潜水——微承压含水层给水参数确定方法的研究

基于微水试验的潜水含水层渗透性参数确定曾新翔1河海大学土木工程学院，南京(210098)E-mail ：zxx1cn@摘 要： 微水试验是一种现场快速测定含水层渗透性参数的方法，其试验时间短，所需设备与操作人员少，对地下水及周边环境影响甚微。

本文基于Bouwer 与Rice （1976）模型，在某办公大楼建设场地区潜水含水层中进行微水试验，运用河海大学自行研制的HSZK-01振荡试验测试系统采集并处理数据。

将微水试验计算成果与传统抽水试验成果进行对比，发现两种方法拟合较好，表明微水试验具有较大的推广价值。

关键词：微水试验，潜水含水层，渗透性参数 中图分类号：P641. 引 言微水试验是通过瞬时井孔内微小水量的增加（或减少）而引起井水位随时间的变化以确定含水层渗透性参数的一种简易方法。

由于微水试验时间短，所需设备与操作人员少且可现场计算水文地质参数，故在国外应用极为广泛[1-3]。

根据实现瞬间井孔内微小水量增加（或减少）的方式不同，微水试验可分为抽水微水试验、注水微水试验、气压式微水试验等等。

此外，含水层的类型有承压和无压之分，因此微水试验还可以分为承压微水试验和潜水微水试验。

承压微水试验模型方面，Hvorslevr （1951）[4]模型考虑了含水层水平及垂直方向无限延伸，忽略含水层储蓄效应，通过经验公式可计算得到含水层的渗透系数；Cooper 等(1967) [5]提出的模型，将无量纲化后的水头变化与时间的半对数曲线跟标准曲线进行拟合，可以求得渗透系数与贮水系数。

潜水含水层方面，Bouwer 与Rice （1976）[6]模型假定有效影响半径范围内的地下水位面在试验期间是恒定不变的，且不考虑薄壁效应。

因分析方法简单，Bouwer 与Rice （1976）模型被广泛使用[7]。

2. 理论基础在潜水井中瞬间抽（注）一定量的水体，井水位突然上升或下降后，记录井中水位上升或下降的变化。

注入井中的水量可由变形后的Thiem 公式计算()w e hr R yKL Q ln 2π= (2-1)水位上升或下降引起的水位变化率dt dy 与的关系可由下式表示：Q 2c r Q dt dy π−= (2-2)其中是水位上升时的横截面积。

巨厚非均质潜水含水层抽水试验及参数计算车灿辉【摘要】渗透系数决定了深基坑工程涌水量的估算及止水帷幕的型式,影响工程安全及造价,对富水地区深基坑工程建设具有重大的意义.对于非均质含水层组,现有的解析公式中,很难找到合适的方法计算水文地质参数,特别是垂直方向的渗透系数.通过在现场施作临时止水帷幕,利用帷幕的绕流阻水作用进行抽水试验,模拟基坑开挖过程中的降水问题,再建立水文地质概念模型和地下水流数学模型,并利用三维有限差分数值模拟软件反演出各层渗透系数,最后通过验证性抽水资料对模型进行了验证,为福州一临江巨厚砂卵石地层地铁车站的围护结构设计中地下水控制提供了设计参数.该试验和数值模拟结果可为类似工程参考.【期刊名称】《探矿工程-岩土钻掘工程》【年(卷),期】2018(045)011【总页数】5页(P60-64)【关键词】渗透系数;抽水试验;非均质含水层;临时止水帷幕;深基坑工程【作者】车灿辉【作者单位】安徽省地矿局第一水文工程地质勘查院,安徽蚌埠 233000;安徽水文地质工程地质公司,安徽蚌埠 233000【正文语种】中文【中图分类】TU46+30 引言渗透系数是水文地质计算中的一个重要参数[1]。

在富水地层中进行深基坑工程建设时，其取值的正确与否对涌水量的估算、周边环境的影响评价以及地下水控制技术的确定等起到至关重要的作用，特别是对围护结构的型式、深度等的确定。

渗透系数的测定方法很多，例如在实验室测定、用物探方法测定等[1]，但最有效的办法还是通过现场抽水试验或注水试验[1-2]，根据流量与水位变化之间的关系，通过解析公式(Dupuit、Thies等)或数值法(有限差分、有限元)对水文地质参数进行计算分析。

解析法有很大的局限性，只适用于含水层几何形状规则、方程式简单、边界条件单一的情况，例如均质各向同性、等厚的含水层[3]。

因此，利用解析法时，需将场地概化为均质各向同性、等厚的含水层，求解的结果为等效渗透系数，不能反映出各地层的渗透性能差异。

习题二 裘布依微分方程的应用1．在均质、各向同性的岩层中，地下水为稳定的二维流动，且无入渗、无蒸发(W=0)。

试判断下列两图(习题6—1图a 、b)的水头线形状是否正确?并用裘布依微分方程()dH dH q Kh Q KA dS dS =-=-或证明。

2．以下各图(习题6—2图)所示的含水层均为无入渗、无蒸发(W=0)的二维稳定流动。

岩层为均质各向同性。

试根据裘布依微分方程和水流连续性原理证明两钻孔间的水头线形状．并诈确地绘在图卜(标明是凹形、凸形或直线)。

3．如习题6—3图a 、b 所示为均质、各向同性的承压含水层，厚度沿流向变化(见习题6—3图a 中的l 、3、5段分别为等厚含水层，且1、5段的厚度相等)，地下水为稳定的二维流动。

