第三章水文地质参数计算.pptx

第三章水文地质参数计算1、渗透系数渗透系数当当水水力力坡坡度度为为1时时,从从单单位位面面积积含含水水层层通通过过得得流流量量。常常用用m/d表表示示。渗渗透透系系数数得得大大小小主主要要取取决决于于含含水水层层中相连通得空隙得尺度。中相连通得空隙得尺度。2、释释(储储)水系数水系数分为给水度和弹性释水系数。分为给水度和弹性释水系数。给给水水度度就就是是指指潜潜水水含含水水层层被被疏疏干干时时,所所释释出出得得水水体体积与该含水层体积之比。积与该含水层体积之比。弹弹性性释释水水系系数数:承承压压含含水水层层降降低低单单位位水水头头时时,从从一一单单位位面面积积含含水水层层柱柱体体中中所所释释出出得得水水体体积积与与该该柱柱体体得得体积之比。体积之比。二、常用得水文地质参数确定方法二、常用得水文地质参数确定方法水水文文地地质质参参数数得得确确定定,在在地地下下水水勘勘察察、开开发发利利用用得得不不同同阶阶段段,可可以采用不同得方法。以采用不同得方法。1、采用野外抽水试验来测定水文地质参数采用野外抽水试验来测定水文地质参数在在勘勘探探阶阶段段或或地地下下水水开开发发利利用用得得初初期期,通通常常采采用用野野外外抽抽水水试试验验来来测测定定水水文文地地质质参参数数。但但由由于于抽抽水水试试验验得得数数量量有有限限,往往往往不不能能代表大面积含水层得情况。代表大面积含水层得情况。2 2、利用地下水得开采资料和动态观测资料确定水文地质参数利用地下水得开采资料和动态观测资料确定水文地质参数在在地地下下水水已已开开发发利利用用,且且有有较较长长期期得得地地下下水水动动态态观观测测资资料料得得情情况况下下,常常利利用用地地下下水水得得开开采采资资料料和和动动态态观观测测资资料料确确定定水水文文地地质质参参数数。用用这这种种方方法法确确定定得得水水文文地地质质参参数数代代表表性性强强,往往往往比比较较符合实际。符合实际。3、室内试验得方法确定水文地质参数室内试验得方法确定水文地质参数在在特特定定条条件件下下也也可可以以采采用用室室内内试试验验得得方方法法确确定定某某些些水文地质参数水文地质参数,但一般与实际情况相差较大。但一般与实际情况相差较大。4、采用模拟得方法确定水文地质参数采用模拟得方法确定水文地质参数利利用用模模型型采采用用模模拟拟得得方方法法来来确确定定复复杂杂条条件件下下得得水水文文地地质质参参数数。如如利利用用数数学学模模型型采采用用数数值值模模拟拟得得方方法法和和电网络模拟法等。电网络模拟法等。5、经验数值法经验数值法332 2 利用抽水试验资料确定水文地质参数利用抽水试验资料确定水文地质参数包包括括利利用用稳稳定定流流抽抽水水试试验验资资料料确确定定水水文文地地质质参参数数和和利利用用非非稳稳定定流流抽抽水水试试验验资资料料确确定定水水文文地地质质参参数数两两种种方法。方法。一、利用稳定流抽水试验资料确定水文地质参数一、利用稳定流抽水试验资料确定水文地质参数(一一)利用裘布依公式确定利用裘布依公式确定K1、承压完整井承压完整井如果有观测孔时如果有观测孔时,可用蒂姆公式计算。可用蒂姆公式计算。有两个观测孔时有两个观测孔时:有一个观测孔时有一个观测孔时:注意注意:尽量用蒂姆公式计算。尽量用蒂姆公式计算。2、潜水完整井潜水完整井如果有观测孔时如果有观测孔时,可用蒂姆公式计算。可用蒂姆公式计算。