7水文地质参数计算.ppt
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1、专门水文地质学专门水文地质学(水文地质勘察)(水文地质勘察)主讲教师:张卫民主讲教师:张卫民2010年年 学位课程第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.1概述概述 7.2 给水度的确定方法给水度的确定方法 7.3渗透系数和导水系数渗透系数和导水系数 7.4储水率和储水系数储水率和储水系数 7.5越流系数和越流因素越流系数和越流因素 7.6 降水入渗补给系数降水入渗补给系数 7.7潜水蒸发强度(自学)潜水蒸发强度(自学)7.8灌溉入渗补给系数(自学)灌溉入渗补给系数(自学)第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 11概述概述 一、参数概念一、参数概念 1、水文地质参数、水文
2、地质参数 是是表表征征含含水水介介质质水水文文地地质质性性能能的的数数量量指指标标,是是地地下下水水资资源源评评价价的的重重要要基基础础资资料料,主主要要包包括括含含水水层层的的渗渗透透系系数数K和和导导水水系系数数T、承承压压含含水水层层的的储储水水系系数数S(也也叫叫弹弹性性给给水水度度e)、潜潜水水含含水水层层的的给给水水度度(重重力力给给水水度度d)、弱弱透透水水层层的的越越流系数流系数及含水介质的水动力弥散系数及含水介质的水动力弥散系数D等等。2、水文参数、水文参数 是是表表征征与与岩岩土土性性质质、水水文文气气象象等等因因素素的的数数量量指指标标,主主要要包包括括降降水水入入渗渗系
3、系数数、潜潜水水蒸蒸发发强强度度、灌灌溉溉水水回回渗渗补补给给系系数数m等。等。水文地质参数和水文参数水文地质参数和水文参数统称为水文地质参数统称为水文地质参数第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 11概述概述二、参数确定方法二、参数确定方法 确定水文地质参数的方法可以概括为两类:确定水文地质参数的方法可以概括为两类:1、一类是用水文地质试验法、一类是用水文地质试验法 如如野野外外现现场场抽抽水水试试验验、注注水水试试验验、渗渗水水试试验验及及室室内内渗渗压压试试验验、达达西西试试验验、弥弥散散试试验验等等,这这种种方方法法可可以以在在较较短短的的时时间间内求出含水层参数而得到广泛应
4、用;内求出含水层参数而得到广泛应用;2、二类是地下水动态观测、二类是地下水动态观测 利利用用地地下下水水动动态态观观测测资资料料来来确确定定,是是一一种种比比较较经经济济的的水水文文地地质质参参数数测测定定方方法法,并并且且测测定定参参数数的的范范围围比比前前者者更更为为广广泛泛,可以求出一些用可以求出一些用抽水试验抽水试验不能求得的一些参数。不能求得的一些参数。第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 11概述概述 小结小结 一、参数概念一、参数概念 二、参数确定方法二、参数确定方法第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.1概述概述 7.2 给水度的确定方法给水度的确定方法
5、 7.3渗透系数和导水系数渗透系数和导水系数 7.4储水率和储水系数储水率和储水系数 7.5越流系数和越流因素越流系数和越流因素 7.6 降水入渗补给系数降水入渗补给系数 7.7潜水蒸发强度(自学)潜水蒸发强度(自学)7.8灌溉入渗补给系数(自学)灌溉入渗补给系数(自学)第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.2 7.2 给水度的确定方法给水度的确定方法 一、给水度的概念一、给水度的概念 1、含义、含义 给给水水度度是是表表征征潜潜水水含含水水层层给给水水或或储储水水能能力力的的一一个个指指标标,在在数数值值上上等等于于单单位位面面积积的的潜潜水水含含水水层层柱柱体体,当当潜潜水水
6、位位下下降降一个单位时,在重力作用下自由排出的水量体积。一个单位时,在重力作用下自由排出的水量体积。2、影响因素、影响因素 饱饱水水带带的的岩岩性性、潜潜水水埋埋深深、排排水水时时间间、水水位位变变化化幅幅度度等。等。第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.2 7.2 给水度的确定方法给水度的确定方法 二、给水度的确定方法二、给水度的确定方法 利利用用多多孔孔非非稳稳定定流流抽抽水水试试验验观观测测孔孔的的水水位位下下降降资资料料计计算算确确定定,或或采采用用野野外外试试验验和和室室内内试试验验的的方方法法确确定定,但但必必须须保保持含水层的天然结构。持含水层的天然结构。1、非稳定
