第七章-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,*,*,*,第七章 水文地质参数计算,水文地质参数是表征含水层水文地质特征的重要参数，其数值大小是含水层各种性能的综合反映，是地下水资源评价的重要基础资料。,水文地质参数的计算，必须在分析勘察区水文地质条件的基础上，合理地选用公式（选用的公式应注明出处）。,主要包括：含水介质的渗透系数和导水系数、承压含水层的释水系数、潜水含水层的重力给水度、弱透水层的越流系数及水动力弥散系数等，,水文参数表征与岩土性质、水文气象等因素有关的参数，如：降雨入渗系数、潜水蒸发强度、灌溉入渗补给系数等。,主要方法有：野外试验、实验室测试及根据地下水动态观测资料采用理论公式求取，或采取数值法反演求参等,7.1渗透系数（K）,渗透系数的大小与介质的结构（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。,表征岩石空隙渗透性的指标是渗透率，它取决于空隙的大小、形状、空隙度等因素。与渗透系数的关系为：,渗透系数,渗透率,液体重率,液体的粘滞系数,由于水的物理性质在常温下变化不大，可以忽略。,利用裘布依公式求渗透系数时的注意事项：,1）含水层的井壁边界条件,2）影响半径,含水层很少能满足该条件。理论上，在抽水后的实际降落漏斗范围内，只有当观测孔与抽水井的距离（r）小于0.178倍的R时，水位降深s与r才属对数关系；当r大于0.178倍后就变为贝塞尔函数关系，而贝塞尔函数斜率小于对数函数，这也就是观测孔越远计算的k值越大的原因。,3）天然水力坡度的影响,利用上游观测孔求得的k值偏小，下游求得的k值偏大，主要是地下水是在天然水力坡度作用下运动的。,4）抽水降深大小的影响,在实际计算中应选择抽水降深较大，同时抽水井周围的三维流或紊流影响较小，且s与r保持对数关系的观测孔资料计算渗透系数。,利用泰斯公式求水文地质参数时应注意：,（1）对于承压完整井抽水，当井内流速达到一定程度（1m/s）时，在井附近会产生三维流区，此时，利用主孔资料或布置在三维流区内的观测孔求解时，将产生三维流影响的水头损失，所以，应对实测降深值进行修正。,（2）由于地下水运动天然水力坡度，在地下水上下游所计算的参数数值差异较大。解决的方法是在形成的降落漏斗范围内布置较多的观测孔，求水文地质参数的平均值。,（3）注意边界条件的影响。,三、利用数值法求水文地质参数,数值法按其求解方法可分为：试估校正法和优化计算法，一般多采用试估校正法。,这种方法利用水文地质工作者对水文地质条件的认识，给出参数初值及其变化范围，用正演计算求解水头函数，将计算结果和实测值进行拟合比较，通过不断调整水文地质参数和反复多次的正演计算，使计算曲线和实测曲线符合拟合要求，此时的水文地质参数即为所求。,然而，求参结果的可靠性和花费时间的多少，除了取决于原始资料精度外，还取决于调参者的经验和技巧。,地下水动态拟合曲线图,地下水动态拟合曲线图,7.2给水度,给水度是表征潜水含水层给水能力或储水能力的一个指标，给水度和饱水带的岩性有关，随排水时间、潜水埋深、水位变化幅度及水质的变化而变化。,给水度的确定方法,确定的方法有非稳定流抽水试验、实验室法、野外现场试验法、根据潜水位动态观测资料用有限差分法确定、经验数值法等。,给水度强弱相对比较（分选性较好时，典型推荐值）,砾石0.12 粗砂 0.1 中砂 0.08 细砂 0.06 亚粘土 0.01 粘土0.002,岩,性,给水度,岩,性,给水度,粘,土,0.02,0.035,细,砂,0.08,0.11,亚粘土,0.03,0.045,中细砂,0.085,0.12,亚砂土,0.035,0.06,中,砂,0.09,0.13,黄土状亚粘土,0.02,0.05,中粗砂,0.10,0.15,黄土状亚砂土,0.03,0.06,粗,砂,0.11,0.15,粉,砂,0.06,0.08,粘土胶结的砂岩,0.02,0.03,粉细砂,0.07,0.010,裂隙灰岩,0.008,0.10,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：,（6-5）,式中,抽水井的流量（m3/d）,t,抽水开始以后的时间（d）,V,降落漏斗的体积（,m3,）,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,。