第六章 水文地质参数的计算

天然湿度 Ｏ
Z0 Wh
a b a＇
B
△h
A
c d
b＇ 深 度
图7－1 抽水前后包气带湿度分布示意图 Wh－持水度；Z0－湿度变动带；oacd—抽水前天然湿度线；oabd— 抽水后天然湿 度线；ac、bd—毛细水带湿度分布示意线
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（主要是毛细水带）所给出之水量 （μ△h），

一、用抽水试验方法求参应注意的问题

根据抽水试验资料，采用解析公式反演方法识别含 水层水文地质参数，分稳定流抽水和非稳定流抽水 两类。 1. 利用稳定流抽水试验资料计算渗透系数





（1）采用方法 常采用稳定流裘布依公式计算渗透系数，但计算结 果往往与实际不符。 （2）产生原因 ①施工质量——洗孔不彻底，滤水管外填砾不合规 格等。 ②选用计算公式与抽水引起的地下水运动规律不符， 即不符合裘布依公式的假设条件。


（3）主要影响因素
①含水层的井壁边界条件 ②影响半径（R）
③天然水力坡度（I）的影响 ④抽水降深大小的影响

2.利用非稳定流抽水试验资料反求水文地质参数

C.V.Theis公式在应用中要注意泰斯公式的假设条件。
野外水文地质条件不一定完全符合假设条件，在使用单井非 稳定抽水试验资料求水文地质参数时应注意： ①承压完整井抽水，当井内流速达到一定程度（如达1m/s以 上），在井附近会产生三维流区，利用主孔资料或布置在三 维流区内的观测孔求解时，将产生三维流影响的水头损失， 应对实测降深值进行修正； ②由于地下水运动存在天然水力坡度，利用观测孔求水文地 质参数时将具有不同方向的数值差异，在地下水流方向的上、 下游所计算的参数数值差异较大。解决的方法是在抽水形成 的降落漏斗范围内布置较多观测孔，求水文地质参数的平均 值，代表该地段的水文地质参数值； ③注意边界条件的影响。


越流系数可通过野外抽水实验获得。
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：
Tb B K
式中：T—抽水含水层的导水系数 （m2/d）； b′—弱透水层的厚度（m）； K′—弱透水层的渗透系数（m/d） B—越流因素（m）。
弱透水层的渗透性愈小，厚度愈大，则越流因素B越大， 越流量愈小。 越流因素的值变化很大，可以从只有几米到几千米。 对于一个完全不透水的覆盖岩层来说，越流因素B为无 穷大，而越流系数σ为零。 越流因素可通过野外抽水实验获得。
hmax h h t / X
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）； △h—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—时间内降水总量（m）。
Z (W
i 1 i
n
2i
W1i ) h
W1i )
故给水度：


Z (W
i 1 i
n
2i
h


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； Wh－持水度；Z0－湿度变动带； oacd—抽水前天然湿度线；oabd— 抽水后天然湿度线；ac、 bd—毛细水带湿度分布示意线 n—取样数。
6.1 给水度
一、影响给水度的主要因素

给水度（μ）是表征潜水含水层给水能力或蓄水能力的一 个指标。 给水度不仅和包气带的岩性有关，而且随排水时间、潜水 埋深、水位变化幅度及水质的变化而变化。
表 7－1 各中岩性给水度经验值
岩 性 粘 土 给水度 0.02～0.035 0.03～0.045 0.035～0.06 0.02～0.05 0.03～0.06 0.06～0.08 0.07～0.010 岩 性 细 砂


二、数值法求水文地质参数


数值法求参按其求解方法可分为试估—校正法和优 化计算方法。 一般采用试估—校正法。 这种方法利用水文地质工作者对水文地质条件的认 识，给出参数初值及其变化范围，用正演计算求解 水头函数，将计算结果和实测值进行拟合比较，通 过不断调整水文地质参数，反复多次的正演计算， 使计算曲线与实测曲线符合拟合要求，此时的水文 地质参数即为所求。 求参结果的可靠性和花费时间的多少，除取决于原 始资料精度外，还取决于调参者的经验和技巧。
①
给水度 0.08～0.11 0.085～0.12 0.09～0.13 0.10～0.15 0.11～0.15 0.02～0.03 0.008～0.10
亚粘土 亚砂土 黄土状亚粘土 黄土状亚砂土 粉 砂
中细砂 中 砂
中粗砂 粗 砂
粘土胶结的砂岩 裂隙灰岩
粉细砂
①表引自《水文地质手册》 ，地质出版社。
第六章
水文地质参数的计算
吉林大学环境与资源学院 地下水科学与工程系 梁秀娟 水工楼 207
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水文地质参数是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基础资料，主 要包括含水介质的渗透系数和导水系数、承压含 水层的贮水系数、潜水含水层的重力给水度、弱 透水层的越流系数及水动力弥散系数等，还有表 征与岩土性质、水文气象等因素的有关参数，如 降水入渗系数、潜水蒸发强度、灌溉入渗补给系 数等。 水文地质参数常通过野外试验、实验室测试及根 据地下水动态观测资料采用有关理论公式计算求 取，数值法反演求参等。
2.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个地下水动态观测孔（图7－2）， 然后根据水位动态观测资料，按下式计算μ值。
K t wt 2 2 2 (h1,t h3,t 2h2,t ) 2 2x h2 h2
二、给水度的确定方法


