10-4。     

江汉平原典型含水层水文地质参数反演

含水层参数对于定性分析区域地下水资源评价、数值模拟及预报、开发利用与保护及科学管理具有重要意义,而江汉平原水文地质参数求解的研究却相对较少.2015年江汉平原1:50 000水文地质调查项目完成杨林尾图幅与陆溪口图幅,选择杨林尾图幅和陆溪口图幅中的4个代表性钻孔,分别做了3组抽水试验和一组压水试验.对抽水数据使用Dupuit公式法结合抽水稳定阶段数据求解含水层参数,同时利用Aquifer Test软件中Theis标准曲线法、直线图解法对抽水试验中非稳定条件下抽水数据对含水层参数求解,得到孔隙水含水层渗透系数及弹性给水度;利用压水试验工程规范求解基岩裂隙含水层的渗透系数.探讨了利用非稳定抽水试验条件下求解含水层参数方法的可行性及该方法的优势.计算结果表明:杨林尾镇浅层(20.2~64.55 m)含水层渗透系数为0.075 m/d,弹性给水度为5.8×10-2;深层(138~160 m)含水层渗透系数为9.89 m/d,弹性给水度为2.3×10-5;陆溪口镇浅层(19.4~36.4 m)含水层渗透系数1.26 m/d,弹性给水度为1.1×10-1;基岩渗透系数为0.012 m/d.通过结果对比分析发现对于单孔非稳定抽水试验,对前期水位降深数据筛选分析,同样可以利用非稳定井流理论反演含水层参数,结果比较可靠.      

基于实测埋深与开采量的抽水试验参数拟合

抽水试验是确定含水层参数及了解水文地质条件的一项重要方法,采用非稳定流直线图解法和水位恢复法对某水源地的抽水试验资料进行分析计算,根据水源地运行后的水位以及出水量资料来分析确定其水文地质参数。     

侏罗系特厚煤层综放开采白垩系覆岩水资源恢复动态研究

永陇矿区崔木煤矿特厚煤层（12~18 m）综放开采期间,顶板白垩系离层水害及相应防治水措施均对洛河组优质水资源造成较大影响,研究洛河组水位动态恢复可为煤炭资源开发对水资源的影响提供参考。利用离层发育层位判别公式和离散元软件UDEC对离层发育位置及其动态发育过程进行分析,在采前-采动-采后水位监测、井下涌突水分析和理论分析基础上,首先通过配线法求取了洛河组水文地质参数,然后利用Theis公式建立了洛河组水位动态恢复模型,最终获得了矿井水位动态恢复时间。结果表明:洛河组底部砂砾岩与砂质泥岩界面间产生了规模较大且相对封闭的空腔型离层,工作面出水点降至最低水位可看作是虚拟抽水井以定流量Q在t_p时间内抽水造成的降落漏斗,其恢复过程可理解为以流量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-t_p时间的水位抬升的叠加。基于修正的Theis公式得到洛河组水位降至最低点所需时间为7.9459 d,水位恢复90%所需时间为35.6090 d,与工作面实测结果相近,且洛河组水位在初始阶段恢复较快,而在后期则恢复缓慢。     

基于阶梯流量压水试验水位恢复的含水层参数计算

承压含水层阶梯流量井流公式与水位恢复井流公式可解决不同流量变动条件下含水层参数求解。针对野外压水试验中流量与水压难以控制且观测精度低, 但阶梯流量压水后水位恢复曲线易于准确观测的特点, 根据叠加原理, 从非稳定承压含水层阶梯流量井流基本公式中推导出阶梯流量水位恢复公式。根据现场阶梯流量压水试验资料进行了含水层参数计算, 验证了公式的可行性。      

单井稳定流抽水试验中水位恢复曲线的作用分析

单井稳定流抽水试验是目前煤炭勘探中获取水文地质参数、查明水文地质条件的主要方法之一。由于其获取的水文地质参数相对于非稳定流抽水试验简单直接而被广泛应用,但所计算的含水层渗透系数比实际往往偏小,且易忽视对水位恢复资料的分析研究与利用。通过对安徽淮南、淮北煤田近10年来水文地质勘探单孔稳定流抽水试验资料的分析与研究,论述了单井稳定流抽水参数计算的过程和存在的不足,强调了绘制水位恢复曲线的作用,提出了单井稳定流抽水渗透系数计算结果的采用方法和建议。进而使井田水文地质条件评价、矿井涌水量预测更加客观、真实。     