试应用习题6—2相同的原理，正确地画出承压含水层的水头线，并标明形状(凹形、凸形或直线)。

习题三 均匀稳定入渗的潜水二维流动1．某水库区经过水文地质工作后，得到如习题7—1图所示的水文地质剖面图(均质、稳定的二维流)，已知河l 水位H 1=40m,河2水位H 2=35 m ，水平隔水底板的标高Z=20m ，孔3的水位H 3=41.28m 。

河间地段长度l=1 000m ，孔3至河l 距离l 1=l00m 。

(1)如在河1修建水库并蓄水至库水位H ，1=5000 m ，该水库是否会向邻谷渗漏?(渗透系数K 值和入渗强度W 未知，假定大气降水入渗强度是均匀和稳定的)(2)若K=10 m ／d ，问水库与地下水问的补给量为多少?(3)若入渗停止，水库是否会渗漏?若渗漏，求其渗漏量。

2．习题7一l图所示的河间地块，河l蓄水后H，1远大于河2水位H2.有人说：该河问地块若无人渗补给，水库一定向河2渗漏；但若有入渗补给，则水库就不会向河2渗漏，你认为这句话正确吗?3．习题7—1图条件下，若存在分水岭，试说明分水岭处断面的水力特征(水力梯度，通过该断面的流量等)。

用水均衡法推导出计算分水岭位置的公式。

上层滞水、潜水、承压水的区别和联系上层滞水、潜水、承压水的区别和联系潜水是地下水中第一个具有自由表面的重力水承压水是充满于两个隔水层之间的水潜水的特征： 1、潜水与包气带直接想通 2、潜水的补给为大气降水和地表水，排泄以泉、泄流、蒸发等、 3、潜水的动态受季节影响大、 4、潜水的水质取决于地形、岩性和气候 5、潜水资源易补充恢复 6、潜水易受污染、承压水的特征： 1、承压水有上下两个隔水板， 2、补给主要来源于大气降水和地表水入渗，也有越流补给，排泄是以泉和其它径流方式向地表水体或地表排出，也可以通过上下部的含水层进行越流排泄。

3、动态比较稳定，气候、水文因素的变化影响较小。

4、水质取决于埋藏条件及其与外界联系的程度。

5、承压水的资源不容易补充恢复，资源具有多年调节性 6、受污染时难治理上层滞水是存在于包气带中局部隔水层或弱透水层之上的重力水。

上层滞水的形成是在大面积透水的水平或缓倾斜岩层中，有相对隔水层，降水或其他方式补给的地下水向下部渗透过程中，因受隔水层的阻隔而滞留、聚集于隔水层之上，形成上层滞水。

保存在地表以下第一个含水层中具有自由水面的重力水称为潜水。

潜水可存在于松散沉积物中，也可存在于基岩裂隙中。

潜水要素有：潜水面、潜水埋藏深度、潜水位、潜水含水层厚度、潜水面的水力坡度充满两个稳定不透水层（或弱透水层）之间的重力水称为承压水上部隔水层称隔水顶板（或叫限制层），下部隔水层叫隔水底板。

顶、底板之间的垂直距离是承压含水层的厚度。

当钻孔揭穿承压含水层的隔水顶板时，就见到地下水，此时井孔中的水面高程称为初见水位。

此后井中水位不断上升，到一定高度后便稳定下来，不再上升，此时该水面的高程称为稳定水位，也即该点处承压含水层的承压水位（也叫测压水位）。

承压含水层某一点，由隔水层顶界面到测压水位面的垂直距离叫作该点处承压水的承压水头（也即静止水位高出含水层顶板的距离）。

当测压水位面高于地面时，承压水头称为正水头，反之为负水头。

潜水含水层水文地质参数确定方法
马晨光;樊九九;黄萌
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2013(039)026
【摘要】结合实践经验,建立了采用观测孔水位恢复公式求解潜水含水层渗透系数和采用等代大井公式求解影响半径的方法,并以抽水试验作为工作手段,证明了该方法的合理性与经济性.
【总页数】2页(P56-57)
【作者】马晨光;樊九九;黄萌
【作者单位】西北综合勘察设计研究院,陕西西安710003;西北综合勘察设计研究院,陕西西安710003;西北综合勘察设计研究院,陕西西安710003
【正文语种】中文
【中图分类】TU463
【相关文献】
1.基坑降水设计中潜水含水层水文地质参数计算分析 [J], 崔广芹;刘增荣;马晨光;徐亚利;孙玉强
2.利用动态观测资料求潜水含水层水文地质参数 [J], 齐冰;王宇丽;刘洪吉
3.潜水-微承压含水层水文地质参数求解方法研究 [J], 任柳妹;杨军耀;吕路
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潜水-微承压含水层水文地质参数求解方法研究任柳妹;杨军耀;吕路【摘要】潜水-微承压含水层水文地质参数是正确评价山西临汾涝洰河生态建设工程,确定水库渗漏量的重要依据.以涝河河谷中段C6典型抽水试验为基础,基于含水层试验(Aquifer Test)专业软件,分析多种方法下获取的潜水-微承压含水层水文地质参数.结果表明,考虑潜水重力释水的Boulton法和水位恢复法求得的水文地质参数稳定可靠,可为后期水文地质数值模拟提供基础数据.%The hydrogeological parameters of phreatic-feeble confined aquifer are important indexes to accurately evaluate LaoJu River Ecological Construction Project in Linfen,Shanxi,and the key basis to confirm reservoir leakage.On the basis of C6 hole pumping test in the middle of Laohe River,the hydrogeological parameters of phreatic-feeble confined aquifer obtained by various methods are analyzed by Aquifer Test software.The result shows that the parameters calculated by the Boulton method which considering phreatic and reliable aquifer gravity water release and the water level recovery method are stable and reliable,which can provide basic data for later hydrogeological numerical simulation.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2017(043)003【总页数】7页(P38-43,83)【关键词】水文地质参数;潜水-微承压含水层;含水层试验;Boulton法;涝洰河生态建设工程【作者】任柳妹;杨军耀;吕路【作者单位】太原理工大学水利科学与工程,山西太原030024;太原理工大学水利科学与工程,山西太原030024;太原理工大学水利科学与工程,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】P641.2(225)水文地质参数是水文地质条件中反映含水层或透水层水文地质性能的指标,是进行地下水资源评价、含水层污染风险评价以及地下水数值模拟和溶质运移模拟的前提条件[1],其精确度直接影响后期水文工作。

