地质参数确定方法

水文地质参数确定方法

水文地质参数，反映含水层或透水层水文地质性能的指标。如渗透系数、导水系数、水位传导系数、压力传导系数、给水度、释水系数、越流系数等，都是基本的水文地质参数。水文地质参数是进行各种水文地质计算时不可缺少的数据。一般是通过勘探试验测求水文地质参数。表征岩石(土)的水文地质性能的数量指标。是供水水文地质勘察中进行水文地质计算和地下水资源评价的数据。表征岩土储存、释出和输运水、溶质或热的特性的定量指标。

水文地质参数主要包括渗透系数、导水系数、释水系数、压力传导系数、越流系数、降水入渗系数、给水度、影响半径和弥散系数等。

常用的水文地质参数有下列各种：

1、渗透系数，又称水力传导系数，是水力坡度为1时，地下水在介质中的渗透速度。为表征介质导水能力的重要水文地质参数。渗透系数不仅与介质性质有关，还与在介质中运动的地下水的粘滞系数、比重及温度等物理性质有关。根据达西定律：V＝－KH／I式中，V为渗透速度；H为地下水水头；I为渗透距离；K为介质的渗透系数，量纲为（L／T）。其与渗透率的关系为K＝r?k／μ（K为渗透系数；k为渗透率；r为地下水的比重；μ为地下水动力粘滞系数）。从关系式中可知渗透系数与水的粘滞系数成反比，而后者随温度的升高而减小，因此，渗透系数随温度的升高而增大。在地下水温度变化较大时，应作相应的换算。在地下水矿化度显著增高时，水的比重和粘滞

系数均增大，渗透系数则随之而变化。在这种情况下，一般采用与液体性质无关的渗透率较为方便。

渗透系数是水力坡度为1时，水在介质中的渗透速度(以m／d表示)。是描述地下水在岩石(土)中导水性能的重要参数。又称水力传导系数。渗透系数的大小由岩石(土)中连通的孑L隙大小决定。岩石(土)中的孔隙大，则其渗透系数也大。同时渗透系数还与地下水在岩石(土)中运动时所溶物质、粘滞度、密度和温度等物理性质有关。由于地下水的密度和粘滞度等变化极小，对这些因素的变化常忽略不计。

渗透系数和渗透率渗透系数是表征在水力坡度作用下岩土输运地下水的能力的参数，又称水力传导系数（见达西定律）。因此，其数值不仅取决于岩土的特性，同时也与通过岩土的地下水的物理性质有关，即

式中K为渗透系数；k为岩土的渗透率；γ为地下水的重率；μ为地下水的动力粘滞系数。

渗透率也称渗透度，表征岩土本身输运流体能力而与流体的性质无关的参数，它仅仅取决于岩土的空隙性(空隙的大小、空隙率、空隙的形状和空隙的曲折性等)。因此，对于同一种岩土，渗透率是个定值；渗透系数则随水的物理性质的差异而不同。

在各向同性的岩土中，渗透率与渗流方向无关；对于各向异性的岩土，渗透率则随渗流方向而变。

在非饱和岩土中，渗透系数K和渗透率k为含水率的函数，不是

一个定值。

含水层导水系数含水层的渗透系数K与厚度M的乘积。表征含水层的输水能力。

在水平二维流动中，当水力坡度 I=1时，含水层导水系数在数量上相当于单位宽度流量。

含水层压力传导系数岩土的渗透系数与比储水系数之比，即

式中a为压力传导系数；K为渗透系数；SS为比储水系数。

对于水平二维承压运动，压力传导系数是含水层导水系数与储水系数之比，即

式中 T为含水层导水系数；M为承压含水层厚度；S为承压含水层储水系数。

2、导水系数，表示含水层全部厚度导水能力的参数。通常，可定义为水力坡度为1时，地下水通过单位含水层垂直断面的流量。导水系数T等于含水层渗透系数K与含水层厚度m的乘积。量纲为（L／T）。

导水系数描述整个含水层导水能力的参数(以m2／d表示)。它等于渗透速度和含水层厚度的积，是非稳定流水文地质计算的主要参数。

3、压力传导系数，又称水力扩散系数，为导水系数与释水系数之比。它表征在弹性动态条件下承压含水层中水头传递速度的参数。压力传导系数a＝T／s（T为导水系数；S为释水系数）。量纲为（L2／T）。

4、水位传导系数，也称水力扩散系数。它表征在弹性动态条件下潜水含水层中水位变化传播速度的参数。水位传导系数aw＝Kh／μ（K为渗透系数；h为潜水含水层平均厚度；μ为给水度）。量纲为（L2／T）。

