八、水文地质参数
水文地质参数是表征岩土水文地质性能大小的数量指标，是地下水资源评价的 重要基础资料，主要包括含水层的渗透系数和导水系数、承压含水层贮水系数、潜 水含水层的给水度、弱透水层的越流系数及含水介质的水动力弥散系数。
确定这些水文地质参数的方法可以概括为两类：一类是用水文地质试验法(如 野外现场抽水试验、注水试验、渗水试验及室内渗压试验、达西试验、弥散试验等)， 这种方法可以在较短的时间内求出含水层参数而得到广泛应用;另一类是利用地下 水动态观测资料来确定，是一种比较经济的水文地质参数测定方法，并且测定参数 的范围比前者更为广泛，可以求出一些用抽水试验不能求得的一些参数。
1.给水度
给水度是表征潜水含水层给水能力和储蓄水量能力的一个指标，在数值上等于 单位面积的潜水含水层柱体，当潜水位下降一个单位时，在重力作用下自由排出的
水量体积和相应的潜水含水层体积的比值。
给水度不仅和包气带的岩性有关，而且随排水时间、潜水埋深、水位变化幅度及水质的变化而变化。各种岩性给水度经验值见表3-20。
表3-20各中岩性给水度经验值
岩性
给水度
岩性
给水度
黏土
0.02 ?0.035
细砂
0.08 ?0.11
亚黏土
0.03 ?0.045
中细砂
0.085 ?0.12
亚砂土
0.035 ?0.06
中砂
0.09 ?0.13
黄土状亚黏土
0.02 ?0.05
中粗砂
0.10 ?0.15
黄土状亚砂土
0.03 ?0.06
粗砂
0.11 ?0.15
粉砂
0.06 ?0.08
黏土胶结的砂岩
0.02-0.03
粉细砂
0.07 ?0.010
裂隙灰岩
0.008 ?0.10
岩土性质对给水度的影响，主要有三个方面，即岩土的矿物成分，颗粒大小、 级配及分选程度，空隙情况。不同的矿物成分对水分子的吸附力不同，吸附力与给水度成反比;岩土颗粒从两个方面影响给水度，一是吸附的水量不同，颗粒小的吸 附水量多，相应的给水度就小，颗粒粗的吸附水量少，给水度则大;二是颗粒大小、 级配及分选程度决定了空隙大小，级配愈不均匀，给水度就愈小，反之，级配均匀， 给水度愈大。
不同水质的水，其黏滞性及与岩土颗粒的相互作用力的大小是不相同的。黏滞性大的给水性弱;黏滞性小的给水性强。同时水中所含化学成分的种类及含量的多 少，与水温的高低关系密切。水温愈高，水中溶解的物质愈多，含量愈大;反之亦 然。另外，水温常常受气温的影响，因此水温与气温也往往影响给水度的大小。
潜水变幅带给水度受毛细管水上升高度的影响很明显。潜水位在毛细管水上升 高度范围内，土层重力疏干排水过程完成后，土中除保持结合水、孔角毛细管水、悬挂毛细管水外，而且还有毛细管上升水，即土层在重力水疏干过程结束后，实际 持水量大于其最大的田间持水量。地下水埋深愈浅，保持在其中的毛细管上升水量 就多，则给水度愈小;地下水埋深愈大，在变幅带内的毛细管上升水就保持得愈小, 则给水度相应增大。当地下水埋深等于或大于毛细管水最大上升高度后，毛细管上升水才不影响给水度的大小，其值才趋于稳定。
2.渗透系数和导水系数
渗透系数又称水力传导系数，是描述介质渗透能力的重要水文地质参数。根据 达西公式，渗透系数代表当水力坡度为1时，水在介质中的渗流速度，单位是m/d 或cm/s。渗透系数大小与介质的结构(颗粒大小、排列、空隙充填等)和水的物理性质(液体的黏滞性、容重等)有关。
导水系数即含水层的渗透系数与其厚度的乘积。其理论意义为水力梯度为1 时，通过含水层的单宽流量，常用单位是m2/d。导水系数只适用于平面二维流和一 维流，而在三维流及剖面二维流中无意义。
利用抽水试验资料求取含水层的渗透系数及导水系数方法视具体的抽水试验情 况而定，下面就各种情况下的计算公式加以简述，其原理及具体计算步骤可参考地 下水动力学相关教材。
(1)单孔稳定流抽水试验抽水孔水位下降资料求渗透系数。
①当0?s (或AA2)关系曲线呈直线时：
a) 承压水完整孔：
K = -^—ln- (3-28)
2ns M r
b) 潜水完整孔：
K =——(3-29) ti(H2 -h2) r
式中：K一渗透系数，m/d;
Q-出水量，m3/d;
S——一水位下降值，m;
M一承压水含水层的厚度，m;
H自然情况下潜水含水层的厚度，^
h潜水含水层在抽水试验时的厚度，