有两个观测孔时有两个观测孔时:有一个观测孔时有一个观测孔时:3、计算参数时应注意得问题计算参数时应注意得问题(1)消除水跃值影响消除水跃值影响在在利利用用稳稳定定流流抽抽水水试试验验资资料料确确定定渗渗透透系系数数时时,需需要要消消除除水水跃跃值得影响值得影响,否则计算得否则计算得K值一般偏小。值一般偏小。(2)选择高质量得试验井选择高质量得试验井试试验验井井得得滤滤水水结结构构设设计计不不合合理理,施施工工质质量量不不高高,如如填填砾砾不不合合规规格格、洗洗井井不不彻彻底底等等,势势必必影影响响井井得得出出水水量量或或产产生生过过大大得得水水跃跃值值,使计算出得使计算出得K值偏小。值偏小。(3)避免混合流得影响避免混合流得影响抽抽水水试试验验中中,应应适适当当控控制制抽抽水水降降深深,以以免免因因流流速速过过大大而而出出现现混混合流。合流。9大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流观测孔布置示意图观测孔布置示意图(二二)有越流补给时渗透系数有越流补给时渗透系数K K、越流系数、越流系数K Ke e得确定得确定确定方法有配线法和直线图解法。确定方法有配线法和直线图解法。1、配线法配线法基本原理基本原理在在承承压压含含水水层层有有越越流流补补给给得得抽抽水水试试验验中中,当当越越流流补补给给量量等等于于抽抽水水量量时时,或或当当抽抽水水时时间间持持续续很很长长时时,地地下下水水位位下下降降漏漏斗斗达达到到稳稳定定,就就可可按按越越流流补补给给状状况况下下得得稳稳定定流流计计算算。其降深其降深s得计算公式为得计算公式为:因为:对二式两边取对数,得:式中,和 就是常数。曲线 与曲线 相似,只就是坐标平移了 只要能找到坐标平移得距离,即可求得T和B。求参步骤求参步骤a、在双对数纸上在双对数纸上,绘制绘制 曲线曲线,见下图见下图;b、在另一张模数相同得透明双对数坐标纸上在另一张模数相同得透明双对数坐标纸上,据观测据观测孔水位降深孔水位降深,绘制绘制sr曲线曲线;c、将将实实际际资资料料曲曲线线叠叠置置在在标标准准曲曲线线上上,在在保保证证对对应应坐坐标平行得条件下标平行得条件下,移动坐标纸移动坐标纸,直至两曲线重合为止。直至两曲线重合为止。d d、重重合合好好后后,在在图图上上任任取取一一点点作作为为匹匹配配点点,读读出出该该点点得坐标得坐标s,r,代入下列各式中求参数。代入下列各式中求参数。2 2、直线图解法直线图解法有越流时得近似计算公式为有越流时得近似计算公式为:公式表明公式表明s与与lgr就是线性关系。就是线性关系。将将实实测测得得s取取普普通通坐坐标标,r取取对对数数坐坐标标,作作图图为为直直线线,其斜率为其斜率为:将将该该直直线线延延长长交交于于r轴,可可读读出出s=0时时得得r值值,设设为为r r0 0,则有则有:即:所以:二、利用非稳定流抽水试验资料确定水文地质参数二、利用非稳定流抽水试验资料确定水文地质参数求解得方法有配线法、直线图解法和水位恢复法。求解得方法有配线法、直线图解法和水位恢复法。(一一)承压含水层承压含水层1 1、配线法配线法 包包括括降降深深时时间间距距离离配配线线法法、降降深深时时间间配配线线法法和和降降深深距离配线法三种方法。距离配线法三种方法。降深降深时间距离配线法时间距离配线法基本原理基本原理Theis公式为公式为:对上式两边取对数对上式两边取对数,得得:对于同一次定流量抽水右边第二项均为常数对于同一次定流量抽水右边第二项均为常数,在双对数坐标系在双对数坐标系内内,st/r2曲线和曲线和W(u)1/u标准曲线在形状上就是相同得标准曲线在形状上就是相同得,只只就是纵坐标平移了就是纵坐标平移了 ,横坐标平移了横坐标平移了 。