第六章水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算

第六章水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算第1頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三水文地質(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(guò)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。第2頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三6.1給水度第3頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、影響給水度的主要因素給水度（μ）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。第4頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、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(lái)確定μ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。第5頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三圖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第6頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三按水均衡原理，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（μ△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：第7頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.根據(jù)潛水水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料用有限差分法確定μ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μ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。第8頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三圖7－2單向流動(dòng)μ值計(jì)算示意圖第9頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三6.2滲透系數(shù)和導(dǎo)水系數(shù)第10頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三滲透系數(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(wú)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。第11頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、用抽水試驗(yàn)方法求參應(yīng)注意的問(wèn)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(lèi)。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①施工質(zhì)量——洗孔不徹底，濾水管外填礫不合規(guī)格等。②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。第12頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（3）主要影響因素①含水層的井壁邊界條件②影響半徑（R）③天然水力坡度（I）的影響④抽水降深大小的影響第13頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.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：①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；②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；③注意邊界條件的影響。第14頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、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(guò)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。第15頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三6.3貯水率和貯水系數(shù)第16頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三貯水率表示當(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μs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)。第17頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三貯水系數(shù)是沒(méi)有量綱的參數(shù)，其確定方法是通過(guò)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。第18頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三6.4越流系數(shù)和越流因素第19頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三表示越流特性的水文地質(zhì)參數(shù)是越流系數(shù)（σ）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)σ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(guò)兩含水層之間弱透水層單位面積的水量（σ=K′/b′）。越流系數(shù)可通過(guò)野外抽水實(shí)驗(yàn)獲得。第20頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三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(lái)說(shuō)，越流因素B為無(wú)窮大，而越流系數(shù)σ為零。越流因素可通過(guò)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?？捎孟率奖硎荆菏街校篢—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）。第21頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三6.5降水入滲系數(shù)和潛水蒸發(fā)強(qiáng)度第22頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、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(wú)量綱系數(shù)，其值變化于0～1之間。第23頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第24頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（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(guò)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：α—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）。第25頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三適用條件：適用于地下水位埋藏深度較小的平原區(qū)，幾乎沒(méi)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。第26頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（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(lèi)似的更大區(qū)域，即可得到大區(qū)域的降水入滲補(bǔ)給量。第27頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三對(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(kāi)采量（最大降深的穩(wěn)定開(kāi)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(kāi)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(lèi)似的更大區(qū)域，進(jìn)行降水入滲總量的計(jì)算。第28頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.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。第29頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第30頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(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(guò)連通管和水管流入量筒內(nèi)，可直接讀出補(bǔ)給水量?？捎么朔ㄑb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。第31頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.零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(lái)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。第32頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三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θ1（Z,t1）和θ2（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。第33頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三按質(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。第34頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三將M(Z0，Z，t)用DZFP以下某點(diǎn)的體積含水率θ（Z，t）表示，則式上改寫(xiě)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θ（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。第35頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三水利水電科學(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（θ）的觀測(cè)數(shù)據(jù)，代入式上計(jì)算降水入滲補(bǔ)給量。第36頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.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。泰森多邊形示意圖第37頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三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)μ—給水度；ΔhO—中央孔在Δt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泰森多邊形示意圖第38頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三按達(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?chē)骺字g過(guò)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（ΔhO＞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)。第39頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、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：μ—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；ε0—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）；ε—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ε時(shí)，由于ε0和h可通過(guò)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。第40頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.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(jiàn)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。第41頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.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。第42頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三6.6灌溉入滲補(bǔ)給系數(shù)第43頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三當(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(lèi)。有的地區(qū)利用當(dāng)?shù)氐乃矗ㄈ绯槿〉叵滤┻M(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。第44頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、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η=Q凈/Q引，則：m=1-η-Q損/Q引為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，對(duì)（1-η）乘以折減系數(shù)，以消去上式的右端項(xiàng)Q損/Q引，寫(xiě)成下式：m=γ（1-η）（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(guò)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；η—渠系有效利用系數(shù)；γ—修正系數(shù)，反應(yīng)渠道在輸水過(guò)程中消耗于濕潤(rùn)土層、浸潤(rùn)帶蒸發(fā)損失的水量。第45頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第46頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、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(guò)△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）；μ—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）。第47頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三灌溉入滲補(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。第48頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、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)β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(kāi)采過(guò)程中，則地下水位變幅中包括開(kāi)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。第49頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三6.7水動(dòng)力彌散系數(shù)第50頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、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。第51頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、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(lái)求解，也可通過(guò)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?。?，現(xiàn)在已開(kāi)始研究利用尺度效應(yīng)分維來(lái)描述縱向彌散度隨尺度增加而增大的規(guī)律。第52頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.室內(nèi)彌散試驗(yàn)（1）試驗(yàn)原理設(shè)通過(guò)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(guò)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。第53頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）試驗(yàn)步驟①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；②飽水。把供水瓶與試樣底部的出水口相連，打開(kāi)閥門(mén)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；③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；④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；⑤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；⑥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。第54頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三實(shí)驗(yàn)裝置圖1—定水頭供水瓶；2—裝示蹤劑瓶;3—閥門(mén);4—裝樣筒；5—電極；6—電導(dǎo)率儀；7—測(cè)壓管；8—過(guò)濾板；9—出水管第55頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（3）資料整理①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）；②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）。第56頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三圖7－7C