第七章 水文地質參數(shù)計算

1、第七章 水文地質參數(shù)計算 水文地質參數(shù)是表征含水層水文地質特征的重要參數(shù)，其數(shù)值大小是含水層各種性能的綜合反映，是地下水資源評價的重要基礎資料。水文地質參數(shù)的計算，必須在分析勘察區(qū)水文地質條件的基礎上，合理地選用公式（選用的公式應注明出處）。 主要包括：含水介質的滲透系數(shù)和導水系數(shù)、承壓含水層的釋水系數(shù)、潛水含水層的重力給水度、弱透水層的越流系數(shù)及水動力彌散系數(shù)等， 水文參數(shù)表征與巖土性質、水文氣象等因素有關的參數(shù)，如：降雨入滲系數(shù)、潛水蒸發(fā)強度、灌溉入滲補給系數(shù)等。 主要方法有：野外試驗、實驗室測試及根據(jù)地下水動態(tài)觀測資料采用理論公式求取，或采取數(shù)值法反演求參等7.1滲透系數(shù)（K） 滲透系數(shù)

2、的大小與介質的結構（顆粒大小、排列、空隙充填等）和水的物理性質（液體的粘滯性、容重等）有關。 表征巖石空隙滲透性的指標是滲透率，它取決于空隙的大小、形狀、空隙度等因素。與滲透系數(shù)的關系為：kK 滲透系數(shù)滲透率液體重率液體的粘滯系數(shù)由于水的物理性質在常溫下變化不大，可以忽略。利用裘布依公式求滲透系數(shù)時的注意事項：1）含水層的井壁邊界條件2）影響半徑 含水層很少能滿足該條件。理論上，在抽水后的實際降落漏斗范圍內，只有當觀測孔與抽水井的距離（r）小于0.178倍的R時，水位降深s與r才屬對數(shù)關系；當r大于0.178倍后就變?yōu)樨惾麪柡瘮?shù)關系，而貝塞爾函數(shù)斜率小于對數(shù)函數(shù)，這也就是觀測孔越遠計算的k值越

3、大的原因。3）天然水力坡度的影響 利用上游觀測孔求得的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運動的。4）抽水降深大小的影響 在實際計算中應選擇抽水降深較大，同時抽水井周圍的三維流或紊流影響較小，且s與r保持對數(shù)關系的觀測孔資料計算滲透系數(shù)。利用泰斯公式求水文地質參數(shù)時應注意：（1）對于承壓完整井抽水，當井內流速達到一定程度（1m/s）時，在井附近會產生三維流區(qū)，此時，利用主孔資料或布置在三維流區(qū)內的觀測孔求解時，將產生三維流影響的水頭損失，所以，應對實測降深值進行修正。（2）由于地下水運動天然水力坡度，在地下水上下游所計算的參數(shù)數(shù)值差異較大。解決的方法是在形成的降落漏

4、斗范圍內布置較多的觀測孔，求水文地質參數(shù)的平均值。（3）注意邊界條件的影響。三、利用數(shù)值法求水文地質參數(shù) 數(shù)值法按其求解方法可分為：試估校正法和優(yōu)化計算法，一般多采用試估校正法。 這種方法利用水文地質工作者對水文地質條件的認識，給出參數(shù)初值及其變化范圍，用正演計算求解水頭函數(shù)，將計算結果和實測值進行擬合比較，通過不斷調整水文地質參數(shù)和反復多次的正演計算，使計算曲線和實測曲線符合擬合要求，此時的水文地質參數(shù)即為所求。 然而，求參結果的可靠性和花費時間的多少，除了取決于原始資料精度外，還取決于調參者的經驗和技巧。-1001020304050607080G322孔200620042002200019

5、98199619941992計 算 水 位實 測 水 位地 下 水 位 (米 )時 間 (年 )地下水動態(tài)擬合曲線圖 -1001020304050607080梅 花 寨 孔20062004200220001998199619941992計 算 水 位實 測 水 位地 下 水 位 (米 )時 間 (年 )地下水動態(tài)擬合曲線圖 7.2給水度 給水度是表征潛水含水層給水能力或儲水能力的一個指標，給水度和飽水帶的巖性有關，隨排水時間、潛水埋深、水位變化幅度及水質的變化而變化。給水度的確定方法 確定的方法有非穩(wěn)定流抽水試驗、實驗室法、野外現(xiàn)場試驗法、根據(jù)潛水位動態(tài)觀測資料用有限差分法確定、經驗數(shù)值法等。

