第七章水文地質(zhì)參數(shù)的計算

1、第七章 水文地質(zhì)參數(shù)的計算水文地質(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，是地下水資源評價的重要基礎(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)、承壓含水層的儲水系數(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，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)強度、灌溉入滲補給系數(shù)等。水文地質(zhì)參數(shù)常通過野外試驗、實驗室測試及根據(jù)地下水動態(tài)觀測資料采用有關(guān)理論公式計算求取，或采取數(shù)值法反演求參等。第一節(jié) 給水度一、影響給水度的主要因素給水度（）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(guān)，隨排水時間、潛水埋深、水位變化幅度及水質(zhì)的

2、變化而變化。不同巖性給水度經(jīng)驗值見表7.l。二、給水度的確定方法確定給水度的方法除非穩(wěn)定流抽水試驗法（參考地下水動力學(xué)等文獻）外，還常用下列方法：1根據(jù)抽水前后包氣帶上層天然溫度的變化來確定p值根據(jù)包氣帶中非飽和流的運移和分帶規(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（下降水頭高度為功），故毛細水帶將下移，由aa段下移到bb段，此時的土層天然濕度分布線則變?yōu)閳D中的Oacd。對比抽水前后的兩條濕度分布線可知，由于抽水使水位下降，水位變動帶將給出一定量的水。根據(jù)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時包氣帶（主要是毛

3、細水帶）所給出之水量（h）即故給水度為 (7.1)式中：Zi包氣帶天然濕度測定分段長度（m）；h抽水產(chǎn)生的潛水面下移深度（m）；W1i，W2i；抽水前后Zi段內(nèi)的土層天然濕度（）； n 取樣數(shù)。2根據(jù)潛水水位動態(tài)觀測資料用有限差分法確定值如果潛水單向流動，隔水層水平，含水層均質(zhì)，可沿流向布置3個地下水動態(tài)觀測孔（圖7.2），然后根據(jù)水位動態(tài)觀測資料，按下式計算。值： (7.2)式中：h1，t、h2，t、h3，t1、2、3號觀測孔t時刻水位，即含水層水流度（m）；h2t時段內(nèi)2號孔水位變幅（m）；垂向流入和流出量之和，稱綜合補給強度（m/d）；K滲透系數(shù)（m/d）；x觀測孔間距（m）。第二節(jié) 滲

4、透系數(shù)和導(dǎo)水系數(shù)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)的大小與介質(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)（液體的黏滯性、容重等）有關(guān)，單位是m/d或cms。導(dǎo)水系數(shù)（T）是含水層的滲透系數(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)一般采用抽水試驗法和數(shù)值法反演計算求得。一、用抽水試驗法求參數(shù)應(yīng)注意的問題利用抽水試驗法求水文地質(zhì)參數(shù)的方法在第二章及地下水動力學(xué)一書中已有詳細論述，這里只介紹應(yīng)該注意的問題。根據(jù)抽水試驗資料，采用解析公式反演的方法識別含水層水文地質(zhì)參數(shù)

5、，可分為穩(wěn)定流抽水和非穩(wěn)定流抽水兩類。在利用穩(wěn)定流抽水試驗資料時，常采用穩(wěn)定流裘布依公式計算滲透系數(shù)，但計算結(jié)果往往與實際不符。其原因除施工質(zhì)量（洗孔不徹底，濾水管外填礫不合規(guī)格等），主要是選用計算公式與抽水引起的地下水運動規(guī)律不符，即不符合裘布依公式的假設(shè)條件。主要影響因素有：1）含水層的井壁邊界條件。如抽水水位降深較大時，井壁及抽水井周圍產(chǎn)生的三維流或井周圍產(chǎn)生紊流、濾水管長度小于含水層厚度等。利用單井抽水試驗資料求滲透系數(shù)的誤差較大，往往是由此原因造成的。即使采用多孔抽水試驗資料求滲透系數(shù)，也往往會產(chǎn)生利用距井近的觀測孔資料求得K值偏小、反之偏大的現(xiàn)象。K值偏小主要是因為觀測孔受到了抽水

