水文地质参数计算.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,专门水文地质学,主讲教师：刘金辉,2015,年,学位课程,第七章 水文地质参数计算,7.1,概述,7.2,给水度的确定方法,7.3,影响半径,7.4,渗透系数和导水系数,7.5,储水率和储水系数,7.6,越流系数和越流因素,7.7,降水入渗补给系数,7.8,潜水蒸发强度（自学）,7.9,灌溉入渗补给系数（自学）,第七章 水文地质参数计算,1,概述,一、参数概念,1,、水文地质参数,是表征含水介质,水文地质性能的数量指标,，是地下水资源评价的重要基础资料，主要包括,含水层的渗透系数,K,和导水系数,T,、承压含水层的储水系数,S,（也叫弹性给水度,e,）、潜水含水层的给水度,（重力给水度,d,）、弱透水层的越流系数,及含水介质的水动力弥散系数,D,等,。,2,、水文参数,是表征,岩土性质、水文气象等因素的数量,指标，主要包括,降水入渗系数,、潜水蒸发强度,、灌溉水回渗补给系数,m,等。,水文地质参数和水文参数,统称为水文地质参数,第七章 水文地质参数计算,1,概述,二、参数确定方法,确定水文地质参数的方法可以概括为两类：,1,、水文地质试验法,如野外现场,抽水试验、注水试验、渗水试验、弥散试验及,室内,达西试验、弥散试验,等，这种方法可以在较短的时间内求出含水层参数而得到广泛应用；,2,、地下水动态观测法,利用地下水动态观测资料来确定，是一种比较经济的水文地质参数测定方法，并且测定参数的范围比前者更为广泛，可以求出一些用,抽水试验,不能求得的一些参数。,第七章 水文地质参数计算,7.1,概述,7.2,给水度的确定方法,7.3,影响半径,7.4,渗透系数和导水系数,7.5,储水率和储水系数,7.6,越流系数和越流因素,7.7,降水入渗补给系数,7.8,潜水蒸发强度（自学）,7.9,灌溉入渗补给系数（自学）,第七章 水文地质参数计算,7.2,给水度的确定方法,一、给水度的概念,1,、含义,给水度是表征潜水含水层给水或储水能力的一个指标，在数值上,等于单位面积的潜水含水层柱体，当潜水位下降一个单位时，在重力作用下自由排出的水量体积,。,2,、影响因素,饱水带的岩性、潜水埋深、排水时间、水位变化幅度及水质变化等。,第七章 水文地质参数计算,7.2,给水度的确定方法,二、给水度的确定方法,1,、非稳定流抽水试验法,（,2,）求解水文地质参数,标准曲线法（配线法）：,配线法的具体步骤见,地下水动力学,，为了求取给水度值，主要是,拟合抽水试验的,s,lg,t,曲线的后半部分曲线,，所以抽水试验延续的时间应足够长，使得较好的拟合。,拟合好后，选拟合点，按下列公式计算再进行计算：,配线法,实测数据坐标纸,标准曲线坐标纸,第七章 水文地质参数计算,7.2,给水度的确定方法,二、给水度的确定方法,1,、非稳定流抽水试验法,（,2,）求解水文地质参数,直线图解法：,将实测的降深资料在单对数坐标上作,s,lgt,直线。,求给水度时，利用,降深后期的直线,。求出该直线斜率,m,（相当于一个对数周期的降深差）和该直线在横轴上的截距,t,。按下列公式计算：,直线图解法,S,lgt,第七章 水文地质参数计算,7.2,给水度的确定方法,二、给水度的确定方法,2,、漏斗疏干法,在潜水面平缓、天然地下径流量很小的地区，抽水井所抽出的水主要来自降落漏斗疏干的水量，随着抽水时间的延长，降落漏斗在不断扩展，只要将某一时刻以前抽出的水量，除以该时段的降落漏斗体积，即可得到给水度，计算公式如下：,降落漏斗的形状一般为不规则的漏斗形。