水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算(2)(編輯修改稿)
2025-06-15 07:56 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 測壓管；8 — 支架； 9 — 試坑； 10 — 給水瓶； 11 — 漏斗； 12 — 彎頭； 13 — 水管； 14 — 量筒 地中滲透計(jì)中水位1234910761213514811(2) 工作原理 ? 首先調(diào)整盛水漏斗的高度，使漏斗中的水面與滲透計(jì)中的設(shè)計(jì)地下水面（相當(dāng)潛水埋深）保持在同一高度上。 ? 當(dāng)滲透計(jì)中的土柱接受降水入滲和凝結(jié)水的補(bǔ)給時(shí)，其補(bǔ)給量將會(huì)通過連通管和水管流入量筒內(nèi)，可直接讀出補(bǔ)給水量。 ? 可用此法裝置多個(gè)不同巖性和不同水位埋深的土柱，分別觀測其降水補(bǔ)給和蒸發(fā)值。 ? 本方法缺陷是，很難如實(shí)模擬天然的入滲補(bǔ)給條件，故其結(jié)果的可靠性有時(shí)值得商榷。而且此法只適用于松散巖層。 ? 零通量面法是以包氣帶水量均衡原理和非飽和流擴(kuò)散式運(yùn)動(dòng)理論建立起來的計(jì)算降水入滲補(bǔ)給量的方法。 ? 零通量面是指由水分通量為零的點(diǎn)所構(gòu)成的面，它是巖土水分蒸發(fā)影響深度的下限標(biāo)志。 ? 該面以上水分向上運(yùn)移，消耗于蒸發(fā)與蒸騰；該面以下的水分緩慢下降，最后補(bǔ)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(bǔ)給量的分界面。 DZFPθOZ 0ZED（ t 2 ）（ t 1 ）θθ 包氣帶土層含水率剖面 圖為用中子水分儀測得的△ t時(shí)段內(nèi)的包氣帶含水率剖面。 初始時(shí)刻（ t1）和末時(shí)刻（ t2）的含水率剖面分別為 θ1（ Z,t1）和 θ2（ Z,t2）， Z0為零通量面位置深度。 圖中的陰影面積 E代表△ t時(shí)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(shí)段內(nèi)的地下水入滲補(bǔ)給量。 按質(zhì)量守恒原理 ， 如果在深度 Z1和 Z2的土層中不存在源或匯時(shí) ， 則水分儲(chǔ)存變化率等于流入與流出水量之差 ， 即： 式中： M— 在深度 Z1和 Z2之間的單位截面積土柱水分的儲(chǔ)存量； q1和 q2— 在 Z1和 Z2深度上的水分通量； t— 時(shí)段長度。 對(duì)于 DZFP面以下△ t時(shí)段內(nèi)的入滲補(bǔ)給量（ D）則應(yīng)有： ? 上式表明入滲補(bǔ)給量 D等于零通量面以下包氣帶剖面水分儲(chǔ)存量的減少量。 21/d M d t q q??21 12[ ( ) / ] ( , ) ( , )ttD d M Z d t d t M Z t M Z t? ? ? ??? 將 M(Z0， Z， t)用 DZFP以下某點(diǎn)的體積含水率 θ （ Z， t）表示，則式上改寫為： 001 1 2 2( , ) ( , )ZZD Z t d Z Z t d Z??????或 11 1 2 2[ ( , ) ( , ) ]miZiZZD Z t Z t Z???? ? ?? ? ??式中： i— … m； m— DZFP以下剖面含水率的測點(diǎn)數(shù)； △ Zi— 時(shí)段長度。 ? 設(shè)觀測時(shí)段數(shù) j為 … k，在 k個(gè)時(shí)段內(nèi)入滲補(bǔ)給量可用下式計(jì)算： ? 如果 M(Z0,Z,t)改用 DZFP以上某點(diǎn)的體積含水率 θ（ Z,t）表示， m為 DZFP以上剖面含水率的測點(diǎn)數(shù)，則可用式上計(jì)算出陸面蒸發(fā)蒸騰量。 111[ ( , ) ( , ) ]miZkj j ij Z ZD Z t Z t Z????? ? ? ?? ? ???? 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儀測量結(jié)果相比較，確認(rèn)該方法準(zhǔn)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)，故與地中滲透儀相比，成本較低，可在多處設(shè)點(diǎn)觀測。