6、井三維流或紊流的影響；K值偏大是由于觀測孔遠離抽水井時，水位降深（S）與觀測孔距抽水井距離（r）已經(jīng)不是對數(shù)關(guān)系或受邊界條件影響。2）影響半徑（R）。裘布依公式的影響半徑實質(zhì)上是含水層的補給邊界，在此邊界上始終保持常水頭。實際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(nèi)，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(guān)系；當r大于0.178R后就變?yōu)樨惾麪柡瘮?shù)關(guān)系，而貝塞爾函數(shù)斜率小于對數(shù)函數(shù)，這就是前述觀測孔越遠計算的K值越大的根本原因。3）天然水力坡度（I）的影響。裘布依公式假定抽水前地下水是靜止的，實際上，地下水是在天然水力坡度作用下運動的

7、。利用水流上游觀測孔求得的K值偏小，下游求得的K值偏大，因此，天然水力坡度在潛水含水層中影響較顯著。4）抽水降深大小的影響。抽水降深小，易獲得較準確的滲透系數(shù)值，但由于所求得的滲透系數(shù)是代表降落漏斗范圍內(nèi)含水層體積的平均值，所以其代表性差；抽水降深大，易獲得代表性大的K值。在實際計算中，應(yīng)選擇抽水降深較大，同時抽水井周圍三維流或紊流影響較小，且S與r保持對數(shù)關(guān)系的觀測孔資料計算K值。C.V.Theis公式的重要用途之一是利用非穩(wěn)定流抽水試驗資料反求水文地質(zhì)參數(shù)，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)定流抽水試驗資料求水文地質(zhì)參數(shù)時應(yīng)注意：對于承

8、壓完整井抽水，當井內(nèi)流速達到一定程度（達lms以上）時，在井附近會產(chǎn)生三維流區(qū)，此時，利用主孔資料或布置在三維流區(qū)內(nèi)的觀測孔求解時，將產(chǎn)生三維流影響的水頭損失，所以，應(yīng)對實測降深值進行修正。由于地下水運動存在天然水力坡度，利用觀測孔求水文地質(zhì)參數(shù)時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。注意邊界條件的影響。根據(jù)抽水試驗資料，利用地下水動力學(xué)公式計算滲透系數(shù)和導(dǎo)水系數(shù)可參考地下水動力學(xué)等有關(guān)文獻。二、數(shù)值法求水文地質(zhì)參數(shù)隨著地下水模擬軟件的大量開發(fā)和使用，

9、以及地下水動態(tài)觀測資料的增多與系列增長，數(shù)值法的應(yīng)用越來越普遍，常用數(shù)值法反演求水文地質(zhì)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，一般采用試估校正法。這種方法利用水文地質(zhì)工作者對水文地質(zhì)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(jié)果和實測值進行擬合比較，通過不斷調(diào)整水文地質(zhì)參數(shù)和反復(fù)多次的正演計算，使計算曲線與實測曲線符合擬合要求，此時的水文地質(zhì)參數(shù)即為所求。然而，求參結(jié)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(diào)參者的經(jīng)驗和技巧。數(shù)值法具體求參過程可參考數(shù)值法反演求參的有關(guān)文獻。第三節(jié) 儲水率和儲水系數(shù)儲水率和儲水系數(shù)是含水層的重要水

10、文地質(zhì)參數(shù)。儲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，因水體積膨脹（或壓縮）以及介質(zhì)骨架的壓縮（或伸長）而釋放（或儲存）的彈性水量，用產(chǎn)s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)。儲水系數(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（或儲存）的水量，用S表示。潛水含水層的儲水系數(shù)等于儲水率與含水層的厚度之積再加上給水度，即潛水含水層所釋放（儲存）的水量，具體包括兩部分：一部分是含水層由于壓力變化所釋放（儲存）的彈性水量；另一部分是水頭變化一個單位時所疏干（儲存）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

