《实验数据 河间地块区地下水天然非稳定渗流场模拟》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验数据 河间地块区地下水天然非稳定渗流场模拟（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验实验 河间地块区地下水天然非稳定渗流场模拟河间地块区地下水天然非稳定渗流场模拟（一）实验目的及要求（一）实验目的及要求1、通过本次实验，要求学生学会利用量筒、烧杯、秒表等，观测地下水渗流量，初步掌握非稳定流概念。2、本次实验中，要求学生利用所观察的水头变化模拟建立起地下水天然渗流场非稳定流模型。3、掌握利用停止供水模拟地下水天然非稳定流场方法，学会利用地下水天然非稳定渗流场模型求给水度 ，并进行未来某一时刻地下水水位和水量预报的方法。（二）实验所用仪器设备（二）实验所用仪器设备1、渗流槽及其供水管路；2、量筒、烧杯等测水量具；3、秒表、盒尺。（三）实验内容（三）实验内容1、实验前准备工作（
2、1）选用渗流槽模型建立模拟地下水渗流场根据所研究地区的水文地质条件，建立相应的地下水渗流场模型： 含水层，选择合适的含水层介质（砂的粒度）模拟； 含水层厚度，按比例设置砂层厚度模拟； 隔水层，通常可概化为水平分布，可用一层或多层弱透水的粉砂质粘土或渗流槽底板模拟； 补给条件，通过控制渗流槽左侧河水位永远高出右侧河水位模拟； 排泄条件，用保持渗流槽右侧河有水流出模拟； 潜水，通常利用同一粒度均质砂层模拟； 承压水，通常用多层粒度不同的砂和粉砂质粘土模拟。本次实验仅用同一粒度砂层模拟地下潜水天然非稳定渗流场。（2）按所选模型装填渗流槽要求装填渗流槽时，模拟含水层的沙子应淘洗干净，厚度应基本均匀，其
3、左河流和右河流与含水层砂子接触处应用小于含水层砂粒粒径的滤网隔开以免沙子流入渗流槽水箱内。2、实验操作步骤及方法（1）首先关闭所有阀门，将渗流槽内地下潜水位设置到一定高程（根据所选的水文地质单元模型含水层中地下潜水厚度按比例确定） 。本次实验可设置为80100cm（可根据实际情况调整） 。（2）慢慢打开总水阀门 F1和 F2待上面常水头箱内水上满且下面溢流管口有水流出后，然后打开渗流槽右侧水箱上方的阀门 F3和 F5，通过调节 F3和F5，使渗流槽两侧水箱水位保持一致均匀上升。注意供水流量尽可能要小点，以便砂层内空气排出。（3）待渗流槽两侧水箱水位上升到预设高度，渗流槽两侧水箱溢流排水口有水排
4、出且渗流槽两侧水箱水位保持稳定不再上升时，可维持其稳定约 2040分钟，使渗流槽砂层内水位亦上升到此预设高度。（4）仔细观察渗流槽背面水位观测管中的水位，凡在左侧渗流槽河流水位以下同一断面出水口的水位观测管中的水位，原则上应一致或相差不大（个别管出水口滤网水头损失大点） 。若差别太大说明连接胶管内或连接渗流槽出水口若差别太大说明连接胶管内或连接渗流槽出水口内有空气泡存在，应分别打开排气塞子进行排气内有空气泡存在，应分别打开排气塞子进行排气, , 一定要将管内空气排净一定要将管内空气排净, , 否否则影响实验数据准确性则影响实验数据准确性。（5）待渗流槽背面各断面上各测压管水位均升到渗流槽两侧水
5、箱水位预设高度附近且稳定不变时，关闭 F1和 F2阀门停止供水。同时观测 t0时刻渗流槽背面各断面上各测压管水位，将其观测结果填入实验报告书中相应实验数据记录表，以备计算时参考。（6）然后快速将渗流槽右侧溢流排水口降低 1015cm，经过 23 分钟渗流槽右侧水箱内水排掉，砂层水排出后，观测 t1时刻渗流槽背面各断面上各测压管水位，将其观测结果填入实验报告书中相应实验数据记录表。之后每隔 5分钟，用 2030 分钟的时间，用量筒和秒表测量其排泄流量，并按 Q=V/s 式计算流量，将测量结果填入实验报告书中相应实验数据记录表。随后在该时间段末，观测 t1时刻渗流槽背面各断面上各测压管水位，并将其
6、观测结果填入实验报告书中相应的实验数据记录表内，以备计算 时用。（7）再次快速降低一次渗流槽右侧水箱溢流排水口高度 1015cm，经过约 23 分钟后观测 t2时刻渗流槽背面各断面上各测压管水位，将其观测结果填入实验报告书中相应的实验数据记录表内。之后仍然是每隔 5 分钟，用2030 分钟的时间，用量筒和秒表测量其排泄流量，并按 Q = V/ s 式计算流量，将测量结果填入实验报告书中相应的实验数据记录表。随后在该时间段末，观测 t2时刻渗流槽背面各断面上各测压管水位，并将其观测结果填入实验报告书中相应的实验数据记录表内，以备预报未来时刻水位和水量时用。3、利用以上实验资料计算给水度 原理以上