用纽曼法确定水文地质参数的原理和方法纽曼井流模型不仅考虑了流速的垂直分量和弹性释水,而且把潜水面视为可移动的边界。

纽曼根据水均衡原理建立有关潜水面移动的连续性方程,进而简化得到潜水面边界条件的近似表达式。

纽曼模型不涉及非饱和带和延迟给水。

纽曼模型是在下列假设条件下建立的:(l)潜水含水层是均质轴对称各向异性的,即K zz =K yy =K r ≠K ≡K z ;(2)地下水向水井的运动按实际的三维流考虑;(3)井水位降深s,<<H0,因而在求解时可以把随时间变动着的潜水面边界近似地视作如同承压含水层顶面一样的不动边界,把变动着的渗流域视为一个不变形无限区域;(4)水井抽出的水由含水层的弹性释放量和包气带的重力排水补给两部分组成,但不考虑重力释水的滞后现象,认为给水度户是常数;(5)潜水既无入渗补给,也无蒸发消耗;(6)完整井, 定流量抽水,含水层在平面上无限展布,底板水平,初始水位水平,不考虑水跃现象。

其数学模型为:Kr ∂∂2∂r +1r ∂2s ∂r +K z ∂2s ∂z =S s ∂s∂t (r,z)∈D,t>0 s(r,z,0)=0 (r,z)∈Ds(∞,z,t)=0 0<z,h cp,t>0∂∂z s r,0,t =0 0<r<∞，t>0k z ∂s r,h cp ,t =−μ∂s r,h cp ,t 0<r <∞,t >0 lim r →∞ r ∂s ∂r h cp 0dz =−Q2πk r t>0s r,t=Q4πT4yJ0∞yβ1/2w0y+w n y∞n=1dy式中：J0（x）—第一类另零阶贝塞尔函数；β=k zk rrH02;w0y=1−exp−t sβy2−γ02thγ02n nK r—水平径向渗透系数；K z—垂向渗透系数；μs—贮水系数；μ—给水度；H0—潜水流初始厚度；通过对比仿泰斯与纽曼井流模型的假定条件,发现两者的区别在于,纽曼井流模型假定潜水含水介质是轴对称各向异性的。

