论文部分内容阅读
摘要：地下水是水资源的重要组成部分，水文地质参数是评价地下水、溶质运移模拟以及防洪防涝等的重要依据，水文地质参数至关重要。水文地质计算方法大致可以分为水文地质试验法以及地下水动态观测法。本文主要分析我国水位水文地质主要的计算方法，为实际工程水文地质参数提供理论依据，并在具体的工程中說明计算方法的优缺点，希望能为相关人员带来一些帮助。
关键词：水文地质；抽水试验；解析法；动态分析法
中图分类号：P641文献标识码：A
地下水是我国北方居民主要的饮水来源，在国民经济中发挥着重要作用，水文地质计算是进行地下水资源勘测以及数值模拟等的方法，常采用的方法是采取现场抽样试验资料方法，目前水文地质研究领域普遍关注的问题是计算方法的精简、高效性和准确性的水文计算地质参数，虽然计算水文地质参数的方法有很多，但是使用技巧不尽相同，本文将对我国主要的水文地质计算方法进行简介，并分析其优越性。
1.我国水文地质主要的计算方法综述
最早出现的水文地质计算方法是配线法，存在很大的人为误差，依赖于计算人员的工作经验，精度较低。随着计算机技术的发展，各种有关水文地质参数计算方法的软件不断开发出来，提高了水文地质计算精度。Vivier等人对裂隙含水层抽水试验采用Cooper-Jacob公式进行分析，并提出了FTA计算方法，此方法将地质与周围岩石联系在一起，精确度高；Nawrocki等人采用不同公式计算水文地质参数，并进行对比分析；国内学者李佩成等人提出了非稳定渗流的计算方式，并有学者不断进行完善；腾凯等人采取优化参数的方法，明确非稳定型流抽水试验解析法的计算；肖常来等人采取泰斯公式进行计算，并进行了优化。
水文地质计算方法中的数值法和分析法是随着计算机的发展而发明的，其要点是把整个渗流部分分为若干单元，并建立地下水流的关系式，通过综合表征来体现渗流区的总体特点。该计算方法比较简单，适用于多种水文地质条件。
2.水文地质计算方法的优缺性
采取抽水试验的标准曲线对比法方法进行计算。 在实际的工程计算中，水文地质上覆层与下伏层之间并不是理论上的不透水层，往往是亚沙层等，导水能力很小，假设第一类越流系统基本方程相邻含水层与主含水层之间的出水水头面水平相等，忽略比较弱的透水层的弹性释放量，其他的条件与泰斯公式计算条件相同，井径无限小，因此数学模型就可以表示为δ2s/δr2+δs/rδr-s/B2=Sδs/Tδt；s(r,0)=0；s(∞,t)=0；lim(rδs/δr)=Q/2πT（1），式中s(r,t)表示任意时间下的降深，S表示含水层弹性释水系数，T表示导水系数，B表示越流因数。对公示进行边界条件转换，得到关于s的定解问题，s(r,t)=QF(μ,r/G)/4ΠT（2），对公示（2）采用标准曲线法进行计算，两边分别取两次对数lgt=lg1/u+lgr2S/4T，从这个公式中可以看出含水层的水文地质参数只需要确定平移值就可以得到。在进行配线时需要注意的是选取一条与lgs~lgt曲线最佳拟合度的曲线，将模数相同的时间~降深曲线重叠到标准曲线上，记录匹配点的s和t坐标，得出S=4uTt/r2，含水层的越流参数可以使用B=r/[r/B]计算，式中r代表观测孔与主孔之间存在的距离,[r/B]可以从曲线上直接读出。
拐点法发展时间较早，使用同一观测孔的s-lgt曲线上的任意点的斜率mi导出mi=2.3[Qe-(n+r2/4B2u)/4ΠT]（3），求解二阶导数，令δ2s/δ(lgt)2=0，得到拐点的坐标ti=rBS/2T（4），公式（4）带入公式（2）中可以求出mi=2.3Qe-r/B/4πT（5），对公式（5）两边同时取自然对数，带入到公式（2）中，得到s=Q[2k0(r/B)-⌠exp(-y-r2/4B2y)/ydy-⌠exp(-y-r2/4B2y)/ydy]/4πT(6)，对公示（6）两边换元变化，简化s1=Qk0(r/B)/4πT=smax/2.对与只有一个观测空的地质环境，若是抽水时间足够长，利用外推法计算最大降深，查表确定r/B，进而求出B值；在抽水时间不够长情况下，绘制r-lgmi关系曲线根据曲线斜率计算各观测孔拐点的降深，此方法推导过程很麻烦，存在很强的人为因素，因此计算精度比较低，在实际应用中不常采用。