7、实验模型可用潜水一维渗流方程表示如下：()hkhhtxx用差分格式可表示为；h/x = h(x+x)h(x)/x或 h/x = h(x)h(xx) / x或 h/x = h(x+x) h(xx) / 2x2h/x2 = h(x+x) 2h(x) + h(xx) / (x)2h/t = h(t+t) h(t)/ th (h/ x)/x = h2h/x2 + (h/x)2 1）.将其差分式代入以上方程得其差分方程为：22( ,)( , )( , ) (, )2 ( , ) (, )(, )( , ) ()h x tth x th x t h xt th x t h xt th xt th x tk
8、txxV(1)2）.用 ti和 ti+1时刻水位变化表示从而求得：21 2( , ) (, )2 ( , ) (, )(, )( , )( ,)( , ) ()iiiiiiiiiiiiiiii ih x th xt th x t h xt th xt th x thx tth x tkxxtV(2)式中：K K 己由实验二求出己由实验二求出；hi(x，ti)为 ti时刻渗流槽中 j 断面测管水位（区域地下水距补给河流 x 处的水位）；hi（x+x，ti）为 ti时刻渗流槽 j+1 断面测管水位（区域地下水距补给河流 x+x 处的水位）；hi（xx，ti）为 ti 时刻渗流槽 j1 断面测管水位
9、（区域地下水距补给河流 xx 处的水位）； x 为从左侧补给河起 j 断面到 j+1 断面之间距离或 j1 断面到 j 断面之间的 距离；t 为渗流槽右侧（排泄河流）溢流口每调低一次约 3 分钟后从地下水 位开始下降约 2030 分钟所用的时间（本次实验t 取 2 个阶梯时段）； hi+1（x，ti+t）为距渗流槽左侧补给河流 x 处；当溢流口每调低一次 3 分钟 后地下水位开始下降经过 2030 分钟（ti ti+1）后的水位。通过（2）式将 2 个阶梯时段t1、t2前后观察的水位（应在渗流槽背面 任选三个代表性断面上的测管水位）分别代入即可求得若干个值，最后取其 平均数为计算结果。4、利用
10、差分方程（1）预测未来 t+t 时刻的地下水位和流量 Q 原理根据以上求得的 K 和值，代入差分方程（1），可求得 t+t 时刻各断面 测管水位：22( , ) (, )2 ( , ) (, )(, )( , )( ,)( , )()h x t h xt th x t h xt th xt th x th x ttkth x txx V再将此水位值 h（x，t+t）分配到整个区内地块上（渗流槽含水层 t+t 时刻 h（x，t+t）形成的 BL 曲面上），根据实验二导出的潜水天然 渗流量公式，其中 L 长度可从附图 1 上查得，因此可求得其未来地下水排泄 流量 Q。即：22 1122( ,)(,
11、) 2h x tth x ttQKBL注意：在求未来地下水排泄量之前，一定要先利用上式和各相应时段观察的水位值，反求先前 t1、t2时刻排泄河流的水量，并与以前相应阶梯时段观测的河流排泄量比较，来修正差分方程（1）中的 值，直到和观测值相符（即模型识别） ，然后再去利用修正后的差分方程导出 h（x，t+t）与 Q 进行预报。1.1.测压管水位测压管水位ABCDEFGHIJ水位121212121212121212120t40.740.840.840.940.740.740.840.841.040.840.540.540.640.540.740.640.540.440.540.41t39.739.
12、739.038.837.237.136.036.034.433.932.132.130.430.529.029.127.227.426.026.11t末34.534.534.134.033.033.032.432.331.431.429.829.728.628.627.827.826.726.725.925.92t32932.931.831.729.329.527.527.625.025.521.621.118.319.215.616.712.414.09.010.92t末25.925.925.225.123.313.422.022.020.220.517.718.115.416.013.51
13、4.411.212.38.710.12.2.测排泄流量测排泄流量时刻（min）V(ml)T(s)1+5t22660.51+10t14454.531+15t17271.61+20t11656.252+5t26853.22+10t21147.622+15t16843.752+20t19857.38实验模型确定实验模型确定假设有一河间地块，其含水层均质，名向同性，隔水底板水平，上部降水渗入或蒸发量均很小可忽略不计，当丰水季节时地下水得到补给水位达到一定高度，当枯水季节时既无大气降水又无上游河流补给流入，仅有向右侧河渗流排泄，地下潜水可视为一维非稳定流。则其水文地质概化模型可用图 4 表示如下：图 4 河间地块地下水潜水非稳定流渗流模型通过一定时间间隔 t 连续观测其右侧河流渗流量和各观测孔水位（渗流槽背部各断面上测压管水位） ，就可利用渗流槽来模拟上述水文地质模型某一时间的渗流场，利用不同时间观测值（流量、水位） ，可求出含水层的给水度 ，并预报未来某一时刻地下水水位和排泄流量。