利用抽水试验确定承压含水层参数方法抽水试验是一种常用的方法，用于确定承压含水层的参数。

这种试验通过在一定时间内从井中抽取一定量的水来观察井水位的下降情况，从而确定含水层的压力和渗透性参数。

抽水试验的原理是在地下含水层中抽取水分，造成井水位下降。

根据它的下降速率和井底水位的变化，可以计算出压力和渗透性参数。

下面是利用抽水试验确定承压含水层参数的方法：1.设计试验：首先需要确定试验的目标和范围。

根据地质勘探数据和钻孔成果，确定试验井的位置和井筒尺寸。

然后设计试验方案，包括抽水量、抽水时间、观测时间和观测点等。

2.准备设备和材料：选择适当的抽水设备，如水泵和抽水管道。

确保设备的质量和性能符合要求。

同时，准备好观测设备和材料，如水位计、测压仪和数据记录仪等。

3.安装试验井：根据试验方案，在选择的位置钻探井孔。

然后安装试验井筒和井口设备。

确保井筒的密封性和稳定性，以防止漏水和塌陷。

4.进行抽水试验：根据试验方案，启动水泵开始抽水。

记录开始抽水时的井水位和时间。

观测抽水期间井水位的下降情况，并随时记录数据。

5.观测水位变化：在试验期间，通过水位计观测井水位的变化。

间隔一定的时间记录井水位，并绘制水位-时间曲线。

根据曲线的斜率可以确定水位的下降速率。

6.分析数据：根据观测的水位数据，计算出试验井孔的有效渗透性。

根据渗透性和地下水体积平衡原理，可以计算地下含水层的压力。

利用抽水试验确定承压含水层参数的方法是经过实践检验的，可以提供有关地下含水层的重要参数。

然而，需要注意的是，试验结果受多种因素的影响，如地下水层的复杂性和非均质性，试验井孔的尺寸和密封性等。

因此，在进行试验前应进行充分的地质勘探和实地调查，以确保试验的准确性和可靠性。

总之，通过抽水试验可以有效地确定承压含水层的参数，为工程和水资源管理提供重要的参考依据。

承压水和潜水引言承压水和潜水是与水相关的两个术语。

承压水是指在一定压力下存在的水，该压力可以是由于重力或外界施加的力量而产生的。

潜水是指人类或动物在水下活动或进行工作的行为。

承压水和潜水在不同领域和行业应用广泛，本文将详细介绍这两个概念以及与之相关的知识。

承压水承压水是指在一定压力下存在的水。

这种压力可以是由于重力或外界施加的力量而产生的。

承压水通常存在于深海、地下水源以及一些高压环境中。

深海承压水深海是指地球表面以下200米到11000米深的海洋环境。

在这个深度下，水的压力会明显增加。

根据深度和压力的关系，每增加10米深度，水的压力就增加约1个大气压。

因此，深海承压水可以承受巨大的压力。

深海承压水的研究对于海洋科学的发展至关重要，它可以揭示深海生物、地质环境以及一些深海资源的特征。

地下水源地下水是地下岩石中的水体，是一种重要的水资源。

地下水通常存在于含水层中，这是一种可以容纳和传输水的地质层。

地下水的蓄积量和流动性受到多种因素的影响，包括岩石孔隙度、渗透率以及水文地质条件等。

地下水利用广泛，包括农业灌溉、城市供水以及工业用水等。

承压水在地下水中也会产生一定的压力，这对地下水的开采和利用具有重要意义。

高压环境除了深海和地下水，一些特殊的高压环境中也存在承压水。

例如，高压洗涤机中的水通过高压泵施加压力，以增强清洗效果。

此外，一些工业设备和科学研究中也使用高压水进行加工和实验。

这些承压水的使用旨在改变水的物理性质或实现特定的功能。

潜水潜水是指人类或动物在水下活动或进行工作的行为。

潜水的目的可以是娱乐、运动、捕鱼、科学研究以及工程施工等。

潜水的形式有很多，包括自由潜水、浮潜、潜水器潜水以及蓄水池和潜水舱中的潜水等。

自由潜水自由潜水是指在没有辅助设备的情况下进行的潜水活动。

潜水者只凭自身力量进行潜水，通过屏住呼吸或使用呼吸管进行呼吸。

自由潜水是一种挑战性的潜水方式，需要潜水者具备较强的体能和潜水技巧。

浮潜浮潜是指在水面上进行的潜水活动。

潜水——微承压含水层给水参数确定方法的研究潜水是一种特殊的工程技术，在一些特定的工程项目中需要进行微承压含水层的给水参数确定。

研究微承压含水层给水参数的方法对于潜水工程的顺利进行具有重要的意义。

本文将对潜水中微承压含水层给水参数确定方法进行研究。

首先，为了确定微承压含水层的给水参数，首先需要了解该地区的地质条件。

通过对地层的划分、岩性的识别和含水层的赋存形式进行定性和定量的描述，可以对潜水区域的地质情况进行详细的了解。

同时，还可以借助地质勘察工具和设备，如钻孔、地震勘探等手段，获得更直观、准确的地质信息。

其次，需要进行潜水井的设计。

根据对地质条件的了解，结合潜水工程的具体要求，确定潜水井的位置、直径、深度等参数。

在潜水井的设计过程中，需要考虑到地下水层和井筒之间的相互作用，以及地下水对井筒的渗透性和稳定性的要求。

然后，需要进行水文地质条件的分析。

通过潜水井附近的地下水位、渗透系数等水文地质参数的观测和实验，可以初步确定微承压含水层的给水性质。

此外，还可以通过对水文地质条件的研究，了解潜水井周围水文地质系统的动态特征，为潜水工程的运行和管理提供科学依据。

最后，需要进行相应的试验和分析。

可以采集微承压含水层的水样进行水质分析，确定微承压含水层的水质特性，如PH值、溶解氧含量、硬度、总碱度等指标。

同时，还可以通过检测含水层的地下水位、水温、水流速度等参数，对微承压含水层的水文特性进行研究。

总之，确定微承压含水层的给水参数是一项复杂而重要的工作，需要综合运用地质、水文地质、水文学等方面的知识和技术方法。

通过对地质条件的了解、潜水井的设计、水文地质条件的分析和相应的试验和分析，可以初步确定微承压含水层的给水参数，为潜水工程的实施提供科学依据。

潜水工程的顺利实施，对于水资源的合理利用和工程建设的顺利进行具有重要的意义。

潜水——微承压含水层给水参数确定方法的研究陈庆秋（华南理工大学南方水政策研究中心）摘要：基于考虑潜水层重力释水滞后作用条件下潜水——微承压含水层完整单井非稳定流的解析解,讨论了布尔顿给水强度公式中给水度的物理内涵，指出布尔顿给水强度公式中的给水度是“动态稳定给水度”；探讨了布尔顿潜水井流模型中延迟指数的物理意义，得出了如下猜想性的定义：布尔顿延迟指数1/表征潜水含水层在完整单井定流量抽水时，重力疏干迟后性的一个水文地质参数；对于确定的含水层，该参数是抽水流量和抽水时间函数，当抽水流量一定时，在抽水过程中的某一时刻t 的1/ 值等于潜水面从埋深为h(t ’)外下降一个单位深度后，在埋深为h(t ’)－1［h(t)坐标向下为正］的单位面积上获得给水度大小的水量所需。

该文在探讨了布尔顿给水强度公式中的给水度及延迟指数的物理意义后，还提出了一种考虑潜水层重力释水滞后作用条件下潜水——微承压含水层完整单井非稳定流参数的确定方法。

考虑到所提出的潜水——微承压含水层完整单井非稳定流参数的确定方法借鉴布尔顿的第二潜水井模型的参数确定方法，该文还讨论了布尔顿潜水井流模型适应性。

关键词：潜水——微承压含水层；含水层参数；方法1 考虑潜水层重力释水滞后作用条件下潜水——微承压含水层完整单井非稳定流参数确定方法的理论基础1.1考虑潜水层重力释水滞后作用条件下潜水——微承压含水层完整单井非稳定流的数学描述潜水层：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==∂∂+∂∂=-===--⎰0201010)(111*11210z z t t t s s s d e s t s b s s K τταμμτα微承压层：上式中：1.2微承压含水层非稳定井流的解析解微承压含水层完整单井非稳定流的运动方程：2s ⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧-=∂∂==∂∂=-•+∂∂•+∂∂∞→∞→=T Q rs r s s t s T b s s T K r s r r s r r t πμ200122022221122221K 为潜水层的渗透系数；1s 为潜水层的水位降深；为微承压含水层的水头降深；α1为潜水层的延迟指数； b 为潜水层的初始厚度；*1μ为潜水层的弹性释水系数；1μ为潜水层的给水度；2μ为微承压含水层的储水系数；T 为微承压含水层的导水系数； Q 为抽水流量。

