应用Ｅｘｃｅｌ进行非稳定流抽水试验资料分析 非稳定流抽水试验

　　摘要:借助Excel办公软件，提出了进行非稳定流抽水试验资料分析的一种新方法。该方法首先在Excel工作表中建立控制水文地质参数的“滚动条”，通过拖动“滚动条”在Excel图表上直接实现理论曲线与观测曲线的拟合，并求出相应的水文地质参数。
　　关键词:抽水试验;水文地质参数;标准曲线比拟法
　　
　　一、前言
　　
　　在水文分析计算中，有许多数据需要进行分析计算，这些计算虽然简单但很繁琐，配线法是利用非稳定流求水文地质参数的重要方法，通过实测数据线和标准曲线拟合，以直观的方法求出所需的地质参数，然而配线法通常比较繁琐，且有一定的人为因素，因此在实际使用时受到限制。excel是办公应用软件Microsoft office的重要组成部分，已被国内外公认为是一个强有力的数据管理与分析的工具软件，它具有功能强大、技术先进、使用方便等特点。本文介绍一种用计算机进行配线操作求水文地质参数的计算机程序，就手工计算而言，可起到省时、省力、减少误差的作业。
　　
　　二、基本原理
　　
　　在均质各向同性的假设条件下，当抽水井以定流量抽水时，抽水井及其附近观测孔中的水位变化实际上是含水层水文地质条件和水文地质参数对抽水的反映。换句话说，只要选择与含水层相适应的参数，就能通过理论公式拟合抽水井及其附近观测孔中水位随时间的变化过程。泰斯模型模型，其井流理论计算公式可分别表示为：
　　(1)
　　式中，s为观测孔的水位降深；Q为抽水井流量；r为观测孔距抽水井的径向距离；T为含水层的导水系数；S为含水层的储水系数；t为时间；和分别为泰斯模型和汉土什-雅各布模型的井函数；B为越流因素。
　　(1)式表明: 当抽水井抽水流量、观测孔径向距离一定时，抽水井及其附近观测孔中的水位变化是含水层水文地质参数的函数，即 （2）
　　通过设定适当的时间序列，由（2）式就可计算出或理论曲线，该曲线的形状将随水文地质参数的变化而改变。如果在双对数坐标系中根据抽水试验资料首先绘制出观测孔的或曲线，然后，根据公式（2）并设定为参变量绘制出或理论曲线，通过调整水文地质参数使得理论曲线与观测孔实测曲线重合，则该水文地质参数就是根据抽水试验资料所确定水文地质参数。
　　上述求参过程与传统的标准曲线比拟法并没有本质上的区别，所不同的是：传统方法是通过坐标平移来实现实测曲线与标准曲线的拟合，而本文所叙述的方法则是通过调整水文地质参数 来达到理论曲线与观测孔实测曲线拟合的目的，且这一过程很容易在Excel上实现。
　　
　　三、在Excel上求解水文地质参数
　　
　　（一）在Excel工作表中建立参数控制滚动条
　　在Excel工作表上建立两个滚动条分别表示水文地质参数T和S，通过托动滚动条来实现 Excel上理论曲线与观测孔实测曲线的拟合。
　　在Excel工作表中建立控制水文地质参数滚动条的步骤如下：
　　在Excel工作表上单击“视图”菜单，然后在“工具”栏中选择“控件工具箱”，就会在工作表上显示出“控件工具箱”的对话框；在“控件工具箱”对话框中单击“模式”按钮使其进入模式设计状态，再单击“滚动条”按钮，托动鼠标至合适的位置绘制图1所示的滚动条；在模式设计状态下，选中“滚动条”，单击右键并在菜单中单击“属性”按钮，就可看到“属性”对话框；在“属性”对话框中设定好“滚动条”所连接的表格单元（如H3）和最大值；关闭“属性”对话框，在“控件工具箱”对话框中单击“模式”按钮使其退出模式设计状态，此时，拖动“滚动条”，就可看到水文地质参数的变化。
　　（二）绘制理论曲线
　　由于泰斯公式中需要计算指数积分，因此，必须利excel中的编辑器编制计算指数积分的子程序（function expint(u)）。接下来绘制由导水系数T、储水系数S控制“滚动条”控制的泰斯理论曲线。
　　将抽水井流量值输入工作表的某一单元 如（B2）
　　在工作表中选择某一列（如列A）从某一行开始（如列A从第5行开始）用来存放数据序列，据序列可根据需要按照一定规律排列，本文选择从0.001开始，按1.2倍等比逐次递增的规律排列；
　　在列Ｂ中，同样从第５行开始，利用公式结合导水系数和储水系数控制“滚动条”，计算出与列Ａ数据对应的水位降深值。假设导水系数T和储水系数S在工作表中的存放单元分别 F3、L3，则单元格B5的计算公式为 ：($B$2/4/PI()/$F$3)*expint($K$3/4/$F$3/A5）
　　根据列A和列B的数据利用工作表的图表向导在双对数坐标下作理论曲线。如图1
　　该曲线的形状受水文地质参数T、S的控制，拖动“滚动条”，既可看到水文地质参数的变化。又可以看到的理论曲线的位置和形状发生变化。
　　（三）拟和求参数具体操作：
　　在工作表中任意选择两列，将观测孔水位随时间变化的观测资料一一对应输入，并计算出相应的t/r^2的值。利用“图表”的数据系列添加功能将观测资料添加到理论曲线图表中，就可在同一张图表上同时看到理论曲线和观测数据点，分别拖动工作表中导水系数 T、和储水系数S的滚动条，使理论曲线位置和形状改变，（导水系数 T的滚动条控制位置、储水系数S的滚动条控制形状），直至理论曲线与观测数据点拟合为止，只要在计算机上移动实测数据线，当实测数据线与标准曲线基本重合时，在屏幕上就可得到该含水层的渗透系数和传导系数。如图2
　　
　　四、实例
　　
　　利用上述方法对文献[3]中表4-2的抽水试验数据进行分析，水文地质参数的分析结果列于表1。计算结果表明：由于在Excel工作表中求解水文地质参数的原理与传统的图解法没有本质区别，所得结果亦与教科书上的结果非常接近，这充分说明了用该方法处理分析抽水试验资料是可靠的。 见附件1
　　
　　参考文献
　　[1] 朱国祥,王峰.利用配线法求水文地质参数计算机程序简介(J).工程勘察，1999（3）：39~41.
　　[2] 邹正盛,郑清洁.求水文地质参数的计算机配线法(J).工程勘察，2001（6）：31~32.
　　[3] 薛禹群.地下水动力学(M).北京：地质出版社，1997
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