11、含水層的彈性變形很小，可用給水度近似代替儲水系數(shù)。承壓含水層的儲水系數(shù)等于其儲水率與含水層厚度之積，它所釋放（或儲存）的水量完全是彈性水量，承壓含水層的儲水系數(shù)也稱為彈性釋水系數(shù)。儲水系數(shù)是沒有量綱的參數(shù)，其確定方法是將野外非穩(wěn)定流抽水試驗獲得的數(shù)據(jù)，用配線法或直線圖解法等方法進行推求，具體方法詳見地下水動力學(xué)等相關(guān)文獻。第四節(jié) 越流系數(shù)和越流因素表示越流特性的水文地質(zhì)參數(shù)是越流系數(shù)（）和越流因素（B）。越流補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，則越流補給的能力就愈大。當?shù)叵滤闹饕_采含水層底、頂板均為弱透水層時，開采層和相鄰的其他含水層有水力聯(lián)系，越流是開采層地下

12、水的重要補給來源。越流系數(shù)表示當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單位時，單位時間內(nèi)通過兩含水層之間弱透水層單位面積的水量（=K/b）。顯然，當其他條件相同時，越流系數(shù)越大，通過的水量就愈多。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)倒數(shù)乘積的平方根?？捎檬剑?.3）表示： (7.3)式中：T抽水含水層的導(dǎo)水系數(shù)（m2d）；b弱透水層的厚度（m）；K弱透水層的滲透系數(shù)（md）；B越流因素（m）。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。自然界越流因素的值變化很大，可以從數(shù)米到數(shù)千米。對于完全不透水的覆蓋巖層來說，越流因素B為無窮大

13、，而越流系數(shù)為零。越流因素和越流系數(shù)可通過野外抽水試驗獲得，具體方法可參考地下水動力學(xué)等相關(guān)文獻。第五節(jié) 降水入滲補給系數(shù)和潛水蒸發(fā)強度一、降水入修補給系數(shù)（一）基本概念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來源。地下水可恢復(fù)資源的多寡是與降水入滲補給量密切相關(guān)的。但是，降落到地面的水分不能直接到達潛水面，因為在地面和潛水面中間隔著一個包氣帶，入滲的水必須經(jīng)過包氣帶向下運移才能到達潛水面。降水入滲補給系數(shù)是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、植被覆蓋情況、降水量的大小和降水形式等。一般情況下，地表土層的巖性對值的影響最顯著。降水

14、入滲補給系數(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。降水入滲補給系數(shù)是一個無量綱系數(shù)，其值變化于01，表7.2為水利電力部水文局綜合各流域片的分析成果，列出的不同巖性在不同降水量年份條件下的平均年降水入滲補給系數(shù)的取值范圍。（二）降水入滲補給系數(shù)的確定方法1近似計算法近似計算降水入滲補給量的方法很多，大多數(shù)的近似計算法是首先計算出某些時段和典型地段的降水入滲補給系數(shù)，再推廣到計算出全年或全區(qū)的降水入滲補給量。（1）根據(jù)次降水量引起的潛水水位動態(tài)變化計算大氣降水入滲補給系數(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

15、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(nèi)，水平排泄量和蒸發(fā)消耗量都很小，可以忽略不計。根據(jù)降水過程前后的地下水水位觀測資料計算潛水含水層的一次降水入滲補給系數(shù)，可采用式（74）近似計算：=（hmaxh±h·t）/X （7.4）式中：次降水入滲補給系數(shù)；hmax降水后觀測孔中的最大水柱高度（m）；h降水前觀測孔中的水柱高度（m）；h臨近降水前，地下水水位的天然平均降（升）速（m/d）；t觀測孔水柱高度從h變到hmax的時間（d）；Xt時間內(nèi)的降水總量（m）。這種方法的適用條件是潛水幾乎沒有水平排泄。在水力坡度大、地下徑流強烈的地區(qū)，降水

16、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，則導(dǎo)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。（2）根據(jù)全排型泉水流量計算大氣降水入滲補給量在某些低山丘陵區(qū)（特別是干旱半干旱的巖溶區(qū)），當降水是地下水的唯一補給源，泉水是唯一的排泄方式時（地下水的蒸發(fā)量、儲存量變化量可忽略不計），泉水的年流量總和約等于降水的年入滲補給量。因此，取泉水年總流量與該泉域內(nèi)大氣降水總量的比值，即該泉域的大氣降水入滲系數(shù)值（）。若再將該泉域的值用到地質(zhì)-水文地質(zhì)條件類似的更大區(qū)域，就可得到大區(qū)域的降水入滲補給量。同理，對于某