第!"卷第#期!""$年%%月农业工程学报&’()*(+,-.)*./,0123456.78!"9.8#9.:8!""$确定潜水含水层系统参数的;.<7,.)=>4?4方法高瑞忠%@朝伦巴根%A @朱仲元%@贾德彬%@柴建华!B %8内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院@呼和浩特"%""%CD !8内蒙古水利科学研究院@呼和浩特"%""!"E 摘要F 在对考虑迟后排水的9838;.<7,.)第二潜水井流模型解析解分析的基础上@将复合高斯求积法和具有随机搜索寻优特性的实数编码加速遗传算法B >4?4E 相结合对其进行优化求解@提出了确定潜水含水层系统参数的;.<7,.)=>4?4法G 以计算实例表明@;.<7,.)=>4?4法可以取得很好的求参效果@并且与传统方法比较@方法简单@快速@不需要分抽水时间HH 降深过程的前I 后段进行参数确定@大大简化了潜水含水层的参数确定过程@对于缩短抽水时间确定含水层系统参数具有重要的意义G关键词F 含水层系统参数D >4?4D 9838;.<7,.)第二潜水井流理论中图分类号F 3!J #8K文献标识码F 4文章编号F %""!=#C %L B !""$E "#=""!K ="$收稿日期F !""$="M =%J 修订日期F !""$=%"=%$基金项目F 国家自然科学基金重点资助项目B M "%K L "$"E作者简介F 高瑞忠B %L J J NE @男@内蒙古阿拉善盟人@博士研究生@研究方向F 水资源优化配置研究G 呼和浩特内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院@"%""%C通讯作者F 朝伦巴根B %L $"NE @男@内蒙古兴安盟人@博士生导师@从事水文水资源的教学与研究工作G 呼和浩特内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院@"%""%C G 5O (-7F 20(.7<)P (Q 1)R +(*,8.’Q 8+)S 引言根据已知的含水层系统参数@利用数学模型预测地下水流的未来状况@称之为正问题D 以地下水动态资料来认识含水层条件I 确定含水层系统参数是地下水资源计算I 模拟评价I 动态预测和管理中的基本问题@称之为反问题G ;.<7,.)通过引入迟后排水概念提出了潜水含水层参数的解析解D T ’-+U 1,,系统阐述了基于;.<7,.)标准曲线利用图解法确定潜水含水层参数的过程D 91<O ()通过考虑在抽水过程中含水层的弹性释水和各向异性的特点@给出了潜水含水层水流方程的解析解及推求潜水含水层参数的91<O ()标准曲线G V <()QB %L L #E 利用非线性最小二乘和有限差分牛顿法B 9W 9E确定了潜水含水层的水力特征参数D 陈喜等B %L L C E X %Y将抽水降深HH 时间过程分为前I 后段分别采用单纯形法在计算机上自动优选潜水含水层系统参数D W 1)Q28V B !""K E X !Y利用扩展的卡尔曼滤波器和三次样条函数插值推求了潜水含水层系统的参数D 本文以;.<7,.)=>4?4法确定了潜水含水层系统参数G ;.<7,.)=>4?4法不需要分抽水时段的前I 后期分别求参@而且通过计算机运算实现参数的自动优选@大大简化了潜水含水层的参数确定过程G抽水条件下@潜水含水层的水流运动与承压含水层的水流运动的情况不同X K YF%E 潜水井流的导水系数Z[\]随距离^和时间_而变化@而承压水井流Z[\‘@和^I _无关D !E 潜水井流当降深较大时@垂向分速度不可忽略@在井附近为三维流G 而水平含水层中的承压井流垂向分速度可忽略@一般为二维流或可近似地当二维流来处理DK E 从潜水井抽出的水量主要来自含水层的重力疏干G 重力疏干不能瞬时完成@而是逐渐被释放出来@因而出现明显地迟后于水位下降的现象G 虽然潜水面下降了@但潜水面以上的非饱和带继续向下不断地补给潜水G 因此@测出的给水度在抽水期间是以一个递减的速率逐渐增大的G 只有抽水时间足够长@给水度才实际趋于一个常数G 承压水井流则不同@按泰斯理论@抽出的水来自含水层贮存量的释放@因而接近于瞬时完成@贮水系数是常数G到目前为止@还没有同时考虑上述K 种情况完备的潜水非稳定井流公式G目前@有关计算潜水非稳定完整井流的方法主要有F%E 在一定条件下可将承压水完整井流公式应用于潜水完整井流的近似计算G 潜水完整井在降深不大的情况下@即a b "8%c "@c "为抽水前潜水含水层的厚度@可以采用修正降深直接利用泰斯公式G!E 考虑井附近流速垂直分量的分析方法HH ;.<7,.)第一潜水井流模型GK E 考虑迟后排水的分析方法HH ;.<7,.)第二潜水井流模型G$E 既考虑流速的垂直分量又考虑潜水含水层弹性释水的91<O ()法Gd 理论基础d 8d ;.<7,.)第二潜水井流模型%8%8%假设条件含水层为均质I 各向同性I 隔水底板水平无限延伸D 初始自由水面为水平D 完整井@井径无限小@降深远小于潜水流初始厚度的定流量抽水D水流服从达西定律D 抽水时@水位下降@含水层中的水不能瞬时排出@存在着迟后现象G %8%8!数学模型及其解析解;.<7,.)提出考虑迟后重力排水的潜水流模型为ee e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e K!　万方数据!"#$"%#&’%("$)*"%+,-"$".&/(,(.1"$"2(34/5.426725’6相应的定解条件为$5%816+15#6$598.6+1.:15;6<=>%?1%"$)*"%+4@#A !.:15B 6C D E <F D G 求得的解析解为$+@B A !091#H ’434I ’J K I #&/L 5’4H #6.