微水試驗(yàn)研究進(jìn)展

萬偉鋒 李清波 曾峰 蔡金龍

摘要：微水試驗(yàn)是一種快速測(cè)定水文地質(zhì)參數(shù)的野外試驗(yàn)方法。與傳統(tǒng)的鉆孔壓水試驗(yàn)和抽水試驗(yàn)相比，微水試驗(yàn)更經(jīng)濟(jì)、便捷，而且精度較高，可以滿足實(shí)際工程中巖土體滲透參數(shù)野外測(cè)定的需要。回顧了微水試驗(yàn)理論模型60多年的研究歷史及其在實(shí)際工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀，認(rèn)為微水試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期以來未能在實(shí)際勘察中取得廣泛應(yīng)用，除了數(shù)據(jù)處理繁瑣和受儀器設(shè)備精度的制約外，最主要的原因是缺乏相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)其可靠性和適用性存在不同認(rèn)識(shí)。隨著微水試驗(yàn)理論模型與試驗(yàn)設(shè)備的不斷完善，以及相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程規(guī)范的出臺(tái)，微水試驗(yàn)方法將成為巖土體滲透性勘察中的普遍方法之一。

關(guān)鍵詞：微水試驗(yàn)；巖土體；滲透性；研究進(jìn)展

中圖分類號(hào)：TV221.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.08.023

微水試驗(yàn)（Slug test）是一種簡(jiǎn)便且相對(duì)快速測(cè)定水文地質(zhì)參數(shù)的野外試驗(yàn)方法，它起源于國(guó)外，其譯名各異，如重錘試驗(yàn)、鉆孔振蕩試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、定容積瞬時(shí)抽水或注水試驗(yàn)，或者直接音譯為斯拉格試驗(yàn)等。

20世紀(jì)50年代，Hvorslev等首次應(yīng)用微水試驗(yàn)對(duì)土體的滲透系數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，并開發(fā)了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型用于求解。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，微水試驗(yàn)已被廣泛應(yīng)用于巖土勘察中，成為研究巖體滲透性的重要野外試驗(yàn)技術(shù)和方法之一，國(guó)外有專著論述微水試驗(yàn)的設(shè)計(jì)、實(shí)施和數(shù)據(jù)解釋、分析。與傳統(tǒng)試驗(yàn)相比，微水試驗(yàn)不僅更簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)，而且精度高，可以滿足實(shí)際巖土體滲透參數(shù)測(cè)定的需要，同時(shí)試驗(yàn)過程中對(duì)地下水環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生二次污染。微水試驗(yàn)的缺陷在于單個(gè)鉆孔所獲取的參數(shù)僅僅反映試驗(yàn)孔附近小范圍含水層的滲透性能，但是當(dāng)試驗(yàn)區(qū)范圍內(nèi)有較多鉆孔時(shí)或試驗(yàn)區(qū)范圍較小時(shí)，仍不失為一種較為理想的試驗(yàn)方法。

本文主要總結(jié)了微水試驗(yàn)理論和方法研究進(jìn)展以及實(shí)際勘察工作中的應(yīng)用情況，分析了其存在的問題和今后的發(fā)展趨勢(shì)。

1 微水試驗(yàn)基本原理

微水試驗(yàn)的實(shí)質(zhì)是通過一定激發(fā)手段（如瞬時(shí)抽水或注水、氣壓泵、振蕩棒等）使井孔內(nèi)水位發(fā)生瞬時(shí)變化，通過觀測(cè)和記錄鉆孔水位隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)，并與相應(yīng)理論數(shù)學(xué)模型的標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合，進(jìn)而計(jì)算試驗(yàn)孔附近的水文地質(zhì)參數(shù)。根據(jù)試驗(yàn)過程，可分為降水頭微水試驗(yàn)（使水位瞬時(shí)上升，然后記錄水位下降恢復(fù)，見圖1（a））和升水頭微水試驗(yàn)（使孔內(nèi)水位瞬時(shí)下降，然后等待水位上升恢復(fù)，見圖1（b））。以往水位變化過程主要靠人T觀測(cè)，目前井（孔）內(nèi)壓力傳感器已較為成熟，可以自動(dòng)采集、記錄和存儲(chǔ)水位變化數(shù)據(jù)，且精度較高。

