水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算.ppt

《水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算.ppt（63頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

第六章水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算 吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院地下水科學(xué)與工程系梁秀娟水工樓207 水文地質(zhì)參數(shù)是表征含水介質(zhì)水文地質(zhì)性能的數(shù)量指標(biāo) 是地下水資源評(píng)價(jià)的重要基礎(chǔ)資料 主要包括含水介質(zhì)的滲透系數(shù)和導(dǎo)水系數(shù) 承壓含水層的貯水系數(shù) 潛水含水層的重力給水度 弱透水層的越流系數(shù)及水動(dòng)力彌散系數(shù)等 還有表征與巖土性質(zhì) 水文氣象等因素的有關(guān)參數(shù) 如降水入滲系數(shù) 潛水蒸發(fā)強(qiáng)度 灌溉入滲補(bǔ)給系數(shù)等 水文地質(zhì)參數(shù)常通過野外試驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試及根據(jù)地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料采用有關(guān)理論公式計(jì)算求取 數(shù)值法反演求參等 6 1給水度 一 影響給水度的主要因素 給水度 是表征潛水含水層給水能力或蓄水能力的一個(gè)指標(biāo) 給水度不僅和包氣帶的巖性有關(guān) 而且隨排水時(shí)間 潛水埋深 水位變化幅度及水質(zhì)的變化而變化 二 給水度的確定方法 1 根據(jù)抽水前后包氣帶土層天然濕度的變化來確定 值根據(jù)包氣帶中非飽和流的運(yùn)移和分帶規(guī)律知 抽水前包氣帶內(nèi)土層的天然濕度分布應(yīng)如圖7 1中的oacd線所示 抽水后 潛水面由A下降到B 下降水頭高度為 h 故毛細(xì)水帶將下移 由aa 段下移到bb 段 此時(shí)的土層天然濕度分布線則變?yōu)閳D中的oabd 對(duì)比抽水前后的兩條濕度分布線可知 由于抽水水位下降 水位變動(dòng)帶將回給出一定量的水 圖7 1抽水前后包氣帶濕度分布示意圖Wh 持水度 Z0 濕度變動(dòng)帶 oacd 抽水前天然濕度線 oabd 抽水后天然濕度線 ac bd 毛細(xì)水帶濕度分布示意線 按水均衡原理 抽水前后包氣帶內(nèi)濕度之差 應(yīng)等于潛水位下降 h時(shí)包氣帶 主要是毛細(xì)水帶 所給出之水量 h 式中 Zi 包氣帶天然濕度測(cè)定分段長(zhǎng)度 h 抽水產(chǎn)生的潛水面下移深度 W1i W2i 抽水前后 Zi段內(nèi)的土層天然濕度 Wh 持水度 Z0 濕度變動(dòng)帶 oacd 抽水前天然濕度線 oabd 抽水后天然濕度線 ac bd 毛細(xì)水帶濕度分布示意線n 取樣數(shù) 故給水度 2 根據(jù)潛水水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料用有限差分法確定 值 如果潛水為單向流動(dòng) 隔水層水平 含水層均質(zhì) 可沿流向布置3個(gè)地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)孔 圖7 2 然后根據(jù)水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料 按下式計(jì)算 值 式中 h1 t h2 t h3 t 1 2 3號(hào)觀測(cè)孔t時(shí)刻水位及含水層厚度 h2 t時(shí)段內(nèi)2號(hào)孔水位變幅 w 垂向流入和流出量之和稱綜合補(bǔ)給強(qiáng)度 