6、給水度強弱相對比較（分選性較好時，典型推薦值）礫石0.12 粗砂 0.1 中砂 0.08 細砂 0.06 亞粘土 0.01 粘土0.002巖 性給水度巖 性給水度粘 土0.020.035細 砂0.080.11亞粘土0.030.045中細砂0.0850.12亞砂土0.0350.06中 砂0.090.13黃土狀亞粘土0.020.05中粗砂0.100.15黃土狀亞砂土0.030.06粗 砂0.110.15粉 砂0.060.08粘土膠結的砂巖0.020.03粉細砂0.070.010裂隙灰?guī)r0.0080.10漏斗疏干法 在潛水面平緩、天然地下徑流量很小的地區(qū)，抽水井所抽出的水主要來自降落漏斗疏干的水量，

7、隨著抽水時間的延長，降落漏斗在不斷擴展，只要將某一時刻以前抽出的水量，除以該時段的降落漏斗體積，即可得到給水度，計算公式如下： （6-5）式中抽水井的流量（m3/d） t抽水開始以后的時間（d） V降落漏斗的體積（m3） 降落漏斗的形狀一般為不規(guī)則的漏斗形。當觀測孔較多時，可根據(jù)實測的降落漏斗形狀和漏斗內降深等值線，算出漏斗體積V。VtQ 7.3降水滲入系數(shù)的確定（一）基本概念 降水滲入系數(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構、地形坡度、植被覆蓋以及降水量的大小和降雨形式等，一般情況下地表土層的巖性對值的影響最顯著。 一般情況下，地表土層的巖性對值的影響最顯

8、著。降水入滲系數(shù)可分為次降水入滲補給系數(shù)、年降水入滲補給系數(shù)、多年平均降水入滲補給系數(shù)，它隨著時間和空間的變化而變化。巖性P年（mm）粘土亞粘土亞砂土粉細砂砂卵礫石5000.020.010.050.020.070.050.110.080.121000.010.030.020.060.040.090.070.130.100.152000.030.050.040.100.070.130.100.170.150.214000.050.110.080.150.120.200.150.230.220.306000.080.140.110.200.150.240.200.290.260.368000.09

9、0.150.130.230.170.260.220.310.280.3810000.080.150.140.230.180.260.220.310.280.3812000.070.140.130.210.170.250.210.290.270.3715000.060.120.110.180.150.2218000.050.100.090.150.130.19不同巖性和降水量的平均年降水入滲補給系數(shù)值 注 東北黃土與表中亞粘土相近，陜北黃土含有裂隙，其與表中亞砂土相近（引自水利電力部水文局中國地下水資源）。 （二）降水入滲補給系數(shù)的確定方法（二）降水入滲補給系數(shù)的確定方法1.利用地下水位動態(tài)資料

10、計算降水入滲補給系數(shù) 這種方法適用于地下水位埋藏深度較小的平原區(qū)。我國北方平原區(qū)地形平緩，地下徑流微弱，地下水從降水獲得補給，消耗于蒸發(fā)和開采。在一次降雨的短時間內，水平排泄和蒸發(fā)消耗都很小，可以忽略不計。 根據(jù)降水過程前后的地下水位觀測資料計算潛水含水層的一次降水入滲系數(shù)，可采用下式近似計算降水入滲補給系數(shù)：Xthhh/max式中 一次降水入滲系數(shù)； 降水后觀測孔中的最大水柱高度（m）； 降水前觀測孔中的水柱高度（m）； 臨近降水前，地下水水位的天然平均降（升）速（m/d）； t 觀測孔水柱高度從 變到 的時間（d）； Xt日內降水總量（m）。注：這種方法的適用條件是幾乎沒有水平排泄的潛水。

11、在水力坡度大、地下徑流強烈的地區(qū)，降水入滲補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，則會導致計算的降水入滲系數(shù)值偏小。如果是承壓水，水位的上升不是由于當?shù)厮康脑黾樱怯捎趬毫Φ淖兓?。以上情況本方法不適用。maxhmaxhhhh徑流條件強地區(qū)2.回歸分析法確定降水入滲補給系數(shù) 根據(jù)降水量和地下水的排泄量的系列資料，可用逐步回歸分析法估算降水入滲補給量，從而可以確定降水入滲補給系數(shù)。 地下水的排泄量（主要指水平排泄，不包括潛水蒸發(fā)等垂直排泄）對于降水量存在時間滯后，用地下水的排泄量來代表同期的降水入滲補給量是錯誤的。但只要有地下水排泄量（河流基流量、礦坑排水量、泉流量等

