第12讲 地下含水层参数的确定

SCEM－UA…
6 常用含水层参数的经验值
给水度 渗透系数 多年平均降雨入渗补给系数 潜水蒸发系数 渠系渗漏补给系数 田间灌溉回归入渗补给系数 影响半径
岩性
粘土 亚粘土 黄土 亚砂土 粉砂 细砂 中砂 粗砂 砂卵砾石
给水度
0.02~0.035 0.03~0.045 0.025~0.05 0.035~0.06 0.06~0.08 0.08~0.11 0.09~0.13 0.11~0.15 0.13~0.20
ΔH=a1P-a2h开+a3h入-a4h出-Δh
ΔH +Δh =a1P-a2h开+a3h入-a4h出
a1=α/μ，a2= 1/μ， a3=K1/μ，a4=K2/μ
根据观测数据进行线性回归，得到参数ai 进一步计算出有关参数
不同地区考虑不同地下水均衡项
4 利用试验资料确定含水层参数
搜索方法：
( ) ∑ ∑ N T
min Q =
H −h 2
i ,t
i ,t
i=1 t=1
单纯形搜索法(CEA)
遗传算法(GA)
模拟退火算法(SA)
SCE (Shuffled CEA)-PSO (Particle Swarm Optimization)
GLUE (Generalized Likelihood Uncertainty Estimation)
100
50
0
0
0
2
4
6Байду номын сангаас
8
0
1
2
3
4
5
埋深（m）
埋深（m）
蒸发相对值全年总和的均值
500
450
400
350
300
250
200
150
100 50 0
y = 164x-0.8335 R2 = 0.967
0
1
2
3
4
5
埋深（m）
粘土 壤土 粉细砂 乘幂 (粘土)
蒸发相对值全年总和的均值
500
450
400
350
计算方法 配线法 直线解析法 恢复水位法 试算法 直线斜率法…
直线解析法：
S(r,t) = Q W (u)
4π T
u = r2 = μer2
4at 4Tt
u<0.01时Jacob近似公式：
两次试验结果：
T = Q ln(t2 / t1 )
4π (S2 − S1 )
S(r,t) = Q ln 2.25at
Q =πK
H
2
−
h2 0
ln(R / r0 )
Q
=πK
H2
−
h2 1
ln(R / r1 )
水面线
h2
=
Q
πK
r ln(
r0
)+
h2 0
带观测孔的单井稳定抽水试验确定渗透系数
观测孔：至少2个，近孔距抽水井1.6倍含水层厚 度(以消除抽水井附近三维、紊流影响)
观测孔S (或Δh2) ～lgr关系为直线
渗透系数(m/d) <0.1 0.1~0.25 0.25~0.5
1~5 5~10 10~35 25~50 100~1000
作业：
某承压含水层厚度为100m，在一完整井 中以600m3/d的涌水量进行抽水试验，在 距抽水井10m的观测孔处降深变化见下表。 计算该含水层的渗透系数、导水系数、压 力传导系数及贮水系数。（注意单位换算） 时间t(min) 50 100 150 200 300 降深S(m) 1.2 1.45 1.6 1.7 1.86
利用地下水动态长期观测资料 利用试验资料
2 含水层参数群的系统动态分解求参技术
基本原理：地下水动态变化是由各种自然、 人为因素综合作用的结果。在平原区，主 要影响因素为降雨、蒸发及灌溉。在地下 水动态曲线上分解出以上因素独立作用的 时段，确定出相应的含水层参数
给水度μ
潜水蒸发系数C
变化范围：0~1，一般0.1~0.2
3 含水层参数率定模型
原理：地下水均衡
μFΔH=R(t)－D(t)
面积
总补给量 总消耗量
μFΔH=αPF+K1A1I1Δt-V开-μFΔh-K2A2I2Δt
降雨补给 侧向补给
开采 潜水蒸发 侧向排泄
ΔH=(α/μ)P+(K1/μ)(A1I1Δt/F)-(1/μ)(V开/F)Δh-(K2/μ)(A2I2Δt/F)
ln(R / r0 )
ln(R / r0 )
π (2H − S0 )S0
承压完整井： Q = 2π KM (H − h0 ) = 2π KMS0
ln(R / r0 )
ln(R / r0 )
K = Qln(R / r0 )
