第六章水文地质参数计算.ppt

2.地中渗透计法 这是较老但又是唯一可直接测到降水入渗补给量的方法。 （1）仪器结构 此方法仪器的结构装置如图所示。 整个装置由左方的地中渗透计和右方的给水观测装置构成。 地中渗透计的圆筒内装有均衡地段的标准土柱，土柱下方为砂砾和滤网组成的外滤层，给水观测部分由供水（盛水）用的有刻度的马利奥特瓶和控制地中渗透计筒内水位高度的盛水漏斗及量筒组成。两部分以导水管连结，将两端构成统一的连通管。 (2) 工作原理 首先调整盛水漏斗的高度，使漏斗中的水面与渗透计中的设计地下水面（相当潜水埋深）保持在同一高度上。 当渗透计中的土柱接受降水入渗和凝结水的补给时，其补给量将会通过连通管和水管流入量筒内，可直接读出补给水量。 可用此法装置多个不同岩性和不同水位埋深的土柱，分别观测其降水补给和蒸发值。 本方法缺陷是，很难如实模拟天然的入渗补给条件，故其结果的可靠性有时值得商榷。而且此法只适用于松散岩层。 3.零通量面法 零通量面法是以包气带水量均衡原理和非饱和流扩散式运动理论建立起来的计算降水入渗补给量的方法。 零通量面是指由水分通量为零的点所构成的面，它是岩土水分蒸发影响深度的下限标志。 该面以上水分向上运移，消耗于蒸发与蒸腾；该面以下的水分缓慢下降，最后补给潜水。 故零通量面（记作DZFP）可以作为测算陆面蒸发蒸腾量和地下水下渗补给量的分界面。 包气带土层含水率剖面 图为用中子水分仪测得的△t时段内的包气带含水率剖面。 初始时刻（t1）和末时刻（t2）的含水率剖面分别为θ1（Z,t1）和θ2（Z,t2），Z0为零通量面位置深度。 图中的阴影面积E代表△t时段内零通量面以上的水分蒸发量；D代表零通量面以下△t时段内的地下水入渗补给量。 按质量守恒原理，如果在深度Z1和Z2的土层中不存在源或汇时，则水分储存变化率等于流入与流出水量之差，即： 式中：M—在深度Z1和Z2之间的单位截面积土柱水分的储存量； q1和q2—在Z1和Z2深度上的水分通量； t—时段长度。 对于DZFP面以下△t时段内的入渗补给量（D）则应有： 上式表明入渗补给量D等于零通量面以下包气带剖面水分储存量的减少量。 将M(Z0，Z，t)用DZFP以下某点的体积含水率θ（Z，t）表示，则式上改写为： 或 式中：i—1、2、3、…m； m—DZFP以下剖面含水率的测点数； △Zi—时段长度。 设观测时段数j为1、2、…k，在k个时段内入渗补给量可用下式计算： 如果M(Z0,Z,t)改用DZFP以上某点的体积含水率θ（Z,t）表示，m为DZFP以上剖面含水率的测点数，则可用式上计算出陆面蒸发蒸腾量。 水利水电科学院水资源所和地质矿产部水文工程地质研究所将零通量面法测算的降水入渗量与用地中渗透仪测量结果相比较，确认该方法准确可靠，误差不大于3%。由于该法仅以钻孔中子水分仪测定的土壤含水率为依据，故与地中渗透仪相比，成本较低，可在多处设点观测。其精度较经验公式和动态观测法计算值高。 当包气带中零通量面不存在（降水或灌溉持续时间长，且地下水埋藏浅时）时，可在降水全部渗入包气带后，在岩土水分蒸发影响深度之下，用土层最大含水量段（Z－Z0）的某一时间段（t0－t）的土层含水率（θ）的观测数据，代入式上计算降水入渗补给量。 4.泰森多边形法 在典型地段布置观测孔组，并有一个水文以上的水位观测资料时，可用差分方程计算均衡期的降水入渗量或潜水蒸发量，只要观测资料可靠，计算结果便有代表性。 观测孔按任意方式布置如图。把i＝1、2、3、4、5各孔分别同中央孔O连线，在连线的中点引垂线，各垂线相交围成的多边形叫泰森多边形。 泰森多边形示意图 以泰森多边形作为均衡段，则按水量均衡关系有： 式中：F—是泰森多边形的面积(m2) μ—给水度； ΔhO—中央孔在Δt时段的水位变幅(m); —流经F各边交换的流量之和(m3/d）; 流入F 时Qi ＞0，流出F时Qi＜0； Q垂—F内的渗入量或蒸发量（m3／d） 图7－5 泰森多边形示意图 按达西定律，各边的交换流量为： 式中：T—导水系数（m2/d）； hi，hO——分别为i号孔和中央O孔的水位（m）； bi-O，ri-O—分别是中央孔和周围各孔之间过水断面的宽度和距离（m）。 把Qi代入上式，得到相应时段的入渗量或蒸发量： 该式就是均衡段地下水运动的差分方程。 利用雨季的某一时段的水位升幅资料（ΔhO＞0），可求得均衡期△t时段内的降水入渗量，这时Q垂＝Q渗，根据求得降水入渗量可求得降水入渗系数。 二、潜水蒸发强度 1.经验公式法 目前，国内外计算潜水蒸发量时，使用最广泛的经验公式是阿维里扬诺夫公式（1965年），其形式为： 或 式中：μ—潜水位变动带的给水度; h—潜水埋藏