12、）的系列資料和降水量的系列資料，用逐步回歸分析法求出各時段降水量對于地下水排泄量的貢獻，可以大致估算出降水入滲補給量。以當月的降水量和前幾個月的降水量為自變量，共有n+1個自變量 。自變量可適當取多一些。地下水排泄量為因變量y。根據(jù)引入變量的數(shù)目和樣本的大小，算出自由度f1和f2。給定顯著水平，查表得到臨界的F檢驗值F，然后進行逐步回歸計算。如果算得的F值大于F，則認為這一自變量的影響是重要的，引入回歸方程。否則予以剔除。最后得到的方程只包含對因變量y影響顯著的 個自變量 即對地下水排泄量影響不大的月份的降水量不引入回歸方程。最后得到的回歸方程如下：式中 對地下水排泄量有顯著影響的個月的降水量

13、； 回歸系數(shù)lloooxbxbxbxbay2211nxxxx210,lxxxx210,lxxxx210,lbbbba2100,1l 考慮到入滲的機制，只有當降水量大于臨界降水量后，才能產生入滲?？蓪ψ鳛樽宰兞康慕邓繙p去某一常數(shù)后，再進行回歸計算。如再考慮到雨型的影響，可對七、八月份等有暴雨月份的自變量再乘以某一系數(shù)。 7.4潛水蒸發(fā)系數(shù)潛水蒸發(fā)系數(shù) 潛水蒸發(fā)是指潛水在土壤水勢作用下運移至包氣帶并蒸發(fā)成為水汽的現(xiàn)象。在潛水埋深較小的地區(qū)，潛水蒸發(fā)是潛水的主要排泄途徑，直接影響到潛水位的消退。單位時間的潛水蒸發(fā)量成為潛水蒸發(fā)強度，潛水蒸發(fā)強度的變化既受潛水埋深的制約，又受氣象、土壤、植被等因素的

14、影響。（一）潛水蒸發(fā)強度確定1.經驗公式法我國水利電利部水文局1982年11月編制的地下水資源調查和評價工作技術細則推薦下列三個經驗公式計算潛水蒸發(fā)強度。（1）阿維里揚諾夫公式（1965年）： 式中 時段內日平均水面蒸發(fā)量（mm/d）； 時段內地下水平均埋深（m）； 潛水停止蒸發(fā)時的地下水埋深，又稱潛水蒸發(fā)極限埋深（m）；n與包氣帶土質、氣候有關的指數(shù)，一般取13。（2）沈立昌雙曲線型公式（1979年）：式中 標志土質、植被、水文地質條件及其它因素的綜合指數(shù)；a，b指數(shù)（無因次）；n)/1 (0000bak)1/()(0k（3）葉水庭指數(shù)型公式（1977年）：式中 衰減指數(shù)；其它符號意義同前。

15、 值的確定： 潛水蒸發(fā)極限埋深一方面與土質有關，其次也與作物等因素有關。例如，根據(jù)安徽省水利科學研究院五道溝試驗場資料，在無作物的條件下，亞粘土的潛水蒸發(fā)極限埋深2.32.5m，亞砂土為4.0m；在有作物條件下，亞粘土的潛水蒸發(fā)極限埋深3.23.5m，亞砂土為5m左右。a100a02. 地中滲透儀法地中滲透儀是測定潛水蒸發(fā)、降水入滲、凝結水量的裝置。 地中滲透儀示意圖潛水蒸發(fā)系數(shù)潛水蒸發(fā)系數(shù)C泰森多邊形法泰森多邊形法60( )( )QFC ht蒸發(fā)7.5灌溉入滲補給系數(shù) 當引外水灌溉時，灌溉水經過渠系引入田間，灌溉水入滲補給地下水稱為灌溉入滲補給，分為渠系的滲漏補給（條帶狀下滲）與田間灌溉入滲

16、補給（面狀下滲）兩類。 有的地區(qū)利用當?shù)氐乃矗ㄈ绯槿〉叵滤┻M行灌溉，灌溉水入滲后，地下水得到的補給應稱之為灌溉回滲，它是當?shù)厮Y源的重復量，不能作為地下水補給量。所以，灌溉入滲補給與灌溉回歸應區(qū)別開來。 渠系滲漏系數(shù)m、田間灌溉入滲補給系數(shù)以及井灌回歸系數(shù)的計算方法如下。（一）渠系滲漏補給系數(shù)的確定方法渠系滲漏補給系數(shù)m為渠系滲漏補給地下水的水量與渠首引水量的比值，即：令： 則：為簡化起見，對 乘以折減系數(shù)，以代替右端應減去 ，寫成如下形式：式中 Q引渠首引水量，可用實測的水文資料和調查資料；Q凈經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、濕潤渠底、兩側