当观测孔较多时，可根据实测的降落漏斗形状和漏斗内降深等值线，算出漏斗体积,V,。,第七章 水文地质参数计算,7.2,给水度的确定方法,二、给水度的确定方法,3,、筒测法,筒测法是使用一种特制的简易测筒，筒内盛入原状土，然后设法让筒内原状土达到饱和，进而使之在重力作用下自由排水，从而测定排除的水量，借以推求原状土的给水度。,筒测法示意图,第七章 水文地质参数计算,7.2,给水度的确定方法,图,7-1,筒测法装置示意图,1,试验测筒；,2,滤料池；,3,排水阀；,4,供水阀；,5,供水水箱；,6,测压管；,7,排水口；,8,法兰盘,第七章 水文地质参数计算,7.2,给水度的确定方法,二、给水度的确定方法,4,、试坑法,试坑法的基本原理是测量土层的体积饱和含水量和,田间持水量,，然后计算其差值即为给水度。测试分析步骤如下：,（,1,）挖掘一大小适当的试坑，露出欲求给水度的土层，用环刀取土样，测定土样的,干容重,：,（,2,）将试坑内欲测的土壤泡水一定的时间，使其孔隙被水饱和，然后舀干余水，取土样测定,重量含水率,：,第七章 水文地质参数计算,7.2,给水度的确定方法,二、给水度的确定方法,4,、试坑法,（,3,）将土层用湿物覆盖，防止土层水分蒸发。这时，饱和含水量中的重力水下渗，每隔一定时间取土测定土样的重量含水率；,（,4,）将测得的重量含水率换算成体积含水率；,（,5,）将不同的 值点绘曲线（如图,7-2,），在,t=0,时刻的 值为体积饱和含水率,（容水度），而曲线的水平段相当于田间持水率,（持水度）。,第七章 水文地质参数计算,7.2,给水度的确定方法,图,7-2,土壤含水率变化曲线,第七章 水文地质参数计算,7.2,给水度的确定方法,二、给水度的确定方法,5,、根据抽水前后包气带土层天然湿度的变化来确定,值,抽水前包气带内土层的天然湿度分布应如图,7,3,中的,oacd,线,所示。抽水后，潜水面由,A,下降到,B(,下降水头高度为,h),，此时的土层天然湿度分布线则变为图,中的,oabd,。,对比抽水前后的两条湿度分布线可知，由于抽水水位下降，水位变动带将会给出一定量的水。按水均衡原理，抽水前后包气带内湿度之差，应等于潜水位下降,h,时包气带所给出的水量。,第七章 水文地质参数计算,7.2,给水度的确定方法,h,第七章 水文地质参数计算,7.2,给水度的确定方法,二、给水度的确定方法,5,、根据抽水前后包气带土层天然湿度的变化来确定,值,式中：,Z,i,包气带天然湿度测定分段长度,；,h,抽水产生的潜水面下移深度,；,W,1i,，,W,2i,抽水前后,Z,i,段内的土层天然湿度,；,n,取样数,。,土层的天然湿度，可采取原状土样在实验室测定，或利用中子水分计在钻孔中直接测定土层的含水率。,第七章 水文地质参数计算,7.2,给水度的确定方法,二、给水度的确定方法,6,、根据潜水水位动态观测资料用有限差分法确定,值,如果潜水为单向流动，隔水层水平，含水层均质，可沿流向布置,3,个地下水水位动态观测孔,(,图,7,3),，,然后根据水位动态观测资料，按下式计算,值：,式中：,h,1,t,h,2,t,h,3,t,观测孔,t,时刻水位及含水层厚度；,h,2,t,时段内,2,号孔水位变幅；,垂向流入和流出量之和称综合补给强度；,K,渗透系数,；,x,观测孔间距。