17、些封閉型的地下水系統(tǒng)，當降水是地下水唯一的補給源，而地下水的開采量（最大降深的穩(wěn)定開采量）又已達到極限（其他地下水消耗量可忽略）時，其年開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)的大氣降水入滲補給系數(shù)，也可推廣到條件類似的更大區(qū)域，進行降水入滲總量的計算。2地中滲透計法地中滲透計法是使用較早又唯一可直接測到降水入滲補給量的方法。此方法使用儀器的結(jié)構(gòu)裝置如圖7.3所示。整個裝置由左方的地中滲透計和右方的給水觀測裝置構(gòu)成。地中滲透計的圓筒內(nèi)裝有均衡地段的標準上柱，土柱下方為砂礫和濾網(wǎng)組成的外濾層（圖7.3中的2和3），給水觀測部分由供水（盛水）用的有刻度的馬利奧特瓶（圖7.3中的裝

18、置10）和控制地中滲透計筒內(nèi)水位高度的盛水漏斗（11）及量簡（14）組成。兩部分以導(dǎo)水管連接，將兩端構(gòu)成統(tǒng)一的連通管。地中滲透計的工作原理如下：首先調(diào)整盛水漏斗的高度，使漏斗中的水面與滲透計中的設(shè)計地下水面（相當于潛水埋深）保持在同一高度上。當滲透計中的土柱接受降水入滲和凝結(jié)水的補給時，其補給量將會通過連通管（4）和水管（13）筒（14）內(nèi)，可直接讀出補給水量。因此，可用此法裝置多個不同巖性和不同水位埋深的土柱，分別觀測其降水入滲補給和蒸發(fā)值。本方法缺陷是，很難如實模擬天然的降水入滲補給條件，故其結(jié)果的可靠性有時值得商榷。而且，此法只適用于松散巖層。3零通量面法零通量面法是以包氣帶水量均衡原理

19、和非飽和流擴散式運動理論建立起來的計算降水人滲補給量的方法。圖7.4為用中子水分儀測得的t時段內(nèi)的包氣帶含水率剖面。初始時刻（t1）和末時刻（t2）的含水率剖面分別為已1（Z，t1）和2（Z，t2），Z0為零通量面位置深度。零通量面是指由水分通量為零的點所構(gòu)成的面，它是巖土水分蒸發(fā)影響深度的下限標志。該面以上的水分向上運移，消耗子蒸發(fā)與蒸騰；該面以下的水分緩慢下降，最后補給潛水。故零通量面（記作DZFP）可以作為測算陸面蒸發(fā)蒸騰量和地下水下滲補給量的分界面。按照此理論和質(zhì)量守恒定律，圖7.4的陰影面積E代表t時段內(nèi)零通量面以上的水分蒸發(fā)量；D代表零通量面以下t時段內(nèi)的地下水入滲補給量。根據(jù)質(zhì)量

20、守恒原理，如果在深度Z1和Z2的土層中不存在源或匯時，則水分儲存變化率等于流入與流出水量之差，即dM/dt=q2q1 （7.5）式中：M在深度Z1和Z2之間的單位截面積土柱水分的儲存量；ql，q2在Z1和Z2深度上的水分通量；t時段長度。對于DZFP面以下時段內(nèi)的人滲補給量（D）則應(yīng)有 （7.6）式（7.6）表明入滲補給量D等于零通量面以下包氣帶剖面水分儲存量的減少量。將 M（Z0，Z， t）用 DZFP以下某點的體積含水率（Z，t）表示，則式（7.6）改寫為或 （7.7）式中：i1，2，3，m；mDZFP以下剖面含水率的測點數(shù)；Zi測點i所代表的土柱高度。設(shè)觀測時段數(shù)j為1，2，k，在是個時