微水試驗(yàn)的理論基礎(chǔ)仍然是達(dá)西定律，地下水在滲透性較弱的含水層中運(yùn)動(dòng)時(shí)，水分子之間的黏滯力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其慣性力，在數(shù)學(xué)分析時(shí)，慣性力可以忽略不計(jì)。由圖2可以看出，當(dāng)孔內(nèi)的水位受到激發(fā)產(chǎn)生快速抬升后，就進(jìn)入了下降恢復(fù)階段，開始階段的水位恢復(fù)速度較快，然后恢復(fù)的速度逐漸變緩，并趨于接近初始的靜止水位，在該過程中，地下水流的初始動(dòng)能被水分子之間的摩擦、水與井壁的摩擦消耗掉，沒有在初始靜止水位附近發(fā)生類似彈性的振蕩過程，這個(gè)過程稱為“過阻尼衰減”。但在滲透性較強(qiáng)的含水層中，地下水的運(yùn)動(dòng)形式可能是另一種表現(xiàn)形式，在水位發(fā)生瞬時(shí)變化后，恢復(fù)速度很快，在地下水克服了水分子之間的黏滯力快速恢復(fù)到靜止水位后，還有一部分動(dòng)能剩余，超過了原初始靜止水位并繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，從而在靜止水位附近發(fā)生類似彈性的振蕩，這時(shí)候水的慣性力不能再被忽略，這一振蕩式的衰減過程稱為欠阻尼衰減或弱阻尼衰減，見圖3。

2 微水試驗(yàn)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 微水試驗(yàn)理論研究進(jìn)展

自微水試驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用以來，許多專家學(xué)者致力于微水試驗(yàn)理論研究，對(duì)其求解模型和方法不斷進(jìn)行改進(jìn)和修正，截至目前，微水試驗(yàn)的求解模型和方法達(dá)50種之多。這些模型中，從多孔均質(zhì)的承壓微水試驗(yàn)理論模型發(fā)展到潛水微水試驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑥牟豢紤]瞬間水位變化的慣性效應(yīng)指數(shù)衰減到考慮慣性效應(yīng)的欠阻尼衰減，并發(fā)展到考慮井壁效應(yīng)的理論模型，近些年一些學(xué)者開始從多孔均質(zhì)介質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)向裂隙巖體的研究。國(guó)內(nèi)的研究主要在國(guó)外已有的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行。

2.1.1 國(guó)外研究進(jìn)展

（1）指數(shù)衰減型理論模型。Hvorslev提出的微水試驗(yàn)的假設(shè)條件是：水層水平方向無限延伸，承壓完整井：忽略含水層彈性儲(chǔ)蓄效應(yīng)，并假設(shè)有限距離遠(yuǎn)的地方有一定水頭邊界，得到了巖土體滲透系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。該模型較簡(jiǎn)單，可用直線圖解法求解。

1967年，Cooper等提出了CBP模型，適用于在平面上無限展布的均質(zhì)各向同性多孔介質(zhì)水平含水層，承壓完整井，該模型考慮含水介質(zhì)的彈性儲(chǔ)水效應(yīng)，根據(jù)無量綱化后試驗(yàn)井孔中的水位變化與時(shí)間的半對(duì)數(shù)圖，擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線來求得滲透系數(shù)與貯水系數(shù)。