K 滲透系數(shù) x 觀測(cè)孔間距 圖7 2單向流動(dòng) 值計(jì)算示意圖 6 2滲透系數(shù)和導(dǎo)水系數(shù) 滲透系數(shù) K 又稱水力傳導(dǎo)系數(shù) 是描述介質(zhì)滲透能力的重要水文地質(zhì)參數(shù) 滲透系數(shù)大小與介質(zhì)的結(jié)構(gòu) 顆粒大小 排列 空隙充填等 和水的物理性質(zhì) 液體的粘滯性 容重等 有關(guān) 單位是m d或cm s 導(dǎo)水系數(shù) T 即含水層的滲透系數(shù)與含水層厚度的乘積 常用單位是m2 d 導(dǎo)水系數(shù)只適用于平面二維流和一維流 而在三維流中無意義 含水層的滲透系數(shù)和導(dǎo)水系數(shù)一般采用抽水試驗(yàn)法和數(shù)值法反演計(jì)算求得 一 用抽水試驗(yàn)方法求參應(yīng)注意的問題 根據(jù)抽水試驗(yàn)資料 采用解析公式反演方法識(shí)別含水層水文地質(zhì)參數(shù) 分穩(wěn)定流抽水和非穩(wěn)定流抽水兩類 1 利用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)資料計(jì)算滲透系數(shù) 1 采用方法常采用穩(wěn)定流裘布依公式計(jì)算滲透系數(shù) 但計(jì)算結(jié)果往往與實(shí)際不符 2 產(chǎn)生原因 施工質(zhì)量 洗孔不徹底 濾水管外填礫不合規(guī)格等 選用計(jì)算公式與抽水引起的地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律不符 即不符合裘布依公式的假設(shè)條件 3 主要影響因素 含水層的井壁邊界條件 影響半徑 R 天然水力坡度 I 的影響 抽水降深大小的影響 2 利用非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)資料反求水文地質(zhì)參數(shù) C V Theis公式在應(yīng)用中要注意泰斯公式的假設(shè)條件 野外水文地質(zhì)條件不一定完全符合假設(shè)條件 在使用單井非穩(wěn)定抽水試驗(yàn)資料求水文地質(zhì)參數(shù)時(shí)應(yīng)注意 承壓完整井抽水 當(dāng)井內(nèi)流速達(dá)到一定程度 如達(dá)1m s以上 在井附近會(huì)產(chǎn)生三維流區(qū) 利用主孔資料或布置在三維流區(qū)內(nèi)的觀測(cè)孔求解時(shí) 將產(chǎn)生三維流影響的水頭損失 應(yīng)對(duì)實(shí)測(cè)降深值進(jìn)行修正 由于地下水運(yùn)動(dòng)存在天然水力坡度 利用觀測(cè)孔求水文地質(zhì)參數(shù)時(shí)將具有不同方向的數(shù)值差異 在地下水流方向的上 下游所計(jì)算的參數(shù)數(shù)值差異較大 解決的方法是在抽水形成的降落漏斗范圍內(nèi)布置較多觀測(cè)孔 求水文地質(zhì)參數(shù)的平均值 代表該地段的水文地質(zhì)參數(shù)值 注意邊界條件的影響 二 數(shù)值法求水文地質(zhì)參數(shù) 數(shù)值法求參按其求解方法可分為試估 校正法和優(yōu)化計(jì)算方法 一般采用試估 校正法 這種方法利用水文地質(zhì)工作者對(duì)水文地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí) 給出參數(shù)初值及其變化范圍 用正演計(jì)算求解水頭函數(shù) 將計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)值進(jìn)行擬合比較 通過不斷調(diào)整水文地質(zhì)參數(shù) 反復(fù)多次的正演計(jì)算 使計(jì)算曲線與實(shí)測(cè)曲線符合擬合要求 此時(shí)的水文地質(zhì)參數(shù)即為所求 求參結(jié)果的可靠性和花費(fèi)時(shí)間的多少 