,第七章 水文地质参数计算,7.2,给水度的确定方法,第七章 水文地质参数计算,7.2,给水度的确定方法,小结,一、给水度的概念,二、给水度的确定方法（介绍了,6,种）,第七章 水文地质参数计算,7.1,概述,7.2,给水度的确定方法,7.3,影响半径,7.4,渗透系数和导水系数,7.5,储水率和储水系数,7.6,越流系数和越流因素,7.7,降水入渗补给系数,7.8,潜水蒸发强度（自学）,7.9,灌溉入渗补给系数（自学）,第七章 水文地质参数计算,7.3,影响半径,一、利用多孔稳定流抽水试验观测孔的水位下降资料计算,1,、承亚水完整孔,2,、潜水完整孔,二、缺乏观测孔的水位下降资料,影响半径可以采用经验数据，也可选用有关公式计算。,第七章 水文地质参数计算,7.1,概述,7.2,给水度的确定方法,7.3,影响半径,7.4,渗透系数和导水系数,7.5,储水率和储水系数,7.6,越流系数和越流因素,7.7,降水入渗补给系数,7.8,潜水蒸发强度（自学）,7.9,灌溉入渗补给系数（自学）,第七章 水文地质参数计算,7.4,渗透系数和导水系数,一、渗透系数和导水系数的概念,1,、渗透系数,又称水力传导系数，是描述介质渗透能力的重要水文地质参数。渗透系数代表当水力坡度为,1,时，水在介质中的渗流速度，单位是,m/d,或,cm/s,。渗透系数大小与介质的结构（颗粒大小、排列、空隙充填等）和水的物理性质（液体的粘滞性、容重等）有关。,2,、导水系数,即含水层的渗透系数与其厚度的乘积。其理论意义为水力梯度为,1,时，通过含水层的单宽流量，常用单位是,m,2,/d,。导水系数只适用于平面二维流和一维流，而在三维流及剖面二维流中无意义。,第七章 水文地质参数计算,7.4,渗透系数和导水系数,二、渗透系数和导水系数的确定方法,利用抽水试验资料求取含水层的渗透系数及导水系数方法视具体的抽水试验情况而定，下面就各种情况下的计算公式加以简述，其原理及具体计算步骤可参考地下水动力学相关教材。,1.,单孔稳定流抽水试验，抽水孔水位下降资料求渗透系数,（,1,）当,Q,s,（或,h,2,）关系曲线呈直线,1,）承压水完整孔：,第七章 水文地质参数计算,7.4,渗透系数和导水系数,二、渗透系数和导水系数的确定方法,1.,单孔稳定流抽水试验，抽水孔水位下降资料求渗透系数,（,1,）当,Q,s,（或,h,2,）关系曲线呈直线,2,）承压水非完整孔：,当,M,150,r,，,l,/,M,0.1,时，,当过滤器位于含水层的顶部或底部时,第七章 水文地质参数计算,7.4,渗透系数和导水系数,二、渗透系数和导水系数的确定方法,1.,单孔稳定流抽水试验，抽水孔水位下降资料求渗透系数,（,1,）当,Q,s,（或,h,2,）关系曲线呈直线,3,）潜水完整孔：,4,）潜水非完整孔：,当 ,150,r,，,l,/0.1,时，,当过滤器位于含水层的顶部或底部时,，,第七章 水文地质参数计算,7.4,渗透系数和导水系数,二、渗透系数和导水系数的确定方法,1.,单孔稳定流抽水试验，抽水孔水位下降资料求渗透系数,（,2,）当,Q,s,（,或,h,2,）关系曲线呈曲线,采用插值法得出,Q,s,代数多项式，即：,式中,a,1,、,a,2,a,n,待定系数。,a,1,宜按均差表求得，,可相应地将前述公式中的,Q/s,和公式中的 以,1/,a,1,代换，分别进行计算。,（,3,）当 （或 ）,Q,关系曲线呈直线,可采用作图截距法求出,a,1,后，按上述方法计算。