1976年，Bouwer等假設(shè)一有限直徑圓島形的非承壓含水層，周邊為網(wǎng)形定水頭邊界條件，介質(zhì)類型為均質(zhì)各向異性多孔介質(zhì)，忽略含水介質(zhì)的彈性儲(chǔ)水效應(yīng)，同時(shí)不考慮井孔的薄壁效應(yīng)。在該假定條件下，根據(jù)花管長(zhǎng)度與套管半徑的比值，擬合該模型條件下的標(biāo)準(zhǔn)曲線，并求得試驗(yàn)條件下的有效影響半徑，根據(jù)井水位變化與時(shí)間半對(duì)數(shù)圖上曲線斜率計(jì)算滲透系數(shù)。1978年，Dagan提出了與Bouwer模型相似的分析理論模型，區(qū)別是Dagan模型假設(shè)含水層為水平無限延伸，而不是以某一有效影響半徑來計(jì)算。

1994年，Hyder等5提出并建立了KGS模型，該模型充分利用了Hvorslev模型、Cooper模型及Bouwer模型的優(yōu)點(diǎn)，考慮了含水層的儲(chǔ)水效應(yīng)，既可用于承壓含水層，也可用來分析潛水含水層的微水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，適用范圍更廣泛。

（2）欠阻尼衰減理論模型。當(dāng)在滲透性較強(qiáng)的含水層中進(jìn)行微水試驗(yàn)時(shí)，水位隨時(shí)間變化的曲線可能產(chǎn)生振蕩，呈欠阻尼衰減形式，此時(shí)以上所述模型就無法刻畫這一過程。通過多年研究，一些學(xué)者基于欠阻尼振動(dòng)理論建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，并給出了相應(yīng)的解析解。

1965年，Cooper等考慮井水位變化時(shí)的慣性影響，提出了第一個(gè)單井水流振蕩理論，假定條件是井中水位的振蕩頻率與地震波的相同，忽略井管中水流與管壁的摩擦力，并且假設(shè)井中水流運(yùn)動(dòng)方向?yàn)榇怪毕蛏匣蛳蛳?。欠阻尼衰減模型中，比較有代表性的是Kamp提出的Van der Kamp模型。其使用正弦近似法分析微水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，第一次系統(tǒng)地研究了微水試驗(yàn)中的水頭變化規(guī)律，適用于強(qiáng)滲透性的均質(zhì)各向同性多孔介質(zhì)及完整承壓井，但僅限于解決低阻尼情況。

（3）非線性模型。在微水試驗(yàn)實(shí)踐中，有學(xué)者還發(fā)現(xiàn)在某些情況下試驗(yàn)過程中的非線性摩擦造成的水頭損失不可忽略，試驗(yàn)的水位一時(shí)間對(duì)數(shù)曲線不是直線而是呈下凹的曲線，此時(shí)就要用非線性模型來描述和求解。

1998年，Mcelwee等提出用非線性水位振蕩分析模型來獲得滲透系數(shù)，并于2001年開發(fā)了一個(gè)基于Navier-Stokes方程，考慮非線性摩擦損失、非達(dá)西流動(dòng)和加速效應(yīng)、鉆孔半徑變化的通用分析模型。這個(gè)非線性模型包括與水柱半徑變化有關(guān)的參數(shù)、與非線性水頭損失有關(guān)的參數(shù)及用來表示剛開始振蕩時(shí)水柱初始流速的附加參數(shù)，模型方程是一個(gè)關(guān)于水頭的二次偏微分方程。2002年，MCelwee又進(jìn)一步改進(jìn)了模型的使用和靈敏度分析方法，對(duì)加速度與流速影響進(jìn)行了修正，使得分析微水試驗(yàn)結(jié)果的模型能夠模擬從超阻尼到欠阻尼范圍內(nèi)的響應(yīng)特征，特別是在滲透系數(shù)大的區(qū)域，模型能夠模擬非線性行為。

1985年，Kipp假設(shè)含水層等厚、均質(zhì)且各向同性，為研究欠阻尼和超阻尼情況提供了嚴(yán)格的物理理論，擴(kuò)展了由Bredehoeft等提出的理論模型，繪制了一系列的標(biāo)準(zhǔn)曲線，通過無量綱化后的降深與時(shí)間的半對(duì)數(shù)圖來擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線以計(jì)算滲透參數(shù)。