除取決于原始資料精度外 還取決于調(diào)參者的經(jīng)驗(yàn)和技巧 6 3貯水率和貯水系數(shù) 貯水率表示當(dāng)含水層水頭變化一個(gè)單位時(shí) 從單位體積含水層中 因水體積膨脹 或壓縮 以及介質(zhì)骨架的壓縮 或伸長(zhǎng) 而釋放 或貯存 的彈性水量 用 s表示 它是描述地下水三維非穩(wěn)定流或剖面二維流的水文地質(zhì)參數(shù) 貯水系數(shù)表示當(dāng)含水層水頭變化一個(gè)單位時(shí) 從底面積為一個(gè)單位 高等于含水層厚度的柱體中所釋放 或貯存 的水量 用S表示 潛水層水層的貯水系數(shù)等于貯水率與含水層的厚度之積再加上給水度 潛水貯水系數(shù)所釋放 貯存 的水量包括兩部分 一部分是含水層由于壓力變化所釋放 貯存 的彈性水量 二是水頭變化一個(gè)單位時(shí)所疏干 貯存 含水層的重力水量 這一部分水量正好等于含水層的給水度 由于潛水含水層的彈性變形很小 近似可用給水度代替貯水系數(shù) 承壓含水層的貯水系數(shù)等于其貯水率與含水層厚度之積 它所釋放 或貯存 的水量完全是彈性水量 承壓含水層的貯水系數(shù)也稱為彈性貯水系數(shù) 貯水系數(shù)是沒有量綱的參數(shù) 其確定方法是通過野外非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn) 用配線法 直線圖解法等方法進(jìn)行推求 6 4越流系數(shù)和越流因素 表示越流特性的水文地質(zhì)參數(shù)是越流系數(shù) 和越流因素 B 越流補(bǔ)給量的大小與弱透水層的滲透系數(shù)K 及厚度b 有關(guān) 即K 愈大b 愈小 則越流補(bǔ)給的能力就愈大 越流系數(shù) 表示當(dāng)抽水含水層和供給越流的非抽水含水層之間的水頭差為一個(gè)單位時(shí) 單位時(shí)間內(nèi)通過兩含水層之間弱透水層單位面積的水量 K b 越流系數(shù)可通過野外抽水實(shí)驗(yàn)獲得 弱透水層的滲透性愈小 厚度愈大 則越流因素B越大 越流量愈小 越流因素的值變化很大 可以從只有幾米到幾千米 對(duì)于一個(gè)完全不透水的覆蓋巖層來說 越流因素B為無窮大 而越流系數(shù) 為零 越流因素可通過野外抽水實(shí)驗(yàn)獲得 越流因素B或稱阻越系數(shù) 其值為主含水層的導(dǎo)水系數(shù)和弱透水層的越流系數(shù)的倒數(shù)的乘積的平方根 可用下式表示 式中 T 抽水含水層的導(dǎo)水系數(shù) m2 d b 弱透水層的厚度 m K 弱透水層的滲透系數(shù) m d B 越流因素 m 6 5降水入滲系數(shù)和潛水蒸發(fā)強(qiáng)度 一 降水入滲系數(shù) 一 基本概念降水入滲系數(shù)是指降水滲入量與降水總量的比值 值的大小取決于地表土層的巖性和土層結(jié)構(gòu) 地形坡度 植被覆蓋 降水量的大小和降水形式等 一般情況下 地表土層的巖性對(duì)值的影響最顯著 降水入滲系數(shù)可分為次降水入滲補(bǔ)給系數(shù) 年降水入滲補(bǔ)給系數(shù) 多年平均降水入滲補(bǔ)給系數(shù) 它隨著時(shí)間和空間的變化而變化 降水入滲系數(shù)是一個(gè)無量綱系數(shù) 其值變化于0 1之間 二 降水入滲系數(shù)的確定方法 1 近似計(jì)算法首先計(jì)算出某些時(shí)段和典型地段的降水入滲系數(shù) 再推廣到計(jì)算出全年或全區(qū)的降水入滲補(bǔ)給量 1 根據(jù)次降水量引起的潛水水位動(dòng)態(tài)變化計(jì)算大氣降水入滲系數(shù) 一次降雨的短時(shí)間內(nèi) 水平排泄和蒸發(fā)消耗都很小 可以忽略不計(jì) 根據(jù)降水過程前后的地下水位觀測(cè)資料計(jì)算潛水含水層的一次降水入滲系數(shù) 式中 次降水入滲系數(shù) hmax 降水后觀測(cè)孔中的最大水柱高度 m h 降水前觀測(cè)孔中的水柱高度 m h 臨近降水前 地下水水位的天然平均降 升 速 m d t 觀測(cè)孔水柱高度從h變到hmax的時(shí)間 d X 時(shí)間內(nèi)降水總量 m 適用條件 適用于地下水位埋藏深度較小的平原區(qū) 幾乎沒有水平排泄的潛水 在水力坡度大 地下徑流強(qiáng)烈的地區(qū) 降水入滲補(bǔ)給量不完全反映在潛水面的上升中 而有一部分水從水平方向排泄掉了 則會(huì)導(dǎo)致計(jì)算的降水入滲系數(shù)值偏小 如果是承壓水 水位的上升不是由于當(dāng)?shù)厮康脑黾?