,第七章 水文地质参数计算,7.4,渗透系数和导水系数,二、渗透系数和导水系数的确定方法,2,、多孔稳定流抽水试验，观测孔水位下降资料求渗透系数,若观测孔中的值,s,（或,h,2,）在,s,（或,h,2,）,lgr,关系曲线上连成直线，可采用下列公式：,（,1,）承压水完整孔：,（,2,）潜水完整孔：,第七章 水文地质参数计算,7.4,渗透系数和导水系数,二、渗透系数和导水系数的确定方法,3,、在没有补给条件下，多孔非稳定流抽水水位下降资料求渗透系数,多孔非稳定流抽水试验，在没有补给条件下，利用抽水孔或观测孔的水位下降资料计算渗透系数时，可采用下列公式：,（,1,）配线法,1,）承压水完整孔：,第七章 水文地质参数计算,7.4,渗透系数和导水系数,二、渗透系数和导水系数的确定方法,3,、在没有补给条件下，多孔非稳定流抽水水位下降资料求渗透系数,（,1,）配线法,2,）潜水完整孔：,或,（,2,）直线法,当 （或 ）,0.01,时，可采用下列公式：,第七章 水文地质参数计算,7.4,渗透系数和导水系数,二、渗透系数和导水系数的确定方法,3,、在没有补给条件下，多孔非稳定流抽水水位下降资料求渗透系数,（,2,）直线法,1,）承压水完整孔：,2,）潜水完整孔：,利用,s,（,h,2,）,lgt,关系曲线的直线段上任意两点的纵坐标值,第七章 水文地质参数计算,7.4,渗透系数和导水系数,二、渗透系数和导水系数的确定方法,4,、有越流补给条件下多孔非稳定流抽水水位下降资料求渗透系数,多孔非稳定流抽水试验中，在有越流补给（不考虑弱透水层水的释放）条件下，利用,s,lgt,关系曲线上拐点处的斜率计算渗透系数时，可采用下式：,拐点处的斜率，应根据抽水孔或观测孔中的稳定最大下降值的,1/2,确定曲线的拐点位置及拐点处的水位下降值，再通过拐点作切线计算得出。,越流参数，应根据 ，从函数表中查出相应的,r,/,B,，然后确定越流参数,B,。,第七章 水文地质参数计算,7.4,渗透系数和导水系数,二、渗透系数和导水系数的确定方法,5,、利用抽水试验水位恢复资料求渗透系数,（,1,）停止抽水前，若动水位已稳定，,可采用以下公式计算,：,式中的,m,i,值应采用恢复水位的,s,曲线上拐点的斜率。,（,2,）停止抽水前，若动水位没有稳定，,仍呈直线下降时，可采用下列公式计算：,第七章 水文地质参数计算,7.4,渗透系数和导水系数,二、渗透系数和导水系数的确定方法,5,、利用抽水试验水位恢复资料求渗透系数,（,2,）停止抽水前，若动水位没有稳定，,仍呈直线下降时，可采用下列公式计算：,1),承压水完整孔,：,2),潜水完整孔,：,第七章 水文地质参数计算,7.4,渗透系数和导水系数,二、渗透系数和导水系数的确定方法,小结,1,、单孔稳定流抽水试验抽水孔水位下降资料求渗透系数,2,、多孔稳定流抽水试验观测孔水位下降资料求渗透系数,3,、在没有补给条件下多孔非稳定流抽水水位下降资料求渗透系数,4,、有越流补给条件下多孔非稳定流抽水水位下降资料求渗透系数,5,、利用抽水试验水位恢复资料求渗透系数,（详见供水水文地质勘察规范）,第七章 水文地质参数计算,7.4,渗透系数和导水系数,小结,一、渗透系数和导水系数的概念,二、渗透系数和导水系数的确定方法,第七章 水文地质参数计算,7.1,概述,7.2,给水度的确定方法,7.3,影响半径,7.4,渗透系数和导水系数,7.5,储水率和储水系数,7.6,越流系数和越流因素,7.7,降水入渗补给系数,7.8,潜水蒸发强度（自学）,7.9,灌溉入渗补给系数（自学）,第七章 水文地质参数计算,7.5,储水率和储水系数,一、储水率和储水系数的概念,1,、储水率,储水率表示承压含水层水头变化一个单位时，从,单位体积,含水层中，应水体积膨胀（或压缩）以及介质骨架的压缩（或伸长）而释放（或储存）的弹性水量，用,s,表示。