2002年，2enner采用非線性模型分析微水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，該模型包括薄壁效應(yīng)、井孔內(nèi)部流體摩擦造成的非線性水頭損失、水體因井內(nèi)半徑變化而產(chǎn)生的水頭振蕩損失及套管內(nèi)水體的慣性影響。井一含水層耦合系統(tǒng)是由一個(gè)微積分方程代表井孔流體的平均機(jī)械能及套管內(nèi)水柱機(jī)械波的非線性常微分方程描述，通過差分近似與點(diǎn)迭代數(shù)值法的耦合可以對(duì)方程組求解。

（4）考慮井壁效應(yīng)的模型。1972年，Henry等首先提出承壓含水層中考慮薄壁效應(yīng)與井管儲(chǔ)水效應(yīng)的微水試驗(yàn)理論模型，假設(shè)薄壁層的厚度極薄和外邊界距離無限遠(yuǎn)，與當(dāng)時(shí)其他模型相比，該模型考慮的情況較為全面。1984年，F(xiàn)aust等提出考慮有限厚度薄壁層的模型，但是不考慮薄壁層的儲(chǔ)水效應(yīng)，同時(shí)假設(shè)薄壁層的滲透性相較于含水層的滲透性足夠小。1985年，Moench等提出有限厚度的環(huán)狀雙層薄壁模型，并且假設(shè)定水頭邊界無限遠(yuǎn)且忽略薄壁層儲(chǔ)水效應(yīng)，研究表明當(dāng)忽略薄壁層儲(chǔ)水效應(yīng)時(shí)，F(xiàn)aust等提出的考慮有限厚度薄壁層的模型所得到的井中水頭變化的解與Henry等所提出的假設(shè)薄壁層極薄的模型所得到的解相同。1986年，Sageev提出假設(shè)薄壁層的厚度極薄時(shí)采用配線法確定巖土體滲透參數(shù)，同時(shí)還提出了不存在薄壁效應(yīng)時(shí)的近似解。

總之，國(guó)外對(duì)微水試驗(yàn)的研究開始得較早，研究成果較多，在理論和求解方法方面已較為成熟。

2.1.2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

國(guó)內(nèi)微水試驗(yàn)研究較國(guó)外開始得相對(duì)較晚，2000年以前的研究成果相對(duì)較少。

國(guó)內(nèi)最早研究微水試驗(yàn)的是長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院（現(xiàn)吉林大學(xué)）水工系干旱半干旱水文地質(zhì)研究室，在1979年提出了用瞬時(shí)抽水試驗(yàn)測(cè)定水文地質(zhì)參數(shù)的方法，假定初始時(shí)刻在抽水井（x0，y0）處施加作用強(qiáng)度且作用時(shí)段很短（瞬時(shí)），然后觀測(cè)點(diǎn)（x，y）處的水位降深s隨時(shí)間t的變化，建立地下水方程并得出了求參公式，通過對(duì)比常規(guī)長(zhǎng)時(shí)間抽水試驗(yàn)資料，兩者獲取的水文地質(zhì)參數(shù)較為接近，但僅限于討論兩點(diǎn)法和最大降深法。1982年，宿青山等對(duì)1979年提出的瞬時(shí)抽水試驗(yàn)測(cè)定水文地質(zhì)參數(shù)的方法進(jìn)行了改進(jìn)，不再采用兩點(diǎn)法和最大降深法，而是采用配線法和直線圖解法進(jìn)行參數(shù)求解。1983年，宿青山等[提出了用網(wǎng)柱形固體代替瞬時(shí)抽水的試驗(yàn)方法。