21、段內(nèi)人滲補給量可用式（78）計算： （7.8）如果M（Z0，Z，t）改用DZFP以上某點的體積含水率（Z，t）表示，m為DZFP以上剖面含水率的測點數(shù)，則可用式（7.8）計算出陸面蒸發(fā)蒸騰量。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算的降水入滲量與用地中滲透計測量結(jié)果相比較，確認該方法準確可靠，誤差不大于3%。由于該法僅以鉆孔中子水分儀測定的土壤含水率為依據(jù)，故與地中滲透計相比，成本較低，可在多處設(shè)點觀測，其精度較經(jīng)驗公式和動態(tài)觀測法計算值高。當包氣帶中零通量面不存在（降水或灌溉持續(xù)時間長，且地下水埋藏淺）時，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

22、層最大含水量段（ZZ0）的某一時間段（t0t）的土層含水率（）的觀測數(shù)據(jù)，代人式（7.8）計算降水入滲補給量。4泰森多邊形法在典型地段布置觀測孔組，并有一個水文年以上的水位觀測資料時，可用差分方程計算均衡期的降水入滲量或潛水蒸發(fā)量，只要觀測資料可靠，計算結(jié)果便有代表性。觀測孔按任意方式布置，如圖75所示。把i=1、2、3、4、5各孔分別同中央孔O連線，在連線的中點引垂線，各垂線相交圍成的多邊形（圖中的虛線所圍區(qū)域川q泰森多邊形。以泰森多邊形作為均衡段，則按水量均衡關(guān)系有 （7.9）式中：F泰森多邊形的面積（）；給水度（無量綱）；h0中央孔在At時段的水位變幅（m）；流經(jīng)F各邊的交換流量之和，流

23、入F時Qi0，流出F時Qi<0（m3/d）；Q垂F內(nèi)的滲入量或蒸發(fā)量（m3/d）。按達西定律，各邊的交換流量為式中：T導(dǎo)水系數(shù)（d）；hi，hoi號孔和中央O孔的水位（m）；bi-o，ri-o中央孔和周圍各孔之間過水斷面的寬度和距離（m）。把Qi代人式（79），得到相應(yīng)時段的人滲量或蒸發(fā)量： （7.10）式（7.10）就是均衡段地下水運動的差分方程。利用雨季的某一時段的水位升幅資料（ho0），由式（7.10）可求得均衡期t時段內(nèi)的降水入滲補給量，這時Q垂=Q滲，根據(jù)求得的降水入滲補給量可求得降水入滲補給系數(shù)。二、潛水蒸發(fā)強度1經(jīng)驗公式注目前，國內(nèi)外計算潛水蒸發(fā)量時，使用最廣泛的經(jīng)驗公式是

24、阿維里揚諾夫公式（1965年），其形式為 或 （7.11）式中：潛水位變動帶的給水度；h潛水埋藏深度（m）；l極限蒸發(fā)深度（m）；n與包氣帶上質(zhì)、氣候有關(guān)的蒸發(fā)指數(shù)，一般取13；0水面蒸發(fā)強度（m/d）；dhdt潛水面由蒸發(fā)造成的降速（md）；潛水蒸發(fā)強度（m/d）。從分析式（7.11）可以看出，潛水的蒸發(fā)強度隨水面蒸發(fā)強度的增加而增加，但由公式右端括號項永遠小于1，潛水的蒸發(fā)強度永遠小于或近于水面蒸發(fā)強度。利用式（7.11）計算時，由于0和h可通過實際觀測獲得，因此公式的計算精度主要取決于l和n的選取。實際應(yīng)用中，這兩個參數(shù)多采用經(jīng)驗數(shù)值，故結(jié)果常不能令人信服。2地中滲透計法用地中滲透儀測定

25、潛水蒸發(fā)強度的裝置，如圖7.3所示，其工作原理可參考降水入滲補給量的測量原理。當土柱內(nèi)的水面產(chǎn)生蒸發(fā)時，便可由漏斗供給水量，再從馬利奧特瓶讀出供水水量，此即潛水蒸發(fā)消耗量。3秦森多邊形法根據(jù)前述，利用泰森多邊形法求解降水入滲系數(shù)的方法原理可求得潛水蒸發(fā)強度。若利用某均衡區(qū)旱季某一時段的水位降幅資料（h00），代人式（7.10）可計算相應(yīng)時段內(nèi)的潛水蒸發(fā)量，即Q垂=Q蒸，根據(jù)求得的潛水蒸發(fā)量可求得相應(yīng)的潛水蒸發(fā)強度。第六節(jié) 灌溉入滲補給系數(shù)當引外水灌溉時，灌溉水經(jīng)渠系進入田間，灌溉水入滲對地下水的補給稱為灌溉入滲補給，分為渠系滲漏補給（條帶狀下滲）與田間灌溉入滲補給（面狀下滲）兩類。有的地區(qū)利用