,2,、储（释）水系数,储水系数表示承压含水层水头变化一个单位时，从底面积为一个单位、高等于含水层厚度的,柱体中,所释放（或储存）的水量，用,S,表示。,3,、储水率与储水系数,承压含水层的储水系数等于其储水率与含水层厚度之积,，它所释放（或储存）的水量完全是弹性水量，,承压含水层的储水系数也称为弹性储水系数或弹性给水度（,e,）,。,第七章 水文地质参数计算,7.5,储水率和储水系数,二、储水系数确定方法,储水系数确定方法是通过野外非稳定流抽水试验，,用配线法、直线图解法及水位恢复,等方法进行推求，具体步骤详见地下水动力学相关书籍。,标准曲线法（配线法）：,直线图解法：,第七章 水文地质参数计算,7.1,概述,7.2,给水度的确定方法,7.3,影响半径,7.4,渗透系数和导水系数,7.5,储水率和储水系数,7.6,越流系数和越流因素,7.7,降水入渗补给系数,7.8,潜水蒸发强度（自学）,7.9,灌溉入渗补给系数（自学）,第七章 水文地质参数计算,7.6,越流系数和越流因素,一、越流系数和越流因素概念,越流系数和越流因素,是表示越流特性的水文地质参数。越流补给量的大小与弱透水层的,渗透系数,K,及厚度,m,有关,，即,K,愈大，,m,愈小，则越流补给的能力就愈大。,1,、越流系数,越流系数,表示当抽水含水层和供给越流的非抽水含水层之间的水头差为一个单位时，,单位时间内通过两含水层之间弱透水层的单位面积的水量,。,当其它条件相同时，越流系数越大，通过的水量就愈多。,第七章 水文地质参数计算,7.6,越流系数和越流因素,一、越流系数和越流因素概念,2,、,越流因素,B,越流因素,B,或称阻越系数,，,其值为,主含水层的导水系数和弱透水层的越流系数比值的平方根,。可用下式表示：,弱透水层的渗透性愈小，厚度愈大，则越流因素越大，越流量愈小。越流因素和越流系数的测定方法也是野外抽水实验，可参考地下水动力学等相关书籍。,第七章 水文地质参数计算,7.6,越流系数和越流因素,二、确定方法,有越流补给时的非稳定流抽水试验确定越流因素、越流系数及弱透水层的渗透系数，主要原理及方法如下。,越流含水层进行非稳定流抽水试验，可采用类似于泰斯公式求含水层参数的配线法。由下式：,两边分别取对数，得,第七章 水文地质参数计算,7.6,越流系数和越流因素,二、确定方法,在与标准曲线坐标尺度相同的透明双对数坐标纸上，点绘资料曲线,lgs,lgt,，并重叠在标准曲线上，,保持坐标轴平行移动，直至资料曲线与某一条标准曲线重合为止。,此时，记录下该标准曲线的,并读出任意配合点的下列四个数据，即 、,s,、,t,，,第七章 水文地质参数计算,7.6,越流系数和越流因素,二、确定方法,按 及 可以计算出,T,和,，从而储水系数 也可求得。,与此同时，越流因素 ，越流系数 ，,弱透水层的渗透系数 等均可确定。,第七章 水文地质参数计算,7.1,概述,7.2,给水度的确定方法,7.3,影,响半径,7.4,渗透系数和导水系数,7.5,储水率和储水系数,7.6,越流系数和越流因素,7.7,降水入渗补给系数,7.8,潜水蒸发强度（自学）,7.9,灌溉入渗补给系数（自学）,第七章 水文地质参数计算,7.7,降水入渗补给系数,一、基本概念,降水入渗补给系数,是指,降水渗入量与降水总量,的比值，,值的大小取决于地表土层的岩性和土层结构、地形坡度、植被覆盖以及降水量的大小和降水形式等，一般情况下，地表土层的岩性对,值的影响最显著。