其精度較經(jīng)驗(yàn)公式和動(dòng)態(tài)觀測法計(jì)算值高。 ? 當(dāng)包氣帶中零通量面不存在（降水或灌溉持續(xù)時(shí)間長，且地下水埋藏淺時(shí)）時(shí)，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，用土層最大含水量段（ Z－ Z0）的某一時(shí)間段（ t0－ t）的土層含水率（ θ ）的觀測數(shù)據(jù)，代入式上計(jì)算降水入滲補(bǔ)給量。 ? 在典型地段布置觀測孔組，并有一個(gè)水文以上的水位觀測資料時(shí)，可用差分方程計(jì)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(jì)算結(jié)果便有代表性。 ? 觀測孔按任意方式布置如圖。把 i＝ 5各孔分別同中央孔 O連線，在連線的中點(diǎn)引垂線，各垂線相交圍成的多邊形叫泰森多邊形。 1 2345OQ 2Q 1Q 3Q 4Q 5bi OriO泰森多邊形示意圖 ? 以泰森多邊形作為均衡段，則按水量均衡關(guān)系有： 1nOiihF Q Qt? ?? ??? ? 垂式中： F— 是泰森多邊形的面積 (m2) μ — 給水度； Δ hO— 中央孔在 Δt 時(shí)段的水位變幅 (m)。 — 流經(jīng) F各邊交換的流量之和 (m3/d） 。 流入 F 時(shí) Qi ＞ 0，流出 F時(shí) Qi＜ 0； Q垂 — F內(nèi)的滲入量或蒸發(fā)量（ m3／ d） 1niiQ??1 2345OQ 2Q 1Q 3Q 4Q 5biOriO圖 7－ 5 泰森多邊形示意圖 按達(dá)西定律，各邊的交換流量為： ? 式中： T— 導(dǎo)水系數(shù)（ m2/d）； ? hi， hO—— 分別為 i號(hào)孔和中央 O孔的水位（ m）； ? biO， riO— 分別是中央孔和周圍各孔之間過水?dāng)嗝娴膶挾群途嚯x（ m）。 ? 把 Qi代入上式，得到相應(yīng)時(shí)段的入滲量或蒸發(fā)量： ? 該式就是均衡段地下水運(yùn)動(dòng)的差分方程。 ? 利用雨季的某一時(shí)段的水位升幅資料（ Δ hO＞ 0），可求得均衡期△ t時(shí)段內(nèi)的降水入滲量，這時(shí) Q垂 ＝ Q滲 ，根據(jù)求得降水入滲量可求得降水入滲系數(shù)。 iOi i OiOhhQ Tbr? ???1nO i OiOi iOh h hQ F Tbtr? ?? ?????? ?垂二、潛水蒸發(fā)強(qiáng)度 ? ? 目前，國內(nèi)外計(jì)算潛水蒸發(fā)量時(shí)，使用最廣泛的經(jīng)驗(yàn)公式是阿維里揚(yáng)諾夫公式（ 1965年），其形式為： 0 ( 1 )d h hd t l????或 0 ( 1 )nhl????式中： μ — 潛水位變動(dòng)帶的給水度 。 h— 潛水埋藏深度（ m）； l— 極限蒸發(fā)深度（ m）； n— 與包氣帶土質(zhì)、氣候有關(guān)的蒸發(fā)指數(shù)，一般取 1～ 3； ε 0— 水面蒸發(fā)強(qiáng)度（ m/d） 。 dh/dt— 潛水面由蒸發(fā)造成的降速（ m/d）； ε — 潛水蒸發(fā)強(qiáng)度（ m/d）。 ? 分析上式可以看出，潛水的蒸發(fā)強(qiáng)度隨水面蒸發(fā)強(qiáng)度的增加而增加，但由公式右端括號(hào)項(xiàng)永遠(yuǎn)小于 1，潛水的蒸發(fā)強(qiáng)度永遠(yuǎn)小于或近于水面蒸發(fā)強(qiáng)度。 ? 利用上式計(jì)算 ε 時(shí)，由于 ε 0和 h可通過實(shí)際觀測獲得，因此公式的計(jì)算精度主要取決于 l和 n。對(duì)這兩個(gè)參數(shù)多采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)值。 ? 用地中滲透儀測定潛水蒸發(fā)強(qiáng)度的裝置，見圖，其工作原理可參考降水入滲補(bǔ)給量的測量原理。當(dāng)土柱內(nèi)的水面產(chǎn)生蒸發(fā)時(shí)，便可由漏斗供給水量，再從馬利奧特瓶讀出供水水量，此
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