1994年，楊建鋒等對(duì)弱透水層水文地質(zhì)參數(shù)的確定方法進(jìn)行了探討，認(rèn)為微水試驗(yàn)可以用于弱透水層參數(shù)確定，并對(duì)微水試驗(yàn)獲取的水文地質(zhì)參數(shù)的代表性和初始水頭的選取等問題進(jìn)行了討論，同時(shí)指出微水試驗(yàn)要求水位觀測(cè)精度應(yīng)較高，否則會(huì)造成較大誤差。2006年，黃勇等基于弱滲透性含水層的微水試驗(yàn)，提出了計(jì)算含水層水文地質(zhì)參數(shù)的解析方法，認(rèn)為用該方法確定含水層的水文地質(zhì)參數(shù)比用微水試驗(yàn)的配線法和水位恢復(fù)法具有更好的適用性。

2009年，陳則連等探討了微水試驗(yàn)和傳統(tǒng)試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，認(rèn)為微水試驗(yàn)的結(jié)果受井壁條件影響很大，即所謂的“皮膚效應(yīng)”（井壁效應(yīng)）。2013年，季純波等根據(jù)注水高度對(duì)潛水含水層厚度的影響，推導(dǎo)專門應(yīng)用于潛水井裸井的微水試驗(yàn)數(shù)學(xué)模型，此模型與傳統(tǒng)的Bouwer and Rice模型相比考慮了注水后潛水面水位的升高對(duì)滲透系數(shù)K的影響。高彬等開展了花管與潛水面相交下的微水試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯浚⒘诵碌臐撍奈⑺囼?yàn)計(jì)算模型，給出了模型的解析解。趙燕容建立了不同傾角的室內(nèi)裂隙物理模型，開展了微水試驗(yàn)研究，得到了微水試驗(yàn)中注水式、抽水式、提水式和氣壓式激發(fā)方式在不同條件下的應(yīng)用特性和規(guī)律。在研究過程中，還修正了Kipp模型的標(biāo)準(zhǔn)曲線，并且擴(kuò)展了相對(duì)阻尼系數(shù)ξ為0.05和10.00時(shí)的兩條標(biāo)準(zhǔn)曲線，提高了微水試驗(yàn)確定水平裂隙滲透參數(shù)的精度和適用范圍。2015年，戴云峰等基于Kipp模型推導(dǎo)了考慮承壓含水層傾角的微水試驗(yàn)解析解的修正模型，通過與修正前的Kipp模型分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，認(rèn)為在傾斜承壓含水層中忽略或不考慮含水層傾角時(shí)，計(jì)算出的水文地質(zhì)參數(shù)會(huì)產(chǎn)生較大誤差。2015年，周志芳等提出了基于單孔分段振蕩式微水試驗(yàn)確定巖體滲透系數(shù)和裂隙貯水率的計(jì)算模式，實(shí)現(xiàn)了利用單孔試驗(yàn)確定巖體的滲透系數(shù)。

2.2 微水試驗(yàn)在實(shí)際勘察工作中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在國(guó)外，微水試驗(yàn)很早就被作為一種原位試驗(yàn)方法廣泛應(yīng)用于水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等領(lǐng)域的巖土體參數(shù)的測(cè)試中，并有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。在國(guó)際上流行的含水層求參軟件Aquifer Test中，有專門的微水試驗(yàn)求參模塊。

微水試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)研究雖然也較早，但是實(shí)際勘察中應(yīng)用偏少，主要應(yīng)用集中在近些年。

蘇銳等提出了用雙栓塞微水試驗(yàn)技術(shù)解決低滲透裂隙介質(zhì)深部環(huán)境滲透特征評(píng)價(jià)的方法，建立了考慮溫度效應(yīng)、鉆孔儲(chǔ)存效應(yīng)和水位瞬時(shí)變化特征的地下水流三維數(shù)值模型，并編寫了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)深度達(dá)到了489m，試驗(yàn)成果表明雙栓塞微水試驗(yàn)技術(shù)適用于低滲透裂隙介質(zhì)深部環(huán)境滲透特征評(píng)價(jià)。