26、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(yīng)稱之為灌溉回滲，它是當?shù)氐乃Y源重復(fù)量。渠系滲漏補給系數(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)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（表7.3），即m=（Q引-Q凈-Q損）/Q引 （7.12）令=Q凈/Q引，則 m=1Q損/Q引為簡化起見，對（1-）乘以修正系數(shù)，以消去上式的右端項Q損/Q引，寫成下式m=（1） （7.13）式中：Q引渠首引水量，可用實測的水文資料和調(diào)查資料；Q凈經(jīng)由渠系輸送到田間的凈灌溉水量；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、

27、兩側(cè)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)，反映渠道在輸水過程中消耗于濕潤土層、浸潤帶蒸發(fā)損失的水量。田間灌溉入滲補給系數(shù)是指某一時段田間灌溉入滲補給量與灌溉水量的比值，可采用試驗方法加以測定。試驗時，選取面積為F的田地，在田地上布設(shè)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，測定灌溉水量，并觀測潛水位變化（包括區(qū)外水位）。經(jīng)過t時段后，測得試驗區(qū)地下水水位平均升幅t，用下列公式計算： （7.14）式中：灌溉入滲補給系數(shù)；hrt時間段內(nèi)灌溉入滲補給量（m3）；h灌t時間段內(nèi)總灌溉水量（”）；給水度；t計算時段（S）；h計算時段內(nèi)試驗區(qū)地下水水位平均升幅（

28、m）；Q單位時間內(nèi)流入試驗區(qū)的灌溉水流量（m3/s）；F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，見表74。三、井灌回歸系數(shù)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溉水量的比值，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，應(yīng)予以考慮。井灌回歸系數(shù)一般取值范圍為0.10.3。第七節(jié) 水動力彌散系數(shù)一、基本概念水動力彌散系數(shù)（D）是表征地下水中溶質(zhì)遷移的重要水文地質(zhì)參數(shù)，是表征在一定流速下，多孔介質(zhì)對某種溶解

29、物質(zhì)彌散能力的參數(shù)。水動力彌散系數(shù)是一個與流速及多孔介質(zhì)有關(guān)的張量，具有方向性，即使在各向同性介質(zhì)中，沿水流方向的縱向水動力彌散系數(shù)（DL）和垂直水流方向的橫向水動力彌散系數(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動很小，彌散作用可忽略。水動力彌散系數(shù)包括機械彌散系數(shù)（D）與分子擴散系數(shù)（D）。當?shù)叵滤魉佥^大時，分子擴散系數(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。二、水動力彌散系數(shù)的確定方法水動力彌散系數(shù)的測定大都采用示蹤劑在含水層中的彌散曲線來求解，也可通過室內(nèi)彌散試驗確定，但大量資料表明，實驗室模擬與野外測量

30、得到的彌散度有數(shù)量級上的差異（一般是室內(nèi)測定值偏?。F(xiàn)在已開始研究利用尺度效應(yīng)分維來描述縱向彌散度隨尺度增加而增大的規(guī)律。（一）室內(nèi)彌散試驗1試驗原理設(shè)通過充滿多孔介質(zhì)的土柱中的一維均勻水流，溶質(zhì)在運動過程中不發(fā)生化學(xué)作用，也不與介質(zhì)發(fā)生作用。在t。時刻整個土柱中的溶液均勻分布，濃度為零，在進水端瞬時注人示蹤劑，則溶質(zhì)遷移的規(guī)律可用如下方程描述： （7.15） （7.16） （7.17）式中：Ct時刻計算點的濃度（molL）；Cmax觀測點的峰值濃度（molL）；X計算點的坐標（m）；t時間（d）；D彌散系數(shù)（d）；u地下水的實際流速（m/d）； （7.18）tmax=（ 1+P2）1/2P