#I #M K I NO PQ#R 1%S T)*H 7H 5U 6式中$VV 定流量抽水8距抽水井%处.时刻的降深W T +!X/,为疏干因素WI ’+/.L 5’&H #6#W I #+/.L #5’&H #6#4B L H X ##W S +L 4’X L +,X,-&,W L +,-&,,-式中,-VV 贮水系数W,VV 给水度W’Y /VV 延迟指数8/为经验系数WH VV 积分变量W%VV 观测孔距抽水孔的距离WR 15H 6VV 第一类零阶C 3M M 3<函数Z [\]C D E <F D G ^_‘a ‘方法的理论基础因为公式5U 6的积分项不能用初等函数表示8所以传统的方法是通过对其进行简化8分为抽水前期和后期两部分井函数分别进行数值求解8并且作出不同参数的标准曲线8通过匹配标准曲线来进行参数确定8该法计算繁琐b 费时8而且参数结果也会因人而异Z 本文直接应用实数编码的加速遗传算法5_3c <J D 7=G d‘J J 3<3e c F =G da 3G 3F =J‘<d D e =F K >^_‘a ‘6和复合高斯求积法对公式5U 6进行求解8提出确定潜水含水层系统参数的C D E <F D G ^_‘a ‘法Z’\#\’实数编码的加速遗传算法5_‘a ‘6遗传算法是模拟生物自然选择和群体遗传机理的数值优化方法8具体地说8遗传算法把随机生成的可行解作为父代群体8把适应度函数作为父代个体适应环境能力的度量8经过选择b 杂交b 变异生成子代个体8优胜劣汰8如此反复迭代8使个体适应能力不断提高8优秀个体不断向最优点逼近Z 图’加速遗传算法计算步骤流程f =d \’f <D g J K c e F D h J c <J E <c F =G di e D J 3M M D h F K 3c J J 3<3e c F =G dd 3G 3F =J c <d De =F K >文献N B O 8N U O 在简单遗传算法5j =>i <3a 3G 3F =J‘<d D e =F K >6的基础上对遗传算法进行了改进8提出了加速遗传算法5‘J J 3<3e c F =G da 3G 3F =J ‘<d D e =F K >68并且在水科学应用中取得了良好的效果Z图’给出了加速遗传算法的计算流程图Z 本文采用的是编码方式为实数的加速遗传算法Z ’\#\#C D E <F D G 模型解析解的分析为了计算方便8将公式5U 6变为$+@B A !091’HP #4N53I #4I ’&345I ’&I #66&/L 5’4H #6.#I #53I #4I ’4345I ’&I #6O Q 6R 1%S T )*H 7H 5k 6’6在给定其他参数时8当H?98积分函数中的’H #43I #4I ’&345I ’&I #6&/L 5’4H #6.#I #53I #4I ’NP 4345I ’&I #66O Q始终大于1W#6采用其级数展开式N k 8l OR 15m 6+n 9o +154’6oo p ’q 5o &’6m )*##o+n 9o +154’6o5o p 6#m)*##o5l 6取R 15m 6的近似式8o 取偶数时8<=>m ?9R 15m 6?&98o 取奇数时8<=>m ?9R 15m 6?49Z 对o +B 8o 8r 进行分析8R 15m 6无论o 为偶数还是奇数8都会在m +#\B 1B r #l 处近似取得零点Z 当m 小于#\B 1B r #l 时8R 15m 6:1W 当m 大于#\B 1B r #l 且o 为偶数时8R 15m 6会出现小于1的区间8随着m 的继续增大8R 15m 6趋于正无穷W 当m 大于#\B 1B r #l 且o 为奇数时8R 15m 6始终小于18并且趋于负无穷Z;6一般在不受其他因素的影响下8抽水降深应是始终大于1Z 由5’6和5#6可知8为了保证计算抽水降深大于18公式5k 6的R 15%H Y S T 5中的%H Y S Ts #\B 1B r #l 8从而可以确定积分变量H 的范围为N 18#\B 1B r #l S T Y %O 8这样8C D E <F D G 模型解析解可以写为$+@B A !0#\B 1B r #lS T%1’HP #4N53I #4I ’&345I ’&I #66&/L 5’4H #6.#I #53I #4I ’4345I ’&I #6O Q 6R 1%S T )*H 7H 5r 6’\#\;复合高斯求积法本文采用数值积分方法中的复合高斯求积法求解公式5r 68其过程如下令t 5H 6+’H #453I #4I ’&345I ’&I #66&/L 5’4H #6.#I NP #53I #4I ’4345I ’&I #66O QR 1%S T)*H 则$+@B A !0#\B 1B r #lS T%1t 5H 6u H+@B A !n vw +’0H w &’Hw t 5H 67H式中vVV 积分区间的离散数目Z令x H+#\B 1B r #l S T %(vW H w &’#+5H w &H w &’6Y #W B#农业工程学报#11B 年万方数据!"#$%&#’"()*+&,(-.!(#$%&#’"()’+&,(-/经变换得01&#’"&#2%&/3&4+&(52%!"#/’2%!(#/6如7取得足够大8降深9可用下面复合公式近似表示94:;<=>+&(7#$"52%!"#/’2%!