萬偉鋒等在南水北調(diào)中線溫博段補(bǔ)充水文地質(zhì)勘察中，為了獲取較為準(zhǔn)確的滲透系數(shù)值，采用了抽水試驗(yàn)、注水試驗(yàn)、微水試驗(yàn)和室內(nèi)滲透試驗(yàn)等，結(jié)果對(duì)比顯示，微水試驗(yàn)獲取的參數(shù)值小于注水試驗(yàn)和抽水試驗(yàn)的，并認(rèn)為尺度效應(yīng)（影響范圍）是造成試驗(yàn)差異的原因。

在微水試驗(yàn)成果的可靠性方面，不同學(xué)者獲取的成果存在差異。鞠曉明等為研究排污河對(duì)地下水污染的影響，將微水試驗(yàn)應(yīng)用于安徽淮北市某河流附近的一個(gè)場(chǎng)地內(nèi)，共進(jìn)行了粉細(xì)砂、細(xì)砂含水層中6組抽水和微水對(duì)比試驗(yàn)，兩種試驗(yàn)結(jié)果雖然在一個(gè)數(shù)量級(jí)上，但是抽水試驗(yàn)結(jié)果是微水試驗(yàn)結(jié)果的1.5倍。徐連鋒等將微水試驗(yàn)應(yīng)用到湖西堤裂隙黏土滲透試驗(yàn)中，并與抽水試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果對(duì)比顯示同孔抽水試驗(yàn)一般是微水試驗(yàn)結(jié)果的2.5倍～9.8倍。不過也有一些學(xué)者通過實(shí)際測(cè)試，認(rèn)為微水試驗(yàn)和抽水試驗(yàn)結(jié)果是一致的，如徐海洋等在泰州長(zhǎng)江公路大橋工程巖土滲透性勘察中，在同一鉆孔內(nèi)分別進(jìn)行微水試驗(yàn)和抽水試驗(yàn)，兩種試驗(yàn)結(jié)果基本一致。趙燕容等結(jié)合泰州長(zhǎng)江公路大橋南、北錨碇沉井排水下沉工程，在現(xiàn)場(chǎng)開展了常規(guī)抽水試驗(yàn)和微水試驗(yàn)對(duì)比研究，結(jié)果表明兩種模型計(jì)算結(jié)果一致性較好。

在微水試驗(yàn)方法和設(shè)備方面也有很多研究成果。2008年，周志芳等研發(fā)了基于單井內(nèi)水流運(yùn)動(dòng)振蕩原理的巖土體滲透性參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)試系統(tǒng)（HSZK-01）。2013年，彭邦興等37將該系統(tǒng)用于某水電站樞紐工程深厚覆蓋層水文地質(zhì)參數(shù)的測(cè)試中，取得了較好的應(yīng)用效果。2009年，原國(guó)紅等研制了水文地質(zhì)參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)，采用微水試驗(yàn)代替?zhèn)鹘y(tǒng)水文地質(zhì)試驗(yàn)，并可快速生成水文試驗(yàn)報(bào)告。2015年，周志芳等在已有HSZK-01振蕩試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，把壓力傳感器更換為可以孔內(nèi)光學(xué)成像、量測(cè)裂隙產(chǎn)狀和測(cè)量水壓及水溫變化的多功能探頭，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)骄蠑?shù)據(jù)采集系統(tǒng)。此外，陳建生等把沖擊試驗(yàn)應(yīng)用于堤壩滲漏通道探測(cè)中，并與運(yùn)用溫度示蹤及電導(dǎo)率探測(cè)方法得到滲漏通道的位置范圍進(jìn)行對(duì)比，檢測(cè)結(jié)果基本一致，取得了較好的效果。