31、1為峰值到達時間。利用上述三個計算公式計算繪制CRtR。理論曲線，可用配線法求彌散系數(shù)。2試驗步驟1）裝試樣。彌散試驗實驗裝置采用土柱儀，如圖7.6所示。將模擬介質(zhì)分層裝入筒內(nèi)，盡量保持與天然狀態(tài)下的容重和孔隙度相同。2）飽水。把供水瓶與試樣底部的出水口相連，打開閥門由下而上充水，使試樣中的空氣排出。試樣飽和后，把供水瓶按實驗裝置圖連接，自上而下供水。3）測量滲透速度。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)有測壓點，它與測壓管讀數(shù)板相接，可直接讀出測壓點的水頭。根據(jù)一定時段內(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。每隔10cm有一電極，與電導(dǎo)率儀相通，用于

32、測量電極點處的濃度。5）保持上下游水頭穩(wěn)定，在柱體頂部瞬時加人示蹤劑，時間t=0時濃度為C0。6）每間隔一定時間測量各電極點處的電導(dǎo)率，直到電導(dǎo)率值達到穩(wěn)定。3資料整理1）在直角坐標系和半對數(shù)坐標系中分別繪制各電極點CCOt曲線（圖77）；2）用直角坐標曲線求參數(shù)。在圖中找出 CCO值分別等于 0 84和 0.16所對應(yīng)的時間t0.84和 t0.16，按式（7.19）計算水動力彌散系數(shù)D：（7.19）式中：D水動力彌散系數(shù)（/d）；X計算點的坐標；u滲流的實際速度（m/d）。（二）野外彌散試驗野外彌散試驗是在沿地下水流向上布置的試驗井組中進行。在上游的投源井（又稱主并）中投放示蹤劑，通過下游的

33、監(jiān)測井（接收井或取樣井）觀測示蹤劑在水流方向上空間、時間的變化，根據(jù)觀測記錄資料，選擇相應(yīng)的簡化數(shù)學(xué)模型計算水動力彌散系數(shù)。主要的方法有單井脈沖法、多井法和單井地球物理法等。本文主要介紹一維天然流場瞬時注入示蹤劑的二維彌散試驗的原理及方法。1教學(xué)模型及其解設(shè)在含水層的xy平面上，存在達西流速的一維流動。x軸方向與流速方向一致。當t=0，在原點（0，0）處有一注入井，向單位厚度含水層中瞬時注入質(zhì)量為m的示蹤劑，這一問題的數(shù)學(xué)模型是式中：t示蹤劑投放后的某時刻；C（x，y，t）在t時刻的（x，y）處減去背景值的示蹤劑濃度；u地下水實際流速；DL縱向彌散系數(shù)；DT橫向彌散系數(shù)；n含水介質(zhì)的孔隙度；m

34、單位厚度含水層上投放示蹤劑的質(zhì)量。上述一維穩(wěn)定流場中瞬時注入示蹤劑的二維彌散問題的解析解為2試驗方法1）試驗井組布置。為保證捕捉到來自投源井的示蹤暈并提高試驗精度，一般布置13層，每層布置3口監(jiān)測井（圖7.8）。由于示蹤暈沿地下水流方向的擴散范圍常常遠大于與流向垂直方向的范圍，故主流向兩側(cè)的監(jiān)測井不能距主流線軸太遠。由主流線上監(jiān)測井、投源井與側(cè)面監(jiān)測井構(gòu)成的夾角一般不宜大于15o，而是沿著地下水主流向的兩側(cè)與主流向夾角7 o8 o方向上布置，這樣可以用較少的觀測孔，獲得不同規(guī)模條件下的C-t曲線觀測值。2）示蹤劑的選擇。示蹤劑必須滿足如下要求：示蹤劑無毒或毒性很小，其試驗濃度不會危害人體健康；示蹤劑和地下水混合后，在要求的時空范圍內(nèi)，應(yīng)保持化學(xué)穩(wěn)定性，并且不改變地下水的物理性質(zhì)、滲透速度及流向；示蹤劑的投放與檢測儀器應(yīng)簡單、操作方便。一般采用一定濃度的氯化鈉或I1