而是由于壓力的變化 以上情況本方法不適用 2 根據(jù)全排型泉水流量計(jì)算大氣降水入滲補(bǔ)給量 在某些低山丘陵區(qū) 特別是干旱半干旱的巖溶區(qū) 當(dāng)降水是地下水的唯一補(bǔ)給源 泉水是唯一的排泄方式時(shí) 地下水的蒸發(fā)量 儲(chǔ)存量變化量可忽略不計(jì) 泉水的年流量總和近似等于降水的年入滲補(bǔ)給量 因此 取其泉水年總流量與該泉域內(nèi)大氣降水總量的比值 即為該泉域的大氣降水入滲系數(shù)值 如再將該泉域的值用到地質(zhì) 水文地質(zhì)條件類似的更大區(qū)域 即可得到大區(qū)域的降水入滲補(bǔ)給量 對(duì)于某些封閉型的地下水系統(tǒng) 當(dāng)降水是地下水唯一的補(bǔ)給源 而地下水的開采量 最大降深的穩(wěn)定開采量 又已達(dá)到極限 其它地下水消耗量可忽略 時(shí) 其年開采總量除以該地下水系統(tǒng)的年總降水量 亦可得出該地下水系統(tǒng)的大氣降水入滲系數(shù) 也可推廣到條件類似的更大區(qū)域 進(jìn)行降水入滲總量的計(jì)算 2 地中滲透計(jì)法 這是較老但又是唯一可直接測(cè)到降水入滲補(bǔ)給量的方法 1 儀器結(jié)構(gòu)此方法儀器的結(jié)構(gòu)裝置如圖所示 整個(gè)裝置由左方的地中滲透計(jì)和右方的給水觀測(cè)裝置構(gòu)成 地中滲透計(jì)的圓筒內(nèi)裝有均衡地段的標(biāo)準(zhǔn)土柱 土柱下方為砂礫和濾網(wǎng)組成的外濾層 給水觀測(cè)部分由供水 盛水 用的有刻度的馬利奧特瓶和控制地中滲透計(jì)筒內(nèi)水位高度的盛水漏斗及量筒組成 兩部分以導(dǎo)水管連結(jié) 將兩端構(gòu)成統(tǒng)一的連通管 2 工作原理 首先調(diào)整盛水漏斗的高度 使漏斗中的水面與滲透計(jì)中的設(shè)計(jì)地下水面 相當(dāng)潛水埋深 保持在同一高度上 當(dāng)滲透計(jì)中的土柱接受降水入滲和凝結(jié)水的補(bǔ)給時(shí) 其補(bǔ)給量將會(huì)通過連通管和水管流入量筒內(nèi) 可直接讀出補(bǔ)給水量 可用此法裝置多個(gè)不同巖性和不同水位埋深的土柱 分別觀測(cè)其降水補(bǔ)給和蒸發(fā)值 本方法缺陷是 很難如實(shí)模擬天然的入滲補(bǔ)給條件 故其結(jié)果的可靠性有時(shí)值得商榷 而且此法只適用于松散巖層 3 零通量面法 零通量面法是以包氣帶水量均衡原理和非飽和流擴(kuò)散式運(yùn)動(dòng)理論建立起來的計(jì)算降水入滲補(bǔ)給量的方法 零通量面是指由水分通量為零的點(diǎn)所構(gòu)成的面 它是巖土水分蒸發(fā)影響深度的下限標(biāo)志 該面以上水分向上運(yùn)移 消耗于蒸發(fā)與蒸騰 該面以下的水分緩慢下降 最后補(bǔ)給潛水 故零通量面 記作DZFP 可以作為測(cè)算陸面蒸發(fā)蒸騰量和地下水下滲補(bǔ)給量的分界面 包氣帶土層含水率剖面 圖為用中子水分儀測(cè)得的 t時(shí)段內(nèi)的包氣帶含水率剖面 初始時(shí)刻 t1 和末時(shí)刻 t2 的含水率剖面分別為 1 Z t1 和 2 Z t2 Z0為零通量面位置深度 圖中的陰影面積E代表 t時(shí)段內(nèi)零通量面以上的水分蒸發(fā)量 D代表零通量面以下 t時(shí)段內(nèi)的地下水入滲補(bǔ)給量 按質(zhì)量守恒原理 如果在深度Z1和Z2的土層中不存在源或匯時(shí) 則水分儲(chǔ)存變化率等于流入與流出水量之差 