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地下水特征参数分析-水文学概论

时间:2023-09-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:对某一垂直于地下水流向的断面来说,导水系数相当于水力坡度等于1时流经单位宽度含水层的地下水流量。弱透水层的垂向渗透系数与该层厚度之比,称为越流系数。地下水可开采量与该区域内地下水总量的比值称为地下水可开采系数。

地下水特征参数分析-水文学概论

1.给水度

给水度是指当潜水面下降一个单位水头时,从单位面积的含水层柱体中所释放出的水的体积与该柱体的体积之比值。给水度是地下水资源评价、地下水动态预测、农田排水与地表水和地下水相互转化规律研究中的重要参数。给水度越大,表明含水层能够释放的水量越大。

影响给水度大小的因素有含水层的岩性、潜水埋深等。当含水层为松散沉积物时,颗粒粗、大小均匀,给水度大。另外,当潜水埋深小于岩土中毛细管水最大上升高度时,给水度是一个变数。潜水埋深越浅,给水度越小。只有当潜水面较深时,给水度才是常数。

通常,测定给水度的方法有以下几种。

(1)筒测法。取土样为含水层未经扰动的原装土样,将其装入试验圆筒,待充分饱和后将水排出,测定排出的体积,进而计算出给水度。对颗粒较细的土样,要考虑滞后排水的影响。

(2)非稳定流抽水试验。从潜水含水层中进行抽水,在相同抽水量下观测经历不同时间后的地下水位,绘制地下水位随时间的变化曲线,并将它与标准曲线对比,算出给水度。

(3)水量平衡法。根据降水、蒸发、地下水位和地下水开采量等资料,建立区域地下水水量平衡方程,进而估算给水度。

(4)数值解法。将地下水非稳定流方程和定解条件离散化,根据区域内各垂向补给量、排水量和各观测井地下水位变化的资料来反求给水度。

2.降水入渗补给系数

降水入渗补给系数是水文水资源分析计算中非常重要的一个参数,它是指在一定时期内降水入渗补给地下水的水量与同期降水量的比值。它受时段内降水量、包气带的岩性、降水前的含水量、地下水埋深、下垫面及气候因素等的影响,会随时间和空间发生变化。

确定降水入渗补给系数的方法有以下几种。

(1)动态分析法。在地下水排泄微弱的平原地区,降水补给潜水引起地下水位上升,水位上升幅度和相应给水度值的乘积大致等于降水入渗补给量,将它除以同期的降水量即得降水入渗补给系数。当计算时段内有数次降水时,则将每次降水引起的地下水位上升幅度相加,再乘以给水度,除以该时段的总降水量,得到该时段的降水入渗补给系数。在地下水水平径流强的山区或山前地区,该法不适用。此时,可布置多个观测孔,同时观测地下水位,用有限单元法或有限差分法近似计算入渗补给量,再求出降水入渗补给系数。

(2)水量平衡法。在闭合流域内设置一个地下水平衡试验场,通过实测各水循环要素,求得降水入渗补给系数。每次降水后,将实测的降水量减去实际蒸发量植物截留量、坑塘河沟拦蓄量、地表径流量、包气带土壤含水量的增量等,即可求得降水入渗补给量,进而求得入渗补给系数。

3.潜水蒸发系数

潜水蒸发是指地下水埋深较浅时地下水对土壤水的补给。土壤水分由于蒸散发的消耗而减少,在土水势作用下,地下水向上补给,造成潜水的消耗即潜水蒸发。潜水向上的补给量就是潜水蒸发量,潜水蒸发量与大气蒸发能力密切相关。潜水蒸发系数是指潜水蒸发量与水面蒸发量的比值。(www.xing528.com)

潜水蒸发系数的测定通常采用试验法,即采用地中渗透仪测定出潜水蒸发量和水面蒸发量,进而求出潜水蒸发系数。

4.渗透系数

渗透系数是指在单位水力坡度(水力坡度是指单位距离内的水位差)作用下,从单位面积含水层通过的流量,也称水力传导度。它是表示岩土透水性能的一个重要指标。渗透系数的大小主要取决于含水层相连通的空隙的尺度。具有较大空隙的含水层,渗透系数也较大。同时,渗透系数也和流动的液体的密度、黏滞度等有关。

渗透系数的测定方法很多,可归纳为室内测定和野外测定两类。室内测定法主要是对从现场取来的试样进行渗透试验;野外测定法则是依据稳定流和非稳定流理论,通过抽水试验等方法,求得渗透系数。

5.弹性释水系数

由于承压含水层水头的降低,含水层中的水体膨胀、土体受到压缩释放出水,称之为弹性释水。弹性释水系数是指承压含水层中降低单位水头时,从单位面积的含水层柱体中所释放出的水的体积与该柱体的体积之比值。

弹性释水系数的测定通常采用抽水试验法。抽水试验可分为单孔抽水、多孔抽水、群孔干扰抽水和试验性开采抽水等。单孔抽水试验采用稳定流抽水试验方法,多孔抽水、群孔干扰抽水和试验性开采抽水试验一般采用非稳定流抽水试验方法。在特殊条件下也可采用变流量抽水试验方法。

6.导水系数和压力传导系数

从渗透系数和释水系数可以派生出导水系数、压力传导系数等特征参数。导水系数是渗透系数与含水层厚度的乘积,表征含水层的输水能力。对某一垂直于地下水流向的断面来说,导水系数相当于水力坡度等于1时流经单位宽度含水层的地下水流量。导水系数大,表明在同样条件下,通过含水层断面的水量大,反之则小。导水系数只有当地下水二维流动时才有意义,对于三维流动是没有意义的。压力传导系数是指岩土的渗透系数与释水系数之比,它反映含水层中任一点的水位或压力有所变动时,在一定距离外的其他地点受到影响所需时间的长短。

7.越流系数

当承压含水层与相邻含水层之间存在水头差时,地下水便会通过弱透水层从高水头含水层流向低水头含水层,这种现象称越流。该承压含水层称为越流含水层。

弱透水层的垂向渗透系数与该层厚度之比,称为越流系数。越流系数的测定方法同弹性释水系数。

8.地下水可开采系数

在一定的储存、补给和开采条件下,多年平均允许开采利用的地下水量称为可开采量。地下水可开采量与该区域内地下水总量的比值称为地下水可开采系数。其测定方法也是通过试验测定。

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