水文地质参数计算

专门水文地质学

〔水文地质勘察〕张卫民2021年

学位课程第七章水文地质参数计算§7.1概述§7.2给水度确实定方法§7.3渗透系数和导水系数§7.4贮水率和贮水系数§7.5越流系数和越流因素§7.6降水入渗补给系数§7.7潜水蒸发强度〔自学〕§7.8灌溉入渗补给系数〔自学〕第七章水文地质参数计算

§1概述一、参数概念二、参数确定方法第七章水文地质参数计算

§1概述一、参数概念1、水文地质参数表征含水介质水文地质性能的数量指标，是地下水资源评价的重要根底资料，主要包括含水层的渗透系数K和导水系数T、承压含水层的贮水系数S〔也叫弹性给水度μe〕、潜水含水层的给水度μ〔重力给水度μd〕、弱透水层的越流系数σ及含水介质的水动力弥散系数D。2、水文参数表征与岩土性质、水文气象等因素的数量指标，主要包括降水入渗系数α、潜水蒸发强度ε、灌溉水回渗补给系数m。第七章水文地质参数计算

§1概述二、参数确定方法确定水文地质参数的方法可以概括为两类：1、一类是用水文地质试验法如野外现场抽水试验、注水试验、渗水试验及室内渗压试验、达西试验、弥散试验等，这种方法可以在较短的时间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利用地下水动态观测资料来确定，是一种比较经济的水文地质参数测定方法，并且测定参数的范围比前者更为广泛，可以求出一些用抽水试验不能求得的一些参数。第七章水文地质参数计算

§1概述

小结一、参数概念二、参数确定方法第七章水文地质参数计算§7.1概述§7.2给水度确实定方法§7.3渗透系数和导水系数§7.4贮水率和贮水系数§7.5越流系数和越流因素§7.6降水入渗补给系数§7.7潜水蒸发强度〔自学〕§7.8灌溉入渗补给系数〔自学〕第七章水文地质参数计算

§7.2给水度确实定方法一、给水度的概念二、给水度确实定方法第七章水文地质参数计算

§7.2给水度确实定方法一、给水度的概念

1、含义

给水度是表征潜水含水层给水或储水能力的一个指标，在数值上等于单位面积的潜水含水层柱体，当潜水位下降一个单位时，在重力作用下自由排出的水量体积。

2、影响因素包气带的岩性、潜水埋深、排水时间、水位变化幅度等。

第七章水文地质参数计算

§7.2给水度确实定方法二、给水度确实定方法利用多孔非稳定流抽水试验观测孔的水位下降资料计算确定，或采用野外试验和室内试验的方法确定，但必须保持含水层的天然结构。1、非稳定流抽水试验法利用非稳定流抽水试验确定潜水含水层的给水度，必须选择适宜的数学模型，并且观测孔离抽水井的距离和深度、抽水延续时间、抽水量的控制和动水位的观测等都必须满足一定的技术要求，才能取得较好的结果。第七章水文地质参数计算

§7.2给水度确实定方法二、给水度确实定方法1、非稳定流抽水试验法〔1〕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法就是利用博尔顿模型和纽曼模型，参考?地下水动力学?。〔2〕求解水文地质参数通常根据抽水试验的s～t曲线，进行解析推断，求出给水度，主要有两种方法。第七章水文地质参数计算

§7.2给水度确实定方法二、给水度确实定方法1、非稳定流抽水试验法〔2〕求解水文地质参数标准曲线法〔配线法〕：配线法的具体步骤见?地下水动力学?，为了求取给水度值，主要是拟合抽水试验的lgs～lgt曲线的后半局部曲线，所以抽水试验延续的时间应足够长，使得较好的拟合。拟合好后，选以拟合点，按以下公式计算再进行计算：第七章水文地质参数计算

§7.2给水度确实定方法二、给水度确实定方法1、非稳定流抽水试验法〔2〕求解水文地质参数直线图解法：将实测的降深资料在单对数坐标系上作s～lgt直线。对于潜水来说，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。求给水度时，利用降深后期的直线。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距t０。按以下公式计算：第七章水文地质参数计算