1. 根据抽水前后包气带土层天然湿度的变化来确 定μ值 根据包气带中非饱和流的运移和分带规律知，抽水 前包气带内土层的天然湿度分布应如图7－1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），故毛细水带将下移，由aa′段下 移到bb′段，此时的土层天然湿度分布线则变为图 中的oabd。 对比抽水前后的两条湿度分布线可知，由于抽水水 位下降，水位变动带将回给出一定量的水。
式中：h1,t、h2,t、h3,t—1、2、3号观测孔t时刻水位及含 水层厚度； △h2—△t时段内2号孔水位变幅； w—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。
孔1
孔2
孔3
△h2
h1,t
h2,t
h3,t
△x △x
△x
孔1
孔2
孔3
图7－2 单向流动μ值计算示意图
6.2

贮水系数是没有量纲的参数，其确定方法 是通过野外非稳定流抽水试验，用配线法、 直线图解法等方法进行推求。
6.4 越流系数和越流因素

表示越流特性的水文地质参数是越流系数（σ）和 越流因素（B）。越流补给量的大小与弱透水层的渗 透系数K′及厚度b′有关，即K′愈大b′愈小，则 越流补给的能力就愈大。 越流系数σ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单位面积的水量（σ= K′/ b′）。
适用条件： 适用于地下水位埋藏深度较小的平原区， 几乎没有水平排泄的潜水。 在水力坡度大、地下径流强烈的地区，降 水入渗补给量不完全反映在潜水面的上升 中，而有一部分水从水平方向排泄掉了， 则会导致计算的降水入渗系数值偏小。 如果是承压水，水位的上升不是由于当地 水量的增加，而是由于压力的变化，以上 情况本方法不适用。
①
粉细砂
砂卵砾石 0.08～0.12 0.10～0.15 0.15～0.21 0.22～0.30 0.26～0.36 0.28～0.38 0.28～0.38 0.27～0.37
① 引自水利电力部水文局，中国水资源评价。
（二）降水入渗系数的确定方法


1.近似计算法
首先计算出某些时段和典型地段的降水入渗系数，再推广 到计算出全年或全区的降水入渗补给量。 （1）根据次降水量引起的潜水水位动态变化计算大气降水 入渗系数。 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：
渗透系数和导水系数


渗透系数（K）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，单 位是m/d或cm/s。 导水系数（T）即含水层的渗透系数与含水层厚度 的乘积，常用单位是m2/d。导水系数只适用于平 面二维流和一维流，而在三维流中无意义。 含水层的渗透系数和导水系数一般采用抽水试验 法和数值法反演计算求得。
6.5
降水入渗系数和潜水蒸发强度
一、降水入渗系数


（一）基本概念
降水入渗系数是指降水渗入量与降水总量的比值， 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、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。
对于某些封闭型的地下水系统，当降水是地
下水唯一的补给源，而地下水的开采量（最 大降深的稳定开采量）又已达到极限（其它 地下水消耗量可忽略）时，其年开采总量除 以该地下水系统的年总降水量，亦可得出该 地下水系统的大气降水入渗系数，也可推广 到条件类似的更大区域，进行降水入渗总量 的计算。

表 7－2 不同岩性和降水量的平均年降水入渗补给系数值
岩性 粘土 P 年（mm） 50 100 200 400 600 800 1000 1200 1500 1800 0～0.02 0.01～0.03 0.03～0.05 0.05～0.11 0.08～0.14 0.09～0.15 0.08～0.15 0.07～0.14 0.06～0.12 0.05～0.10 0.01～0.05 0.02～0.06 0.04～0.10 0.08～0.15 0.11～0.20 0.13～0.23 0.14～0.23 0.13～0.21 0.11～0.18 0.09～0.15 0.02～0.07 0.04～0.09 0.07～0.13 0.12～0.20 0.15～0.24 0.17～0.26 0.18～0.26 0.17～0.25 0.15～0.22 0.13～0.19 0.05～0.11 0.07～0.13 0.10～0.17 0.15～0.23 0.20～0.29 0.22～0.31 0.22～0.31 0.21～0.29 亚粘土 亚砂土

（2）根据全排型泉水流量计算大气降水入渗补给量

在某些低山丘陵区（特别是干旱半干旱的岩溶 区），当降水是地下水的唯一补给源，泉水是唯 一的排泄方式时（地下水的蒸发量、储存量变化 量可忽略不计），泉水的年流量总和近似等于降 水的年入渗补给量。因此，取其泉水年总流量与 该泉域内大气降水总量的比值，即为该泉域的大 气降水入渗系数值。如再将该泉域的值用到地 质—水文地质条件类似的更大区域，即可得到大 区域的降水入渗补给量。
6.3 贮水率和贮水系数




贮水率表示当含水层水头变化一个单位时，从单位体积含水 层中，因水体积膨胀（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，它是描述 地下水三维非稳定流或剖面二维流的水文地质参数。 贮水系数表示当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。 潜水层水层的贮水系数等于贮水率与含水层的厚度之积再加 上给水度，潜水贮水系数所释放（贮存）的水量包括两部分， 一部分是含水层由于压力变化所释放（贮存）的弹性水量， 二是水头变化一个单位时所疏干（贮存）含水层的重力水量， 这一部分水量正好等于含水层的给水度，由于潜水含水层的 弹性变形很小，近似可用给水度代替贮水系数。 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。