Navigation:  观察地下水 > 如何用抽水试验观察地下水？

含水层不同位置的水头差形成了地下水运动的源动力，但这种源动力是否能转化成地下水的真实流动则是另外一个问题。含水层的特性是决定地下水实际运动状态的主要因素。在实际工作中，人们常常通过定量抽水从而在可控条件下人为制造出较为明显的水头差，以此来推断含水层的特性，这是了解含水层参数的最常见手段。

最常见的含水层参数是渗透系数（K），表征地下水流通过含水层的难易程度。它经常与含水层厚度（b）联合成为导水系数（T）来表征含水层的综合导水能力。传统的地下水工作者多以寻找充足的地下水源为己任，他们的主要工作目标就是寻找渗透性强（K值大）且含水厚度（b）大，也就是导水系数（T）较大的地层。在实际工作中，这类地层被称为“富水性强”的含水层。贮水系数（S）是另外一个重要的参数，表征含水层自身在水头降低时的释水能力。贮水系数的重要性在于它为含水层的水头升降与地下水的流入流出建立了直接关系，从而使地下水的渗流理论成为一套自洽的理论体系。

从井中抽水时会产生以抽水井为中心的地下水降落漏斗（图片改编自：geology.er.usgs.gov）

从井中抽取地下水时，周边含水层中的地下水会形成以抽水位置为中心的降落漏斗。水文地质学家针对不同类型的含水层和抽水形式给出了降落漏斗形态的数学表达式，但无论形式如何变化，其核心内容都是降落漏斗在各处的降深被表示成为时间、空间、以及抽水量的函数，而导水系数和贮水系数是这一函数关系中的主要参数，表征含水层的原生性质。比较著名的抽水理论模型有针对承压含水层的Theis（泰斯）公式；针对有越流的承压含水层的Hantush-Jacob公式；针对潜水含水层的Neuman（纽曼）公式等。如果已知含水层的参数，则可以预测这个漏斗的形态，也就是抽水井周边水位的变化；如果通过实地观测得到了周边水位的变化，则可以根据适合的数学模型反推出相关的含水层参数。

在野外开始抽水试验的时候，现场人员往往手忙脚乱，一面调节抽水流量，一面观察水位，还要监控各仪表设备的工作状态，所以试验初期的数据往往上窜下跳，存在误差。但是在多数抽水试验模型中，试验前期数据所占的权重较大，这时就需要对试验前期与后期数据的可靠性进行比较和取舍，合理确定含水层参数。

设计抽水试验是一门科学，实施抽水试验是一项工程，而分析抽水试验数据则是一门艺术。所谓科学，是指抽水试验的基础是有关地下水的各种数学模型，人们必须深刻理解这些数学模型的物理意义和适用条件；所谓艺术，指的是不同类型的含水层常常会对抽水做出非常类似的水头反应，所以分析人员必须具有丰富的经验和技巧。

数学模型是真实世界的高度提炼和简化，其中忽略了众多环境因素，在有迹象表明抽水试验受到外界因素干扰时，应在相应的阶段（设计、实施、分析）加以考虑。例如：

●若抽水试验中排出的地下水可以很轻易地重新渗入所测试的含水层，抽水试验就变得毫无意义。所以应使用一切手段阻止试验排水重新进入测试含水层，包括管排入河、使用有衬砌渠道等。可以使用测压管来验证渠道是否存在漏水现象；

●若试验区附近存在其它抽水或注水进程，或者试验期间出现降雨和灌溉事件，又或者抽水时段内含水层存在水位的自然季节性波动，所有这些进程都会产生水文信号并最终被水位监测井捕捉。在分析抽水试验数据时应考虑这些冗余信号并将其剔除，以获得含水层对抽水进程的真实响应；

●理想状态下，抽水井为中心的降落漏斗会持续向远处延伸。但有时抽水井附近会存在水力边界，如隔水边界和补给边界。当降落漏斗扩展至这些边界时，边界的存在会对监测井内水位变化产生增强或抵消。有经验的地下水工作者能够在监控监测井水位数据趋势时探测到这一“触界”过程，从而灵活调整抽水策略、延长抽水时间，以期更为精准地把控和描述这些水文边界。

●地下介质从来不是均质，使用均一的渗透系数描述含水层的透水性有时会出现问题，需要一些补救措施。例如地质介质一般沿重力方向沉积，这一方向由于多种因素（冲积物的排列、局部隔水层等）影响，其渗透系数常常远小于水平方向的渗透系数，这时可以将两个方向的渗透系数分别考虑从而解决非均质的问题。又例如裂隙含水层中地下水的流动常常由主断裂方向控制，这时可以采取旋转坐标系的办法，将主断裂方向作为纵向，其垂直方向作为横向，两类渗透系数分别考虑从而解决非均质问题。