5、释水系数，又称贮水系数或弹性给水度。水头下降一个单位时，从单位面积含水层全部厚度的柱体中，由于水的膨胀和岩层的压缩而释放出的水量；或者水头上升一个单位时，其所贮入的水量。它是表征含水层（或弱透水层）全部厚度释水（贮水）能力的参数。含水层释水系数S（对承压含水层常用μ表示）等于含水层厚度m与单位释水系数Ss的乘积，即S＝mSs。对潜水含水层总释水系数S＝μ＋hSs，μ为给水度；h为含水层厚度，Ss为潜水含水层单位释水系数，一般因

式中 T为含水层导水系数；M为承压含水层厚度；S为承压含水层储水系数。

6、有效孔隙度，相互连通的孔隙体积与土或岩石总体积之比，一般用百分数表示。有效孔隙体积不包括结合水和气体所占的体积，仅指地下水可以在其中流动的部分。

7、越流系数表征弱透水层垂直方向上传导越流水量能力的参数。即当抽水含水层（主含水层）与上部（或下部）补给层之间的水头差为一个单位时，垂直渗透水流通过弱透水层与抽水含水层单位界面的流量。换言之，是指含水层顶（底）板弱透水层的垂直渗透系数K′与其厚度m′之值，即K′／m′。量纲为（1／T）。

越流系数表示抽水含水层和供给越流的非抽水含水层间水头差为一个单位时，单位面积上垂直渗入抽水含水层的水量。又称漏水率。它是描述水通过弱透水层垂直向含水层补给能力的参数，即弱透水层的垂直渗透系数与其厚度的比值，以1／d表示。

越流系数当抽水(或注水)含水层的顶板或（和）底板为弱透水层时，在垂向水头差作用下，相邻含水层或(和)顶底板弱透水层中的水就会流入抽水含水层（或者相反，由注水含水层流出），这一现象称为越流。这种情况下，包括抽水（或注水）含水层、弱透水层和相邻含水层在内的含水层系，称为越流系统。在天然条件下，只要越流系统中存在垂向水头差，就可以发生越流。

弱透水层的垂向渗透系数(K姟)与该层厚度(M 1)之比，称为越流系数。若弱透水层的释水量可忽略不计，则越流系数在数值上相当于抽水（或注水）含水层与相邻含水层的水头差为1时的越流强度即单位时间通过抽水(或注水)含水层顶面和底面单位面积的水量。

8、降水入渗系数单位面积上由降水渗入补给地下水的量和降水量的比值(以小数表示)。降水入渗系数的大小与地表的土层或含水层上覆地层的渗透性成正比。

9、给水度表示饱和的岩石(土)在重力作用下能排出的水的体积和岩石(土)体积之比(无量纲)。又称重力给水度。在数量上接近有效孔隙率。它是描述在潜水状态下岩石(土)给水能力的参数。

当潜水位下降一个单位时，单位水平面积自潜水面至地面的柱体中由于重力作用所排出的水的体积。

10、影响半径

抽水时，水位下降漏斗在平面上投影的半径(以m表示)。它表征地下水位下降的影响范围。实际上，水位下降漏斗的周边并不是圆形，而是接近椭圆形。在地下水上游方向下降漏斗的坡度较陡，影响半径较小；地下水下游方向下降漏斗的坡度较缓，影响半径较大。影响半径的大小与含水层的透水层、水位降深、抽水延续时间等因素有关。

11、弥散系数

机械弥散和分子扩散两种作用的综合参数。即机械弥散系数与分子扩散系数之和等于弥散系数。又称水动力弥散系数。弥散是质点的化学能与流体的对流运动所引起的，它与水流速度、分子扩散和介质的特性有关。在地下水流速较大的地区，机械弥散作用比分子扩散作用大，这时弥散系数接近于机械弥散系数，可用机械弥散系数描述多孔介质中渗透水流运动过程中的特征。

12、有效空隙率空隙率是指岩土的空隙体积与岩石体积（包括骨架和空隙体积）之比。孔隙、裂隙和岩溶化岩层的空隙率，分别称为孔隙率、裂隙率和岩溶率（喀斯特率）。然而，对于地下水的储存、释出和运动，并非全部空隙都起作用，因此提出有效空隙率的概念。从不同角度赋予有效空隙率以不同涵义。孤立空隙对于地下水的储存、释出和运动都是无效的；从这个角度出发，将岩土中相互连通的空隙体积与岩土体积之比称为有效空隙率。有的文献将此种涵义的有效空隙率称为空隙率。饱水岩土在重力作用下释水时，结合水和部分

毛管水所占据的那部分空隙是不能释出水的。因此，从释水角度，有效孔隙率是指重力作用下能够释水的那部分空隙体积与岩土体积之比。对于重力地下水的运动来说，结合水所占据的那部分空隙基本不起作用。这种情况下，有效空隙率是指重力地下水能够通过的那部分空隙体积（空隙体积减去结合水所占据的体积）与岩土体积之比。