7、流抽水试验法、非稳定流抽水试验法 利利用用非非稳稳定定流流抽抽水水试试验验确确定定潜潜水水含含水水层层的的给给水水度度,必必须须选选择择合合适适的的数数学学模模型型,并并且且观观测测孔孔离离抽抽水水井井的的距距离离和和深深度度、抽抽水水延延续续时时间间、抽抽水水量量的的控控制制和和动动水水位位的的观观测测等等都都必必须须满满足一定的技术要求,才能取得较好的结果。足一定的技术要求,才能取得较好的结果。第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.2 7.2 给水度的确定方法给水度的确定方法 二、给水度的确定方法二、给水度的确定方法 1、非稳定流抽水试验法、非稳定流抽水试验法 (1)井流公式
8、)井流公式 求解潜水含水层中完整井定流量抽水井流问题的主要方求解潜水含水层中完整井定流量抽水井流问题的主要方法就是利用法就是利用博尔顿模型和纽曼模型博尔顿模型和纽曼模型,参考,参考地下水动力学地下水动力学。(2)求解水文地质参数)求解水文地质参数 通常根据抽水试验的通常根据抽水试验的st曲线,进行解析推断,求出给曲线,进行解析推断,求出给水度,主要有两种方法。水度,主要有两种方法。第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.2 7.2 给水度的确定方法给水度的确定方法 二、给水度的确定方法二、给水度的确定方法 1、非稳定流抽水试验法、非稳定流抽水试验法 (2)求解水文地质参数)求解水文
9、地质参数 标准曲线法(配线法):标准曲线法(配线法):配线法的具体步骤见配线法的具体步骤见地下水地下水动力学动力学,为了求取给水度值,主要是,为了求取给水度值,主要是拟合抽水试验的拟合抽水试验的lgslgt曲线的后半部分曲线曲线的后半部分曲线,所以抽水试验延续的时间应足,所以抽水试验延续的时间应足够长,使得较好的拟合。够长,使得较好的拟合。拟合好后,选拟合点,按下列公式计算再进行计算:拟合好后,选拟合点,按下列公式计算再进行计算:第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.2 7.2 给水度的确定方法给水度的确定方法 二、给水度的确定方法二、给水度的确定方法 1、非稳定流抽水试验法、非
10、稳定流抽水试验法 (2)求解水文地质参数)求解水文地质参数 直线图解法:直线图解法:将实测的降深资料在单对数坐标上作将实测的降深资料在单对数坐标上作slgt直线。对于潜水来说,直线。对于潜水来说,降深前期和降深后期的曲线为大降深前期和降深后期的曲线为大致平行的两条直线,中间为一条近乎水平的线相连致平行的两条直线,中间为一条近乎水平的线相连。求给水度时,利用求给水度时,利用降深后期的直线降深后期的直线。求出该直线斜率。求出该直线斜率m(相当于一个对数周期的降深差)和该直线在横轴上的截(相当于一个对数周期的降深差)和该直线在横轴上的截距距t。按下列公式计算:。按下列公式计算:第七章第七章 水文地质
11、参数计算水文地质参数计算 7.2 7.2 给水度的确定方法给水度的确定方法 二、给水度的确定方法二、给水度的确定方法 2、漏斗疏干法、漏斗疏干法 在在潜潜水水面面平平缓缓、天天然然地地下下径径流流量量很很小小的的地地区区,抽抽水水井井所所抽抽出出的的水水主主要要来来自自降降落落漏漏斗斗疏疏干干的的水水量量,随随着着抽抽水水时时间间的的延延长长,降降落落漏漏斗斗在在不不断断扩扩展展,只只要要将将某某一一时时刻刻以以前前抽抽出出的的水水量量,除除以以该该时时段段的的降降落落漏漏斗斗体体积积,即即可可得得到到给给水水度度,计计算公式如下:算公式如下:降降落落漏漏斗斗的的形形状状一一般般为为不不规规则
12、则的的漏漏斗斗形形。当当观观测测孔孔较较多多时时,可可根根据据实实测测的的降降落落漏漏斗斗形形状状和和漏漏斗斗内内降降深深等等值值线线,算算出漏斗体积出漏斗体积V。第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.2 7.2 给水度的确定方法给水度的确定方法 二、给水度的确定方法二、给水度的确定方法 3、筒测法、筒测法 筒筒测测法法是是使使用用一一种种特特制制的的简简易易测测筒筒,筒筒内内盛盛入入原原状状土土,然然后后设设法法让让筒筒内内原原状状土土达达到到饱饱和和,进进而而使使之之在在重重力力作作用用下下自自由由排排水水,从从而而测测定定排排除除的的水水量量,借借以以推推求求原原状状土土的
13、的给给水水度。度。筒测法示意图筒测法示意图第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.2 7.2 给水度的确定方法给水度的确定方法 图图7-1 筒测法装置示意图筒测法装置示意图1试验测筒;试验测筒;2滤料池;滤料池;3排水阀;排水阀;4供水阀;供水阀;5供水水箱;供水水箱;6测压管;测压管;7排水口;排水口;8法兰盘法兰盘第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.2 7.2 给水度的确定方法给水度的确定方法 二、给水度的确定方法二、给水度的确定方法 4、试坑法、试坑法 试试坑坑法法的的基基本本原原理理是是测测量量土土层层的的体体积积饱饱和和含含水水量量和和田田间间持水量,然后
