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如何选取水文地质参数?

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:在第二次水资源调查评价主要水文地质参数成果的基础上,根据近年来开展的观测、试验、勘查工作所取得的资料和新研究成果,考虑降水、地表水与地下水间的转化关系,按不同计算区水文地质条件分别计算各类水文地质参数,通过多种方法及现有水文地质研究成果进行合理性检验,确定近期下垫面条件下采用的水文地质参数。

如何选取水文地质参数?

水文地质参数是地下水资源量计算的重要依据,水文地质参数包括给水度(μ)、渗透系数(K)、降水入渗补给系数(α)、河道损失水量修正系数(λ)、渠系渗漏补给系数(m)、渠灌田间入渗补给系数(β)、井灌回归补给系数(β*)、稳渗率(φ)、潜水蒸发系数(C)、基径比(ζ)等。在第二次水资源调查评价主要水文地质参数成果的基础上,根据近年来开展的观测、试验、勘查工作所取得的资料和新研究成果,考虑降水、地表水与地下水间的转化关系,按不同计算区水文地质条件分别计算各类水文地质参数,通过多种方法及现有水文地质研究成果进行合理性检验,确定近期下垫面条件下采用的水文地质参数。

1.给水度μ值

给水度是指饱和岩土层在重力作用下自由排出的重力水的体积与该饱和岩土层体积的比值。μ值采用实际开采量法和经验取值法确定,同时采用多种方法计算,相互对比验证。

计算公式为:

式中:

Q——计算时段内观测区浅层地下水实际开采量,单位为立方米(m3);

Δh——为计算时段内观测区浅层地下水平均水位降幅,单位为米(m);

F——为影响范围面积,单位为平方米(m2)。

2.降水入渗补给系数α值

降水入渗补给系数是指在某时间段内,单位面积上降水入渗补给地下水的水量Pr与该时间段内总降水量P的比值,即:α=Pr/P。采用地下水水位动态资料计算法计算。

计算公式为:

式中:

Q——计算时段内观测区浅层地下水实际开采量,单位为立方米(m3);

Δh——为计算时段内观测区浅层地下水平均水位降幅,单位为米(m);

F——为影响范围面积,单位为平方米(m2)。

2.降水入渗补给系数α值

降水入渗补给系数是指在某时间段内,单位面积上降水入渗补给地下水的水量Pr与该时间段内总降水量P的比值,即:α=Pr/P。采用地下水水位动态资料计算法计算。

计算公式为:

式中:

α——年均降水入渗补给系数(无因次);

∑Δh——年内各次降水引起的地下水水位升幅的总和,单位为毫米(mm);

P——年降水量,单位为毫米(mm)。

分析α值时,从全市现有的部分潜水监测井中选用部分具有较长地下水水位动态观测系列的观测井资料,这些长期监测井资料受地下水开采、灌溉、侧向径流、河渠渗漏影响较小,作为分析计算α值的依据。选取水位升幅Δh前,绘制了从2001~2016年期间地下水水位动态过程线图,在图中标示出各次降水过程(包括次降水量及其发生时间)和浅层地下水实际开采过程(包括实际开采量及其发生时间),再确定年内各次降水引起的地下水位升幅总和,用来计算点参数。

目前,地下水水位常观井的监测频次以5日为多,选用观测频次为5日的常观资料计算α值,往往由于漏测地下水水位峰谷值而产生较大误差。因此,使用这样的水位监测资料计算α值时,需要对计算成果进行修正。修正公式如下:

式中:

α——年均降水入渗补给系数(无因次);

∑Δh——年内各次降水引起的地下水水位升幅的总和,单位为毫米(mm);

P——年降水量,单位为毫米(mm)。

分析α值时,从全市现有的部分潜水监测井中选用部分具有较长地下水水位动态观测系列的观测井资料,这些长期监测井资料受地下水开采、灌溉、侧向径流、河渠渗漏影响较小,作为分析计算α值的依据。选取水位升幅Δh前,绘制了从2001~2016年期间地下水水位动态过程线图,在图中标示出各次降水过程(包括次降水量及其发生时间)和浅层地下水实际开采过程(包括实际开采量及其发生时间),再确定年内各次降水引起的地下水位升幅总和,用来计算点参数。