在大泉边进行多孔多阶段非稳定流抽水试验水文地质参数的计算及水位预报

在岩溶大泉边进行多孔多阶段非稳定流抽水试验,视泉水为一早年开始的开采井,并假设泉水的排泄时间t。近似等于泉水排泄和抽水延续时间之和t,用流量阶梯状变化的泰斯公式计算其水文地质参数,进行水位预报。      

Theis解析模型的数值解及其在MatLab中的实现

讨论了如何应用数值积分方法求解含水层中地下水非稳定流抽水试验的解析模型以获得含水层的水文地质参数,并以Theis公式为例讨论求解原理。引入了MatLab的数值积分工具和优化工具,轻松实现了对水文地质参数的求解,此举既保证了解的可靠性和唯一性,也大大提高了方法的可操作性。最后以一个具体的承压水非稳定流抽水试验为例验证了这个方法,所得的结果与应用配线法得到的结果基本一致,从而肯定了方法的应用价值。研究结果尽管是针对Theis模型进行的,但求解原理同样适用于其他各种模型。     

承压含水层井流-盖层弯曲效应的解析理论

指出承压含水层盖层的弯曲变形与开采井周围的径向地下水运动存在相互作用, 而这一效应在传统的井流理论中没有被认识到.通过引入弹性薄板理论, 建立了无越流的承压含水层井流-顶板弯曲效应的解析模型, 同时考虑了含水层和水的压缩性, 结果表明Theis井流方程给出的抽水降深偏小.在此基础上推导了有越流承压含水层井流-盖层弯曲效应的偏微分方程, 求出了解析解, 并与传统理论的结果进行了对比, 表明Hantush-Jacob公式计算的降深也是偏小的.在抽水井附近和抽水初期, 传统理论可能导致显著的相对误差.      

矿井涌水量计算的非稳定流解析法

目前矿井涌水量预测普遍存在着评价方法简单、机械套用计算公式、或利用应用软件玩模拟游戏等现象,反而对非常适用的非稳定流解析法重视不够。根据非稳定流解析法公式的基本原理,对其在矿井涌水量预测方面的适用性进行了讨论,并以山西省霍州煤电集团公司某煤矿采区水文地质补充勘查报告矿井涌水量预测为例进行了计算,计算结果表明:非稳定流解析法的雅柯布(近似)公式对于煤层底板突水的矿井涌水量预测,较稳定流解析法和传统的类比外推法在理论上更适用,操作上更灵活;与数值法相比,其又具有较好的直观性。在实践中,该方法计算过程清晰,计算结果可靠,具有推广应用价值。     

“迭代法”求水文地质参数的原理及应用

在泰斯公式基础上，推导出定流量和变流量非稳定流抽水条件下关于S／T为变量的非线性方程，用“迭代法”解此方程，可方便地求出S、T等水文地质参数。此法可推广到多观测孔、单观测孔或无观测孔抽水试验求参数。     

Finite element analysis of axisymmetric flow into partially penetrating wells

The finite element method was used to solve the problem of flow to a partially penetrating strainer well in a leaky confined aquifer under steady and unsteady conditions. Predictions of the model were compared with reported pumping test data. A good agreement was obtained between them. The effects of penetration and screen position on discharge through imperfect well were studied. Results were compared with analytical solutions and presented graphically.     