2π MS0
适用范围：Q～S0(Δh2=H2-ho2)线性，即水流通 过过滤器及过滤器内水流阻力不大
4πT r2
S1
=
Q
4π T
⎛ ⎜⎝
ln
2.25a r2
+
ln
t1
⎞ ⎟⎠
S2
=
Q
4π T
⎛ ⎜⎝
ln
2.25a r2
+ ln t2
⎞ ⎟⎠
可进一步求出a、 μe =T/a
若含水层厚度已知，可求出K
直线斜率法：
u<0.01时Jacob近似公式：
S(r,t) = Q ln 2.25a + Q ln t
否则，需要几组观测值处理后计算K
开发地下水的主要工程措施 类型：
完 整 井：水井打穿整个含水层、安置滤水管(a) 非完整井：水井打穿部分含水层，
或只在部分含水层安置滤水管(b,c,d)
潜水井 承压水井
潜水完整井与非完整井
隔水底板水平 含水层均质、各向同性 过水断面近似圆柱形
潜水蒸发系数C
给水度μ
潜水蒸发临界埋深Ho
渗透系数K
降雨入渗补给系数α
导水系数T
渠系渗漏补给系数m
压力传导系数a
农田灌溉入渗补给系数β 弹性释水系数μe
越流因素B
含水层参数的应用
地下水资源评价和管理的基础 地下水补、排、蓄
含水层参数的确定方法
降雨入渗补给系数α 农田灌溉入渗补给系数β
2.1 给水度μ与潜水蒸发系数C
离补给源较远的观测井，无降雨、开采时段
潜水蒸发为引起地下水消退的单一因子：
μΔh＝CEo＝Eo (1-h/ho)n
对各时段： Δh/Eo～h
绘图，拟合曲线
纵轴截距为1/μ
横轴截距为潜水蒸发 临界埋深ho
4πT r2 4πT

多次试验结果：
Si
=
Q
4π T
ln
2.25a r2
+
Q
4π T
ln ti
i=1, 2, …, n
S~lnt线性回归
斜率k：→T
截距t0： → a、 μe =T/a
5 参数反演
地下水位观测值Hi, t 对一组假设参数，求解正问题得到地下水位模拟值hi, t 目标函数：误差平方和最小
同时可得到C(h)
2.2 降雨入渗补给系数α
α=Pg/P=μΔhP/P
影响因素：
降雨总量、雨强 地下水埋深 土壤结构 初期含水量
变化范围：0~1
2.3 农田灌溉入渗补给系数β
β=PI/P=μΔhI/P
影响因素：
耕地的土质、平整程度 土壤含水量 灌水定额、灌水方法 地下水埋深
潜水完整井：
K = Qln(r2 / r1 )
π (Δh12 − Δh22 )
承压完整井：
K = Qln(r2 / r1 )
2π M (S1 − S2 )
影响半径的确定：利用2个或更多观测孔资 料同时确定K、R
公式法
图解法
4.3 非稳定抽水试验
承压水非稳定流抽水试验
参数：T、μe、a
300
250
200
150
100
y = 413.65e-0.41x
50
R2 = 0.9767
0
0
1
2
3
4
5
埋深（m）
粘土 壤土 粉细砂 指数 (壤土)
4.2 井稳定抽水试验确定渗透系数
单井稳定抽水试验确定渗透系数
潜水完整井： Q = π K
H
2
−
h2 0
= π K (2H − S0 )S0
K = Qln(R / r0 )
Q = KA dh = 2π rhK dh
dr
dr
Q =πK
H
2
−
h2 0
= π K (2H − S0 )S0
ln(R / r0 )
ln(R / r0 )
R－影响半径；S0=H-h0－稳定水位降深 Q～S0：抛物线；
矛盾：h0=0时流量最大，过水断面为0－ Dupuit假定
带观测孔的潜水完整井
给水度的测定 稳定抽水试验确定渗透系数 非稳定抽水试验
4.1 给水度的测定
筒测法、蒸渗仪
坑测法：
θs－θf
蒸发相对值全年总和的均 值
埋深与蒸发关系图
500
蒸发相对值全年总和的均值
450
400
500
350
400
300
300
250
粘土
200
粘土 壤土
200
壤土
150
粉细砂
100
粉细砂
第11讲 地下含水层参数的确定
(Determination of Aquifer Parameters)
概述 含水层参数群的系统动态分解求参技术 含水层参数率定模型 利用试验资料确定含水层参数 参数反演 常用含水层参数的经验值
1 概述
含水层参数：
地下水文参数：
水文地质参数：