即 式中 M 在深度Z1和Z2之間的單位截面積土柱水分的儲(chǔ)存量 q1和q2 在Z1和Z2深度上的水分通量 t 時(shí)段長(zhǎng)度 對(duì)于DZFP面以下 t時(shí)段內(nèi)的入滲補(bǔ)給量 D 則應(yīng)有 上式表明入滲補(bǔ)給量D等于零通量面以下包氣帶剖面水分儲(chǔ)存量的減少量 將M Z0 Z t 用DZFP以下某點(diǎn)的體積含水率 Z t 表示 則式上改寫為 或 式中 i 1 2 3 m m DZFP以下剖面含水率的測(cè)點(diǎn)數(shù) Zi 時(shí)段長(zhǎng)度 設(shè)觀測(cè)時(shí)段數(shù)j為1 2 k 在k個(gè)時(shí)段內(nèi)入滲補(bǔ)給量可用下式計(jì)算 如果M Z0 Z t 改用DZFP以上某點(diǎn)的體積含水率 Z t 表示 m為DZFP以上剖面含水率的測(cè)點(diǎn)數(shù) 則可用式上計(jì)算出陸面蒸發(fā)蒸騰量 水利水電科學(xué)院水資源所和地質(zhì)礦產(chǎn)部水文工程地質(zhì)研究所將零通量面法測(cè)算的降水入滲量與用地中滲透儀測(cè)量結(jié)果相比較 確認(rèn)該方法準(zhǔn)確可靠 誤差不大于3 由于該法僅以鉆孔中子水分儀測(cè)定的土壤含水率為依據(jù) 故與地中滲透儀相比 成本較低 可在多處設(shè)點(diǎn)觀測(cè) 其精度較經(jīng)驗(yàn)公式和動(dòng)態(tài)觀測(cè)法計(jì)算值高 當(dāng)包氣帶中零通量面不存在 降水或灌溉持續(xù)時(shí)間長(zhǎng) 且地下水埋藏淺時(shí) 時(shí) 可在降水全部滲入包氣帶后 在巖土水分蒸發(fā)影響深度之下 用土層最大含水量段 Z Z0 的某一時(shí)間段 t0 t 的土層含水率 的觀測(cè)數(shù)據(jù) 代入式上計(jì)算降水入滲補(bǔ)給量 4 泰森多邊形法 在典型地段布置觀測(cè)孔組 并有一個(gè)水文以上的水位觀測(cè)資料時(shí) 可用差分方程計(jì)算均衡期的降水入滲量或潛水蒸發(fā)量 只要觀測(cè)資料可靠 計(jì)算結(jié)果便有代表性 觀測(cè)孔按任意方式布置如圖 把i 1 2 3 4 5各孔分別同中央孔O連線 在連線的中點(diǎn)引垂線 各垂線相交圍成的多邊形叫泰森多邊形 泰森多邊形示意圖 以泰森多邊形作為均衡段 則按水量均衡關(guān)系有 式中 F 是泰森多邊形的面積 m2 給水度 hO 中央孔在 t時(shí)段的水位變幅 m 流經(jīng)F各邊交換的流量之和 m3 d 流入F時(shí)Qi 0 流出F時(shí)Qi 0 Q垂 F內(nèi)的滲入量或蒸發(fā)量 m3 d 圖7 5泰森多邊形示意圖 按達(dá)西定律 各邊的交換流量為 式中 T 導(dǎo)水系數(shù) m2 d hi hO 分別為i號(hào)孔和中央O孔的水位 m bi O ri O 分別是中央孔和周圍各孔之間過水?dāng)嗝娴膶挾群途嚯x m 把Qi代入上式 得到相應(yīng)時(shí)段的入滲量或蒸發(fā)量 該式就是均衡段地下水運(yùn)動(dòng)的差分方程 利用雨季的某一時(shí)段的水位升幅資料 hO 0 可求得均衡期 t時(shí)段內(nèi)的降水入滲量 這時(shí)Q垂 Q滲 根據(jù)求得降水入滲量可求得降水入滲系數(shù) 二 潛水蒸發(fā)強(qiáng)度 1 經(jīng)驗(yàn)公式法目前 國(guó)內(nèi)外計(jì)算潛水蒸發(fā)量時(shí) 使用最廣泛的經(jīng)驗(yàn)公式是阿維里揚(yáng)諾夫公式 1965年 其形式為 或 式中 潛水位變動(dòng)帶的給水度 h 潛水埋藏深度 m l 極限蒸發(fā)深度 m n 與包氣帶土質(zhì) 氣候有關(guān)的蒸發(fā)指數(shù) 一般取1 3 0 水面蒸發(fā)強(qiáng)度 m d dh dt 潛水面由蒸發(fā)造成的降速 m d 潛水蒸發(fā)強(qiáng)度 m d 分析上式可以看出 