陈 阳

(安徽省煤田地质局水文勘探队，安徽 宿州 234000)

煤田地质勘探中，提供水文地质参数是进行各种水文地质计算时不可缺少的数据，水文地质参数主要通过抽水试验来获得[1]。在获得抽水试验涌水量和降深数据时，一般情况下采用Excel软件求得水文地质参数，并通过换算经验公式绘制散点图拟合出直线经验方程，再换算成原经验公式，这反复换算过程中所取系数值准确度已有所降低并容易出错[2-4]。根据煤矿防治水规定，以水位降深10 m为准时孔径91 mm的钻孔单位涌水量评价含水层的富水性，实际生产中大多还需换算成标准状态下单位涌水量，此换算过程计算工作量大且小数部分人为取舍因素较大，造成标准状态下单位涌水量不精准。本文是运用VB6.0可视化编程软件，化繁就简直接运算得出水文地质参数、10 m降深时91 mm孔径下单位涌水量大小并绘制Q-S曲线，并在实际生产中得以良好运用，提高了运算效率。

1 水文地质参数计算的理论基础

1.1 井流计算公式

地下水向承压水井的稳定运动理论基础上，承压含水层完整井稳定流时Dupuit公式

(1)

式中：S为井中水文降深；Q为抽水井流量；M为含水层厚度；K为渗透系数；r为井的半径；R为影响半径。

对于同一含水层不同抽水过程的K值，在计算公式一致的情况下，理论上差别也不大。一般情况选用及哈尔特公式计算抽水钻孔的影响半径：

(2)

1.2 各类曲线类型及经验方程

通过前人大量抽水井的实测资料证明，常见的Q-S曲线类型有直线型、抛物线性、对数曲线型和幂函数曲线型。

相关系数R2，越接近1，曲线的拟合效果越好，通常情况下由此值判定拟合效果。

表1 流量和降深关系的经验公式和采用最小二乘法确定系数值表

1.3 孔径换算

《规定》中按统一10 m降深时单位涌水量才评价含水层富水性大小，根据得出的Q-S曲线方程确定降深10 m时抽水孔的涌水量，再用下述公式转换孔径为91 mm的涌水量，然后再除以10 m即得标准条件下单位涌水量。

(3)

式中Q91，R91，r91为孔径为91 mm钻孔的涌水量、影响半径和钻孔半径；Q孔，R孔，r孔为孔径为r的钻孔的涌水量、影响半径和钻孔半径。其中R91、R孔的值在《规定》中并没有十分明确的阐述他们的差别或者计算方法，本文是按相同数值参与计算[5-6]。

1.4 富水性评价

在《规定》中，将含水层富水性按钻孔单位涌水量以口径91 mm、抽水水位降深10 m为准分为以下4个等级：

弱富水性：q≤0.1 L/s·m-1

中等富水性：0.1 L/s·m-1

强富水性1.0 L/s·m-1

极强富水性：q>5.0 L/s·m-1

除根据《规定》对抽水含水层的富水性进行等级划分外，还用当结合Q-S曲线类型对含水层的水文地质条件和富水性进行深度分析和评价。

图1中曲线Ⅰ为直线型，表示承压径流；曲线Ⅱ为抛物线型，表示潜水、承压-无压或三维流、紊流影响下的承压井流；曲线Ⅲ为幂函数型，表示从某一降深值起，涌水量Q随降深S的增大而增加很少；曲线Ⅳ为对数型，表明补给衰竭或水流受阻，即随S增大，Q增量很小，曲线趋向S轴；曲线Ⅴ则通常表明试验可能有误。

图1 不同类型的Q-S曲线

2 VB6.0可视化软件语言设计

2.1 迭代计算求值语言设计

利用公式(1)和(2)对水文地质参数K通过多次迭代进行求解，在VB程序语言中可以通过循环语句来实现这一繁琐运算。在相同涌水量和降深有效数值下，该程序自变量精确度可以达到10～14，然而实际生产中并不需要如此之高的精准度，本程序K精确度取到小数点后7位，其他参数结果均保留6位有效数字，这样既可以提供一个相对其他方法更为精准的数值又留存了供使用者取舍的余地。其中迭代的核心程序如下：

