專利名稱：一種確定弱透水層水文地質(zhì)參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定弱透水層水文地質(zhì)參數(shù)的方法，尤其是一種確定弱透水層傳導(dǎo)系數(shù)、滲透系數(shù)、貯水率等水文地質(zhì)參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
隨著城市化的加快，與地下水有關(guān)的資源和環(huán)境問題日趨嚴(yán)重。僅中國(guó)長(zhǎng)江三角洲，由于地下水超采引起的地面沉降大于200mm的面積已占區(qū)域面積的十分之一，其中最大累積沉降量達(dá)2. 80m,已造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)500億美元；地下水的污染也由上部含水層向深部擴(kuò)展。所有這些都與含水層系統(tǒng)重要的組成部分弱透水層的水文地質(zhì)特性密切相關(guān)。弱透水層的水文地質(zhì)參數(shù)(如傳導(dǎo)系數(shù)、滲透系數(shù)、貯水率)不僅對(duì)預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)和控制地面沉降有重要意義，而且對(duì)地下水資源開發(fā)、評(píng)價(jià)和計(jì)算以及含水層系統(tǒng)污染物運(yùn)移規(guī)律和熱 能傳導(dǎo)規(guī)律的研究有著重要的意義。對(duì)于含水層水文地質(zhì)參數(shù)確定方法已有較多研究，大多數(shù)為現(xiàn)場(chǎng)抽水(或注水)試驗(yàn)的方法。然而，相鄰含水層的弱透水層的水文地質(zhì)參數(shù)確定方法研究的卻很少，這一方面是由于我們一直以來(lái)認(rèn)為弱透水層是隔水層或相對(duì)隔水層，作為水資源量其貢獻(xiàn)率很小，因此很少專門給予重視和得到必要的研究，時(shí)常將弱透水層忽略或者作為一種邊界處理；另一方面也缺少一種有效的原理和方法能用于現(xiàn)場(chǎng)或室內(nèi)直接確定這些參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明基于弱透水層柱體一側(cè)水頭降低某一常量條件下弱透水層單位水平面積的流量公式解析解，提出一種確定弱透水層水文地質(zhì)參數(shù)的方法，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。這一方法不僅理論嚴(yán)密，而且具有實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)單、易操作，獲取的參數(shù)齊全、精度高等優(yōu)點(diǎn)。因此有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。技術(shù)方案一種確定弱透水層水文地質(zhì)參數(shù)的方法，首先，基于土柱試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，推?dǎo)在弱透水層柱體一側(cè)水頭降低某一常量條件下弱透水層單位水平面積的流量公式解析解；然后，給出基于流量隨時(shí)間變化的實(shí)驗(yàn)資料，采用配線法確定弱透水層傳導(dǎo)系數(shù)、滲透系數(shù)和貯水率的方法。所述土柱試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛷南碌缴弦来伟ㄏ聻V層、試樣段、上濾層、水；所述下濾層上端的弱透水層柱體底端側(cè)壁上設(shè)有出水管，出水管向上延伸至試樣段以上，出水管的出水口對(duì)應(yīng)一接水容器，且出水口處設(shè)有閥門；所述土柱試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕喜吭O(shè)有溢流口，且溢流口的高度大于出水口的高度；所述土柱試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥钌隙嗽O(shè)有進(jìn)水口 ；所述進(jìn)水口處設(shè)有閥門。所述基于流量隨時(shí)間變化的實(shí)驗(yàn)資料，采用配線法確定弱透水層傳導(dǎo)系數(shù)、滲透系數(shù)和貯水率的方法，即將記錄的弱透水層的流量Q除以弱透水層柱體橫截面積S，化為單位面積流量q(cm/min)，在與標(biāo)準(zhǔn)曲線相同模的雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中作eft實(shí)測(cè)曲線，與f'7標(biāo)準(zhǔn)曲線配線，使兩條曲線重疊最好，任選一匹配點(diǎn)，記下對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值[q]、[7l和[t]，代入相應(yīng)公式計(jì)算傳導(dǎo)系數(shù)a、滲透系數(shù)K、貯水率μ。
