王冬梅，陳勝利

(遼寧省盤錦水文局，遼寧 盤錦 124010)

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土壤給水度的計算方法研究

王冬梅，陳勝利

(遼寧省盤錦水文局，遼寧 盤錦 124010)

[摘要]水對我們的生命起著重要的作用 ,它是生命的源泉，是人類賴以生存和發(fā)展的不可缺少的最重要的物質(zhì)資源之一。地下水是水資源的重要組成部分，它存在于地面以下土壤、巖石的孔隙、裂縫和洞穴中。地下水有水量穩(wěn)定、水溫低、水質(zhì)好、不易受污染和開采成本低等優(yōu)點。它不僅是農(nóng)業(yè)灌溉的可靠水源，也可為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活提供用水。土壤給水度在計算地下水資源量及“三水”轉換過程中起到重要作用，本文通過實驗，論述給水度的不同計算方法及各種計算方法的優(yōu)缺點，為地下水資源量的計算提供參考。

[關鍵詞]給水度；抽水試驗；地下水埋深；抽水歷時

1試驗區(qū)概況

臺安徑流實驗站和所屬的實驗區(qū)域位于遼河平原的中部，由遼河沖沉積物形成，第四紀含水層厚度較大，一般在200 m左右，上層由砂土、亞砂土、亞粘土和粘土組成，深層由顆粒較粗的細砂組成，中間有不完整的亞粘土隔水層。該區(qū)屬于半濕潤大陸性季風氣候，多年平均降雨量640 mm，年降雨量的75%集中在6～9月份。降雨量年際變化較大，實測最大年降雨量967 mm，最小年降雨量412 mm。由于地勢低平，地下水埋深較淺(一般在1.0～2.5 m之間),土壤入滲能力強，降雨入滲補給量大，入滲補給系數(shù)一般都在0.20～0.32之間,地表徑流系數(shù)小，一般在0.1左右，地下水運動以垂直方向為主，即降雨入滲補給地下水，然后又消耗于蒸發(fā)。臺安徑流實驗站建于1963年，建站初期主要是對天然流域進行實驗研究。分為海城河地下水源實驗區(qū)和遼河沿岸實驗區(qū)及新開河實驗區(qū)。1985年增設了潛水動態(tài)實驗場，利用地中蒸滲儀進行室內(nèi)實驗研究。潛水動態(tài)實驗場地4 000 m2，主要觀測項目：潛水蒸發(fā)、水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)、土壤徑流、土壤入滲、降雨徑流、土壤給水度、水稻需水量及給水度、降水補給系數(shù)等水文要素；輔助觀測項目有氣溫、濕度、地溫、降水、水面蒸發(fā)、日照、風速等。

2給水度的試驗方法分析

飽和土壤經(jīng)過相當長時間的疏干排水，釋水過程結束時，單位體積土壤釋放出來水的體積(或單位水頭下降時，土壤釋放出來水層厚度)，稱作完全給水度(即通常所稱的給水度)。給水度不但與土壤巖性有關，而且還與土層結構、潛水埋深、土壤內(nèi)部的氣壓等因素有關。給水度在水資源計算，降水、地表水、地下水之間的水量循環(huán)和平衡規(guī)律分析及地下水動態(tài)預報中都是重要參數(shù)。臺安徑流試驗站通過室內(nèi)和野外觀測資料的綜合分析探討給水度的推求方法，計算給水度的方法包括地中滲透儀測定法、抽水試驗法、公式法，分析各方法求得的給水度的變化規(guī)律。

2.1地中滲透儀測定法

在臺安實驗區(qū)內(nèi)設有26個地中滲透儀試驗設備，(如圖1)，在試筒中分別裝有沙土、亞沙土、亞粘土、粘土4種土質(zhì)，在試筒上部進行人工均勻降水，使試筒中的土質(zhì)達到飽和，打開連通管疏干平衡瓶水面以上的土體。每組試驗可以調(diào)節(jié)平衡瓶水面的高度(人為調(diào)節(jié)地下水埋深)，可以計算出試筒中不同土體的體積所排出水的體積，最后計算出給水度，即：

μ(Z)=V水/V土

式中：μ(Z)為不同地下水埋深Z條件下的土壤給水度；V水為排除水的體積；V土為相應土體的體積。

圖1　實驗裝置圖

臺安徑流試驗站利用地中滲透儀測定法對沙土、亞沙土、亞粘土、粘土4中土質(zhì)進行給水度試驗，表1為2005年各種土質(zhì)給水度的試驗結果：

通過試驗證明土壤給水度不但與土壤巖性有關，而且還與潛水埋深有關。

表1　各種土質(zhì)給水度的試驗數(shù)據(jù)