,7.3降水渗入系数,的确定,（一）基本概念,降水渗入系数,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雨形式等，一般情况下地表土层的岩性对值的影响最显著。,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。,岩性,P,年,（,mm,）,粘土,亚粘土,亚砂土,粉细砂,砂卵砾石,50,0,0.02,0.01,0.05,0.02,0.07,0.05,0.11,0.08,0.12,100,0.01,0.03,0.02,0.06,0.04,0.09,0.07,0.13,0.10,0.15,200,0.03,0.05,0.04,0.10,0.07,0.13,0.10,0.17,0.15,0.21,400,0.05,0.11,0.08,0.15,0.12,0.20,0.15,0.23,0.22,0.30,600,0.08,0.14,0.11,0.20,0.15,0.24,0.20,0.29,0.26,0.36,800,0.09,0.15,0.13,0.23,0.17,0.26,0.22,0.31,0.28,0.38,1000,0.08,0.15,0.14,0.23,0.18,0.26,0.22,0.31,0.28,0.38,1200,0.07,0.14,0.13,0.21,0.17,0.25,0.21,0.29,0.27,0.37,1500,0.06,0.12,0.11,0.18,0.15,0.22,1800,0.05,0.10,0.09,0.15,0.13,0.19,不同岩性和降水量的平均年降水入渗补给系数值,注 东北黄土与表中亚粘土相近，陕北黄土含有裂隙，其与表中亚砂土相近（引自水利电力部水文局中国地下水资源）。,（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。我国北方平原区地形平缓，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：,式中 一次降水入渗系数；,降水后观测孔中的最大水柱高度（m）；,降水前观测孔中的水柱高度（m）；,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 变到 的时间（d）；,Xt,日内降水总量（m）。,注：这种方法的适用条件是几乎没有水平排泄的潜水。在水力坡度大、地下径流强烈的地区，降水入渗补给量不完全反映在潜水面的上升中，而有一部分水从水平方向排泄掉了，则会导致计算的降水入渗系数值偏小。如果是承压水，水位的上升不是由于当地水量的增加，而是由于压力的变化。以上情况本方法不适用。,径流条件强地区,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，用地下水的排泄量来代表同期的降水入渗补给量是错误的。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。,以当月的降水量和前几个月的降水量为自变量，共有n+1个自变量 。自变量可适当取多一些。地下水排泄量为因变量y。根据引入变量的数目和样本的大小，算出自由度f,1,和f,2,。给定显著水平,，查表得到临界的F检验值F,，然后进行逐步回归计算。如果算得的F值大于F,，则认为这一自变量的影响是重要的，引入回归方程。否则予以剔除。最后得到的方程只包含对因变量y影响显著的 个自变量 即对地下水排泄量影响不大的月份的降水量不引入回归方程。最后得到的回归方程如下：,式中 对地下水排泄量有显著影响的个月的降水量；,回归系数,考虑到入渗的机制，只有当降水量大于临界降水量后，才能产生入渗。可对作为自变量的降水量减去某一常数后，再进行回归计算。如再考虑到雨型的影响，可对七、八月份等有暴雨月份的自变量再乘以某一系数。,7.4,潜水蒸发系数,潜水蒸发是指潜水在土壤水势作用下运移至包气带并蒸发成为水汽的现象。在潜水埋深较小的地区，潜水蒸发是潜水的主要排泄途径，直接影响到潜水位的消退。