将将二二曲曲线线重重合合,任任选选一一匹匹配配点点,记记下下对对应应得得坐坐标标值值,代代入入Theis公式可求。公式可求。具体具体步骤步骤在双对数坐标纸上绘制在双对数坐标纸上绘制W(u)1/u标准曲线。标准曲线。在在另另一一张张模模数数相相同同得得透透明明双双对对数数纸纸上上绘绘制制实实测测得得st/r2曲曲线。线。将将实实际际曲曲线线置置于于标标准准曲曲线线上上,在在保保持持对对应应坐坐标标轴轴彼彼此此平平行行得得条件下相对平移条件下相对平移,直至两曲线重合为止。直至两曲线重合为止。任任取取一一配配点点(在在曲曲线线上上或或曲曲线线外外均均可可),记记下下匹匹配配点点得得对对应应坐坐标标:W(u)、1/u、s、t/r2,代代入入下下式式求求参参数数:降深降深时间配线法时间配线法在双对数坐标纸上绘制在双对数坐标纸上绘制W(u)1/u标准曲线。标准曲线。在在另另一一张张模模数数相相同同得得透透明明双双对对数数纸纸上上绘绘制制实实测测得得st曲线。曲线。将将实实际际曲曲线线置置于于标标准准曲曲线线上上,在在保保持持对对应应坐坐标标轴轴彼彼此平行得条件下相对平移此平行得条件下相对平移,直至两曲线重合为止。直至两曲线重合为止。任任取取一一配配点点(在在曲曲线线上上或或曲曲线线外外均均可可),记记下下匹匹配配点点得对应坐标得对应坐标:W(u)、1/u、s、t,代入下式求参数代入下式求参数:配线法得优点配线法得优点:可以充分利用抽水试验获得得全部观测资料可以充分利用抽水试验获得得全部观测资料,避避免了个别资料得偶然误差免了个别资料得偶然误差,提高计算精度。提高计算精度。配线法得缺点配线法得缺点:(1)抽水初期实际曲线常与标准曲线不符抽水初期实际曲线常与标准曲线不符;(2)当抽水后期曲线比较平缓时当抽水后期曲线比较平缓时,同标准曲线不容同标准曲线不容易拟合准确易拟合准确,常带有人为误差。常带有人为误差。因此拟合时尽可能用中部弯曲得线段。因此拟合时尽可能用中部弯曲得线段。2 2、JacobJacob直线图解法直线图解法(1)slgt/r2直线图解法直线图解法当当u足够小时足够小时,可用可用Jacob式计算式计算可变形为可变形为:显显然然,s与与lgt/r2就就是是线线性性关关系系。在在单单对对数数纸纸上上以以t/r2为横坐标为横坐标,以以s为纵坐标为纵坐标,slgt/r2为一直线为一直线,如下图。如下图。直线得斜率为直线得斜率为i,则则:得得:(2)slgt/r(2)slgt/r2 2直线图解法直线图解法当当S=0,有有:可得可得:将截距将截距(t/r2)代入上面式子代入上面式子,得得:(3)slgt(3)slgt直线图解法直线图解法前式还可变为前式还可变为:直线得斜率为直线得斜率为 ,可得可得:当当S=0时时,得截距得截距(t)代入上面式子代入上面式子,得得:直线图解法得优点直线图解法得优点:既既可可以以避避免免配配线线法法得得随随意意性性,又又能能充充分分利利用用抽抽水水后后期期得所有资料。得所有资料。注意注意:JacobJacob公式得条件就是公式得条件就是u u0 0、0101。因为因为 ,所以要求所以要求r小小,t大。大。选选资资料料时时,要要选选距距抽抽水水井井近近,且且抽抽水水时时间间长长得得观观测测孔孔资资料料,画画直直线线时时以以抽抽水水中中、后后期期得得数数据据为为主主。