Moench井流函數(shù)在井灌區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)求解中的應(yīng)用

江冠軍

（廣東省惠州市市區(qū)河涌管理所，廣東惠州516003）

Moench井流函數(shù)在井灌區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)求解中的應(yīng)用

江冠軍

（廣東省惠州市市區(qū)河涌管理所，廣東惠州516003）

水文地質(zhì)參數(shù)主要包括含水層的給水度、滲透性、導(dǎo)水系數(shù)等，是反映含水層透水、儲水性能的重要指標(biāo)，對地下水資源的評價有重要作用。文章利用Moench井流函數(shù)，通過抽水實驗對研究區(qū)域的水文地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行了求解，結(jié)果表明：Moench井流函數(shù)能較好的表征井灌區(qū)井流情況，能方便有效的求解水文地質(zhì)參數(shù)。

Moench井流模型；井灌區(qū)；給水度；抽水實驗；參數(shù)求解

0 引 言

水文地質(zhì)參數(shù)主要包括含水層的給水度、滲透性、導(dǎo)水系數(shù)等，是反映含水層透水、儲水性能的重要指標(biāo)，對地下水資源的評價有重要作用。然而，由于水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性，井灌區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)求解一般較繁瑣，地下水非穩(wěn)定井流模型的發(fā)展為水文地質(zhì)參數(shù)的求解提供了新的方法。為探求Moench模型在井灌區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)求解時的可行性，文章利用Moench井流函數(shù)及降深-時間配線法，針對石羊河區(qū)域含水層、井的類型，通過抽水實驗對研究區(qū)域的水文地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行了求解。

1 Moench井流模型及軟件求解

1.1 Moench模型表達(dá)式

假設(shè)：①含水層為半無限均質(zhì)各向同性含水層；②水位降升值遠(yuǎn)小于飽和含水層厚度；③抽水實驗開始前井中水位為靜水位；④抽水實驗為定流量抽水，井對抽水量的影響可以忽略。可建立Moench井流方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

式中：γ為遲后疏干系數(shù)，α為經(jīng)驗系數(shù)；μ為給水度；l為抽水井的濾網(wǎng)長度；Kγ為垂向滲透系數(shù)；Kh為水平滲透系數(shù)；D為含水層厚度；ZD為靜水位至井底的距離與飽和含水層厚度的比值；tD為時間為無量綱時間；SD為無量綱降升。

運(yùn)用Laplace變換，可求得上述方程組解為：

式中：K0為第二類Bessel函數(shù)；sDT為引起承壓含水層水位降升的Theis分量；sDH為抽水時承壓含水層非完整井的Hantush分量；△sDN為抽水時水面為自由表面的Neuman分量。

1.2 模型求解

針對Moench模型，為簡化計算過程，目前已開發(fā)有相關(guān)軟件進(jìn)行求解分析。AquiferTest是加拿大滑鐵盧水文地質(zhì)學(xué)公司（Waterloo Hydrogeologic Inc（WHI））開發(fā)的專用于解決含水層抽水和注水實驗的軟件，它可以運(yùn)用于各種類型井的抽水和注水實驗，涵蓋了絕大多數(shù)的井流求解方法，包括Theis、Cooper-Jacob降深-時間配線法、Cooper-Jacob降深-距離配線法、Cooper-Jacob時間-距離水位降深法、Hantush-Jacob、Neuman、Moench等眾多求解方法，適用于各種類型含水層，是目前抽注水實驗的主流軟件之一，結(jié)合抽注水試驗數(shù)據(jù)，可方便對地下水井流進(jìn)行分析，求解含水層的導(dǎo)水系數(shù)、滲透系數(shù)、潛水含水層給水度等參數(shù)。

2 典型井灌區(qū)抽水實驗

2.1 實驗區(qū)概況

抽水實驗在甘肅省武威市中國農(nóng)業(yè)大學(xué)石羊河農(nóng)業(yè)與生態(tài)節(jié)水試驗站展開，實驗地降雨稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，地表水資源匱乏，河流徑流量小，系典型干旱內(nèi)陸區(qū)氣候特征，地下水為其重要水資源。實驗區(qū)具備典型的井灌區(qū)特征，抽水量是引起地下水水位變化的最主要因素，每次抽水都會引起地下水水位的明顯下降，抽水量越大，地下水位的下降程度也越大，如圖1所示，在灌水期間地下水水位與抽水量呈現(xiàn)出較好的負(fù)相關(guān)（R2＝0.4624）。

圖1 地下水水位與抽水量相關(guān)關(guān)系圖

2.2 抽水試驗

在研究區(qū)域，選擇距離相近的2＃井和3＃井進(jìn)行抽水實驗，井2與井3之間的距離為100m，抽水實驗時井2為抽水井，井3為觀測井，開始抽水之前井2、井3水位均為靜水位，井2以Q＝125m3／h的定流量抽水，抽水的同時觀測井3中水位降升值。測井基本情況表見表1。

表1 測井基本情況表

3 參數(shù)求解

結(jié)合試驗數(shù)據(jù)，采用AquiferTest軟件對數(shù)據(jù)分析，可方便得出時間—距離水位降深，如圖2所示。模擬結(jié)果顯示，實驗區(qū)域，抽水1 h后，井水位降深0.0048 m。初始時，水位下降較快，而120s后水位降低趨勢開始變緩。

圖2 觀測井的s-t圖

用AquiferTest處理后的抽水實驗數(shù)據(jù)在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上進(jìn)行擬合，如圖3所示，在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上s-t曲線和Moench標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合度均較高，由擬合曲線可知，研究區(qū)域潛水含水層的給水度為0.252，滲透系數(shù)為K＝51.7m／d，導(dǎo)水系數(shù)T＝7 730m2／d，這與該地區(qū)含水層具有較強(qiáng)滲透性的實際情況相符合，前人研究曾認(rèn)為研究區(qū)域含水層給水度定為0.3，滲透系數(shù)K＝53.64～150m／d，兩者相比，給水度絕對誤差為0.048，相對誤差為16%，實驗結(jié)果與前人的研究結(jié)果基本一致。

圖3 雙對數(shù)坐標(biāo)紙上s-t曲線和Moench標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合

5 結(jié) 論

Moench模型能較好的表征井灌區(qū)井流情況，運(yùn)用潛水非完整井流的Moench模型并配合AquiferTest軟件，能快捷有效并準(zhǔn)確的求解井灌區(qū)含水層的水文地質(zhì)參數(shù)。

［1］薛禹群.地下水動力學(xué)（第二版）［M］.北京：地質(zhì)出版社，1997.

P641

B

1007-7596（2015）07-0009-02

2015-06-28

江冠軍（1984-），男，湖南益陽人，工程師，從事水利工程建設(shè)與管理工作。