专利名称：一种确定弱透水层水文地质参数的方法
技术领域：
本发明涉及一种确定弱透水层水文地质参数的方法，尤其是一种确定弱透水层传导系数、渗透系数、贮水率等水文地质参数的方法。
背景技术：
随着城市化的加快，与地下水有关的资源和环境问题日趋严重。仅中国长江三角洲，由于地下水超采引起的地面沉降大于200mm的面积已占区域面积的十分之一，其中最大累积沉降量达2. 80m,已造成的经济损失达500亿美元；地下水的污染也由上部含水层向深部扩展。所有这些都与含水层系统重要的组成部分弱透水层的水文地质特性密切相关。弱透水层的水文地质参数(如传导系数、渗透系数、贮水率)不仅对预测、评价和控制地面沉降有重要意义，而且对地下水资源开发、评价和计算以及含水层系统污染物运移规律和热 能传导规律的研究有着重要的意义。对于含水层水文地质参数确定方法已有较多研究，大多数为现场抽水(或注水)试验的方法。然而，相邻含水层的弱透水层的水文地质参数确定方法研究的却很少，这一方面是由于我们一直以来认为弱透水层是隔水层或相对隔水层，作为水资源量其贡献率很小，因此很少专门给予重视和得到必要的研究，时常将弱透水层忽略或者作为一种边界处理；另一方面也缺少一种有效的原理和方法能用于现场或室内直接确定这些参数。
发明内容
发明目的本发明基于弱透水层柱体一侧水头降低某一常量条件下弱透水层单位水平面积的流量公式解析解，提出一种确定弱透水层水文地质参数的方法，并结合实验进行了验证。这一方法不仅理论严密，而且具有实验装置及实验过程简单、易操作，获取的参数齐全、精度高等优点。因此有很好的推广应用价值。技术方案一种确定弱透水层水文地质参数的方法，首先，基于土柱试验模型，推导在弱透水层柱体一侧水头降低某一常量条件下弱透水层单位水平面积的流量公式解析解；然后，给出基于流量随时间变化的实验资料，采用配线法确定弱透水层传导系数、渗透系数和贮水率的方法。所述土柱试验模型从下到上依次包括下滤层、试样段、上滤层、水；所述下滤层上端的弱透水层柱体底端侧壁上设有出水管，出水管向上延伸至试样段以上，出水管的出水口对应一接水容器，且出水口处设有阀门；所述土柱试验模型上部设有溢流口，且溢流口的高度大于出水口的高度；所述土柱试验模型最上端设有进水口 ；所述进水口处设有阀门。所述基于流量随时间变化的实验资料，采用配线法确定弱透水层传导系数、渗透系数和贮水率的方法，即将记录的弱透水层的流量Q除以弱透水层柱体横截面积S，化为单位面积流量q(cm/min)，在与标准曲线相同模的双对数坐标系中作eft实测曲线，与f'7标准曲线配线，使两条曲线重叠最好，任选一匹配点，记下对应的坐标值[q]、[7l和[t]，代入相应公式计算传导系数a、渗透系数K、贮水率μ。
有益效果与现有技术相比，本发明所提供的确定弱透水层水文地质参数的方法具有以下优点①推得的解析解，理论严密，因此方法有严格的理论依据；②实验装置及实验过程简单、易操作，也可直接取现场原样土实验；③采用配线法确定参数，方法简单易掌握；④一次实验可以同时求得弱透水层传导系数、渗透系数和贮水率，获取的参数多；⑤由于流量测量容易实现且误差小，由此求得的参数精度高。因此，该方法有很好的推广应用价值。
图I为本发明实施例的流程图；图2为本发明实施例的土柱试验模型；图3为5= 0截面流量歹'7标准曲线；图4为J二 I截面流量歹'7标准曲线；图5为本发明实施例的配线法求参原理示意图；图6为本发明实施例的流量计算值与观测值拟合曲线。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。确定弱透水层水文地质参数的方法，首先，基于土柱试验模型，推导在弱透水层柱体一侧水头降低某一常量条件下弱透水层单位水平面积的流量公式解析解；然后，给出基于流量随时间变化的实验资料，采用配线法确定弱透水层传导系数、渗透系数和贮水率的方法。土柱试验模型从下到上依次包括下滤层、试样段、上滤层、水；所述下滤层上端的弱透水层柱体底端侧壁上设有出水管，出水管向上延伸至试样段以上，出水管的出水口对应一接水容器，且出水口处设有阀门；所述土柱试验模型上部设有溢流口，且溢流口的高度大于出水口的高度；所述土柱试验模型最上端设有进水口 ；所述进水口处设有阀门。