有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的確定弱透水層水文地質(zhì)參數(shù)的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)①推得的解析解，理論嚴(yán)密，因此方法有嚴(yán)格的理論依據(jù)；②實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)單、易操作，也可直接取現(xiàn)場(chǎng)原樣土實(shí)驗(yàn)；③采用配線法確定參數(shù)，方法簡(jiǎn)單易掌握；④一次實(shí)驗(yàn)可以同時(shí)求得弱透水層傳導(dǎo)系數(shù)、滲透系數(shù)和貯水率，獲取的參數(shù)多；⑤由于流量測(cè)量容易實(shí)現(xiàn)且誤差小，由此求得的參數(shù)精度高。因此，該方法有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例的流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的土柱試驗(yàn)?zāi)Ｐ?；圖3為5= 0截面流量歹'7標(biāo)準(zhǔn)曲線；圖4為J二 I截面流量歹'7標(biāo)準(zhǔn)曲線；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的配線法求參原理示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例的流量計(jì)算值與觀測(cè)值擬合曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。確定弱透水層水文地質(zhì)參數(shù)的方法，首先，基于土柱試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，推?dǎo)在弱透水層柱體一側(cè)水頭降低某一常量條件下弱透水層單位水平面積的流量公式解析解；然后，給出基于流量隨時(shí)間變化的實(shí)驗(yàn)資料，采用配線法確定弱透水層傳導(dǎo)系數(shù)、滲透系數(shù)和貯水率的方法。土柱試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛷南碌缴弦来伟ㄏ聻V層、試樣段、上濾層、水；所述下濾層上端的弱透水層柱體底端側(cè)壁上設(shè)有出水管，出水管向上延伸至試樣段以上，出水管的出水口對(duì)應(yīng)一接水容器，且出水口處設(shè)有閥門；所述土柱試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕喜吭O(shè)有溢流口，且溢流口的高度大于出水口的高度；所述土柱試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥钌隙嗽O(shè)有進(jìn)水口 ；所述進(jìn)水口處設(shè)有閥門。弱透水層參數(shù)確定的原理( I)弱透水層水流模型的解析解假設(shè)弱透水層柱體飽和承壓且壓力水頭處處相等，弱透水層柱體下側(cè)水頭降低某一定值，而弱透水層上側(cè)水位不變，同時(shí)測(cè)定上、下側(cè)流量隨時(shí)間的變化。這時(shí)弱透水層為垂向流，取如圖2坐標(biāo)系，這樣弱透水層水流模型為f ^
Cii cti
a——i>070<u <1
C=- dt
I<"(:,0) = 0’ Q < s < i ιι(0,{)-φ I >0 n(f.i) = 0 I >0式中，u(z, t)為弱透水層z點(diǎn)t時(shí)刻的水位變化值為柱體下側(cè)水位降深；1為弱透水層厚度；a = K/μ為弱透水層傳導(dǎo)系數(shù)洱為弱透水層滲透系數(shù)；μ為弱透水層貯水率。對(duì)于弱透水層水流模型I，經(jīng)分離變量和傅立葉變換，得解為
2、 2φ^ρ I. nxz, V
I\...................................... ^^ | j
I π ηΛ nI(2)弱透水層流量的解析解t時(shí)刻通過位置z單位水平面積的流量
q(-j): KJ(=j)
—K
ο##
=」々」@Τ/￥%08!Ε￡(2)
litI無(wú)量綱化
q(I,T) = -^—q(z,t)φΚ
Π^