否否则则,抽抽水水时时间间短短,直直线线斜斜率率小小,截截距距值值小小,所所得得得得T值值偏偏大大,而而*值偏小。值偏小。3 3、水位恢复法水位恢复法抽水试验曲线如下图。抽水试验曲线如下图。剩余降深剩余降深s 原始水位与停抽后某时刻水位之差。原始水位与停抽后某时刻水位之差。抽抽水水井井停停抽抽以以前前(tp时时刻刻),抽抽水水井井以以流流量量Q抽抽水水;停停抽抽后后,处理为以流量处理为以流量Q继续抽水和以流量继续抽水和以流量Q注水得叠加。注水得叠加。当当ttp,时时,观测观测孔得剩余降深为孔得剩余降深为:式中式中:t=t-tp剩余降深剩余降深s*与与lgt/t呈线性关系呈线性关系,斜率为斜率为:将将sp、tp 和求得得和求得得T代入下式代入下式:可得可得:(二二)潜水含水层潜水含水层 1、配线法配线法 据表据表绘制制标准曲准曲线,如下如下图,曲曲线分分A A组和和B B组组,作法作法同前。同前。据据实实测测资资料料,在在模模数数相相同同得得双双对对数数透透明明纸纸上上绘绘s st t曲曲线。线。把把曲曲线得得后后半半部部分分重重叠叠在在B B组曲曲线上上,保保持持对应坐坐标平平行行,使使s st t曲曲线和和B B组曲曲线中中得得某某一一曲曲线最最大大地地重重合合,记下下该曲曲线线得得值值,任任选选一一匹匹配配点点,读读出出相相应应得得坐坐标标s s、t t、s sd d和和t ty y,代入下式求参数代入下式求参数T T和和。在在A A组组曲曲线线中中选选值值相相同同得得那那条条线线,将将s st t曲曲线得得前前半半部部分分重重叠叠在在其其上上,使使其其最最大大程程度度拟拟合合,任任选选匹匹配配点点,读读出出相相应应得得坐坐标标和和s s、t t、s sd d和和t ts s,代代入入下下式式求求参参数数T T和和*。2 2、直线图解法直线图解法 将将实测得得数数据据点点在在单对数数纸上上,s s为普普通通坐坐标,t t为对数坐数坐标;后后期期得得曲曲线应为一一直直线,得得直直线斜斜率率i iL,代代入入下下式式求求T T。延延长长此此直直线线,与与t t轴轴交交一一点点,读读取取时时间间坐坐标标t tL,代代入入下下式式求求。(三三)有越流补给时水文地质参数得确定有越流补给时水文地质参数得确定 1、配线法配线法 井流计算公式为井流计算公式为:两边取对数两边取对数,得得:由由此此可可看看出出,lgslgt曲曲线线同同lgw(u,r/B)lg1/u曲曲线线得得形形状状相相同同,只只就就是是横横、纵纵坐坐标标平平移移了了,可可用用配配线线法法求参。求参。具体步骤具体步骤:在双对数坐标纸上绘制在双对数坐标纸上绘制W(u,r/B)(1/u)标准曲线标准曲线;在在另另一一张张模模数数相相同同得得透透明明双双对对数数纸纸上上,点点绘绘st实实测测数数据据曲曲线线;在在保保持持对对应应坐坐标标轴轴彼彼此此平平行行得得前前提提下下,相相对对移移动动两两坐坐标标纸纸,在在标准曲线中找最优重合曲线标准曲线中找最优重合曲线;两两 曲曲 线线 重重 合合 后后,任任 选选 一一 配配 点点,记记 下下 对对 应应 得得 四四 个个 坐坐 标标 值值W(u,r/B)、1/u、s、t,代入下式求得代入下式求得:从曲线上读得从曲线上读得r/B,可求得可求得B和和(K/M)值。值。