給水度的確定方法

1、吉林大學(xué)精品課>>專門水文地質(zhì)學(xué)>>教材>>專門水文地質(zhì)學(xué)第六章 水文地質(zhì)參數(shù)的計算水文地質(zhì)參數(shù)是表征巖土水文地質(zhì)性能大小的數(shù)量指標(biāo)，是地下水資源評價的重要基礎(chǔ)資料，主要包括含水層的滲透系數(shù)和導(dǎo)水系數(shù)、承壓含水層貯水系數(shù)、潛水含水層的給水度、弱透水層的越流系數(shù)及含水介質(zhì)的水動力彌散系數(shù)。水文參數(shù)是表征與巖土性質(zhì)、水文氣象等因素有關(guān)的性能大小的相關(guān)指標(biāo)，主要包括降水入滲系數(shù)、潛水蒸發(fā)系數(shù)、灌溉水回滲補(bǔ)給系數(shù)。確定這些水文地質(zhì)參數(shù)的方法可以概括為兩類：一類是用水文地質(zhì)試驗(yàn)法（如野外現(xiàn)場抽水試驗(yàn)、注水試驗(yàn)、滲水試驗(yàn)及室內(nèi)滲壓試驗(yàn)、達(dá)西試驗(yàn)、彌散試驗(yàn)等），這種方法可

2、以在較短的時間內(nèi)求出含水層參數(shù)而得到廣泛應(yīng)用；另一類是利用地下水動態(tài)觀測資料來確定，是一種比較經(jīng)濟(jì)的水文地質(zhì)參數(shù)測定方法，并且測定參數(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)。§6.1給水度的確定方法一、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和儲蓄水量能力的一個指標(biāo)，在數(shù)值上等于單位面積的潛水含水層柱體，當(dāng)潛水位下降一個單位時，在重力作用下自由排出的水量體積和相應(yīng)的潛水含水層體積的比值。給水度不僅和包氣帶的巖性有關(guān)，而且隨排水時間、潛水埋深、水位變化幅度及水質(zhì)的變化而變化。各種巖性給水度經(jīng)驗(yàn)值見表6-1。表6-1 各中巖性給水度經(jīng)驗(yàn)值巖 性給水度巖

3、性給水度粘 土0.020.035細(xì) 砂0.080.11亞粘土0.030.045中細(xì)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(jié)的砂巖0.020.03粉細(xì)砂0.070.010裂隙灰?guī)r0.0080.10巖土性質(zhì)對給水度的影響，主要有三個方面，即巖土的礦物成分，顆粒大小、級配及分選程度，空隙情況。不同的礦物成分對水分子的吸附力不同，吸附力與給水度成反比；巖土顆粒從兩個方面影響給水度，一是吸附的水量不同，顆粒小的吸附水量多，相應(yīng)的給水度就小，顆粒粗的吸

4、附水量少，給水度則大；二是顆粒大小、級配及分選程度決定了空隙大小，級配愈不均勻，給水度就愈小，反之，級配均勻，給水度愈大。不同水質(zhì)的水，其粘滯性及與巖土顆粒的相互作用力的大小是不相同的。粘滯性大的給水性弱；粘滯性小的給水性強(qiáng)。同時水中所含化學(xué)成分的種類及含量的多少，與水溫的高低關(guān)系密切。水溫愈高，水中溶解的物質(zhì)愈多，含量愈大；反之亦然。另外，水溫常常受氣溫的影響，因此水溫與氣溫也往往影響給水度的大小。潛水變幅帶給水度受毛管水上升高度的影響很明顯。潛水位在毛細(xì)管水上升高度范圍內(nèi)，土層重力疏干排水過程完成后，土中除保持結(jié)合水、孔角毛管水、懸掛毛管水外，而且還有毛管上升水，即土層在重力水疏干過程結(jié)束

5、后，實(shí)際持水量大于其最大的田間持水量。地下水埋深愈淺，保持在其中的毛管上升水量就多，則給水度愈小；地下水埋深愈大，在變幅帶內(nèi)的毛管上升水就保持得愈小，則給水度相應(yīng)增大。當(dāng)?shù)叵滤裆畹扔诨虼笥诿芩畲笊仙叨群?，毛管上升水才不影響給水度的大小，其值才趨于穩(wěn)定。二、給水度的確定方法潛水含水層的給水度可利用單孔非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)觀測孔的水位下降資料計算確定，或采用野外試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)的方法確定，但必須保持含水層的天然結(jié)構(gòu)。（一）非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)法利用非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)確定潛水含水層的給水度，必須選擇合適的數(shù)學(xué)模型，并且觀測孔離抽水井的距離和深度、抽水延續(xù)時間、抽水量的控制和動水位的觀測等都必須滿足一定的