潛水的蒸發(fā)強(qiáng)度隨水面蒸發(fā)強(qiáng)度的增加而增加 但由公式右端括號(hào)項(xiàng)永遠(yuǎn)小于1 潛水的蒸發(fā)強(qiáng)度永遠(yuǎn)小于或近于水面蒸發(fā)強(qiáng)度 利用上式計(jì)算 時(shí) 由于 0和h可通過實(shí)際觀測(cè)獲得 因此公式的計(jì)算精度主要取決于l和n 對(duì)這兩個(gè)參數(shù)多采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)值 2 地中滲透計(jì)法 用地中滲透儀測(cè)定潛水蒸發(fā)強(qiáng)度的裝置 見圖 其工作原理可參考降水入滲補(bǔ)給量的測(cè)量原理 當(dāng)土柱內(nèi)的水面產(chǎn)生蒸發(fā)時(shí) 便可由漏斗供給水量 再?gòu)鸟R利奧特瓶讀出供水水量 此即潛水蒸發(fā)消耗量 3 泰森多邊形法 根據(jù)前述利用泰森多邊形法求解降水入滲系數(shù)的方法原理 若利用某均衡區(qū)旱季某一時(shí)段的水位降幅資料 hO 0 代入公式可計(jì)算相應(yīng)時(shí)段內(nèi)的潛水蒸發(fā)量 即Q垂 Q蒸 根據(jù)求得潛水蒸發(fā)量可求得相應(yīng)的潛水蒸發(fā)強(qiáng)度 6 6灌溉入滲補(bǔ)給系數(shù) 當(dāng)引外水灌溉時(shí) 灌溉水經(jīng)由渠系進(jìn)入田間 灌溉水入滲對(duì)地下水的補(bǔ)給稱為灌溉入滲補(bǔ)給 分為渠系的滲漏補(bǔ)給 條帶狀下滲 與田間灌溉入滲補(bǔ)給 面狀下滲 兩類 有的地區(qū)利用當(dāng)?shù)氐乃?如抽取地下水 進(jìn)行灌溉 灌溉水入滲后地下水得到的補(bǔ)給應(yīng)稱之為灌溉回滲 它是當(dāng)?shù)氐乃Y源重復(fù)量 渠系滲漏系數(shù)m 田間灌溉入滲補(bǔ)給系數(shù)以及井灌回歸系數(shù)的計(jì)算方法如下 一 渠系滲漏補(bǔ)給系數(shù) 渠系滲漏補(bǔ)給系數(shù)m為渠系滲漏補(bǔ)給地下水的水量與渠首引水量的比值 即 m Q引 Q凈 Q損 Q引 6 12 令 Q凈 Q引 則 m 1 Q損 Q引為簡(jiǎn)化起見 對(duì) 1 乘以折減系數(shù) 以消去上式的右端項(xiàng)Q損 Q引 寫成下式 m 1 6 13 式中 Q引 渠首引水量 用實(shí)測(cè)的水文資料和調(diào)查資料 Q凈 經(jīng)由渠系輸送到田間的凈灌水量 Q損 渠系輸水過程中的損失水量 包括水面蒸發(fā)損失 濕潤(rùn)渠底 兩側(cè)土層的水量損失及退水填底損失等總和 渠系有效利用系數(shù) 修正系數(shù) 反應(yīng)渠道在輸水過程中消耗于濕潤(rùn)土層 浸潤(rùn)帶蒸發(fā)損失的水量 二 灌溉入滲補(bǔ)給系數(shù) 灌溉入滲補(bǔ)給系數(shù)是指某一時(shí)段田間灌溉入滲補(bǔ)給量與灌溉水量的比值 可采用試驗(yàn)方法加以測(cè)定 試驗(yàn)時(shí) 在田地上布設(shè)專用觀測(cè)井 測(cè)定灌水前的潛水位 然后讓灌溉水均勻地灌入田間 測(cè)定灌溉水量 并觀測(cè)潛水位變化 包括區(qū)外水位 經(jīng)過 t時(shí)段后 測(cè)得試驗(yàn)區(qū)地下水位平均升幅 h 則 式中 hr t時(shí)間段內(nèi)灌溉入滲補(bǔ)給量 m3 h灌 t時(shí)間段內(nèi)總灌溉水量 m3 給水度 t 計(jì)算時(shí)段 s h 計(jì)算時(shí)段內(nèi)試驗(yàn)區(qū)地下水位平均升幅 m Q 單位時(shí)間內(nèi)流入試驗(yàn)區(qū)的灌水流量 m3 s F 試驗(yàn)區(qū)面積 m2 灌溉入滲補(bǔ)給系數(shù)主要的影響因素是巖性 地下水位埋深和灌溉定額 三 井灌回歸系數(shù) 在抽取當(dāng)?shù)氐叵滤喔鹊木鄥^(qū) 灌溉水的一部分下滲返回補(bǔ)給地下水 這種現(xiàn)象稱為地下水灌溉回歸 井灌回歸系數(shù) 