§7.2给水度确实定方法二、给水度确实定方法2、漏斗疏干法在潜水面平缓、天然地下径流量很小的地区，抽水井所抽出的水主要来自降落漏斗疏干的水量，随着抽水时间的延长，降落漏斗在不断扩展，只要将某一时刻以前抽出的水量，除以该时段的降落漏斗体积，即可得到给水度，计算公式如下：降落漏斗的形状一般为不规那么的漏斗形。当观测孔较多时，可根据实测的降落漏斗形状和漏斗内降深等值线，算出漏斗体积V。第七章水文地质参数计算

§7.2给水度确实定方法二、给水度确实定方法3、筒测法筒测法是使用一种特制的简易测筒，筒内盛入原状土，然后设法让筒内原状土到达饱和，进而使之在重力作用下自由排水，从而测定排除的水量，借以推求原状土的给水度。筒测法示意图第七章水文地质参数计算

§7.2给水度确实定方法

图7-1筒测法装置示意图1—试验测筒；2—滤料池；3—排水阀；4—供水阀；5—供水水箱；6—测压管；7—排水口；8—法兰盘第七章水文地质参数计算

§7.2给水度确实定方法二、给水度确实定方法4、试坑法试坑法的根本原理是测量土层的体积饱和含水量和田间持水量，然后计算其差值即为给水度。测试分析步骤如下：〔1〕挖掘一大小适当的试坑，露出欲求给水度的土层，用环刀取土样，测定土样的干容重；〔2〕将试坑内欲测的土壤泡水一定的时间，使其孔隙被水饱和，然后舀干余水，取土样测定重量含水率；第七章水文地质参数计算

§7.2给水度确实定方法二、给水度确实定方法4、试坑法〔3〕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重量含水率；〔4〕将测得的重量含水率换算成体积含水率；〔5〕将不同的值点绘曲线〔如图7-2〕，在t=0时刻的值为体积饱和含水率〔容水度〕，而曲线的水平段相当与田间持水率〔持水度〕。第七章水文地质参数计算

§7.2给水度确实定方法

图7-2土壤含水率变化曲线第七章水文地质参数计算

§7.2给水度确实定方法二、给水度确实定方法5、根据抽水前后包气带土层天然湿度的变化来确定μ值抽水前包气带内土层的天然湿度分布应如图7—3中的oacd线所示。抽水后，潜水面由A下降到B(下降水头高度为△h)，此时的土层天然湿度分布线那么变为图中的oabd。比照抽水前后的两条湿度分布线可知，由于抽水水位下降，水位变动带将会给出一定量的水。按水均衡原理，抽水前后包气带内湿度之差，应等于潜水位下降△h时包气带所给出的水量。第七章水文地质参数计算

§7.2给水度确实定方法△h第七章水文地质参数计算

§7.2给水度确实定方法二、给水度确实定方法5、根据抽水前后包气带土层天然湿度的变化来确定μ值

式中：△Zi—包气带天然湿度测定分段长度；△h—抽水产生的潜水面下移深度；W1i，W2i—抽水前后△Zi段内的土层天然湿度；n—取样数。土层的天然湿度，可采取原状土样在实验室测定，或利用中子水分计在钻孔中直接测定土层的含水率。第七章水文地质参数计算

§7.2给水度确实定方法二、给水度确实定方法3、根据潜水水位动态观测资料用有限差分法确定μ值如果潜水为单向流动，隔水层水平，含水层均质，可沿流向布置3个地下水水位动态观测孔(图7—3)，然后根据水位动态观测资料，按下式计算μ值：式中：h1,t,h2,t,h3,t—观测孔t时刻水位及含水层厚度；△h2—△t时段内2号孔水位变幅；ω—垂向流入和流出量之和称综合补给强度；K—渗透系数；△x—观测孔间距。第七章水文地质参数计算