微水試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)的一些規(guī)程和手冊(cè)中，已被列為水文地質(zhì)試驗(yàn)的一種，如《水電水利工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T5213-2005，稱自由振蕩法試驗(yàn)）、《水力發(fā)電工程地質(zhì)手冊(cè)》、《水文地質(zhì)手冊(cè)》（稱沖擊試驗(yàn)）、《基坑降水手冊(cè)》（稱沖擊試驗(yàn)）。微水試驗(yàn)也出現(xiàn)在一些專業(yè)教科書中，如《給水與排水計(jì)算手冊(cè)》、《地下水水文學(xué)原理》等。在規(guī)程方面，目前尚無專門針對(duì)微水試驗(yàn)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或者行業(yè)規(guī)范出臺(tái)，僅有由成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院和河海大學(xué)編制的《鉆孔振蕩式滲透試驗(yàn)規(guī)程》，該規(guī)程作為中國(guó)水電工程顧問集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在其內(nèi)部進(jìn)行了發(fā)布，該規(guī)程主要基于氣壓式鉆孔振蕩試驗(yàn)儀及其應(yīng)用情況編制。

3 微水試驗(yàn)研究中存在的問題

近年來，微水試驗(yàn)已經(jīng)逐漸在水利行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)被越來越多的學(xué)者和勘察工作者熟知，并在很多勘察工作中進(jìn)行了應(yīng)用。但要使微水試驗(yàn)在實(shí)際勘察過程中普及和推廣仍有較長(zhǎng)的路要走。微水試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期以來未能在實(shí)際生產(chǎn)勘察中廣泛應(yīng)用，存在以下原因。

（1）儀器設(shè)備精度的制約。微水試驗(yàn)在滲透性較強(qiáng)的含水層中完成一組試驗(yàn)只需數(shù)十秒的時(shí)間，因此傳統(tǒng)水位計(jì)以及人工電測(cè)深法等根本無法滿足實(shí)時(shí)測(cè)量并記錄水位變化數(shù)據(jù)的要求，這也是影響以往國(guó)內(nèi)較少開展微水試驗(yàn)研究的客觀原因。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，用于數(shù)據(jù)采集的壓力傳感技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)已較為成熟，完全可以滿足微水試驗(yàn)采樣頻率、數(shù)據(jù)精度以及采集自動(dòng)化的要求，市面上該類產(chǎn)品也較多。因此，目前這一困難已不再是阻礙微水試驗(yàn)應(yīng)用的問題。

（2）缺乏統(tǒng)一的試驗(yàn)要求及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)設(shè)備不完善，數(shù)據(jù)處理繁瑣等。微水試驗(yàn)過程較為簡(jiǎn)單，即通過一定激發(fā)手段使井孔內(nèi)水位發(fā)生瞬時(shí)微量變化，根據(jù)測(cè)量到的水位隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)推導(dǎo)巖土體滲透性參數(shù)，激發(fā)手段有瞬時(shí)抽注水、氣壓泵、振蕩棒等。但在試驗(yàn)方法上一直缺乏統(tǒng)一的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)或者要求：微水試驗(yàn)設(shè)備（激發(fā)、監(jiān)測(cè)裝置）的使用也五花八門；數(shù)據(jù)處理方面，由于需要選擇合適的理論模型的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行配線求解，因此其過程相對(duì)繁瑣。這些都是制約微水試驗(yàn)在實(shí)際工作中應(yīng)用的因素。近些年，已不斷有微水試驗(yàn)的相關(guān)設(shè)備和求解軟件被開發(fā)出來，如鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司研制的水文地質(zhì)參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)、國(guó)際上流行的含水層測(cè)試軟件Aquifer test等。河海大學(xué)的專家學(xué)者針對(duì)試驗(yàn)設(shè)備和數(shù)據(jù)處理問題，研發(fā)了基于鉆孔氣壓式微水試驗(yàn)的巖土體滲透性參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)試系統(tǒng)（HSZK-OI），編制了基于Kipp模型的自動(dòng)求參程序（軟件），還和中國(guó)水電工程顧問集團(tuán)公司成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院共同編制了《鉆孔振蕩式滲透試驗(yàn)規(guī)程》，作為成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在其內(nèi)部進(jìn)行了發(fā)布和使用。這些研究工作極大豐富了國(guó)內(nèi)在微水試驗(yàn)領(lǐng)域的成果，為微水試驗(yàn)的推廣應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ)。