13、含水率岩土中水的体积与岩土体积（包括固体、水和气体的体积）之比。在工程地质学中，经常使用重量含水率（含水量），其定义是，岩土中水的重量与岩土重量之比。

14、饱和度岩土中水的体积与空隙体积之比。

15、持水度岩土的空隙率或饱和含水率与给水度之差。

16、储水系数承压含水层中，当水头下降（或上升）一个单位时，由于水和介质的变形，单位水平面积含水层柱体所释放（或储存）的水的体积，即

S=Mγ (nβW+βS)

式中S为承压含水层的储水系数，也称弹性给水度；M为承压含水层的厚度；γ为水的重率；n为空隙率；βW 为水的体积弹性压缩（或膨胀）系数;βS为岩土的体积弹性压缩（或膨胀）系数。储水系数通常用于地下水水平二维承压流动问题的计算。

17、比储水系数当水头下降（或上升）一个单位时，由于水与介质的变形，含水层单位体积所释放(或储存)的水的体积。也称比弹性给水度或储水率。这个参数通常用于存在垂向分流速的地下水流动问题。

18、非饱和岩土的容水度非饱和岩土中水与空气的界面上的压强存在不连续性，这个压强差称为毛管压强。毛管压强与水的重率之比称为毛管压力水头，简称毛管压头。非饱和岩土的含水率随着毛管压头的增大而减小。当毛管压头降低一个单位时，单位岩土体积所储存的水量的增量（即含水率的增量）称为非饱和岩土的容水度，也称非饱和岩土的比储水系数。

19、非饱和岩土的扩散系数非饱和岩土的渗透系数与非饱和岩土的容水度之比值。

20、水动力弥散系数和岩土弥散度岩土孔隙中水质点流动速度的大小和方向不等以及分子扩散作用，使得两种或多种组分流体（例如某种可溶于水的污染组分与地下水）在地下水流中浓度逐渐平均化，这种现象称水动力弥散。水动力弥散系数是表征在浓度梯度作用下，某种组分通过岩土的能力的参数。它的大小不仅与岩土的空隙几何特征有关，而且也取决于地下水的空隙平均流速和该组分的分子扩散系数。弥散度是描述岩土固有的弥散能力的定量指标，其值只依赖于岩土的空隙几何特征。

21、岩土等效热容量

岩土中液相、固相和气相具有不同的热容量。若将岩土视为整体，则其整体的引用热容量称等效热容量。对于饱和岩土，其表达式为

对于非饱和多孔介质为

式中Ce为岩土等效热容量；n为孔隙率；ρS为岩土固相的密度；CS为岩土固相的比热；SW为水相饱和度；ρW为水的密度；CW为水的比热;ρg为气相的密度；Cg为气相的比热。

22、岩土等效导热系数饱和岩土中液相和固相具有不同的导热系数，若将岩土视为整体，则整体的引用导热系数称等效导热系数。它与所取的热传导模型有关，对于并联式传导模型（假定液相与固相平行传导而不发生热交换），则

λe=nλW+(1-n) λS

对于串联式传导模型（假定液相与固相相间传导，在两相介面上发生热交换），则

式中λe为岩土等效导热系数；n为孔隙率；λW为水的热传导系数；λS为固相的热传导系数。

确定水文地质参数的方法一般分为经验数据法、经验公式法、室内试验法和野外试验法四种。供水水文地质勘察中主要采用野外试验法，因为野外试验法求得的参数精确度较高。

1、经验数据法根据长期的经验积累的数据，列成表格供需要时选用。渗透系数、压力传导系数、释水系数、越流系数、弥散系数、降水入渗系数、给水度和影响半径等都有经验数据表可查。在评估地下水资源时，水文地质参数常采用经验数据。

2、经验公式法考虑到某些基本规律列出的公式，并加上经验的修正。渗透系数、给水度等都可按经验公式计算，其值比选用经验数据的精确度要高。

3、室内试验法在野外采取试件，利用试验室的仪器和设备求取参数。渗透系数、给水度、降水入渗系数等水文地质参数，可通过室内试验法求得。

4、野外试验法利用野外抽水试验取得有关数据，再代入公式计算水文地质参数。其计算公式分稳定流公式和非稳定流公式。计算时根据含水层的状态(潜水或承压水)、井的完整性(完整井或非完整井)、边界条件(傍河或其他边界)、抽水孔状态(单孔抽水或带观测孔抽水)等条件选择。渗透系数、导水系数、压力传导系数、释水系数、越流系数、给水度和影响半径等，都可用野外抽水试验法求得较精确的数据。野外确定降水入渗系数还可采用地下水均衡试验场的实测数据，一般精度较高。