目前,地下水水位常观井的监测频次以5日为多,选用观测频次为5日的常观资料计算α值,往往由于漏测地下水水位峰谷值而产生较大误差。因此,使用这样的水位监测资料计算α值时,需要对计算成果进行修正。修正公式如下:

式中:

α1日——根据逐日地下水水位观测资料计算的α值,即修正后的α值(无因次);

α5日——根据5日地下水水位观测资料计算的α值,即需要修正的α值(无因次);

K″——为修正系数(无因次)。

修正系数K″是根据逐日观测资料,分别摘取5日观测数据计算α5日和利用逐日观测数据计算α1日,以α1日与α5日的比值确定的,即=K″α1日5日

3.潜水蒸发系数C值

潜水蒸发系数是指同一时间段在同一面积上潜水蒸发量E与水面蒸发量E0的比值,即

C=E/E0 (5.4)

利用浅层地下水水位动态观测资料通过潜水蒸发经验公式拟合分析计算。

潜水蒸发经验公式(修正后的阿维里扬诺夫公式):

式中:

α1日——根据逐日地下水水位观测资料计算的α值,即修正后的α值(无因次);

α5日——根据5日地下水水位观测资料计算的α值,即需要修正的α值(无因次);

K″——为修正系数(无因次)。

修正系数K″是根据逐日观测资料,分别摘取5日观测数据计算α5日和利用逐日观测数据计算α1日,以α1日与α5日的比值确定的,即=K″α1日5日

3.潜水蒸发系数C值

潜水蒸发系数是指同一时间段在同一面积上潜水蒸发量E与水面蒸发量E0的比值,即

C=E/E0 (5.4)

利用浅层地下水水位动态观测资料通过潜水蒸发经验公式拟合分析计算。

潜水蒸发经验公式(修正后的阿维里扬诺夫公式):(www.xing528.com)

式中:

Z0——极限埋深,单位为米(m),即潜水停止蒸发时的地下水埋深,n为经验指数(无因次),k为作物修正系数(无因次);

Z——潜水埋深,单位为米(m);

E、E0——分别为潜水蒸发量和水面蒸发量,单位为毫米(mm)。

分析计算潜水蒸发系数C时,使用的水面蒸发量E0为E601型蒸发器的观测值,或其他型号的蒸发器观测资料换算成E601型蒸发器的数值。

4.渠灌田间入渗补给系数β值

渠灌田间入渗补给系数是指某时间段内,某斗渠控制的渠灌区内,渠灌水入渗补给地下水的水量hr与该斗渠渠首在该时间段引水量h的比值。采用野外灌溉试验资料,确定不同土壤岩性、地下水埋深、次灌溉定额时的β值。

5.井灌回归补给系数β*

井灌回归补给系数是指用于农业灌溉的地下水开采量中,入渗补给地下水的水量hr与用于农业灌溉的地下水开采量h的比值。即:β*=hr/h。采用野外灌溉试验资料,确定不同土壤岩性、地下水埋深、次灌溉定额时的β*值。

6.渠系渗漏补给系数m值

渠系渗漏补给系数是指在某时间段内,某渠系渗漏补给地下水的水量Q渠系与该时间段内该渠系渠首引水量Q渠首引的比值,即:m=Q渠系/Q渠首引。按下列方法分析确定m值。

根据渠系有效利用系数η确定m值:渠系有效利用系数η(无因次)为灌溉渠系送入田间的水量与渠首引水量的比值,在数值上等于干、支、斗、农、毛各级渠道有效利用系数的连乘积(渠系渗漏补给量只计算干、支两级渠道,斗、农、毛三级渠道的渠系渗漏补给量并入田间入渗补给量中,故η值在使用上是干、支两级渠道有效利用系数的乘积)。计算公式:

m=γ·(1-η) (5.6)

式中:

γ——修正系数(无因次)。

渠首引水量Q渠首引与进入田间的水量Q渠首引·η之差为Q渠首引·(1-η)。实际上,渠系渗漏补给量应是Q渠首引·(1-η)减去消耗于湿润渠道两岸包气带土壤和浸润带蒸发的水量、渠系水面蒸发量、渠系退水量和排水量。修正系数γ为渠系渗漏补给量与Q渠首引·(1-η)的比值,通过测试资料和调查分析确定。γ值的影响因素较多,主要受水面蒸发强度和渠道衬砌程度控制,其次还受渠道过水时间长短、渠道两岸地下水埋深以及包气带岩性特征和含水量多少的影响。γ值的取值范围一般在0.3~0.9之间,水面蒸发强度大(即水面蒸发量E0值大)、渠道衬砌良好、地下水埋深小、间歇性输水时,γ取小值;水面蒸发强度小(即水面蒸发量E0值小)、渠道未衬砌、地下水埋深大、长时间连续输水时,γ取大值。

7.渗透系数K值采用已有研究成果分析确定

8.基径比ζ

某水文站断面天然河川基流量与天然河川径流量的比值。

计算公式:

ζ=W/W (5.7)

式中:

W——某水文站断面天然河川基流量,单位为万立方米(104m3);

W——某水文站断面天然河川径流量,单位为万立方米(104m3)。

式中:

Z0——极限埋深,单位为米(m),即潜水停止蒸发时的地下水埋深,n为经验指数(无因次),k为作物修正系数(无因次);

Z——潜水埋深,单位为米(m);

E、E0——分别为潜水蒸发量和水面蒸发量,单位为毫米(mm)。

分析计算潜水蒸发系数C时,使用的水面蒸发量E0为E601型蒸发器的观测值,或其他型号的蒸发器观测资料换算成E601型蒸发器的数值。

4.渠灌田间入渗补给系数β值

渠灌田间入渗补给系数是指某时间段内,某斗渠控制的渠灌区内,渠灌水入渗补给地下水的水量hr与该斗渠渠首在该时间段引水量h的比值。采用野外灌溉试验资料,确定不同土壤岩性、地下水埋深、次灌溉定额时的β值。

5.井灌回归补给系数β*

井灌回归补给系数是指用于农业灌溉的地下水开采量中,入渗补给地下水的水量hr与用于农业灌溉的地下水开采量h的比值。即:β*=hr/h。采用野外灌溉试验资料,确定不同土壤岩性、地下水埋深、次灌溉定额时的β*值。

6.渠系渗漏补给系数m值

渠系渗漏补给系数是指在某时间段内,某渠系渗漏补给地下水的水量Q渠系与该时间段内该渠系渠首引水量Q渠首引的比值,即:m=Q渠系/Q渠首引。按下列方法分析确定m值。

根据渠系有效利用系数η确定m值:渠系有效利用系数η(无因次)为灌溉渠系送入田间的水量与渠首引水量的比值,在数值上等于干、支、斗、农、毛各级渠道有效利用系数的连乘积(渠系渗漏补给量只计算干、支两级渠道,斗、农、毛三级渠道的渠系渗漏补给量并入田间入渗补给量中,故η值在使用上是干、支两级渠道有效利用系数的乘积)。计算公式:

m=γ·(1-η) (5.6)

式中:

γ——修正系数(无因次)。

渠首引水量Q渠首引与进入田间的水量Q渠首引·η之差为Q渠首引·(1-η)。实际上,渠系渗漏补给量应是Q渠首引·(1-η)减去消耗于湿润渠道两岸包气带土壤和浸润带蒸发的水量、渠系水面蒸发量、渠系退水量和排水量。修正系数γ为渠系渗漏补给量与Q渠首引·(1-η)的比值,通过测试资料和调查分析确定。γ值的影响因素较多,主要受水面蒸发强度和渠道衬砌程度控制,其次还受渠道过水时间长短、渠道两岸地下水埋深以及包气带岩性特征和含水量多少的影响。γ值的取值范围一般在0.3~0.9之间,水面蒸发强度大(即水面蒸发量E0值大)、渠道衬砌良好、地下水埋深小、间歇性输水时,γ取小值;水面蒸发强度小(即水面蒸发量E0值小)、渠道未衬砌、地下水埋深大、长时间连续输水时,γ取大值。

7.渗透系数K值采用已有研究成果分析确定

8.基径比ζ

某水文站断面天然河川基流量与天然河川径流量的比值。

计算公式:

ζ=W/W (5.7)

式中:

W——某水文站断面天然河川基流量,单位为万立方米(104m3);

W——某水文站断面天然河川径流量,单位为万立方米(104m3)。

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