14、计算其差值即为给水度。测试分析步骤如下:持水量,然后计算其差值即为给水度。测试分析步骤如下:(1)挖挖掘掘一一大大小小适适当当的的试试坑坑,露露出出欲欲求求给给水水度度的的土土层层,用环刀取土样,测定土样的干容重用环刀取土样,测定土样的干容重 :(2)将将试试坑坑内内欲欲测测的的土土壤壤泡泡水水一一定定的的时时间间,使使其其孔孔隙隙被被水饱和,然后舀干余水,取土样测定重量含水率水饱和,然后舀干余水,取土样测定重量含水率:第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.2 7.2 给水度的确定方法给水度的确定方法 二、给水度的确定方法二、给水度的确定方法 4、试坑法、试坑法 (3)将土层用湿
15、物覆盖,防止土层水分蒸发。这时,饱将土层用湿物覆盖,防止土层水分蒸发。这时,饱和含水量中的重力水下渗,每隔一定时间取土测定土样的和含水量中的重力水下渗,每隔一定时间取土测定土样的重量含水率;重量含水率;(4)将测得的重量含水率换算成体积含水率;将测得的重量含水率换算成体积含水率;(5)将不同的将不同的 值点绘曲线(如图值点绘曲线(如图7-2),在),在t=0时刻时刻的的 值为体积饱和含水率值为体积饱和含水率(容水度),而曲线的水平段相(容水度),而曲线的水平段相当与田间持水率当与田间持水率 (持水度)。(持水度)。第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.2 7.2 给水度的确定方法
16、给水度的确定方法 图图7-2 土壤含水率变化曲线土壤含水率变化曲线第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.2 7.2 给水度的确定方法给水度的确定方法二、给水度的确定方法二、给水度的确定方法5 5、根据抽水前后包气带土层天然湿度的变化来确定、根据抽水前后包气带土层天然湿度的变化来确定值值抽抽水水前前包包气气带带内内土土层层的的天天然然湿湿度度分分布布应应如如图图7373中中的的oacdoacd线线所所示示。抽抽水水后后,潜潜水水面面由由A A下下降降到到B(B(下下降降水水头头高高度度为为h)h),此时的土层天然湿度分布线则变为图此时的土层天然湿度分布线则变为图中的中的oabdoa
17、bd。对对比比抽抽水水前前后后的的两两条条湿湿度度分分布布线线可可知知,由由于于抽抽水水水水位位下下降降,水水位位变变动动带带将将会会给给出出一一定定量量的的水水。按按水水均均衡衡原原理理,抽抽水水前前后后包包气气带带内内湿湿度度之之差差,应应等等于于潜潜水水位位下下降降h h时时包包气气带带所所给出的水量。给出的水量。第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.2 7.2 给水度的确定方法给水度的确定方法 h h第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.2 7.2 给水度的确定方法给水度的确定方法 二、给水度的确定方法二、给水度的确定方法 5、根据抽水前后包气带土层天然湿度
18、的变化来确定、根据抽水前后包气带土层天然湿度的变化来确定值值 式中:式中:Z Zi i包气带天然湿度测定分段长度包气带天然湿度测定分段长度;h h抽水产生的潜水面下移深度抽水产生的潜水面下移深度;W W1i1i,W W2i2i抽水前后抽水前后Zi段内的土层天然湿度段内的土层天然湿度;n n取样数取样数。土土层层的的天天然然湿湿度度,可可采采取取原原状状土土样样在在实实验验室室测测定定,或或利利用中子水分计在钻孔中直接测定土层的含水率。用中子水分计在钻孔中直接测定土层的含水率。第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.2 7.2 给水度的确定方法给水度的确定方法 二、给水度的确定方法二
19、、给水度的确定方法 6 6、根据潜水水位动态观测资料用有限差分法确定、根据潜水水位动态观测资料用有限差分法确定值值 如如果果潜潜水水为为单单向向流流动动,隔隔水水层层水水平平,含含水水层层均均质质,可可沿沿流流向向布布置置3 3个个地地下下水水水水位位动动态态观观测测孔孔(图图73)73),然然后后根根据据水水位动态观测资料,按下式计算位动态观测资料,按下式计算值:值:式中:式中:h1,t,h2,t,h3,t观测孔观测孔t时刻水位及含水层厚度;时刻水位及含水层厚度;h2t时段内时段内2号孔水位变幅;号孔水位变幅;垂向流入和流出量之和称综合补给强度;垂向流入和流出量之和称综合补给强度;K渗透系数