333 3 利用地下水动态资料确定利用地下水动态资料确定 水文地质参数水文地质参数利利用用地地下下水水动动态态长长期期观观测测资资料料来来确确定定水水文文地地质质参参数数就就是是一一种种比比较较经经济济得得方方法法,并并且且确确定定参参数数得得范范围围比比前前者者更更为为广广泛泛,可可以以求求出出一一些些用用抽抽水水试试验验不不能能求求得得得得一一些参数。些参数。本本节节主主要要介介绍绍给给水水度度、降降水水入入渗渗系系数数和和潜潜水水蒸蒸发发系系数得确定方法。数得确定方法。一、确定给水度一、确定给水度()根据水均衡原理根据水均衡原理,可利用达西线性渗透定律求取。可利用达西线性渗透定律求取。利利用用冬冬季季或或较较长长时时间间干干旱旱季季节节得得地地下下水水动动态态观观测测资资料计算料计算,如图所示如图所示,阴影部分为计算区域阴影部分为计算区域(即均衡域即均衡域)。有有1、2、3三三个个观观测测孔孔,无无降降雨雨、无无潜潜水水蒸蒸发发、人人工工开开采采等等垂垂向向交交换换水水量量,地地下下水水仅仅以以地地下下径径流流得得方方式式向向下下游游运运动动。为为便便于于研研究究,取取单单位位宽宽度度含含水水层层,根根据据达达西线性渗透定律西线性渗透定律,则有则有:根据给水度得含义根据给水度得含义,均衡域内水量变化量为均衡域内水量变化量为:由水均衡原理由水均衡原理,可得可得:则则:如渗透系数为已知如渗透系数为已知,则式中仅给水度为未知量则式中仅给水度为未知量,可求。可求。如如含含水水层层底底板板为为水水平平时时,则则含含水水层层厚厚度度(h)(h)同同水水位位(H)(H)数值相等数值相等,公式可简化为公式可简化为:二、降水入渗系数二、降水入渗系数降降水水就就是是自自然然界界水水分分循循环环中中最最活活跃跃得得因因子子之之一一,就就是是地下水资源形成得重要组成部分。地下水资源形成得重要组成部分。地地下下水水可可恢恢复复资资源源得得多多寡寡就就是是与与降降水水入入渗渗补补给给量量密密切切相相关关得得。但但就就是是,降降落落到到地地面面得得水水分分不不能能直直接接到到达达潜潜水水面面,因因为为在在地地面面和和潜潜水水面面中中间间隔隔着着一一个个包包气气带带,入入渗渗得水必须在包气带中向下运移才能到达潜水面。得水必须在包气带中向下运移才能到达潜水面。(一一)降水入渗系数得概念降水入渗系数得概念降降水水入入渗渗系系数数就就是是指指降降水水渗渗入入量量与与降降水水总总量量得得比比值值,一般用一般用a a表示。表示。a a值值得得大大小小取取决决于于地地表表土土层层得得岩岩性性和和土土层层结结构构、地地形形坡坡度度、植植被被覆覆盖盖以以及及降降水水量量得得大大小小和和降降水水形形式等。式等。一般情况下一般情况下,地表土层得岩性对地表土层得岩性对a a值得影响最显著。值得影响最显著。降降水水入入渗渗系系数数可可分分为为次次降降水水入入渗渗系系数数、年年降降水水入入渗渗系系数数、多多年年平平均均降降水水入入渗渗系系数数,她她随随着着时时间间和和空间得变化而变化。空间得变化而变化。降降水水入入渗渗系系数数就就是是一一个个无无量量纲纲系系数数,其其值值变变化化于于01之间。之间。