第三章水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算.ppt

第三章水文地質(zhì)參數(shù)的確定方法 3 1概述 3 2利用抽水試驗(yàn)資料確定水文地質(zhì)參數(shù) 3 3利用地下水動(dòng)態(tài)資料確定水文地質(zhì)參數(shù) 3 4用室內(nèi)試驗(yàn)方法確定水文地質(zhì)參數(shù) 3 1概述一 水文地質(zhì)參數(shù)的種類水文地質(zhì)參數(shù)是表征含水層水理特性的定量指標(biāo) 是地下水資源評(píng)價(jià)的重要基礎(chǔ)資料 水文地質(zhì)參數(shù)主要包括含水層的滲透系數(shù) k 和導(dǎo)水系數(shù) T 承壓含水層貯水系數(shù) S或 潛水含水層的給水度 弱透水層的越流系數(shù) ke 還有與巖土性質(zhì) 水文氣象等因素有關(guān)的指標(biāo) 主要包括降水入滲系數(shù) a 潛水蒸發(fā)系數(shù) C 等 1 滲透系數(shù)當(dāng)水力坡度為1時(shí) 從單位面積含水層通過(guò)的流量 常用m d表示 滲透系數(shù)的大小主要取決于含水層中相連通的空隙的尺度 2 釋 儲(chǔ) 水系數(shù)分為給水度和彈性釋水系數(shù) 給水度是指潛水含水層被疏干時(shí) 所釋出的水體積與該含水層體積之比 彈性釋水系數(shù) 承壓含水層降低單位水頭時(shí) 從一單位面積含水層柱體中所釋出的水體積與該柱體的體積之比 二 常用的水文地質(zhì)參數(shù)確定方法水文地質(zhì)參數(shù)的確定 在地下水勘察 開(kāi)發(fā)利用的不同階段 可以采用不同的方法 1 采用野外抽水試驗(yàn)來(lái)測(cè)定水文地質(zhì)參數(shù)在勘探階段或地下水開(kāi)發(fā)利用的初期 通常采用野外抽水試驗(yàn)來(lái)測(cè)定水文地質(zhì)參數(shù) 但由于抽水試驗(yàn)的數(shù)量有限 往往不能代表大面積含水層的情況 2 利用地下水的開(kāi)采資料和動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料確定水文地質(zhì)參數(shù)在地下水已開(kāi)發(fā)利用 且有較長(zhǎng)期的地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料的情況下 常利用地下水的開(kāi)采資料和動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料確定水文地質(zhì)參數(shù) 用這種方法確定的水文地質(zhì)參數(shù)代表性強(qiáng) 往往比較符合實(shí)際 3 室內(nèi)試驗(yàn)的方法確定水文地質(zhì)參數(shù)在特定條件下也可以采用室內(nèi)試驗(yàn)的方法確定某些水文地質(zhì)參數(shù) 但一般與實(shí)際情況相差較大 4 采用模擬的方法確定水文地質(zhì)參數(shù)利用模型采用模擬的方法來(lái)確定復(fù)雜條件下的水文地質(zhì)參數(shù) 如利用數(shù)學(xué)模型采用數(shù)值模擬的方法和電網(wǎng)絡(luò)模擬法等 5 經(jīng)驗(yàn)數(shù)值法 3 2利用抽水試驗(yàn)資料確定水文地質(zhì)參數(shù)包括利用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)資料確定水文地質(zhì)參數(shù)和利用非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)資料確定水文地質(zhì)參數(shù)兩種方法 一 利用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)資料確定水文地質(zhì)參數(shù) 一 利用裘布依公式確定K1 承壓完整井 如果有觀測(cè)孔時(shí) 可用蒂姆公式計(jì)算 有兩個(gè)觀測(cè)孔時(shí) 有一個(gè)觀測(cè)孔時(shí) 注意 盡量用蒂姆公式計(jì)算 2 潛水完整井 如果有觀測(cè)孔時(shí) 可用蒂姆公式計(jì)算 有兩個(gè)觀測(cè)孔時(shí) 有一個(gè)觀測(cè)孔時(shí) 3 計(jì)算參數(shù)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 1 消除水躍值影響在利用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)資料確定滲透系數(shù)時(shí) 需要消除水躍值的影響 否則計(jì)算的K值一般偏小 2 