基于放水试验的宝塔山砂岩含水层水文地质参数分析

引言

宝塔山地区砂岩含水层水文地质特性对当地水资源开发与管理产生了直接影响，通过放水试验实现了区域含水层水文地质参数的精确提取，对水资源科学管理具有重要支撑作用。文章着重论述放水试验在宝塔山区的运用情况，并对该区砂岩含水层渗透性，流量响应及水头变化等水文地质特性进行分析。在数据分析的基础上论文还讨论了该区不同地区水文地质参数差异性及对水资源开发所产生的作用，以期为当地水资源可持续利用研究提供理论依据与技术指导。

一、宝塔山砂岩含水层概况

（一）宝塔山地区水文地质背景

宝塔山在我国一定区域内处于 典型交界 水文地质条件比较复杂。区内水文地质主要受到地质构造、气候条件、水文 源较为缺乏。该地区以砂岩为主，含水层广布，水文地质功能强 但是水资源可持续性受气候变化影响较大。区域地下水以 与其流动构造特征关系密切。水文地质条件不同，在某种 是查明水文地质条件最主要的方法之一，它可以有效地确定含水 域水资源开发与治理提供科学依据。

（二）砂岩含水层的地质特征

宝塔山砂岩含水层以粗粒砂岩，细粒砂岩及次生孔隙发育砂岩为主，渗透性及储水性良好。这种砂岩层厚度变化很大表现出不同地质特征。砂岩层孔隙以原生孔隙、裂隙为主，局部地区在构造运动作用下，裂隙、节理较发育，水流渗透性进一步增强。部分地区砂岩含水层中水的流动性强，表现出渗透系数大、水储存能力大等特点，使之成为宝塔山区地下水主要供水源。随着对试验数据的深入分析，砂岩含水层水文地质特性可以得到更精确的揭露。

（三）含水层的水文意义

宝塔山砂岩含水层水文意义表现为水资源存储、流动和补给。该层含水层水文储水能力强，能有效地调节地下水水位波动，对地下水长期稳定补给起到保证作用。它渗透性强、水流流动性大、可利用性强等特点为该地区水资源开发提供丰富水源保障。砂岩含水层水文特性与其区域水文循环紧密相关，地下水补给、径流及流出量对区域水文气候及生态环境均有不同程度影响。因此宝塔山砂岩含水层水文特性是区域水资源开发与保护研究的依据，也为合理水资源管理策略的制定提供科学依据。

二、放水试验方法与设备

（一）放水试验的基本原理

放水试验做为水文地质研究中经常使用的方法，其主要是通过对地下水放水过程进行控制来观察地下水位的变化情况，进而推断出含水层渗透特性以及水文地质参数。基本原理以水力学渗流理论为基础，尤其是达西定律及流体动力学模型为依据。通过在含水层内设置试验孔将一定水量注入或排出含水层，采用监测水位变化来反演水层渗透系数、滞水性、导水性和储水能力等主要参数。放水试验在很大程度上取决于地下岩层内水流的运动行为并根据地下水运动规律反演含水层水文地质特征。所以放水试验既可以反映含水层渗透性，又可以为地下水流动和其资源开发的后续分析提供重要数据支撑。通过放水试验的合理设计与实施，可以得到精确的水文地质参数，继而为科学地开发利用和保护地下水资源提供了可靠依据[1]。

（二）试验设备与测量方法

放水试验所用的装置主要有水泵、流量计、压力计、观察井、地下水位测量仪和有关控制系统等。水泵是用来给试验井注水或者放水的，流量计是用来准确测量水流量的，压力计是用来监控井下水压的变化的，水位变化作为放水试验中最核心的监测部分，经常使用地下水位监测仪实时测量地下水位，它们通过设置在观测井中不同水深来监测地下水水位变化情况。监测设备将随实验进行而不断地记录地下水位、流量和压力资料，并据此对含水层渗透性、流动性和储水能力进行评价。测量方法一般有瞬时放水法、恒定流量法及阶梯放水法，瞬时放水法适合在较短的时间内快速确定地下水流动特性，但恒定流量法则能够更稳定，更精确地体现地下水渗透性能。分析试验数据并结合水力学模型可推求含水层水文地质参数并为地质分析提供可靠依据。

（三）试验实施过程及注意事项

放水试验在执行过程中，需严格执行设计方案 是选择适合的 并进行初步的地质勘查，确保试验井能够有效 保证监测设备准确及资料可靠。 录， 同时定期对压力计、水位测量仪进 间隔采集，以保证水位、流量及压 分析， 并将地质条件与水力学模型 预防地质条件变化给测试结果带 量如降水和蒸发等的影响，以确保试验结果具有高度的代表性和科

三、试验数据分析与处理

（一）水头变化与试验结果

放水试验时水头变化对含水层水文特性具有重要的反映作用，通过对水位变化的实时监测，可直观地认识含水层水文反应并进一步反演渗透系数和储水量等主要水文参数。水头变化同试验结果关系密切，它的变化趋势是含水层渗透性及储水性分析的基础。通常情况下水头的变化范围及快慢与试验点岩性，孔隙度及裂隙发育程度有密切关系，水位快速降低时表明含水层渗透性强；如果水位变化缓慢说明含水层渗透性差。数据分析中必须充分考虑水头变化时间延续性及空间分布规律，采用拟合曲线拟合的方法分析不同时间点水位变化，从而提高试验数据精度及可靠性。结合水头变化规律可对水层流动特征进行进一步反演，并可为后续水文地质参数计算及含水层评价等工作提供重要依据。