井是指灌溉水回歸量與灌水量的比值 其測(cè)定方法與灌溉入滲補(bǔ)給系數(shù)相同 值得注意的是 試驗(yàn)時(shí)地下水處于開采過程中 則地下水位變幅中包括開采造成的變幅值 應(yīng)予以考慮 井灌回歸系數(shù)一般取值范圍0 1 0 3 6 7水動(dòng)力彌散系數(shù) 一 基本概念 水動(dòng)力彌散系數(shù) D 表征地下水中溶質(zhì)遷移的重要水文地質(zhì)參數(shù) 它表征在一定流速下 多孔介質(zhì)對(duì)某種溶解物質(zhì)彌散能力的參數(shù) 水動(dòng)力彌散系數(shù)是一個(gè)與流速及多孔介質(zhì)有關(guān)的張量 具有方向性 即使在各向同性介質(zhì)中 沿水流方向的縱向彌散系數(shù) DL 和垂直水流方向的橫向彌散系數(shù) DT 也不相同 但天然條件下 大多數(shù)地下水垂向上的水流運(yùn)動(dòng)很小 彌散作用可忽略 水動(dòng)力彌散系數(shù)包括機(jī)械彌散系數(shù) D 與分子擴(kuò)散系數(shù) D 當(dāng)?shù)叵滤魉佥^大時(shí) 分子擴(kuò)散系數(shù)可以忽略 假設(shè)彌散系數(shù)與孔隙平均流速呈線性關(guān)系 這樣可先求出彌散系數(shù)再除以孔隙平均流速便可獲取彌散度 二 水動(dòng)力彌散系數(shù)的確定方法 彌散系數(shù)的測(cè)定大都采用示蹤劑在含水層中的彌散曲線來求解 也可通過室內(nèi)彌散試驗(yàn)確定 但大量資料表明 實(shí)驗(yàn)室模擬與野外測(cè)量得到的彌散度有數(shù)量級(jí)上的差異 一般是室內(nèi)測(cè)定值偏小 現(xiàn)在已開始研究利用尺度效應(yīng)分維來描述縱向彌散度隨尺度增加而增大的規(guī)律 1 室內(nèi)彌散試驗(yàn) 1 試驗(yàn)原理設(shè)通過充滿多孔介質(zhì)的土柱中的一維均勻水流 溶質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過程中不發(fā)生化學(xué)作用 也不與介質(zhì)發(fā)生作用 在t0時(shí)刻整個(gè)土柱中的溶液均勻分布 濃度為零 在進(jìn)水端瞬時(shí)注入示蹤劑 則溶質(zhì)遷移的規(guī)律可用如下方程描述 式中 C t時(shí)刻計(jì)算點(diǎn)的濃度Cmax 觀測(cè)點(diǎn)的峰值濃度 X 計(jì)算點(diǎn)的坐標(biāo) t 時(shí)間 D 彌散系數(shù) m2 d u 地下水的實(shí)際流速 為峰值到達(dá)時(shí)間 利用上述計(jì)算三個(gè)計(jì)算公式繪制CR tR理論曲線 2 試驗(yàn)步驟 裝試樣 實(shí)驗(yàn)裝置采用土柱儀 將模擬介質(zhì)分層裝入筒內(nèi) 盡量保持與天然狀態(tài)下的容重和孔隙度 飽水 把供水瓶與試樣底部的出水口相連 打開閥門由下而上充水 使試樣中空氣排出 飽和后 把供水瓶按實(shí)驗(yàn)裝置圖連接 自上而下供水 測(cè)量滲透速度 上下游的定水頭用于控制土柱內(nèi)的滲透速度 柱體上每隔一定距離設(shè)有測(cè)壓點(diǎn) 它與測(cè)壓管讀數(shù)板相接 可直接讀出測(cè)壓點(diǎn)的水頭 根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)的出水量與裝樣筒橫截面積的比值求出滲透速度 電極點(diǎn) 每隔10cm有一電極 與電導(dǎo)率儀相通 用于測(cè)量電極處濃度 保持上下游水頭穩(wěn)定 在柱體頂部瞬時(shí)加入示蹤跡 記時(shí)間t 0 每間隔一定時(shí)間測(cè)量各電極點(diǎn)處的電導(dǎo)率 直到電導(dǎo)率值達(dá)到穩(wěn)定 實(shí)驗(yàn)裝置圖1 定水頭供水瓶 2 裝示蹤劑瓶 3 閥門 4 裝樣筒 5 電極 6 電導(dǎo)率儀 7 測(cè)壓管 8 過濾板 9 出水管 3 資料整理 