K0 = 1

R = 10 * S * Sqr(K0)

K = 86.4 * Q * (Log(R / (R0 / 2000))) / (2 * Pi * M * S)

Do While Abs(K - K0) > 0.0000001

K0 = K

R = 10 * S * Sqr(K0)

K = 86.4 * Q * (Log(R / (R0 / 2000))) / (2 * Pi * M * S)

Loop

在一次降深的抽水试验中将所得出的渗透系数K，影响半径R，单位涌水量q利用公式(3)求解出10 m降深时91 mm孔径下单位涌水量q91，用于评价含水层富水性。

2.2 三次降深中待定系数语言设计

在三次降深的抽水试验中采用相同的代码求解水文地质参数，对于Q-S曲线经验方程的待定系数求解，其核心代码如下：

For i = 1 To 3

Next i

即可求出待定系数a，b

b = (U(1, 0) * U(2, 0) - 3 * U(3, 0)) / (U(1, 0) ^ 2 - 3 * U(4, 0))

a = U(2, 0) / 3 - bb * U(1, 0) / 3

将所求出的待定系数，带入经验公式即可求出Q-S曲线经验方程并通过VB6.0可视化效果显示在程序文本框中。其中R2的大小同样可以通过循环运算得出，其值与待定系数a、b在VB6.0中的取舍到小数点后6位。

2.3 Q-S曲线绘制语言设计

在绘制Q-S曲线时，借助图片框功能的可视化效果，将图片框边界(Scale)属性重新定义，利用图片框PSet描点属性在图片框中依次绘制出Q-S曲线。部分核心程序如下：

Picture1.Scale (-0.6, -0.5)-(Qstep - 0.6, Sstep - 0.5)

Picture1.DrawWidth = 1.5

Picture1.Line (0, 0)-(Qstep - 0.8, 0), vbBlue‘横坐标

Picture1.Line (0, 0)-(0, Sstep - 0.8), vbBlue‘纵坐标

Picture1.PSet (W / Qmlong, V / Smlong), &H8000&‘绘制曲线点

设计出的软件界面如图2所示。

图2 设计软件界面图

在得到Q-S曲线经验方程之后，将10 m降深值导入经验方程求解出此时涌水量大小，再带入公式(3)中求得10 m降深时单位涌水量大小，用来评价含水层富水性。

3 实例应用

淮北某矿区为了查明矿区水文地质条件，布置了1个水文地质地面长观孔，对该孔太原组一至四灰进行抽水试验一次，获得水文地质参数涌水量和渗透系数等。该孔孔口致太灰顶下置直径127 mm，太原组一至四灰裸孔孔径91 mm。经止水检查合格后，对太灰段洗井、抽水试验，该水文长观孔在承压完整井含水层抽水试验达到稳定流时，所得试验数据见表2。

表2 抽水试验基础数据表

将其输入生成的exe软件，直接快速运算得出水文地质参数、10 m降深时单位涌水量及经验方程并绘制Q-S曲线，其效果见图3所示。

图3 计算软件效果图

根据R2大小可以判定对数型与原始数据拟合程度较好，因此将回归方程类型定为对数型。最终得出的水文地质参数及经验方程见表3。

表3 软件计算成果表

4 结语

(1)通过对该程序软件的实例运用，可以直接得出10 m降深时单位涌水量大小和判定Q-S曲线关系类型，反映了该矿含水层补给衰竭的特征，根据计算q91大小和《规定》富水性等级划分标准，评价该矿区含水层富水性为弱富水性。

(2)本文将VB6.0编程软件运用到水文地质参数数据处理中，虽然与常规处理方法运用了相同的原理，但是借助语言程序对公式进行编程可以直接得出最终结果，不仅仅是各类型Q-S曲线图直观对比还有拟合曲线相关系数大小的比较，弥补了数据转换过程中有效值取舍不当和人为失误这一漏洞，有效地提升了数据的处理效率和参数的准确性。