=-I - Υ e υ cos ηπ~ζ(3)其中為無(wú)量綱流量，而為無(wú)量綱位置和時(shí)間；
(}(=,()I I τ0T0 為與弱透水層性質(zhì)和厚度有關(guān)參數(shù)，稱為滯后指數(shù)。
a在式(3)中令J = O和J = I得弱透水層底面和頂面單位水平面積流量(取正值，不考慮流量方向)變化如圖3和圖4。從弱透水層底面(J = O )單位水平面積流量變化圖3看出，起初時(shí)刻流量最大并隨著時(shí)間增大迅速衰減，當(dāng)721即t > ^后，流量趨于定值f I頂面(5 = 1)單位水平面積流量變化則相反(如圖4)，起初時(shí)刻流量為0，并隨著時(shí)間增大迅速增大，當(dāng)7 0.7以后增速趨緩；當(dāng)即t彡τ。后，流量也趨于定值f =K弱透水層參數(shù)確定方法
對(duì)于F時(shí)刻通過位置J 二 O單位水平面積的流量
權(quán)利要求
1.一種確定弱透水層水文地質(zhì)參數(shù)的方法，其特征在于首先，基于土柱試驗(yàn)?zāi)Ｐ停茖?dǎo)在弱透水層柱體一側(cè)水頭降低某一常量條件下弱透水層單位水平面積的流量公式解析解；然后，給出基于流量隨時(shí)間變化的實(shí)驗(yàn)資料，采用配線法確定弱透水層傳導(dǎo)系數(shù)、滲透系數(shù)和貯水率的方法。
2.如權(quán)利要求I所述的確定弱透水層水文地質(zhì)參數(shù)的方法，其特征在于所述土柱試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛷南碌缴弦来伟ㄏ聻V層、試樣段、上濾層、水；所述下濾層上端的弱透水層柱體底端側(cè)壁上設(shè)有出水管，出水管向上延伸至試樣段以上，出水管的出水口對(duì)應(yīng)一接水容器，且出水口處設(shè)有閥門；所述土柱試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕喜吭O(shè)有溢流口，且溢流口的高度大于出水口的高度；所述土柱試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥钌隙嗽O(shè)有進(jìn)水口 ；所述進(jìn)水口處設(shè)有閥門。
3.如權(quán)利要求I所述的確定弱透水層水文地質(zhì)參數(shù)的方法，其特征在于所述基于流量隨時(shí)間變化的實(shí)驗(yàn)資料，采用配線法確定弱透水層傳導(dǎo)系數(shù)、滲透系數(shù)和貯水率的方法，即將記錄的弱透水層的流量Q除以弱透水層柱體橫截面積S，化為單位面積流量q(cm/min)，在與標(biāo)準(zhǔn)曲線相同模的雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中作eft實(shí)測(cè)曲線，與標(biāo)準(zhǔn)曲線配線，使兩條曲線重疊最好，任選一匹配點(diǎn)，記下對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值[fl、[q]、閃和[t]，代入相應(yīng)公式計(jì)算傳導(dǎo)系數(shù)a、滲透系數(shù)K、貯水率ii。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種確定弱透水層水文地質(zhì)參數(shù)的方法，首先，基于土柱試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，推?dǎo)在弱透水層柱體一側(cè)水頭降低某一常量條件下弱透水層單位水平面積的流量公式解析解；然后，給出基于流量隨時(shí)間變化的實(shí)驗(yàn)資料，采用配線法確定弱透水層傳導(dǎo)系數(shù)、滲透系數(shù)和貯水率的方法。本發(fā)明推得的解析解，理論嚴(yán)密，實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)單、易操作，采用配線法確定參數(shù)，方法簡(jiǎn)單易掌握；一次實(shí)驗(yàn)可以同時(shí)求得弱透水層傳導(dǎo)系數(shù)、滲透系數(shù)和貯水率，獲取的參數(shù)多；由于流量測(cè)量容易實(shí)現(xiàn)且誤差小，由此求得的參數(shù)精度高。因此，該方法有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01N33/24GK102809642SQ201210276528
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者周志芳, 趙燕容, 竇智, 郭巧娜, 田勝 申請(qǐng)人:河海大學(xué)