§7.2给水度确实定方法第七章水文地质参数计算

§7.2给水度确实定方法小结一、给水度的概念二、给水度确实定方法第七章水文地质参数计算§7.1概述§7.2给水度确实定方法§7.3渗透系数和导水系数§7.4贮水率和贮水系数§7.5越流系数和越流因素§7.6降水入渗补给系数§7.7潜水蒸发强度〔自学〕§7.8灌溉入渗补给系数〔自学〕第七章水文地质参数计算

§7.3渗透系数和导水系数

一、渗透系数和导水系数的概念二、渗透系数和导水系数确实定方法第七章水文地质参数计算

§7.3渗透系数和导水系数一、渗透系数和导水系数的概念1、渗透系数又称水力传导系数，是描述介质渗透能力的重要水文地质参数。渗透系数代表当水力坡度为1时，水在介质中的渗流速度，单位是m/d或cm/s。渗透系数大小与介质的结构〔颗粒大小、排列、空隙充填等〕和水的物理性质〔液体的粘滞性、容重等〕有关。2、导水系数即含水层的渗透系数与其厚度的乘积。其理论意义为水力梯度为1时，通过含水层的单宽流量，常用单位是m2/d。导水系数只适用于平面二维流和一维流，而在三维流及剖面二维流中无意义。第七章水文地质参数计算

§7.3渗透系数和导水系数二、渗透系数和导水系数确实定方法利用抽水试验资料求取含水层的渗透系数及导水系数方法视具体的抽水试验情况而定，下面就各种情况下的计算公式加以简述，其原理及具体计算步骤可参考地下水动力学相关教材。1.单孔稳定流抽水试验，抽水孔水位下降资料求渗透系数〔1〕当Q～s〔或Δh2〕关系曲线呈直线1〕承压水完整孔：第七章水文地质参数计算

§7.3渗透系数和导水系数二、渗透系数和导水系数确实定方法1.单孔稳定流抽水试验，抽水孔水位下降资料求渗透系数〔1〕当Q～s〔或Δh2〕关系曲线呈直线2〕承压水非完整孔：当M﹥150r，l/M﹥0.1时，当过滤器位于含水层的顶部或底部时

第七章水文地质参数计算

§7.3渗透系数和导水系数二、渗透系数和导水系数确实定方法1.单孔稳定流抽水试验，抽水孔水位下降资料求渗透系数〔1〕当Q～s〔或Δh2〕关系曲线呈直线3〕潜水完整孔：4〕潜水非完整孔：当﹥150r，l/﹥0.1时，

当过滤器位于含水层的顶部或底部时，第七章水文地质参数计算

§7.3渗透系数和导水系数二、渗透系数和导水系数确实定方法1.单孔稳定流抽水试验，抽水孔水位下降资料求渗透系数〔2〕当Q～s〔或Δh2〕关系曲线呈曲线采用插值法得出Q～s代数多项式，即：

式中a1、a2……an—待定系数。a1宜按均差表求得，

可相应地将前述公式中的Q/s和公式中的以1/a1代换，分别进行计算。〔3〕当〔或〕～Q关系曲线呈直线可采用作图截距法求出a1后，按上述方法计算。第七章水文地质参数计算

§7.3渗透系数和导水系数二、渗透系数和导水系数确实定方法2、多孔稳定流抽水试验，观测孔水位下降资料求渗透系数假设观测孔中的值s〔或Δh2〕在s〔或Δh2〕～lgr关系曲线上连成直线，可采用以下公式：〔1〕承压水完整孔：〔2〕潜水完整孔：第七章水文地质参数计算

§7.3渗透系数和导水系数二、渗透系数和导水系数确实定方法3、在没有补给条件下，多孔非稳定流抽水水位下降资料求渗透系数多孔非稳定流抽水试验，在没有补给条件下，利用抽水孔或观测孔的水位下降资料计算渗透系数时，可采用以下公式：〔1〕配线法1〕承压水完整孔：第七章水文地质参数计算