(#/6%@/"A(A;B C D E F C G H I J K J法确定含水层系统参数综合"A(A"L"A(A(L"A(A-8选择导水系数=L给水度M L贮水系数M N和O,P为优化变量8利用I J K J优化如下目标函数2%=8M8M N8O,P/$Q#$"R9#*9N#R%"S/式中9N#TT 抽水#时刻的实测降深8U.9#TT抽水#时刻的B C D E F C G H I J K J计算降深8U.Q TT抽水时段内观测的实测降深数目VW计算实例W A X抽水试验一选择文献5"6中的抽水试验0在某地第四系含水层中进行抽水试验8含水层由含砾石的中砂组成8厚Y A Y Z U8隔水底板为砂岩V抽水井为完整井8井径S A-(U8抽水延续;S[Z S U\G8流量:$Z(A]U-,[8距抽水井"S U有一观测孔V从理论上讲选择优化变量变化范围没有限制8但好的优化变量变化范围的初选值可以减少I J K J的迭代次数8节省计算时间8根据含水层岩性描述确定各优化变量的上下限V表"给出了B C D E F C G H I J K J的运行参数和计算结果V表X文献5X6B C D E F C G H I J K J的运行参数及两种方法计算结果^_‘E a"b_c_U a F a c d_G3e_E e D E_F a3c a d D E F d C f F[a g D U g\G hF a d F"f c C U B C D E F CGHIJK J_G3F[a c a f a c a G e a5"6优化变量=,U(>U\G*"M M N O,P 优化范围5S A"8"A Z65S A S S"8S A(Z65S A S S S S"8S A S"65S A"8Z A S6 B C D E F C G H I J K J计算结果S A@;-S A"(Z S A S S-i S A-""文献5"6计算结果"A""Z S A S;i S A S S"@S A"i-表W文献5X6B C D E F C G H I J K J计算降深与实测降深拟合误差分析^_‘E a(j‘d a c k a3k_E D a d_G3e_E e D E_F a33c_l3C l G d a c c C c_G_E m d\d C f F[a g D U g\G hF a d F f c C U c a f a c a G e a5"6B C D E F C G H I J K J平均绝对误差,U 平均相对误差,n相对误差绝对值落在下列区间的百分比,n5S8Z65S8"Z65S8(S6文献计算拟合S A S"";A S S(i S@i A i i Y"S S B C D E F C G H I J K J计算降深拟合S A S S Y(A Z i"]S"S S"S S从表"可以看出8B C D E F C G H I J K J计算的导水系数=与文献5"6计算值接近8其他参数二者相差较大8但从表(的降深拟合误差分析可知8B C D E F C G H I J K J计算降深对实测降深的拟合程度要明显优于文献计算值.图(也可以看出8B C D E F C G H I J K J计算降深可以更好的反映抽水试验的降深TT时间关系8所以可以认为8 B C D E F C G H I J K J法计算的参数是可靠的8而且精度较高V图(文献5"6实测降深与各计算降深拟合曲线o\h A(o\F F a3e D c k a d C f F[a C‘d a c k a33c_l3C l G d_G3 e_E e D E_F a33c_l3C l G d C f F[a b D U g\G h^a d F"W A W抽水试验二选择国家自然基金重点项目研究区内进行的潜水非稳定流抽水试验资料8抽水试验场布置在水泉沟移民新村8距多伦县诺尔镇西(p U V试验场含水层为第四纪孔隙潜水8抽水井为完整井8井径S A-(U8抽水延续(]S S U\G8流量:$S A i"]U-,U\G V图-给出了抽水孔和观测孔的布设示意图8本文给出用Z号观测孔参数确定过程V图-抽水试验二抽水孔及观测孔布置示意图o\h A-b C d\F\C GC f F[a g D U g\G hl a E E_G3C‘d a c k a3l a E E C f F[a b D U g\G h^a d F(根据含水层岩性描述确定各优化变量的上下限8利用B C D E F C G H I J K J优化确定各参数8结果列于表-V表q抽水试验二B C D E F C G H I J K J的运行参数及计算结果^_‘E a-b_c_U a F a c d_G3c a d D E F d C f F[a g D U g\G h^a d F f c C U B C D E F C G H I J K J优化变量=,U(>U\G*"M M N O,P 优化范围5S A"8"A S65S A S S"8S A(Z65S A S S S S"8S A S"65S A"8Z A S6 B C D E F C G H I J K J计算结果S A"@-S A"S S S A S S--"A Z Y@Z(第i期高瑞忠等0确定潜水含水层系统参数的B C D E F C G H I J K J方法万方数据表!抽水试验二"#$%&#’()*+*计算降深与实测降深拟合误差分析,-.%/012&&/3/44#4-’-%56/6#7&8/#.6/49/3-’3:-%:$%-&/334-;3#;’6#7&8/<$=>2’?,/6&74#="#$%&#’()*+*平均绝对误差@=平均相对误差@A 相对误差绝对值落在下列区间的百分比@A B C D E FB C D G E F B C D H C F B C D I C F"#$%&#’()*+*计算降深拟合C J C C IH J E E KL G J 0M L L E J N 0E L E J N 0EG C C从表0的"#$%&#’()*+*计算降深与实测降深拟合误差分析以及图0实测降深与计算降深的拟合曲线可以看出D 计算的降深OO 时间关系曲线可以很好的反映实际的降深OO 时间过程D 所以可以认为参数确定是可靠的P同样D 我们利用"#$%&#’()*+*确定了研究区内其他抽水试验点的含水层系统参数P图0抽水试验二E 