以上两种方法虽然比较常见，但是误差仍然较大，还需要采取其他方法进行优化。全程曲线拟合法即是其中一种，通过构建并优化目标函数和约束条件，进行抽水试验，建立试验数据库，计算抽水试验理论降深，Excel规划求解进行优化及选。在求解目标函数时，限制条件数值变化缓慢的因素可以采用向前差分解决，该方法理论计算简单，精度高，具有很强的使用价值。数值模拟法是目前研究的热点，计算时需建立水文地质概念模型、数学模型以及数值模型，再进行模型校正试验，水文地质计算可以采用两种方式进行反演，区别在于模拟区和拟合的目标差异，数值模拟法目前具有很强的理论研究价值，正在研究中在实际应用中还存在很多困难。
【结束语】：
综上所述，本文先简单分析了我国水文地质计算的方法，然后以第一类越流系统为例重点论述了不同计算方法之间的优缺点标准曲线对比法、拐点法、全程曲线拟合法以及数值模拟法等都可进行计算，所得结果相近，其中拐点法发展较早，但是实用性不强，计算方法过多，存在很强的人为因素，标准曲线对比法是一种使用最广泛的方法，可以使用在精度要求较高的水文地质计算中。
【参考文献】：
[1]肖明贵,陈学军,刘宝臣,等.无限承压含水层中主孔涌水多孔观测定降深井流试验水文地质参数计算[J].地球科学-中国地质大学学报,2008,28(05):575-578.
[2]代世伟,刘愿英,李春娟,等.动态分析法在水文地质参数计算中的应用[J].陕西农业科学,2012,58(02):101-104.
[3]王益伟,罗周全,欧阳仕元,等.基于抽水试验微分分析的岩溶含水层水文地质参数计算[J].工程勘察,2012,40(12):39-43.
[4]王心义,周廷强,林建旺,等.用有限混合网络模型计算天津地热田热水量[J].水文地质工程地质,2006,33(04):40-44.
[5]管彤,段玉凌.嘉里静安综合发展项目承压水单井抽水试验及分析计算[J].上海建设科技,2011,23(04):62-64.
关键词：水文地质；抽水试验；解析法；动态分析法
中图分类号：P641文献标识码：A
地下水是我国北方居民主要的饮水来源，在国民经济中发挥着重要作用，水文地质计算是进行地下水资源勘测以及数值模拟等的方法，常采用的方法是采取现场抽样试验资料方法，目前水文地质研究领域普遍关注的问题是计算方法的精简、高效性和准确性的水文计算地质参数，虽然计算水文地质参数的方法有很多，但是使用技巧不尽相同，本文将对我国主要的水文地质计算方法进行简介，并分析其优越性。
1.我国水文地质主要的计算方法综述
最早出现的水文地质计算方法是配线法，存在很大的人为误差，依赖于计算人员的工作经验，精度较低。随着计算机技术的发展，各种有关水文地质参数计算方法的软件不断开发出来，提高了水文地质计算精度。Vivier等人对裂隙含水层抽水试验采用Cooper-Jacob公式进行分析，并提出了FTA计算方法，此方法将地质与周围岩石联系在一起，精确度高；Nawrocki等人采用不同公式计算水文地质参数，并进行对比分析；国内学者李佩成等人提出了非稳定渗流的计算方式，并有学者不断进行完善；腾凯等人采取优化参数的方法，明确非稳定型流抽水试验解析法的计算；肖常来等人采取泰斯公式进行计算，并进行了优化。
水文地质计算方法中的数值法和分析法是随着计算机的发展而发明的，其要点是把整个渗流部分分为若干单元，并建立地下水流的关系式，通过综合表征来体现渗流区的总体特点。该计算方法比较简单，适用于多种水文地质条件。
2.水文地质计算方法的优缺性