6、技術(shù)要求，才能取得較好的結(jié)果。1. 井流公式求解潛水井流問題的主要方法就是利用博爾頓模型和紐曼模型。（1）博爾頓井流模型的解析解表達(dá)式： （適用于小的t值） （6-1） （適用于大的t值）式中 s觀測孔水位降深（m）；r觀測孔距抽水井的距離（m）；T導(dǎo)水系數(shù)（m2/d）；S貯水系數(shù)；Q抽水量（m3/d）延遲指數(shù)的倒數(shù)；D疏干因素，博爾頓井函數(shù)，可查閱相關(guān)書籍。 （2）紐曼井流模型的解析解表達(dá)式：對于降深前期和降深后期可分別求解。對于和抽水井深度相同的觀測孔有：降深前期的解為 （6-2） 降深后期的解為（6-3） 式中 Kr橫向滲透系數(shù)（m/d）；Kz垂向滲透系數(shù)（m/d）。以上兩個井流模型的解

7、分別做出了潛水含水層中完整井定流量抽水時的博爾頓標(biāo)準(zhǔn)曲線（Arickett）和紐曼標(biāo)準(zhǔn)曲線（euman）。2. 求解水文地質(zhì)參數(shù)通常根據(jù)抽水試驗(yàn)的st曲線，進(jìn)行解析推斷，求出給水度，主要有兩種方法。（）標(biāo)準(zhǔn)曲線法（配線法）配線法的具體步驟各教科書中均有詳細(xì)介紹，需要指出的是，為了求取給水度值，主要是擬合抽水試驗(yàn)的st曲線（取雙對數(shù)坐標(biāo)）的后半部分曲線，所以抽水試驗(yàn)延續(xù)的時間應(yīng)足夠長，使得較好的擬合。（）直線圖解法將實(shí)測的降深資料作在單對數(shù)坐標(biāo)系上，降深s取普通坐標(biāo)，時間t為對數(shù)坐標(biāo)。對于潛水來說，降深前期和降深后期的曲線為大致平行的兩條直線，中間為一條近乎水平的線相連。求給水度時，利用降深后期

8、的直線。求出該直線斜率i（相當(dāng)于一個對數(shù)周期的降深差）和該直線在橫軸上的截距t。按下列公式計算：（6-4）（二）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，隨著抽水時間的延長，降落漏斗在不斷擴(kuò)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(dāng)觀測孔較多時，可根據(jù)實(shí)測的降落漏斗形狀和漏斗內(nèi)降深等值線，算出漏斗體積V。（三）筒測法筒測法是使用一種特制的簡易測筒，筒內(nèi)盛入原狀土，然

9、后設(shè)法讓筒內(nèi)原狀土達(dá)到飽和，進(jìn)而使之在重力作用下自由排水，從而測定排除的水量，借以推求原狀土的給水度。 圖6-1 筒測法裝置示意圖1試驗(yàn)測筒；2濾料池；3排水閥；4供水閥；5供水水箱；6測壓管；7排水口；8法蘭盤測筒的結(jié)構(gòu)如圖6-1：試驗(yàn)筒為一直徑為27.7cm，高64cm的無底圓柱形金屬，其中盛裝欲測試的原狀土樣。在測筒下部為一封底濾料池，其直徑為27.7cm，高24cm，其上安放濾網(wǎng)，其中盛裝反濾層。試驗(yàn)測筒和濾料池由法蘭盤8相連。濾料池的底部側(cè)向裝有出水管，并有排水閥3控制出水量，出水管的上方裝有測壓管6，并有排水口7控制和調(diào)節(jié)測壓管中的水位。供水水箱5的位置要高于試驗(yàn)測筒，水箱5 底部裝有供水管，并有供水閥4控制其供水量。（四）試坑法試坑法的基本原理是測量土層的體積飽和含水率和田間持水率，然后計算其差值即為給水度。測試分析步驟如下：1. 挖掘一大小適當(dāng)?shù)脑嚳?，露出欲求給水度的土層，用環(huán)刀取土樣，測定土樣的干容重； （6-6）式中 環(huán)到所取土樣體積（cm3）； 烘干土樣的重量（g）。2. 將試坑內(nèi)欲測的土壤泡水一定的時間，使其孔隙被水飽和，然后舀干余水，取土樣測定重量含水率； （6-7）式中 濕土的重量（g）；3. 將土層用濕物覆蓋，防止土層水分蒸發(fā)。這時，飽和含水量中的重力水下滲，每隔一定時間取土測定土樣的重量含水率；4. 將測得的重量含水率換算