弱透水层参数确定的原理( I)弱透水层水流模型的解析解假设弱透水层柱体饱和承压且压力水头处处相等，弱透水层柱体下侧水头降低某一定值，而弱透水层上侧水位不变，同时测定上、下侧流量随时间的变化。这时弱透水层为垂向流，取如图2坐标系，这样弱透水层水流模型为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)为弱透水层z点t时刻的水位变化值为柱体下侧水位降深；1为弱透水层厚度；a = K/μ为弱透水层传导系数洱为弱透水层渗透系数；μ为弱透水层贮水率。对于弱透水层水流模型I，经分离变量和傅立叶变换，得解为
2、 2φ^ρ I. nxz, V
I\...................................... ^^ | j
I π ηΛ nI(2)弱透水层流量的解析解t时刻通过位置z单位水平面积的流量
q(-j): KJ(=j)
—K
ο##
=」々」@Τ/￥%08!Ε￡(2)
litI无量纲化
q(I,T) = -^—q(z,t)φΚ
Π^
=-I - Υ e υ cos ηπ~ζ(3)其中为无量纲流量，而为无量纲位置和时间；
(}(=,()I I τ0T0 为与弱透水层性质和厚度有关参数，称为滞后指数。
a在式(3)中令J = O和J = I得弱透水层底面和顶面单位水平面积流量(取正值，不考虑流量方向)变化如图3和图4。从弱透水层底面(J = O )单位水平面积流量变化图3看出，起初时刻流量最大并随着时间增大迅速衰减，当721即t > ^后，流量趋于定值f I顶面(5 = 1)单位水平面积流量变化则相反(如图4)，起初时刻流量为0，并随着时间增大迅速增大，当7 0.7以后增速趋缓；当即t彡τ。后，流量也趋于定值f =K弱透水层参数确定方法
对于F时刻通过位置J 二 O单位水平面积的流量
权利要求
1.一种确定弱透水层水文地质参数的方法，其特征在于首先，基于土柱试验模型，推导在弱透水层柱体一侧水头降低某一常量条件下弱透水层单位水平面积的流量公式解析解；然后，给出基于流量随时间变化的实验资料，采用配线法确定弱透水层传导系数、渗透系数和贮水率的方法。
2.如权利要求I所述的确定弱透水层水文地质参数的方法，其特征在于所述土柱试验模型从下到上依次包括下滤层、试样段、上滤层、水；所述下滤层上端的弱透水层柱体底端侧壁上设有出水管，出水管向上延伸至试样段以上，出水管的出水口对应一接水容器，且出水口处设有阀门；所述土柱试验模型上部设有溢流口，且溢流口的高度大于出水口的高度；所述土柱试验模型最上端设有进水口 ；所述进水口处设有阀门。
3.如权利要求I所述的确定弱透水层水文地质参数的方法，其特征在于所述基于流量随时间变化的实验资料，采用配线法确定弱透水层传导系数、渗透系数和贮水率的方法，即将记录的弱透水层的流量Q除以弱透水层柱体横截面积S，化为单位面积流量q(cm/min)，在与标准曲线相同模的双对数坐标系中作eft实测曲线，与标准曲线配线，使两条曲线重叠最好，任选一匹配点，记下对应的坐标值[fl、[q]、闪和[t]，代入相应公式计算传导系数a、渗透系数K、贮水率ii。
全文摘要
本发明公开了一种确定弱透水层水文地质参数的方法，首先，基于土柱试验模型，推导在弱透水层柱体一侧水头降低某一常量条件下弱透水层单位水平面积的流量公式解析解；然后，给出基于流量随时间变化的实验资料，采用配线法确定弱透水层传导系数、渗透系数和贮水率的方法。本发明推得的解析解，理论严密，实验装置及实验过程简单、易操作，采用配线法确定参数，方法简单易掌握；一次实验可以同时求得弱透水层传导系数、渗透系数和贮水率，获取的参数多；由于流量测量容易实现且误差小，由此求得的参数精度高。因此，该方法有很好的推广应用价值。
文档编号G01N33/24GK102809642SQ201210276528
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月3日 优先权日2012年8月3日
发明者周志芳, 赵燕容, 窦智, 郭巧娜, 田胜 申请人:河海大学