選擇高質(zhì)量的試驗(yàn)井試驗(yàn)井的濾水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理 施工質(zhì)量不高 如填礫不合規(guī)格 洗井不徹底等 勢(shì)必影響井的出水量或產(chǎn)生過(guò)大的水躍值 使計(jì)算出的K值偏小 3 避免混合流的影響抽水試驗(yàn)中 應(yīng)適當(dāng)控制抽水降深 以免因流速過(guò)大而出現(xiàn)混合流 觀測(cè)孔布置示意圖 二 有越流補(bǔ)給時(shí)滲透系數(shù)K 越流系數(shù)Ke的確定確定方法有配線法和直線圖解法 1 配線法 基本原理在承壓含水層有越流補(bǔ)給的抽水試驗(yàn)中 當(dāng)越流補(bǔ)給量等于抽水量時(shí) 或當(dāng)抽水時(shí)間持續(xù)很長(zhǎng)時(shí) 地下水位下降漏斗達(dá)到穩(wěn)定 就可按越流補(bǔ)給狀況下的穩(wěn)定流計(jì)算 其降深s的計(jì)算公式為 因?yàn)?對(duì)二式兩邊取對(duì)數(shù) 得 式中 和是常數(shù) 曲線與曲線相似 只是坐標(biāo)平移了只要能找到坐標(biāo)平移的距離 即可求得T和B 求參步驟a 在雙對(duì)數(shù)紙上 繪制曲線 見(jiàn)下圖 b 在另一張模數(shù)相同的透明雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上 據(jù)觀測(cè)孔水位降深 繪制s r曲線 c 將實(shí)際資料曲線疊置在標(biāo)準(zhǔn)曲線上 在保證對(duì)應(yīng)坐標(biāo)平行的條件下 移動(dòng)坐標(biāo)紙 直至兩曲線重合為止 d 重合好后 在圖上任取一點(diǎn)作為匹配點(diǎn) 讀出該點(diǎn)的坐標(biāo)s r 代入下列各式中求參數(shù) 2 直線圖解法有越流時(shí)的近似計(jì)算公式為 公式表明s與lgr是線性關(guān)系 將實(shí)測(cè)的s取普通坐標(biāo) r取對(duì)數(shù)坐標(biāo) 作圖為直線 其斜率為 將該直線延長(zhǎng)交于r軸 可讀出s 0時(shí)的r值 設(shè)為r0 則有 即 所以 二 利用非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)資料確定水文地質(zhì)參數(shù)求解的方法有配線法 直線圖解法和水位恢復(fù)法 一 承壓含水層1 配線法包括降深 時(shí)間距離配線法 降深 時(shí)間配線法和降深 距離配線法三種方法 降深 時(shí)間距離配線法 基本原理Theis公式為 對(duì)上式兩邊取對(duì)數(shù) 得 對(duì)于同一次定流量抽水右邊第二項(xiàng)均為常數(shù) 在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系內(nèi) s t r2曲線和W u 1 u標(biāo)準(zhǔn)曲線在形狀上是相同的 只是縱坐標(biāo)平移了 橫坐標(biāo)平移了 將二曲線重合 任選一匹配點(diǎn) 記下對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值 代入Theis公式可求 具體步驟 在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制W u 1 u標(biāo)準(zhǔn)曲線 在另一張模數(shù)相同的透明雙對(duì)數(shù)紙上繪制實(shí)測(cè)的s t r2曲線 將實(shí)際曲線置于標(biāo)準(zhǔn)曲線上 在保持對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸彼此平行的條件下相對(duì)平移 直至兩曲線重合為止 任取一配點(diǎn) 在曲線上或曲線外均可 記下匹配點(diǎn)的對(duì)應(yīng)坐標(biāo) W u 1 u s t r2 代入下式求參數(shù) 降深 時(shí)間配線法 在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制W u 1 u標(biāo)準(zhǔn)曲線 在另一張模數(shù)相同的透明雙對(duì)數(shù)紙上繪制實(shí)測(cè)的s t曲線 將實(shí)際曲線置于標(biāo)準(zhǔn)曲線上 在保持對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸彼此平行的條件下相對(duì)平移 直至兩曲線重合為止 任取一配點(diǎn) 在曲線上或曲線外均可 記下匹配點(diǎn)的對(duì)應(yīng)坐標(biāo) W u 1 u s t 代入下式求參數(shù) 配線法的優(yōu)點(diǎn) 