17、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)，反應渠道在輸水過程中消耗于濕潤土層、浸潤帶蒸發(fā)損失水量的參數(shù)。引損凈引QQQQm/ )(引凈QQ /引損）（QQm/1）（1）（引損QQ /）（1mm分區(qū)襯砌情況渠床下巖性地下水埋深（m）渠系有效利用系數(shù)修正系數(shù)渠系滲漏補給系數(shù)長江以南地區(qū)和內陸河流域灌溉農業(yè)區(qū)未襯砌亞粘土亞砂土0.30.60.550.90.220.6部分襯砌亞粘土亞砂土40.40.70.300.800.180.45襯砌亞粘土亞砂土40.40.80.350.800.160.45北方半干旱半濕潤區(qū)未襯砌亞粘土40.550.320.144亞砂土0.40.50.37

18、0.500.180.3亞粘土亞砂土0.40.550.320.140.3部分襯砌亞粘土40.550.700.300.090.135亞砂土40.520.730.350.100.17襯砌亞粘土亞砂土40.550.730.320.400.090.17亞粘土40.650.880.320.040.112亞砂土0.570.730.370.100.6 渠系滲漏補給系數(shù)值表 * 引自水利電力部水文局，中國地下水資源 （二）灌溉入滲補給系數(shù)的確定方法灌溉入滲補給系數(shù)是指某一時段田間灌溉入滲補給量與灌溉水量的比值，即式中 灌溉入滲補給系數(shù)； 灌溉入滲補給量（mm）； 灌溉水量（mm）。 灌溉入滲補給系數(shù)可采用試驗方

19、法加以測定。試驗時，選取面積為F的田地，在田地上布設專用觀測井。測定灌水前的潛水位，然后讓灌溉水均勻地灌入田間，測定灌水流量，并觀測潛水位變化（包括區(qū)外水位）。經過時段后，測得試驗區(qū)地下水位平均升幅，用下列公式計算：灌hhr/rh灌h式中 給水度； 計算時段（s）； 計算時段內試驗區(qū)地下水位平均升幅（m）； 計算時段內流入試驗區(qū)的灌水流量（m3/s）； 試驗區(qū)面積（m2）。灌溉入滲補給系數(shù)主要的影響因素是巖性、地下水位埋深和灌溉定額 tQFhhhr灌/thQF地下水埋深灌水定額（m3/畝）巖性亞粘土亞砂土粉細砂黃土黃土狀亞粘土1000.150.270.200.350.300.400.200.3

20、04m8m40700.080.140.120.18701000.100.220.150.250.200.300.150.200.150.201000.100.250.150.300.250.350.200.250.200.258m40700.050.060.050.10701000.050.150.060.150.050.200.060.100.050.131000.050.180.060.200.100.250.060.130.050.15田間灌溉入滲補給系數(shù) 值表* 1.引自水利電力部水文局，中國地下水資源。 2.表中井灌回歸補給系數(shù) 取用表中相應欄的下限值 。 井井井（三）井灌回歸系數(shù)的

21、確定方法（三）井灌回歸系數(shù)的確定方法 在抽取當?shù)氐叵滤喔鹊木鄥^(qū)，灌溉水的一部分下滲返回補給地下水，這種現(xiàn)象稱為地下水灌溉回歸。 井灌回歸系數(shù) 是指灌溉水回歸量與灌水量的比值，其測定方法與灌溉入滲補給系數(shù)相同。值得注意的是，試驗時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，應予以考慮。井灌回歸系數(shù)一般取值范圍0.10.3。井7.6貯水率和貯水系數(shù) 貯水率和貯水系數(shù)是含水層中的重要水文地質參數(shù)，它們表明含水層中彈性貯存水量的變化和承壓水頭（潛水含水層中為潛水水頭）相應變化之間的關系。 貯水率表示當含水層水頭變化一個單位時，從單位體積含水層中，應水體積膨脹（或壓縮）以及介質骨架的

22、壓縮（或伸長）而釋放（或貯存）的彈性水量，用 表示，它是描述地下水三維非穩(wěn)定流或剖面二維流中的水文地質參數(shù)。s 貯水系數(shù)表示當含水層水頭變化一個單位時，從底面積為一個單位、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，二是水頭變化一個單位時所疏干（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