不同岩性和降水量得平均年降水入渗系数不同岩性和降水量得平均年降水入渗系数 岩性岩性P(mm/a)粘土粘土亚亚粘土粘土亚亚砂土砂土粉粉细细砂砂砂卵砂卵砾砾石石5000、020、010、050、020、070、050、110、080、121000、010、030、020、060、040、090、070、130、100、152000、030、050、040、100、070、130、100、170、150、214000、050、110、080、150、120、200、150、230、220、306000、080、140、110、200、150、240、200、290、260、368000、090、150、130、230、170、260、220、310、280、3810000、080、150、140、230、180、260、220、310、280、3812000、070、140、130、210、170、250、210、290、270、3715000、060、120、110、180、150、2218000、050、100、090、150、130、19(二二)降水入渗补给系数得确定方法降水入渗补给系数得确定方法1 1、利用地下水位动态资料计算降水入渗系数利用地下水位动态资料计算降水入渗系数这种方法适用于地下水位埋藏深度较小得平原区。这种方法适用于地下水位埋藏深度较小得平原区。我国北方平原区地形平缓我国北方平原区地形平缓,地下径流微弱地下径流微弱,地下水从降水获得地下水从降水获得补给补给,消耗于蒸发和开采。消耗于蒸发和开采。在一次降雨得短时间内在一次降雨得短时间内,水平排泄和蒸发消耗都很小水平排泄和蒸发消耗都很小,可以忽可以忽略不计。略不计。根据降水过程前后得地下水位观测资料计算潜水含水层得一根据降水过程前后得地下水位观测资料计算潜水含水层得一次降水入渗系数次降水入渗系数,可采用下式近似计算降水入渗系数可采用下式近似计算降水入渗系数:注注意意:这这种种方方法法得得适适用用条条件件就就是是几几乎乎没没有有水水平平排排泄泄得得潜潜水水。在在水水力力坡坡度度大大、地地下下径径流流强强烈烈得得地地区区,降降水水入入渗渗补补给给量量不不完完全全反反映映在在潜潜水水面面得得上上升升中中,而而有有一一部部分分水水从从水水平平方方向向排排泄泄掉掉了了,则则会会导导致致计计算算得得降降水水入入渗渗系系数值偏小。数值偏小。2、直线斜率法直线斜率法根据水均衡原理根据水均衡原理,有有:式式中中:X为为降降水水量量,Y为为年年总总径径流流深深,Z为为年年蒸蒸发发量。量。则则hX为为直直线线关关系系,a a为为斜斜率率。利利用用降降水水和和年年径径流流深深资料可以求解。资料可以求解。三、潜水蒸发系数三、潜水蒸发系数潜潜水水蒸蒸发发就就是是指指潜潜水水在在土土壤壤水水势势作作用用下下运运移移至至包包气气带带并并蒸蒸发发成为水汽得现象。成为水汽得现象。在在潜潜水水埋埋深深较较小小得得地地区区,潜潜水水蒸蒸发发就就是是潜潜水水得得主主要要排排泄泄途途径径,直接影响到潜水位得消退。直接影响到潜水位得消退。单单位位时时间间得得潜潜水水蒸蒸发发量量称称为为潜潜水水蒸蒸发发强强度度,潜潜水水蒸蒸发发强强度度得得变变化既受潜水埋深得制约化既受潜水埋深得制约,又受气象、土壤、植被等因素得影响。又受气象、土壤、植被等因素得影响。(一一)潜水蒸发强度得确定潜水蒸发强度得确定一般采用阿维里扬诺夫公式一般采用阿维里扬诺夫公式(1965年年)计算计算,公式为公式为:公式中各指标得确定方法如下公式中各指标得确定方法如下:值得确定值得确定 以以一一定定时时段段(如如十十日日、五五日日等等)为为单单位位,从从实实测测资资料料中中摘摘出出响响应应得得 和和 ,绘绘制制关关系系曲曲线线,使使曲曲线线尾尾端端顺顺势延长势延长,与与 轴相交轴相交,可以近似地得到可以近似地得到 值。值。