可以充分利用抽水試驗(yàn)獲得的全部觀測(cè)資料 避免了個(gè)別資料的偶然誤差 提高計(jì)算精度 配線法的缺點(diǎn) 1 抽水初期實(shí)際曲線常與標(biāo)準(zhǔn)曲線不符 2 當(dāng)抽水后期曲線比較平緩時(shí) 同標(biāo)準(zhǔn)曲線不容易擬合準(zhǔn)確 常帶有人為誤差 因此擬合時(shí)盡可能用中部彎曲的線段 2 Jacob直線圖解法 1 s lgt r2直線圖解法當(dāng)u足夠小時(shí) 可用Jacob式計(jì)算可變形為 顯然 s與lgt r2是線性關(guān)系 在單對(duì)數(shù)紙上以t r2為橫坐標(biāo) 以s為縱坐標(biāo) s lgt r2為一直線 如下圖 直線的斜率為i 則 得 2 s lgt r2直線圖解法當(dāng)S 0 有 可得 將截距 t r2 代入上面式子 得 3 s lgt直線圖解法前式還可變?yōu)?直線的斜率為 可得 當(dāng)S 0時(shí) 得截距 t 代入上面式子 得 直線圖解法的優(yōu)點(diǎn) 既可以避免配線法的隨意性 又能充分利用抽水后期的所有資料 注意 Jacob公式的條件是u 0 01 因?yàn)?所以要求r小 t大 選資料時(shí) 要選距抽水井近 且抽水時(shí)間長(zhǎng)的觀測(cè)孔資料 畫直線時(shí)以抽水中 后期的數(shù)據(jù)為主 否則 抽水時(shí)間短 直線斜率小 截距值小 所得的T值偏大 而 值偏小 3 水位恢復(fù)法抽水試驗(yàn)曲線如下圖 剩余降深s 原始水位與停抽后某時(shí)刻水位之差 抽水井停抽以前 tp時(shí)刻 抽水井以流量Q抽水 停抽后 處理為以流量Q繼續(xù)抽水和以流量Q注水的疊加 當(dāng)t tp 時(shí) 觀測(cè)孔得剩余降深為 式中 t t tp 剩余降深s 與lgt t 呈線性關(guān)系 斜率為 將sp tp和求得的T代入下式 可得 二 潛水含水層 1 配線法 據(jù)表繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線 如下圖 曲線分A組和B組 作法同前 據(jù)實(shí)測(cè)資料 在模數(shù)相同的雙對(duì)數(shù)透明紙上繪s t曲線 把曲線的后半部分重疊在B組曲線上 保持對(duì)應(yīng)坐標(biāo)平行 使s t曲線和B組曲線中的某一曲線最大地重合 記下該曲線的 值 任選一匹配點(diǎn) 讀出相應(yīng)的坐標(biāo)s t sd和ty 代入下式求參數(shù)T和 在A組曲線中選 值相同的那條線 將s t曲線的前半部分重疊在其上 使其最大程度擬合 任選匹配點(diǎn) 讀出相應(yīng)的坐標(biāo)和s t sd和ts 代入下式求參數(shù)T和 2 直線圖解法 將實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)在單對(duì)數(shù)紙上 s為普通坐標(biāo) t為對(duì)數(shù)坐標(biāo) 后期的曲線應(yīng)為一直線 得直線斜率iL 代入下式求T 延長(zhǎng)此直線 與t軸交一點(diǎn) 讀取時(shí)間坐標(biāo)tL 代入下式求 三 有越流補(bǔ)給時(shí)水文地質(zhì)參數(shù)的確定 1 配線法井流計(jì)算公式為 兩邊取對(duì)數(shù) 得 由此可看出 lgs lgt曲線同lgw u r B lg1 u曲線的形狀相同 只是橫 縱坐標(biāo)平移了 可用配線法求參 具體步驟 在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制W u r B 1 u 標(biāo)準(zhǔn)曲線 在另一張模數(shù)相同的透明雙對(duì)數(shù)紙上 點(diǎn)繪s t實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線 在保持對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸彼此平行的前提下 相對(duì)移動(dòng)兩坐標(biāo)紙 在標(biāo)準(zhǔn)曲線中找最優(yōu)重合曲線 兩曲線重合后 任選一配點(diǎn) 記下對(duì)應(yīng)的四個(gè)坐標(biāo)值W u r B 1 u s t 代入下式求得 從曲線上讀得r B 可求得B和 K M 值 3 3利用地下水動(dòng)態(tài)資料確定水文地質(zhì)參數(shù)利用地下水動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期觀測(cè)資料來(lái)確定水文地質(zhì)參數(shù)是一種比較經(jīng)濟(jì)的方法 并且確定參數(shù)的范圍比前者更為廣泛 可以求出一些用抽水試驗(yàn)不能求得的一些參數(shù) 