2.2抽水試驗法

抽水試驗法適用于典型地段特定巖性給水度測定。在含水層滿足均勻無限(或邊界條件允許簡化)的地區(qū)，可采用抽水試驗測定的給水度成果。在選定的鉆孔中或豎井中，對選定含水層(組)抽取地下水，形成人工降深場，利用涌水量與水位下降的歷時變化關系，測定含水層(組)給水度及其它水文地質(zhì)參數(shù)的試驗。臺安徑流試驗站2003年在新開河實驗區(qū)進行了抽水試驗，利用疏干法計算給水度，實驗結果表明給水度與抽水歷時有一定關系，如圖2。

圖2　抽水試驗給水度與開采歷時關系圖

從圖中可以看出，給水度隨開采歷時的增加而增大，抽水歷時超過60 h，還沒有達到穩(wěn)定狀態(tài)。利用抽水試驗法計算給水度抽水歷時多長能達到穩(wěn)定，這要看土壤性質(zhì)、透氣性能、地下水埋深、抽水實際情況而定，從新開實驗區(qū)的抽水試驗來看，抽水歷時需要100 h，給水度才能達到穩(wěn)定值0.053。

2.3公式計算法

在公式計算法中我們通常采用阿里揚諾夫公式計算法計算給水度。在地下水無水平流動的地區(qū)，選擇無降水、無灌溉、無開采影響的地下水動態(tài)資料和水面蒸發(fā)資料，通過上述資料利用阿里揚諾夫公式計算土層不同深度的給水度：

式中：μ(Z)為與潛水埋深對應的土壤給水度；E0為土壤蒸發(fā)能力，用λE601蒸發(fā)代替；λ為潛水蒸發(fā)系數(shù)，取1.1；△Z為由于蒸發(fā)而引起的潛水位變幅；Z為潛水埋深； Zm為潛水極限埋深；n為經(jīng)驗指數(shù)；

臺安徑流試驗站新開河實驗區(qū)2002～2005年的地下水動態(tài)資料基本滿足阿里揚諾夫公式計算要求，故用公式計算給水度。分析實驗區(qū)的地下水動態(tài)資料，參考地中滲透儀的實測資料，選用Zm=3.0 m，n=1.7。計算結果見表2。

表2　阿里揚諾夫公式計算給水度

從上表可以看出利用阿里揚諾夫公式計算出的給水度與其他方法計算出的給水度十分接近，從土質(zhì)上看也比較合理，這說明只要資料符合要求，選擇的參數(shù)恰當合理，用阿里揚諾夫公式計算出的給水度是具有一定精度的。

3各種計算給水度方法的優(yōu)缺點

給水度的計算方法很多，通過臺安徑流試驗站對各種方法計算給水度的優(yōu)缺點進行分析總結。地中滲透儀測定法的優(yōu)點是能夠較精確地確定給水度，能夠測定給水度隨地下水埋深的變化規(guī)律，是認識給水度和推求給水度的有效方法之一。他的缺點是只能測出某點的給水度，不能代表某個地區(qū)的給水度，如果有當?shù)氐牡刭|(zhì)資料，用這種方法比較合適。抽水試驗法的優(yōu)點是在天然環(huán)境下實際抽水求得的，具有較高的可信度，并且可以代表整個面的給水度；缺點是造價高，在釋水滯后的嚴重地區(qū)，抽水歷時不易掌握，容易受其他邊界條件干擾，給抽水試驗帶來一定的困難。阿里揚諾夫公式法是利用野外觀測資料進行的，符合自然條件的變化規(guī)律，具有一定的精度。缺點是在無試驗資料的情況下，Z—潛水極限埋深和n—經(jīng)驗指數(shù)都難以精確確定。但由于該法計算不復雜又節(jié)省資金，并能計算出垂直剖面上的各層給水度。從臺安徑流試驗站的試驗計算結果看，只要資料符合公式要就，參數(shù)選擇合適，計算結果具有可靠的精度，在實際生產(chǎn)中具有一定的應用價值。

4結語

從以上給水度各計算方法的優(yōu)缺點來看，它們都有各自的應用條件，因此在實際應用中必須根據(jù)具體情況具體分析，選擇適合本地區(qū)特征的方法，不能盲目引用。由于各地的自然條件不同，地質(zhì)條件復雜多樣，同一個流域內(nèi)的給水度也有很大差距，在計算時必須多收集各種資料數(shù)據(jù)，選擇多種計算方法，把各種方法計算的結果結合自然地質(zhì)條件綜合分析，最后，要采用較合理的給水度，以免在計算地下水資源量時帶來較大誤差。

[收稿日期]2015-10-28

[作者簡介]王冬梅(1969-)，女，遼寧沈陽人，高級工程師，主要從事水文資料整編，水資源評價及論證工作。

[中圖分類號]S152.7+1

[文獻標識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)01-0046-02