r——抽水孔过滤器的半径，m;
R一影响半径，m。
®^s/Q (或A/z2/0)?2关系曲线呈直线时，可采用作图截距法计算。
(2)单孔稳定流抽水试验观测孔水位下降资料求渗透系数。
当利用观测孔中的水位下降资料计算渗透系数时，若观测孔中的值s (或A//2) 在s (或AA2)?lgr关系曲线上连成直线，可釆用下列公式：
①承压水完整孔：
K = ^ ln^ (3-30)
2nM(sl -s2) rx
②潜水完整孔：
K =——^~「.lnl (3-31)
7c(AA] — A/^2) rx
式中：Sl——在s?lgr关系曲线的直线段上任意两点的纵坐标值，m;
Ah,2, Ah22——在A炉?lgr关系曲线的直线段上任意两点的纵坐标值，m2;
rP Sl——在s (或M2)?lgr关系曲线上纵坐标为?，52 (或A&2、 Ah22)的两点至抽水孔的距离，m。
1. 水动力弥散系数
在研究地下水溶质运移问题中，水动力弥散系数是一个很重要的参数。水动力 弥散系数是表征在一定流速下，多孔介质对某种污染物质弥散能力的参数，它在宏 观上反映了多孔介质中地下水流动过程和空隙结构特征对溶质运移过程的影响。水动力弥散系数是一个与流速及多孔介质有关的张量，即使几何上均质，且有均匀的 水力传导系数的多孔介质，就弥散而论，仍然是有方向性的，即使在各向同性介质 中，沿水流方向的纵向弥散和与水流方向垂直的横向弥散不同。一般地说，水动力弥散系数包括机械弥散系数与分子扩散系数。当地下水流速较大以至于可以忽略分 子扩散系数，同时假设弥散系数与孔隙平均流速呈线性关系，这样可先求出弥散系 数再除以孔隙平均流速便可获取弥散度。
2. 贮水率和贮水系数
贮水率和贮水系数是含水层中的重要水文地质参数，它们表明含水层中弹性贮 存水量的变化和承压水头(潜水含水层中为潜水水头)相应变化之间的关系。
贮水率表示当含水层水头变化一个单位时，从单位体积含水层中，应水体积膨胀(或压缩)以及介质骨架的压缩(或伸长)而释放(或贮存)的弹性水量，用从 表示，它是描述地下水三维非稳定流或剖面二维流中的水文地质参数。
贮水系数表示当含水层水头变化一个单位时，从底面积为一个单位、髙等于含 水层厚度的柱体中所释放(或贮存)的水量，用^表示。潜水层水层的贮水系数等于贮水率与含水层的厚度之积再加上给水度，潜水贮水系数所释放(贮存)的水量包括两部分，一部分是含水层由于压力变化所释放(贮存)的弹性水量，二是水头变化一个单位时所疏干(贮存)含水层的重力水量，这一部分水量正好等于含水层的给水度，由于潜水含水层的弹性变形很小，近似可用给水度代替贮水系数。承压 含水层的贮水系数等于其贮水率与含水层厚度之积，它所释放(或贮存)的水量完 全是弹性水量，承压含水层的贮水系数也称为弹性贮水系数。
贮水系数是没有量纲的参数，其确定方法是通过野外非稳定流抽水试验，用 配线法、直线图解法及水位恢复等方法进行推求，具体步骤详见地下水动力学相关书籍。
3. 越流系数和越流因素
表示越流特性的水文地质参数是越流系数和越流因素。越流补给量的大小与弱 透水层的渗透系数f及厚度y有关，即f愈大愈小，则越流补给的能力就愈大。 当地下水的主要开釆含水层底顶板均为弱透水层时，开釆层和相邻的其他含水层有水力联系时，越流是开采层地下水的重要补给来源。
越流系数C7表示当抽水含水层和供给越流的非抽水含水层之间的水头差为一个
单位时，单位时间内通过两含水层之间弱透水层的单位面积的水量。显然，当其他条件相同时，越流系数越大，通过的水量就愈多。
越流因素5或称阻越系数，其值为主含水层的导水系数和弱透水层的越流系数 的倒数的乘积的平方根。可用下式表示：
(3-32)
式中：T——抽水含水层的导水系数，m2/d; bf——弱透水层的厚度，m;
K'——弱透水层的渗透系数，m/d;
B——越流因素，m。
弱透水层的渗透性愈小，厚度愈大，则越流因素5越大，越流量愈小。自然界 越流因素的值变化很大，可以从只有几米到几千米。对于一个完全不透水的覆盖岩 层来说，越流因素S为无穷大，而越流系数C7为零。越流因素和越流系数的测定 方法也是野外抽水实验，可参考地下水动力学等相关书籍。
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