本節(jié)主要介紹給水度 降水入滲系數(shù)和潛水蒸發(fā)系數(shù)的確定方法 一 確定給水度 根據(jù)水均衡原理 可利用達(dá)西線性滲透定律求取 利用冬季或較長(zhǎng)時(shí)間干旱季節(jié)的地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料計(jì)算 如圖所示 陰影部分為計(jì)算區(qū)域 即均衡域 有1 2 3三個(gè)觀測(cè)孔 無(wú)降雨 無(wú)潛水蒸發(fā) 人工開(kāi)采等垂向交換水量 地下水僅以地下徑流的方式向下游運(yùn)動(dòng) 為便于研究 取單位寬度含水層 根據(jù)達(dá)西線性滲透定律 則有 根據(jù)給水度的含義 均衡域內(nèi)水量變化量為 由水均衡原理 可得 則 如滲透系數(shù)為已知 則式中僅給水度為未知量 可求 如含水層底板為水平時(shí) 則含水層厚度 h 同水位 H 數(shù)值相等 公式可簡(jiǎn)化為 二 降水入滲系數(shù) 降水是自然界水分循環(huán)中最活躍的因子之一 是地下水資源形成的重要組成部分 地下水可恢復(fù)資源的多寡是與降水入滲補(bǔ)給量密切相關(guān)的 但是 降落到地面的水分不能直接到達(dá)潛水面 因?yàn)樵诘孛婧蜐撍嬷虚g隔著一個(gè)包氣帶 入滲的水必須在包氣帶中向下運(yùn)移才能到達(dá)潛水面 一 降水入滲系數(shù)的概念降水入滲系數(shù)是指降水滲入量與降水總量的比值 一般用a表示 a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 植被覆蓋以及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)a值的影響最顯著 降水入滲系數(shù)可分為次降水入滲系數(shù) 年降水入滲系數(shù) 多年平均降水入滲系數(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 不同巖性和降水量的平均年降水入滲系數(shù) 二 降水入滲補(bǔ)給系數(shù)的確定方法 1 利用地下水位動(dòng)態(tài)資料計(jì)算降水入滲系數(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(guó)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(bǔ)給 消耗于蒸發(fā)和開(kāi)采 在一次降雨的短時(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) 可采用下式近似計(jì)算降水入滲系數(shù) 注意 這種方法的適用條件是幾乎沒(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 2 直線斜率法根據(jù)水均衡原理 有 式中 X為降水量 Y為年總徑流深 Z為年蒸發(fā)量 則h X為直線關(guān)系 a為斜率 利用降水和年徑流深資料可以求解 三 潛水蒸發(fā)系數(shù)潛水蒸發(fā)是指潛水在土壤水勢(shì)作用下運(yùn)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(shí)間的潛水蒸發(fā)量稱為潛水蒸發(fā)強(qiáng)度 潛水蒸發(fā)強(qiáng)度的變化既受潛水埋深的制約 又受氣象 土壤 植被等因素的影響 一 潛水蒸發(fā)強(qiáng)度的確定一般采用阿維里揚(yáng)諾夫公式 1965年 計(jì)算 公式為 公式中各指標(biāo)的確定方法如下 值的確定以一定時(shí)段 如十日 五日等 為單位 從實(shí)測(cè)資料中摘出響應(yīng)的和 繪制關(guān)系曲線 使曲線尾端順勢(shì)延長(zhǎng) 與軸相交 可以近似地得到值 這里有兩個(gè)問(wèn)題值得注意 怎樣取時(shí)段內(nèi)值的問(wèn)題一種方法是取時(shí)段始末的均值 這樣求出的值略偏小 另一種方法是取時(shí)段末時(shí)刻的埋深值 曲線尾端延長(zhǎng)的任意性問(wèn)題曲線的延長(zhǎng)使得值可能偏大或偏小一點(diǎn) 對(duì)蒸發(fā)量值影響不大 但宜通過(guò)多次綜合分析后確定 另外 潛水蒸發(fā)極限埋深一方面與土質(zhì)有關(guān) 其次也與作物等因素有關(guān) 例如 根據(jù)安徽省水利科學(xué)研究院五道溝試驗(yàn)場(chǎng)資料 在無(wú)作物的條件下 粉質(zhì)粘土的潛水蒸發(fā)極限埋深2 3 2 5m 粉土為4 0m 在有作物條件下 粉質(zhì)粘土的潛水蒸發(fā)極限埋深3 2 3 5m 粉土為5m左右 n值的確定前述經(jīng)驗(yàn)公式可改寫為 即 兩邊取對(duì)數(shù) 得 以為