[科普中国]-埃库伯模型

岩土体渗透性参数是评价地下水资源，研究地下水运动规律的重要水文地质参数。微水试验相较于传统的测试方法是一种现场快速测定岩土体渗透性参数的方法，其试验时间短，对地下水及周边环境影响甚微，具有广泛的应用前景。埃库伯模型（Cooper模型）是通过微水试验确定渗透性参数的计算模型之一。

微水试验微水试验(slug test)已被广泛应用于诸多领域，特别是在环境地质领域，用于估算含水层的渗透参数，也应用 于核废物深地质处置研究中低渗透岩体的渗透性研究。

基本原理在静止水位条件下，若钻孔中的水位发生瞬时变化，在水头差的作用下，钻孔中水位将逐渐恢复到静止状态，测量水位随时间的变化，可获得水位—时间响应数据，利用响应数据即可估算含水层的渗透系数。在特定条件下，利用微水试验可以估算含水层的储水系数，这一过程即为微水试验。

主要过程微水试验包括3个主要过程：首先，使钻孔的水位发生瞬时改变，常用方法是从钻孔中快速抽出一定体积的柱体，然后测量水位随时间的变化，即获得相应数据。最后，依据相关理论模型，利用相应数据估算含水层的渗透系数，或储水系数。

计算方法在微水试验的发展历史中，比较有代表性的、被普遍接受并广泛应用的模型主要有十几种。 其中 Cooper( 1967)、Kipp(1985)和 Bouwer and Rice(1976)三种模型计算简便，精度较高，在国外被广泛使用以确定岩土体渗透性参数，其中 Kipp(1985)更被美国试验与材料学会采用。上述三种模型都有自 己的适用范围。Cooper模型适用于承压完整井；Kipp模型不仅适用于承压含水层，在贮水系数较小渗透性较大的潜水含水层中也是适用的；Bouwer and Rice模型适用于潜水含水层。1

Cooper模型Cooper 几何模型如下图1所示。其中：Hw为瞬时抽(注)水之后，t时刻钻孔水位；H0为瞬时抽(注)水体积V之后,即刻的钻孔水位。

（1）在半对数纸上作出 ～lgβ标准曲线， ，取对数坐标，见图2；

（2）求出 的值，在与标准曲线相同模数的半对数坐标纸上绘出 ～t实测曲线；

（3）将实测曲线和标准曲线进行拟合，选择一个匹配点，使得此点在标准曲线上有 ，记录该点对应实测曲线的时间t；

（4）根据以下等式计算水文地质参数：2

发展过程Slug试验作为测定渗透系数的一种方法，在国内外得到快速发展，该方法在一定程度上既解决室内试验不准确的缺点，也克服了抽水试验费时、费力、费钱等缺点。slug试验已经在国内外实际工程中得到越来越多的运用，其具有方便、经济、快捷而又不失准确性的优点。

著名的Hovrsle简便计算法于1951年被Hovrsle提出，而后Ferris和Knowles（1954）等在此基础上进行了改进，1967年Cooper等对承压含水层参数评估方法进行了进一步修正。这之后Rice（1976）以及Bouwer（1989 ）等人发展了考虑井阻和几何尺寸的承压、半承压、潜水层的理论计算方法，Butler（1998）给出该方法的具体实施技术总结，Willis（2008）等将其列为水文地质试验的常规手段及技术标准。

在我国，由于测量工具灵敏度不高、技术和场地的限制等原因，Slug试验作为一种现场水文地质试验技术只能进行低渗透率试验且鲜有应用，更没有相关的操作程序和标准。但杨建峰（1995）对该法的介绍，殷积涛等（1992）和张昭栋等（1999）在地震领域采用了该方法，上述所有这些文献为该法的使用和推广提供了理论基础。国内认为Slug试验的适用范围是浅层的低渗透性含水层，但是随着科技发展， 仪器精度的提高，Slug 试验不仅解决了适用低渗透率地层的常规认识，而且对中高渗透性含水层的测试也有了大的进步。 国外的试验已经囊括了现场水文地质参数测定的所有含水层，并有众多的模型算法解。3

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所