单位时间的潜水蒸发量成为潜水蒸发强度，潜水蒸发强度的变化既受潜水埋深的制约，又受气象、土壤、植被等因素的影响。,（一）潜水蒸发强度确定,1.经验公式法,我国水利电利部水文局1982年11月编制的地下水资源调查和评价工作技术细则推荐下列三个经验公式计算潜水蒸发强度。,（1）阿维里扬诺夫公式（1965年）：,式中 时段内日平均水面蒸发量（mm/d）；,时段内地下水平均埋深（m）；,潜水停止蒸发时的地下水埋深，又称潜水蒸发极限埋深（m）；,n与包气带土质、气候有关的指数，一般取13。,（2）沈立昌双曲线型公式（1979年）：,式中 标志土质、植被、水文地质条件及其它因素的综合指数；,a，b,指数（无因次）；,（3）叶水庭指数型公式（1977年）：,式中 衰减指数；,其它符号意义同前。,值的确定：,潜水蒸发极限埋深一方面与土质有关，其次也与作物等因素有关。例如，根据安徽省水利科学研究院五道沟试验场资料，在无作物的条件下，亚粘土的潜水蒸发极限埋深2.32.5m，亚砂土为4.0m；在有作物条件下，亚粘土的潜水蒸发极限埋深3.23.5m，亚砂土为5m左右。,2.地中渗透仪法,地中渗透仪是测定潜水蒸发、降水入渗、凝结水量的装置。,地中渗透仪示意图,潜水蒸发系数C,泰森多边形法,6,7.5灌溉入渗补给系数,当引外水灌溉时，灌溉水经过渠系引入田间，灌溉水入渗补给地下水称为灌溉入渗补给，分为渠系的渗漏补给（条带状下渗）与田间灌溉入渗补给（面状下渗）两类。,有的地区利用当地的水源（如抽取地下水）进行灌溉，灌溉水入渗后，地下水得到的补给应称之为灌溉回渗，它是当地水资源的重复量，不能作为地下水补给量。所以，灌溉入渗补给与灌溉回归应区别开来。,渠系渗漏系数,m,、田间灌溉入渗补给系数以及井灌回归系数的计算方法如下。,（一）渠系渗漏补给系数的确定方法,渠系渗漏补给系数,m,为渠系渗漏补给地下水的水量与渠首引水量的比值，即：,令：,则：,为简化起见，对 乘以折减系数，以代替右端应减去 ，写成如下形式：,式中 Q,引,渠首引水量，可用实测的水文资料和调查资料；,Q,净,经由渠系输送到田间的净灌水量；,Q,损,渠系输水过程中的损失水量，包括水面蒸发损失、湿润渠底、两侧土层的水量损失及退水填底损失等总和；,渠系有效利用系数；,修正系数，反应渠道在输水过程中消耗于湿润土层、浸润带蒸发损失水量的参数,。,分区,衬砌情况,渠床下岩性,地下水埋深,（,m,）,渠系有效利用系数,修正系数,渠系渗漏补给系数,长江以南地区和内陆河流域灌溉农业区,未衬砌,亚粘土亚砂土,0.3,0.6,0.55,0.9,0.22,0.6,部分衬砌,亚粘土亚砂土,4,0.4,0.7,0.30,0.80,0.18,0.45,衬砌,亚粘土亚砂土,4,0.4,0.8,0.35,0.80,0.16,0.45,北方半干旱半湿润区,未衬砌,亚粘土,4,0.55,0.32,0.144,亚砂土,0.4,0.5,0.37,0.50,0.18,0.3,亚粘土亚砂土,0.4,0.55,0.32,0.14,0.3,部分衬砌,亚粘土,4,0.55,0.70,0.30,0.09,0.135,亚砂土,4,0.52,0.73,0.35,0.10,0.17,衬砌,亚粘土亚砂土,4,0.55,0.73,0.32,0.40,0.09,0.17,亚粘土,4,0.65,0.88,0.32,0.04,0.112,亚砂土,0.57,0.73,0.37,0.10,0.6,渠系渗漏补给系数值表,*引自水利电力部水文局，中国地下水资源,（二）灌溉入渗补给系数的确定方法,灌溉入渗补给系数是指某一时段田间灌溉入渗补给量与灌溉水量的比值，即,式中 灌溉入渗补给系数；,灌溉入渗补给量（mm）；,灌溉水量（mm）。,灌溉入渗补给系数可采用试验方法加以测定。试验时，选取面积为F的田地，在田地上布设专用观测井。测定灌水前的潜水位，然后让灌溉水均匀地灌入田间，测定灌水流量，并观测潜水位变化（包括区外水位）。经过时段后，测得试验区地下水位平均升幅，用下列公式计算：,式中 给水度；,计算时段（s）；,计算时段内试验区地下水位平均升幅（m）；,计算时段内流入试验区的灌水流量（m3/s）；,试验区面积（m2）。