号观测孔实测降深与计算降深拟合曲线12?J 012&&/3:$49/6#7&8/#.6/49/334-;3#;’6-’3:-%:$%-&/334-;3#;’6#7&8/<$=>2’?,/6&Q 结论G R 在对考虑迟后排水的S J T J "#$%&#’第二潜水井流模型解析解分析的基础上D 将复合高斯求积法和具有随机搜索寻优特性的实数编码加速遗传算法U )*+*R 相结合进行优化求参D 提出了确定潜水含水层系统参数的"#$%&#’()*+*法PH R 通过对V CU W R 函数的分析D 确定了S J T J "#$%&#’第二潜水井流模型的解析解中积分变量的积分范围PI R 以计算实例的对比分析以及对"#$%&#’()*+*计算降深与实测降深的拟合状况分析表明D "#$%&#’()*+*法确定潜水含水层系统参数方便X快速X 精度高D 不必象传统方法分抽水时间OO 降深过程的前X 后段分别进行参数确定PB参考文献F B G F 陈喜J 含水层水文地质参数自动优选方法B YF J 工程勘察DG L L M D UH R Z 0C [0I JB H F \/’?]^D _/8^‘J *a $27/4>-4-=/&/423/’&272:-&2#’$62’?&8//b &/’3/3c -%=-’72%&/4B Y F J d-&/4)/6#$4)/6D H C C I D I L U I R D T "^L[G @G E J B I F 薛禹群J 地下水动力学原理B e F J 北京Z 地质出版社D G L M K JB 0F 金菊良D 丁晶J 水资源系统工程B e FJ 成都Z 四川科学技术出版社D H C C C J B E F 金菊良D 丁晶J 遗传算法及其在水科学中的应用B e F J 成都Z 四川科学技术出版社D H C C H J B K F 熊洪允D 曾绍标D 毛云英J 应用数学基础U 下册R B e F J 天津大学出版社D G L L 0J B N F 王竹溪D 郭敦仁J 特殊函数概论B e F J 北京大学出版社D H C C C JB M F 朝伦巴根D 高新科J 计算机数值方法B e FJ 北京Z 水利电力出版社D G L L 0J B L F 朝伦巴根D 等J 水文水资源水环境应用软件研制与开发B )F J 内蒙古农牧学院水资源研究所DG L LH J f g h i j g k l m n o np q j r g st g u v s q k j v t w v k xh k y g k t v k q sz {h v t q u |z u z p q j q u }~!"#$%&’"()GD *’!"+$(,!)-(GD .’$.’"()/$!(GD 0%!1-,%(GD *’!%0%!(’$!HU G J 23445653789:;<=4>?<@:2>A >4B @6>@55;>@6D C @@5;D3@634><E 6;>?=4F =;<4G @>A 5;H >F 9D 8=I I 3F C G C C G M D 2I >@<J H J C @H F >F =F 537C @@5;D3@634><K<F 5;L 5H 3=;?5H D 8=I I 3F C G C C H C D 2I >@<R n M }j u z y j Z "-6/3#’-’-%5N 2’?&8/6#%$&2#’#7&8/"#$%&#’=#3/%2’&4#3$:2’?&8/:#’:/>&#73/%-5/352/%3-’3:#=.2’2’?&8/+-$66O 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BP神经网络在BOULTON法确定潜水含水层参数中的应用[期刊论文]-水文地质工程地质2005,32(3)2.姚庆六.YAO Qing-liu奇异二阶Neumann边值问题的正解[期刊论文]-高校应用数学学报A辑2011,26(1)3.周巧姝.蒋达清.Zhou Qiaoshu.Jiang Daqing二阶脉冲微分方程Neumann边值问题的多重正解[期刊论文]-黑龙江大学自然科学学报2008,25(5)4.梁盛泉.杨和.LIANG Sheng-quan.YANG He二阶变系数常微分方程Neumann边值问题的正解[期刊论文]-甘肃农业大学学报2010,45(2)5.姚庆六.YAO Qing-liu一类特殊非线性Neumann边值问题的正解[期刊论文]-重庆大学学报（自然科学版）2007,30(9)6.王天军.贾丽蕊.WANG Tian-Jun.JIA Li-Rui非线性热传导方程的Lagrange插值逼近[期刊论文]-河南科技大学学报（自然科学版）2011,32(2)7.李志龙.LI Zhilong超线性奇异Neumann边值问题的非平凡解[期刊论文]-系统科学与数学2010,30(7)1.王亮.朝伦巴根.刘小燕.王海玲有限元法在滦河内蒙蓝旗段中游地下水允许开采量评价中的应用[期刊论文]-中国农村水利水电 2010(3)2.李凤玲.朝伦巴根.高瑞忠.于婵基于Neuman理论获取潜水含水层系统参数的简化方法[期刊论文]-工程勘察 2008(4)3.于婵.朝伦巴根.高瑞忠.柴建华实码加速遗传算法求潜水含水层系统逆问题的研究[期刊论文]-地下水 2005(5)4.赵延风.王正中.刘计良给水度测定仪设计[期刊论文]-农业机械学报 2011(9)5.李凤玲.朝伦巴根.高瑞忠滦河内蒙段闪电河子流域地下水资源开采潜力评价[期刊论文]-干旱地区农业研究 2008(6)6.贾德彬人工草地水资源可持续利用对策研究[学位论文]博士 2005引用本文格式：高瑞忠.朝伦巴根.朱仲元.贾德彬.柴建华确定潜水含水层系统参数的Boulton-RAGA方法[期刊论文]-农业工程学报 2004(6)。