采取抽水试验的标准曲线对比法方法进行计算。 在实际的工程计算中，水文地质上覆层与下伏层之间并不是理论上的不透水层，往往是亚沙层等，导水能力很小，假设第一类越流系统基本方程相邻含水层与主含水层之间的出水水头面水平相等，忽略比较弱的透水层的弹性释放量，其他的条件与泰斯公式计算条件相同，井径无限小，因此数学模型就可以表示为δ2s/δr2+δs/rδr-s/B2=Sδs/Tδt；s(r,0)=0；s(∞,t)=0；lim(rδs/δr)=Q/2πT（1），式中s(r,t)表示任意时间下的降深，S表示含水层弹性释水系数，T表示导水系数，B表示越流因数。对公示进行边界条件转换，得到关于s的定解问题，s(r,t)=QF(μ,r/G)/4ΠT（2），对公示（2）采用标准曲线法进行计算，两边分别取两次对数lgt=lg1/u+lgr2S/4T，从这个公式中可以看出含水层的水文地质参数只需要确定平移值就可以得到。在进行配线时需要注意的是选取一条与lgs~lgt曲线最佳拟合度的曲线，将模数相同的时间~降深曲线重叠到标准曲线上，记录匹配点的s和t坐标，得出S=4uTt/r2，含水层的越流参数可以使用B=r/[r/B]计算，式中r代表观测孔与主孔之间存在的距离,[r/B]可以从曲线上直接读出。
拐点法发展时间较早，使用同一观测孔的s-lgt曲线上的任意点的斜率mi导出mi=2.3[Qe-(n+r2/4B2u)/4ΠT]（3），求解二阶导数，令δ2s/δ(lgt)2=0，得到拐点的坐标ti=rBS/2T（4），公式（4）带入公式（2）中可以求出mi=2.3Qe-r/B/4πT（5），对公式（5）两边同时取自然对数，带入到公式（2）中，得到s=Q[2k0(r/B)-⌠exp(-y-r2/4B2y)/ydy-⌠exp(-y-r2/4B2y)/ydy]/4πT(6)，对公示（6）两边换元变化，简化s1=Qk0(r/B)/4πT=smax/2.对与只有一个观测空的地质环境，若是抽水时间足够长，利用外推法计算最大降深，查表确定r/B，进而求出B值；在抽水时间不够长情况下，绘制r-lgmi关系曲线根据曲线斜率计算各观测孔拐点的降深，此方法推导过程很麻烦，存在很强的人为因素，因此计算精度比较低，在实际应用中不常采用。
以上两种方法虽然比较常见，但是误差仍然较大，还需要采取其他方法进行优化。全程曲线拟合法即是其中一种，通过构建并优化目标函数和约束条件，进行抽水试验，建立试验数据库，计算抽水试验理论降深，Excel规划求解进行优化及选。在求解目标函数时，限制条件数值变化缓慢的因素可以采用向前差分解决，该方法理论计算简单，精度高，具有很强的使用价值。数值模拟法是目前研究的热点，计算时需建立水文地质概念模型、数学模型以及数值模型，再进行模型校正试验，水文地质计算可以采用两种方式进行反演，区别在于模拟区和拟合的目标差异，数值模拟法目前具有很强的理论研究价值，正在研究中在实际应用中还存在很多困难。
【结束语】：
综上所述，本文先简单分析了我国水文地质计算的方法，然后以第一类越流系统为例重点论述了不同计算方法之间的优缺点标准曲线对比法、拐点法、全程曲线拟合法以及数值模拟法等都可进行计算，所得结果相近，其中拐点法发展较早，但是实用性不强，计算方法过多，存在很强的人为因素，标准曲线对比法是一种使用最广泛的方法，可以使用在精度要求较高的水文地质计算中。
【参考文献】：
[1]肖明贵,陈学军,刘宝臣,等.无限承压含水层中主孔涌水多孔观测定降深井流试验水文地质参数计算[J].地球科学-中国地质大学学报,2008,28(05):575-578.
[2]代世伟,刘愿英,李春娟,等.动态分析法在水文地质参数计算中的应用[J].陕西农业科学,2012,58(02):101-104.
[3]王益伟,罗周全,欧阳仕元,等.基于抽水试验微分分析的岩溶含水层水文地质参数计算[J].工程勘察,2012,40(12):39-43.
[4]王心义,周廷强,林建旺,等.用有限混合网络模型计算天津地热田热水量[J].水文地质工程地质,2006,33(04):40-44.
[5]管彤,段玉凌.嘉里静安综合发展项目承压水单井抽水试验及分析计算[J].上海建设科技,2011,23(04):62-64.