（二）渗透系数的计算与分析

渗透系数作为反映含水层水流渗透能力大小的核心参数，它的计算在放水试验资料分析中占有重要地位。通过观察水头的变化过程并结合实验中注水量与时间数据可采用 Theis 方程或者 Grfath 模型计算渗透系数。渗透系数和岩层孔隙结构、裂隙发育、流体黏度有关，数据处理时需针对不同试验条件选用适当计算模型及公式。对渗透系数进行分析既有利于揭示含水层渗透特性，又可为地下水资源开发和利用提供理论依据。值得关注的是渗透系数取值可能受到试验条件，岩性变化及人为因素的影响，故计算时需通过误差修正及数据拟合来保证计算结果精度。渗透系数空间变异性应予以关注，特别是不均质砂岩含水层渗透系数区域差异对地下水流动与分布可能有显着影响。

（三）流量响应与含水层特征

流量响应作为放水试验的又一重要水文参数，它的改变直接体现含水层水文地质特征。一方面实验中泵的流量和水位变化关系是含水层特征分析的关键基础，在流量平稳、注水量连续的条件下，含水层水位响应状况可以揭示水渗透能力及水储存特性。流量响应越快含水层一般说明渗透性越强，水流能够迅速流入和扩散，但流量响应慢的含水层暗示渗透性差和水流限制。分析流量响应可进一步反演含水层渗流路径、储水特征和含水层均质性。不同类型含水层对流量响应呈现不同规律，为科学管理与合理开发地下水资源提供重要基础。另一方面流量响应分析有助于确定潜在水文异常区域并对地下水资源变化进行超前预警，从而为水资源可持续利用研究提供理论支撑。

四、宝塔山砂岩含水层水文地质参数分析

（一）水文地质参数的提取方法

对宝塔山砂岩含水层进行 常见提取方法有现场放水试验法、实验室分析法 透系数、储水系数及其他水文地质参数。 实验室的分析方法可以通过采样 但这些数据的准确性可能会 过构建数学模型来模拟地 和缺点，为了提高水文地质参 地质参数不仅能揭示宝塔山地区砂岩含水层水文特征 供理论支撑

（二）渗透性与水文参数的相关性分析

渗透性作为表征岩层水流通道容 重要参量， 今水 文参数具有紧密相关性。宝塔山地区砂岩含水层 参数性能有直接的影响。水文地质 水试验为例水头变化和渗透性呈明显线性关系 地区表现为水头变化慢，流量响应大 数的精确计算和地下水系统水流运动规 般水储量大。所以对渗透性等水文地 为地下水资源开发利用奠定科学理论基础

（三）不同区域水文地质参数的差异性

宝塔山区砂岩含水层水文地质 现出明显的空间差异性。不同地区渗透性、 水 至关重要。通过比较不同地区的水 断层附近地区，含水层渗透性强，流量 性相对比较稳定，水文参数呈现相对均 ，并优化水资源开发方案以避 存在的弱区域或危险区域， 做到 性进行研究，既可以对水文地质调查工作提供 定的保障作用。

五、结论与应用建议

（一）主要结论总结

在分析宝塔山地区砂岩含水层水 参数的基础 获得了若干重要结论。 一是宝塔山砂岩含水层水文特征强，渗透性比富水储 数据分析以及水文地质参数提取等手段，说明该区水 水流响应速度有很大差别，需要根据实际情况实施区域 响应及其他水文参数表现出显著相关性，并对试验数 为水文地质提供准确参数。上述研究成果对水资源可持 具有重要借鉴意义 [5]。所以宝塔山区域砂岩含水层有开发 响应特性才能保证合理的开发利用。

（二）宝塔山地区水资源开发的可行性

宝塔山砂岩含水层水资源开发可 该区渗透性强、水流通道发达、水储存及水流供给能力强，为开采水资源提供有利自然条件 下水资源较丰富、水位波动较平缓，适宜进行水资源大范围利用。 水流动特征比较明确，可据此拟定合理开采方案以避免因过量开采而 定差异性，因此在开发时需要细致考察与评价不同地区水文 态环境恶化。所以宝塔山水资源开发要充分考虑到不同地区水文特性，分区域 战略才能达到资源可持续利用。

（三）未来研究方向与建议

今后研究应该进一步加深对宝塔 精度水文模型建设与优化 [6]。方面研究可以重 揭示各地区含水层水流响应特征， 素对地下水系统造成的影响， 今后的 系来实现，对水文地质参数变化情况进行 数值模拟与遥感技术相融合能够进 步提高 数据支撑。要重视地下水的污染防治，强化含 方法进一步增强宝塔山水资源开发与治理的科学性与可行性。

宝塔山区砂岩含水层水文特征较强，适宜进行水资源大规模开发。根据放水试验资料分析，证实该区含水层渗透性强、水储量大，但是具有区域性差异， 需要根据不同地区水文特性进行个性化开发。进一步研究要重视水文地质特性多尺度分析及地下水资源动态监测工作，确保水资源可持续利用。在今后研究中还应该加强水质监控以防治地下水污染，保障宝塔山地区水资源开发与生态环境保护相和谐。

参考文献

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