（3）試驗(yàn)的可靠性和適用性問題。微水試驗(yàn)在實(shí)際工作中應(yīng)用較少，積累的試驗(yàn)成果不多，最重要的原因在于大家對(duì)微水試驗(yàn)成果的可靠性存在一定的疑慮，在實(shí)際工作中對(duì)微水試驗(yàn)的適用范圍尚不十分明確。對(duì)不同的地層條件、水文地質(zhì)邊界條件應(yīng)該采用什么理論模型求解、微水試驗(yàn)更適用于什么地層條件、其可靠程度如何、可否替代抽水試驗(yàn)等，都是勘測(cè)技術(shù)人員關(guān)注的問題。理論上，只要試驗(yàn)操作精度和試驗(yàn)儀器的靈敏度足夠，微水試驗(yàn)可以適用于任何地層的水文地質(zhì)參數(shù)測(cè)試，但已有的應(yīng)用成果得出的結(jié)論并不完全一致，還有待進(jìn)一步研究。

4 微水試驗(yàn)發(fā)展趨勢(shì)

（1）微水試驗(yàn)求解方法。目前，微水試驗(yàn)求解的理論模型較多，比較有代表性并被廣泛應(yīng)用的三種分別是CBP、Kipp和Bouwer and Rice模型，無論哪種理論模型，其求解方法均是將試驗(yàn)曲線和模型的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對(duì)比，然后求解相應(yīng)的參數(shù)，其實(shí)質(zhì)上是一種配線法，目前Aquifer Test、FlowDim等軟件已有專門的模塊采用自動(dòng)配線的方法實(shí)現(xiàn)參數(shù)求解。但利用數(shù)值模擬法來求解微水試驗(yàn)獲取的巖土體參數(shù)的研究還較為少見，數(shù)值法作為一種普遍且求解更為靈活的方法，其在微水試驗(yàn)的求解中必將得到發(fā)展。

（2）試驗(yàn)方法和設(shè)備。目前，微水試驗(yàn)方法種類繁多，有氣壓式、注水式及振蕩棒式等，每種方法都有相應(yīng)的設(shè)備，但是這些設(shè)備不統(tǒng)一、不規(guī)范，需要隨著工程應(yīng)用將微水試驗(yàn)設(shè)備規(guī)范化和統(tǒng)一化。

（3）微水試驗(yàn)規(guī)范。微水試驗(yàn)作為一種巖土體滲透性的原位測(cè)試手段，未能在實(shí)際工作中普遍展開應(yīng)用的重要原因之一就是缺乏行業(yè)的規(guī)程規(guī)范或者大家普遍認(rèn)可的操作手冊(cè)，目前僅有企業(yè)內(nèi)部使用的《鉆孔振蕩式滲透試驗(yàn)規(guī)程》可供參考，隨著微水試驗(yàn)方法的不斷成熟和完善，相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范或操作手冊(cè)也會(huì)逐漸出臺(tái)。

5 結(jié)語

與傳統(tǒng)抽水試驗(yàn)、壓水試驗(yàn)相比，微水試驗(yàn)更簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)，而且精度較高，可以滿足實(shí)際勘察工程中巖土體滲透參數(shù)野外測(cè)定的需要。微水試驗(yàn)已有60多年的歷史，并在實(shí)際工作中有了一些應(yīng)用，但微水試驗(yàn)在我國(guó)勘察行業(yè)內(nèi)還沒有作為一種常用方法得到普及，除了數(shù)據(jù)處理繁瑣和儀器設(shè)備精度的制約外，最主要的原因是缺乏相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)技術(shù)人員對(duì)其可靠性和適用性存在不同認(rèn)識(shí)。隨著微水試驗(yàn)理論模型與試驗(yàn)設(shè)備的不斷完善，以及相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程規(guī)范的出臺(tái)，微水試驗(yàn)方法將成為巖土體滲透性勘察中的普遍方法之一。