20、渗透系数;x观测孔间距。观测孔间距。第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.2 7.2 给水度的确定方法给水度的确定方法 第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.2 7.2 给水度的确定方法给水度的确定方法 小结小结 一、给水度的概念一、给水度的概念 二、给水度的确定方法二、给水度的确定方法第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.1概述概述 7.2 给水度的确定方法给水度的确定方法 7.3渗透系数和导水系数渗透系数和导水系数 7.4储水率和储水系数储水率和储水系数 7.5越流系数和越流因素越流系数和越流因素 7.6 降水入渗补给系数降水入渗补给系数 7.7潜
21、水蒸发强度(自学)潜水蒸发强度(自学)7.8灌溉入渗补给系数(自学)灌溉入渗补给系数(自学)第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.3渗透系数和导水系数渗透系数和导水系数一、渗透系数和导水系数的概念一、渗透系数和导水系数的概念 1、渗透系数、渗透系数 又又称称水水力力传传导导系系数数,是是描描述述介介质质渗渗透透能能力力的的重重要要水水文文地地质质参参数数。渗渗透透系系数数代代表表当当水水力力坡坡度度为为1时时,水水在在介介质质中中的的渗渗流流速速度度,单单位位是是m/d或或cm/s。渗渗透透系系数数大大小小与与介介质质的的结结构构(颗颗粒粒大大小小、排排列列、空空隙隙充充填填等等
22、)和和水水的的物物理理性性质质(液液体体的粘滞性、容重等)有关。的粘滞性、容重等)有关。2、导水系数、导水系数 即即含含水水层层的的渗渗透透系系数数与与其其厚厚度度的的乘乘积积。其其理理论论意意义义为为水水力力梯梯度度为为1时时,通通过过含含水水层层的的单单宽宽流流量量,常常用用单单位位是是m2/d。导导水水系系数数只只适适用用于于平平面面二二维维流流和和一一维维流流,而而在在三三维维流流及及剖剖面面二维流中无意义。二维流中无意义。第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.3渗透系数和导水系数渗透系数和导水系数二、渗透系数和导水系数的确定方法二、渗透系数和导水系数的确定方法 利利用用
23、抽抽水水试试验验资资料料求求取取含含水水层层的的渗渗透透系系数数及及导导水水系系数数方方法法视视具具体体的的抽抽水水试试验验情情况况而而定定,下下面面就就各各种种情情况况下下的的计计算算公公式式加加以以简简述述,其其原原理理及及具具体体计计算算步步骤骤可可参参考考地地下下水水动动力力学学相相关教材。关教材。1.单孔稳定流抽水试验,抽水孔水位下降资料求渗透系数单孔稳定流抽水试验,抽水孔水位下降资料求渗透系数 (1)当)当Qs(或(或h2)关系曲线呈直线)关系曲线呈直线 1)承压水完整孔:)承压水完整孔:第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.3渗透系数和导水系数渗透系数和导水系数二、
24、渗透系数和导水系数的确定方法二、渗透系数和导水系数的确定方法 1.单孔稳定流抽水试验,抽水孔水位下降资料求渗透系数单孔稳定流抽水试验,抽水孔水位下降资料求渗透系数 (1)当)当Qs(或(或h2)关系曲线呈直线)关系曲线呈直线 2)承压水非完整孔:)承压水非完整孔:当当M M150150r r,l l/M M0.10.1时,时,当过滤器位于含水层的顶部或底部时当过滤器位于含水层的顶部或底部时 第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.3渗透系数和导水系数渗透系数和导水系数二、渗透系数和导水系数的确定方法二、渗透系数和导水系数的确定方法 1.单孔稳定流抽水试验,抽水孔水位下降资料求渗透系
25、数单孔稳定流抽水试验,抽水孔水位下降资料求渗透系数 (1)当)当Qs(或(或h2)关系曲线呈直线)关系曲线呈直线 3)潜水完整孔:)潜水完整孔:4)潜水非完整孔:)潜水非完整孔:当当 150r,l/0.1时,时,当过滤器位于含水层的顶部或底部时当过滤器位于含水层的顶部或底部时,第七章第七章 水文地质参数计算水文地质参数计算 7.3渗透系数和导水系数渗透系数和导水系数二、渗透系数和导水系数的确定方法二、渗透系数和导水系数的确定方法 1.单孔稳定流抽水试验,抽水孔水位下降资料求渗透系数单孔稳定流抽水试验,抽水孔水位下降资料求渗透系数 (2)当)当Qs(或或h2)关系曲线呈曲线)关系曲线呈曲线 采用
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