§7.3渗透系数和导水系数二、渗透系数和导水系数确实定方法3、在没有补给条件下，多孔非稳定流抽水水位下降资料求渗透系数〔1〕配线法2〕潜水完整孔：或〔2〕直线法

当〔或〕<0.01时，可采用公式或以下公式：第七章水文地质参数计算

§7.3渗透系数和导水系数二、渗透系数和导水系数确实定方法3、在没有补给条件下，多孔非稳定流抽水水位下降资料求渗透系数〔2〕直线法1〕承压水完整孔：2〕潜水完整孔：利用s〔Δh2〕～lgt关系曲线的直线段上任意两点的纵坐标值第七章水文地质参数计算

§7.3渗透系数和导水系数二、渗透系数和导水系数确实定方法4、有越流补给条件下多孔非稳定流抽水水位下降资料求渗透系数多孔非稳定流抽水试验中，在有越流补给〔不考虑弱透水层水的释放〕条件下，利用s～lgt关系曲线上拐点处的斜率计算渗透系数时，可采用下式：拐点处的斜率，应根据抽水孔或观测孔中的稳定最大下降值的1/2确定曲线的拐点位置及拐点处的水位下降值，再通过拐点作切线计算得出。越流参数，应根据，从函数表中查出相应的r/B，然后确定越流参数B。第七章水文地质参数计算

§7.3渗透系数和导水系数二、渗透系数和导水系数确实定方法5、利用抽水试验水位恢复资料求渗透系数〔1〕停止抽水前，假设动水位已稳定，可采用以下公式计算：式中的mi值应采用恢复水位的s～曲线上拐点的斜率。〔2〕停止抽水前，假设动水位没有稳定，仍呈直线下降时，可采用以下公式计算：第七章水文地质参数计算

§7.3渗透系数和导水系数二、渗透系数和导水系数确实定方法5、利用抽水试验水位恢复资料求渗透系数〔2〕停止抽水前，假设动水位没有稳定，仍呈直线下降时，可采用以下公式计算：1)承压水完整孔：2)潜水完整孔：第七章水文地质参数计算

§7.3渗透系数和导水系数二、渗透系数和导水系数确实定方法小结1、单孔稳定流抽水试验抽水孔水位下降资料求渗透系数2、多孔稳定流抽水试验观测孔水位下降资料求渗透系数3、在没有补给条件下多孔非稳定流抽水水位下降资料求渗透系数4、有越流补给条件下多孔非稳定流抽水水位下降资料求渗透系数5、利用抽水试验水位恢复资料求渗透系数

第七章水文地质参数计算

§7.3渗透系数和导水系数小结一、渗透系数和导水系数的概念二、渗透系数和导水系数确实定方法第七章水文地质参数计算§7.1概述§7.2给水度确实定方法§7.3渗透系数和导水系数§7.4贮水率和贮水系数§7.5越流系数和越流因素§7.6降水入渗补给系数§7.7潜水蒸发强度〔自学〕§7.8灌溉入渗补给系数〔自学〕第七章水文地质参数计算

§7.4贮水率和贮水系数1、贮水率贮水率表示承压含水层水头变化一个单位时，从单位体积含水层中，应水体积膨胀〔或压缩〕以及介质骨架的压缩〔或伸长〕而释放〔或贮存〕的弹性水量，用μs表示。2、贮水系数贮水系数表示承压含水层水头变化一个单位时，从底面积为一个单位、高等于含水层厚度的柱体中所释放〔或贮存〕的水量，用S表示。3、贮水率与贮水系数承压含水层的贮水系数等于其贮水率与含水层厚度之积，它所释放〔或贮存〕的水量完全是弹性水量，承压含水层的贮水系数也称为弹性贮水系数或弹性给水度〔μe〕。第七章水文地质参数计算

§7.4贮水率和贮水系数4、贮水系数确定方法贮水系数确定方法是通过野外非稳定流抽水试验，用配线法、直线图解法及水位恢复等方法进行推求，具体步骤详见地下水动力学相关书籍。标准曲线法〔配线法〕：直线图解法：

第七章水文地质参数计算§7.1概述§7.2给水度确实定方法§7.3渗透系数和导水系数§7.4贮水率和贮水系数§7.5越流系数和越流因素§7.6降水入渗补给系数§7.7潜水蒸发强度〔自学〕§7.8灌溉入渗补给系数〔自学〕第七章水文地质参数计算