在直角坐標(biāo)系和半對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中分別繪制各電極點(diǎn)C C0 t曲線 圖7 7 用直角坐標(biāo)曲線求參數(shù) 在圖中找出C C0值分別等于0 84和0 16所對(duì)應(yīng)的時(shí)間t0 84和t0 16 按下式計(jì)算水動(dòng)力彌散系數(shù)D 式中 D 水動(dòng)力彌散系數(shù) m2 d X 計(jì)算點(diǎn)的坐標(biāo) u 滲流的實(shí)際速度 m d 圖7 7C C0 t關(guān)系曲線 2 野外彌散試驗(yàn) 野外彌散試驗(yàn)是在沿地下水流向上布置的試驗(yàn)井組中進(jìn)行 在上游的投源井 又稱主井 中投放示蹤劑 通過下游的監(jiān)測(cè)井 接收井或取樣井 觀測(cè)示蹤劑在水流方向上隨空間 時(shí)間的變化 根據(jù)觀測(cè)記錄資料 選相應(yīng)的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型計(jì)算水動(dòng)力彌散系數(shù) 主要的方法有單井脈沖法 多井法和單井地球物理法等 主要介紹一維天然流場(chǎng)瞬時(shí)注入示蹤劑的二維彌散試驗(yàn)的原理及方法 1 數(shù)學(xué)模型及其解 設(shè)在含水層的xy平面上 存在達(dá)西流速的一維流動(dòng) x軸方向與流速方法一致 當(dāng)t 0 在原點(diǎn) 0 0 處有一注入井 向單位厚度含水層中瞬時(shí)注入質(zhì)量為m的示蹤劑 這一問題的數(shù)學(xué)模型是 式中 t 示蹤劑投放的時(shí)段 C x y t 在t時(shí)刻的 x y 處減去背景值的示蹤劑濃度 u 地下水實(shí)際流速 DL 縱向彌散系數(shù) DT 橫向彌散系數(shù) n 含水介質(zhì)的孔隙度 m 單位厚度含水層上投放示蹤劑的質(zhì)量 上述一維穩(wěn)定流場(chǎng)中瞬時(shí)注入示蹤劑的二維彌散問題的解析解為 2 實(shí)驗(yàn)方法 試驗(yàn)井組布置 示蹤劑的選擇 投放示蹤劑 示蹤劑濃度變化監(jiān)測(cè) 3 資料整理 根據(jù)監(jiān)測(cè)井中示蹤劑濃度隨時(shí)間的變化資料 利用有關(guān)的理論公式 便可計(jì)算處地下水的流速和水動(dòng)力彌散系數(shù) 根據(jù)投源井到監(jiān)測(cè)井的距離和示蹤劑從投源井到監(jiān)測(cè)井的時(shí)間 一般選取監(jiān)測(cè)井中示蹤劑出現(xiàn)初值與峰值出現(xiàn)時(shí)間的中間值 可近似地計(jì)算出地下水流速 根據(jù)監(jiān)測(cè)井中示蹤劑濃度隨時(shí)間的變化的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) 繪制各監(jiān)測(cè)井示蹤劑濃度C 或某時(shí)刻濃度 峰值濃度 和監(jiān)測(cè)時(shí)間t相關(guān)的C t t曲線 對(duì)不同水文地質(zhì)條件及示蹤劑投放方式的彌散試驗(yàn)可選擇不同的方法求解水動(dòng)力彌散系數(shù) 對(duì)于前述的一維穩(wěn)定流場(chǎng)瞬時(shí)注入示蹤劑的二維彌散試驗(yàn) 可根據(jù)逐點(diǎn)求參法 直線圖解法及標(biāo)準(zhǔn)曲線法等方法求取水動(dòng)力彌散系數(shù) 逐點(diǎn)求參法的原理 設(shè)有2個(gè)時(shí)刻t1 t2 對(duì)應(yīng)的濃度為C1 C2 利用下式可以得到縱 橫向水動(dòng)力彌散系數(shù) 式中 u 滲流的實(shí)際速度 m d C1 t1時(shí)刻示蹤劑濃度 C1 t2時(shí)刻示蹤劑濃度其它符號(hào)意義同前 根據(jù)各監(jiān)測(cè)井的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) 利用式上式便可得到DL與DT