,降水入渗系数可分为,次降水入渗补给系数、年降水入渗补给系数、多年平均降水入渗补给系数,，它随着时间和空间的变化而变化。,降水入渗系数是一个无量纲系数，其值变化于,0,1,之间。,第七章 水文地质参数计算,7.7,降水入渗补给系数,二、降水入渗补给系数的确定方法,1.,利用地下水位动态资料计算降水入渗补给系数,这种方法适用于,地下水位埋藏深度较小的平原区,。地下径流微弱，地下水从降水获得补给，消耗于,蒸发和开采,。在一次降雨的短时间内，,水平排泄和蒸发消耗,都很小，可以忽略不计。,根据,降水过程前后的地下水位观测资料,计算潜水含水层的一次降水入渗系数，可采用下式近似计算降水入渗补给系数：,第七章 水文地质参数计算,7.7,降水入渗补给系数,二、降水入渗补给系数的确定方法,1.,利用地下水位动态资料计算降水入渗补给系数,式中,次降水入渗系数；,h,max,降水后观测孔中的最大水柱高度（,m,）；,h,降水前观测孔中的水柱高度（,m,）；,h,临近降水前，地下水水位的天然平均降（升）速（,m/d,）；,t,观测孔水柱高度从,h,变到,h,max,的时间（,d,）；,Xt,日内降水总量（,m,）。,这种方法的适用条件是几乎没有水平排泄的潜水。,第七章 水文地质参数计算,7.7,降水入渗补给系数,二、降水入渗补给系数的确定方法,2.,回归分析法确定降水入渗补给系数,根据,降水量和地下水的排泄量,的系列资料，可用逐步回归分析法估算降水,入渗补给量,，从而可以确定降水入渗补给系数。,地下水的排泄量（主要指,水平排泄,，不包括潜水蒸发等垂直排泄）对于降水量存在时间滞后，但只要有地下水排泄量（,河流基流量、矿坑排水量、泉流量,等）的系列资料和降水量的系列资料，用逐步回归分析法求出各时段降水量对于地下水排泄量的贡献，可以大致估算出降水入渗补给量。,第七章 水文地质参数计算,7.7,降水入渗补给系数,二、降水入渗补给系数的确定方法,3.,根据全排型泉水流量计算大气降水入渗补给系数,在某些丘陵和山区，,降水是唯一的补给源，泉水是唯一排泄去路,，泉水的年流量总和近似于该泉域内降水的年入渗补给量。,取泉水年总流量与该泉域内大气降水的总量的比值，即可得到该泉域的大气降水入渗系数（,）。,第七章 水文地质参数计算,7.7,降水入渗补给系数,二、降水入渗补给系数的确定方法,4,、,根据,开采量总和法,计算大气降水入渗补给系数,对于某些封闭型的水文地质单元，当,降水是地下水唯一补给源，而地下水的开采量,(,最大降深的稳定开采量,),又已达到极限,(,其他地下水消耗量可忽略,),时，其年开采总量近似于该封闭型的水文地质单元年入渗补给量。,用年开采总量除以该封闭型的水文地质单元年总降水量，即可得到该封闭型的水文地质单元的大气降水入渗系数（,）。,5,、水文分割法确定降水入渗补给系数（自学）,6,、地中渗透仪法（自学）,第七章 水文地质参数计算,7.7,降水入渗补给系数,二、降水入渗补给系数的确定方法,小结,1,、利用地下水位动态资料计算降水入渗补给系数,2,、回归分析法确定降水入渗补给系数,3,、根据全排型泉水流量计算大气降水入渗补给系数,4,、,根据,开采量总和法,计算大气降水入渗补给系数,5,、水文分割法确定降水入渗补给系数,6,、地中渗透仪法,第七章 水文地质参数计算,7.1,概述,7.2,给水度的确定方法,7.3,影,响半径,7.4,渗透系数和导水系数,7.5,储水率和储水系数,7.6,越流系数和越流因素,7.7,降水入渗补给系数,7.8,潜水蒸发强度（自学）,7.9,灌溉入渗补给系数（自学）,