§7.5越流系数和越流因素越流系数和越流因素是表示越流特性的水文地质参数。越流补给量的大小与弱透水层的渗透系数K′及厚度m′有关，即K′愈大m′愈小，那么越流补给的能力就愈大。1、越流系数σ越流系数表示当抽水含水层和供给越流的非抽水含水层之间的水头差为一个单位时，单位时间内通过两含水层之间弱透水层的单位面积的水量。

当其它条件相同时，越流系数越大，通过的水量就愈多。第七章水文地质参数计算

§7.5越流系数和越流因素2、越流因素B越流因素B或称阻越系数，其值为主含水层的导水系数和弱透水层的越流系数的倒数的乘积的平方根。可用下式表示：弱透水层的渗透性愈小，厚度愈大，那么越流因素越大，越流量愈小。越流因素和越流系数的测定方法也是野外抽水实验，可参考地下水动力学等相关书籍。第七章水文地质参数计算

§7.5越流系数和越流因素3、越流因素、越流系数及弱透水层的渗透系数确定方法

越流含水层进行非稳定流抽水试验，可采用类似于泰斯公式求含水层参数的配线法。由下式：

两边分别取对数，得第七章水文地质参数计算

§7.5越流系数和越流因素3、越流因素、系数及弱透水层的渗透系数确定方法在与标准曲线坐标尺度相同的透明双对数坐标纸上，点绘资料曲线lgs～lgt，并重叠在标准曲线～上，保持坐标轴平行移动，直至资料曲线与某一条标准曲线重合为止。此时，记录下该标准曲线的,并读出任意配合点的以下四个数据，即、、s、t，第七章水文地质参数计算

§7.5越流系数和越流因素3、越流因素、系数及弱透水层的渗透系数确定方法

按及可以计算出T和α

，从而贮水系数也可求得。

与此同时，越流因素，越流系数，弱透水层的渗透系数等均可确定。

第七章水文地质参数计算§7.1概述§7.2给水度确实定方法§7.3渗透系数和导水系数§7.4贮水率和贮水系数§7.5越流系数和越流因素§7.6降水入渗补给系数§7.7潜水蒸发强度〔自学〕§7.8灌溉入渗补给系数〔自学〕第七章水文地质参数计算

§7.6降水入渗补给系数一、根本概念降水入渗补给系数α是指降水渗入量与降水总量的比值，α值的大小取决于地表土层的岩性和土层结构、地形坡度、植被覆盖以及降水量的大小和降水形式等，一般情况下，地表土层的岩性对α值的影响最显著。降水入渗系数可分为次降水入渗补给系数、年降水入渗补给系数、多年平均降水入渗补给系数，它随着时间和空间的变化而变化。降水入渗系数是一个无量纲系数，其值变化于0～1之间。第七章水文地质参数计算

§7.6降水入渗补给系数二、降水入渗补给系数确实定方法1.利用地下水位动态资料计算降水入渗补给系数这种方法适用于地下水位埋藏深度较小的平原区。地下径流微弱，地下水从降水获得补给，消耗于蒸发和开采。在一次降雨的短时间内，水平排泄和蒸发消耗都很小，可以忽略不计。根据降水过程前后的地下水位观测资料计算潜水含水层的一次降水入渗系数，可采用下式近似计算降水入渗补给系数：第七章水文地质参数计算

§7.6降水入渗补给系数二、降水入渗补给系数确实定方法1.利用地下水位动态资料计算降水入渗补给系数

式中α—次降水入渗系数；hmax—降水后观测孔中的最大水柱高度〔m〕；h—降水前观测孔中的水柱高度〔m〕；Δh2—临近降水前，地下水水位的天然平均降〔升〕速〔m/d〕；t—观测孔水柱高度从h变到hmax的时间〔d〕；X—t日内降水总量〔m〕。这种方法的适用条件是几乎没有水平排泄的潜水。第七章水文地质参数计算

§7.6降水入渗补给系