,灌溉入渗补给系数主要的影响因素是岩性、地下水位埋深和灌溉定额,地下水埋深,灌水定额,（,m,3,/,亩）,岩性,亚粘土,亚砂土,粉细砂,黄土,黄土状亚粘土,100,0.15,0.27,0.20,0.35,0.30,0.40,0.20,0.30,4m,8m,40,70,0.08,0.14,0.12,0.18,70,100,0.10,0.22,0.15,0.25,0.20,0.30,0.15,0.20,0.15,0.20,100,0.10,0.25,0.15,0.30,0.25,0.35,0.20,0.25,0.20,0.25,8m,40,70,0.05,0.06,0.05,0.10,70,100,0.05,0.15,0.06,0.15,0.05,0.20,0.06,0.10,0.05,0.13,100,0.05,0.18,0.06,0.20,0.10,0.25,0.06,0.13,0.05,0.15,田间灌溉入渗补给系数 值表,*1.引自水利电力部水文局，中国地下水资源。,2.表中井灌回归补给系数 取用表中相应栏的下限值 。,（三）井灌回归系数的确定方法,在抽取当地地下水灌溉的井灌区，灌溉水的一部分下渗返回补给地下水，这种现象称为地下水灌溉回归。,井灌回归系数 是指灌溉水回归量与灌水量的比值，其测定方法与灌溉入渗补给系数相同。值得注意的是，试验时地下水处于开采过程中，则地下水位变幅中包括开采造成的变幅值，应予以考虑。井灌回归系数一般取值范围0.10.3。,7.6贮水率和贮水系数,贮水率和贮水系数是含水层中的重要水文地质参数，它们表明含水层中弹性贮存水量的变化和承压水头（潜水含水层中为潜水水头）相应变化之间的关系。,贮水率表示当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（或贮存）的弹性水量，用 表示，它是描述地下水三维非稳定流或剖面二维流中的水文地质参数。,贮水系数表示当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（或贮存）的水量，用S表示。潜水层水层的贮水系数等于贮水率与含水层的厚度之积再加上给水度，潜水贮水系数所释放（贮存）的水量包括两部分，一部分是含水层由于压力变化所释放（贮存）的弹性水量，二是水头变化一个单位时所疏干（贮存）含水层的重力水量，这一部分水量正好等于含水层的给水度，由于潜水含水层的弹性变形很小，近似可用给水度代替贮水系数。承压含水层的贮水系数等于其贮水率与含水层厚度之积，它所释放（或贮存）的水量完全是弹性水量，承压含水层的贮水系数也称为弹性贮水系数。,贮水系数是没有量纲的参数，其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。,7.7越流系数和越流因素,表示越流特性的水文地质参数是越流系数和越流因素。越流补给量的大小与弱透水层的渗透系数及厚度有关，即愈大愈小，则越流补给的能力就愈大。当地下水的主要开采含水层底顶板均为弱透水层时，开采层和相邻的其他含水层有水力联系时，越流是开采层地下水的重要补给来源。,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。显然，当其它条件相同时，越流系数越大，通过的水量就愈多。,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的倒数的乘积的平方根。可用下式表示,式中 T 抽水含水层的导水系数（m2/d）；,弱透水层的厚度（m）；,弱透水层的渗透系数（m/d）,B越流因素（m）。,配线法的步骤：,（1）在双对数坐标纸上绘制 的标准曲线；,（2）在另一张模数相同的透明双对数纸上绘制实测 的 曲线；,（3）将实测曲线置于标准曲线上，在保持对应坐标轴彼此平行的条件下相对平移，直至两曲线重合为止；,（4）任取一匹配点，记录匹配点的对应坐标值：W（u）、1/u、s和 ，代入泰斯公式分别计算出有关参数。,直线法计算步骤：,（1）根据观测井资料在半对数格纸上作s-t曲线（t取对数尺度）；,（2）将s-t图线的直线部分延长，交纵坐标的s,0,，交横坐标的t,0,；,（3）求直线的斜率m，由于 ，所以一个对数周期相应的降深 就是斜率；,（4）用,（承压水非完整井）,公式计算参数。,