Theis不稳定潜水井流模型的改进——具入渗补给

地下水的补排主要包括垂向的地面入渗补给、蒸发排泄（蒸发可视为入渗的负值）及侧向的地表水补给、排泄。水文地质学最基本的问题之一——地下水可持续开釆量的评价准则,涉及补给的增量与排泄的减量,因此地下水开采的预测模型必须包含上述两类的补给、排泄因素,否则不能满足要求。然而,经典的Theis不稳定井流模型,即使在傍河抽水,也只有侧边界的补给、排泄作用,而不涉及上边界的地面入渗补给。这样一来,这个解析模型基本上不能够用于预测,而只能在旱季用于井流试验求取含水系统的参数。为此,文章的目标是发展具地面入渗补给的Theis不稳定潜水井流模型。对于潜水流问题,不能再用承压水流的以水头为应变量的方程来建立,应采用第二类线性化方法的势函数来建立潜水流问题。对于既有降雨入渗补给,又有抽水井作用的复杂的水文地质问题所概化数学模型的求解,采取的方法是把它分解成若干个简单的子模型问题求解,然后将其合成为原来复杂数学模型的解。基于质量守恒原理,假定渗流服从Darcy定律并满足Dupuit徦定建立了水流基本微分方程。然后对于两平行河流及一河流平行一隔水边界形成的两类条形区域,具地面均匀稳定入渗补给的井流问题,获得通用水位方程和几类常见的特定条件水位方程及其流量方程。此外,提出并采用“边界对边界的反映法”用以求解一河流平行一隔水边界条形区域的同一问题,减少了许多推导过程。最后,作为上述理论成果的初步应用,也是一个重要的应用,即在河水水质不能满足要求的河流附近,设有一口抽水井,计算该抽水井在不汲取河水的前提下的临界流量方程,获得具重要意义的结构简洁的关系式。该方程也可以用于滨海区的抽水井,在不发生海水入侵前提下的临界抽水流量计算。给出了上述条件不稳定井流过程某时刻的地下水流网图,其流网与文献中常见的傍河井流的流网相比,具显明的特征。     

具有越流补给的含水煤层渗流模型求解与典型曲线

为了分析水层越流补给对煤层气井早期排水的影响,根据不稳定渗流理论,引入越流系数,建立了考虑层间越流现象的煤层中水的渗流数学模型。通过Laplace变换对模型求解,并利用Stehfest反演得到实空间的解,采用新的参数组合,分别绘制了压力和压力导数双对数曲线图版。从物理渗流机理上分析了层间越流对曲线形态的影响,随着越流系数的增大,径向流结束的时间越早;同时提出了利用典型图版拟合确定储层渗透率、表皮系数以及越流系数的方法。典型图版有助于定量评价越流的强弱,对煤层气井后续排采制度的调整具有指导意义。      

基于遍历搜索算法的水文地质参数优化求解

为了解决传统的Theis配线法在求参过程中无法利用全部抽水试验数据、手动配线效率较低、求参过程受人为主观因素影响较大等问题,利用抽水试验数据,以Theis公式和叠加原理为理论基础,以理论计算降深与实测降深的Nach-Sutcliffe效率系数值达到最大为目标函数,基于Matlab软件编程,再利用遍历搜索算法对导水系数（T）、贮水系数（S）在其对应范围内进行遍历,实现了水文地质参数的自动精确求解。将遍历搜索算法应用于2个抽水试验实例的水文地质参数求解,并与传统求参方法的计算结果进行比较分析。结果表明：利用遍历搜索算法求参的计算结果与传统求参方法的计算结果相近,表明利用遍历搜索算法求解水文地质参数有效可靠;2个抽水实例利用遍历搜索算法得到的参数对应的理论计算降深与实测降深的Nach-Sutcliffe效率系数值分别为0.996 5、0.970 8,且相比传统的求参方法而言更接近1.000 0,说明其拟合程度更好。     

多种计算方法确定黄土渗透系数的对比分析

渗透系数是工程降水设计重要的水文地质参数之一,由于水文地质本身的复杂性和计算的多样性,致使渗透系数计算值往往存在着较大的差异。而对于渗透系数的计算模型较多,究竟哪种数学计算模型比较接近黄土渗透性的实际情况,不同的专家有不同的观点。以西安地铁四号线火车站地下车站段抽水试验为例,运用了完整井稳定流中的单井法、带观测井法考虑井损的单井法数学计算模型,非完整井稳定流数学计算模型,水位恢复法数学计算模型3种方法综合确定黄土的渗透系数。分析对比了各种数学计算模型优缺点,给出了计算黄土渗透系数较为合理的数学计算模型。     

常规越流承压含水层影响半径计算方法之改进

影响半径是一个有争议的概念,针对不同含水层和计算模型各有不同的计算方式,而在工程应用中常使用理论依据不甚明确的经验公式。针对可形成稳定流的越流承压含水层,展开对确定其影响半径的常用方法即3个及以上观测孔稳定流阶段降深-距离直线图解法的分析,认为这一方法容易造成工程师对影响半径的误判,指出其易于误读之处并对使用该法提出了修正建议。