CN101788450B - 非均质含水介质渗透性的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非均质含水介质渗透性的测定方法，其特点是：包括如下步骤：(1)根据需要在水平土柱上设置至少3根测压管，并用马利欧特瓶控制入水端的水位，将填充土柱与定水头装置连接，在定水头条件下，将渗滤液通入土柱中；(2)各测压管中的水位稳定后，读取各测压管中的水位，同时测量一定时间段内流出液的体积，计算出土柱的渗流量；(3)利用达西公式，分别分段计算各渗流单元的渗透系数；(4)根据等效渗透性的原理，利用公式2计算整个非均质含水介质的等效渗透系数。可用于对非均质含水介质渗透性的进行测定，测定方法简单，测定精度高，为非均质含水介质的渗透性的时空变化的研究提供新思路。

Description

非均质含水介质渗透性的测定方法

技术领域

本发明涉及含水介质渗透性的测量技术，具体地说是一种非均质含水介质渗透性的测定方法。

背景技术

在很多情况下，自然界的含水介质是非均质的，但为了研究问题的方便起见，常常在宏观上把它们近似地概化为均质的介质来处理。在一些情况下或对于一些特殊问题(例如含水介质的堵塞、含水介质的水敏感性等)的研究，必须考虑含水介质的非均质性。

目前，在室内测量含水介质渗透性的装置是达西渗透仪。该装置主要包括一个土柱、一个供水水源、一个溢水口、一个出水口、一套滤板和2-3支测压管。

对于均质的含水介质，通过达西渗透实验可以测定含水介质的渗透系数，主要包括以下几个步骤：

(1)根据现场含水介质的密度进行分层装柱；

(2)缓慢地湿润土柱，并保持出水口流量或测压管之间的水头差恒定；

(3)以不同的或一定的时间间隔测定出水的体积，并计算其流量；

(4)采用达西公式(公式1)计算含水介质的渗透系数。

$K=\frac{Q}{\mathrm{AdH}/\mathrm{dx}}$ (公式1)

其中，Q为流量；A为过水断面的面积；dH/dx为水力坡度；K为渗透系数。

该方法的特点是试验方法简单，操作方便。但是，这种方法只能测定均质含水介质的渗透系数，而无测定法非均质含水介质的渗透系数。

因此，目前亟待研发一种非均质含水介质渗透性的测定方法。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题，提供一种非均质含水介质渗透性的测定方法，可用于对非均质含水介质渗透性的进行测定，测定方法简单，测定精度高。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种非均质含水介质渗透性的测定方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)根据需要在水平土柱上设置至少3根测压管，并用马利欧特瓶控制入水端的水位，将填充土柱与定水头装置连接，在定水头条件下，将渗滤液通入土柱中；

(2)各测压管中的水位稳定后，读取各测压管中的水位，同时测量一定时间段内流出液的体积，计算出土柱的渗流量；

(3)利用达西公式，分别分段计算各渗流单元的渗透系数；

(4)根据等效渗透性的原理，利用公式2计算整个非均质含水介质的等效渗透系数；

$K_{\mathrm{eff}}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{x}_i}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{x}_i/K_i}$ (公式2)

其中，x_i为每个渗流单元的长度，K_i为各渗流单元的渗透系数，K_eff为整个含水介质的等效渗透系数。

对上述技术方案的改进：所述的测压管在水平土柱上均匀设置，测压管的间距为5-20cm。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

(1)与现有的方法相比，本发明将非均质含水介质分为若干个渗透性相同的、小的渗流单元，从而把非均质含水介质渗流问题用一组均质渗流单元来替代。测定方法简单，测定精度高。

(2)解决了非均质含水介质渗透性直接测定的技术难题，为微观研究非均质含水介质渗流问题提供了科学依据。

附图说明

图1为本发明采用的非均质含水介质渗透性测量装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参见图1，本发明一种非均质含水介质渗透性的测定方法实施方式，包括如下步骤：

(1)根据需要在水平土柱上设置4根测压管3，并用马利欧特瓶控制入水端的水位，将填充土柱2与定水头装置1连接，在定水头条件下，将渗滤液通入土柱2中；

(2)各测压管3中的水位稳定后，读取各测压管3中的水位，同时测量一定时间段内流出液的体积，计算出土柱2的渗流量；

(3)利用达西公式，分别分段计算各渗流单元的渗透系数；

(4)根据等效渗透性的原理，利用公式2计算整个非均质含水介质的等效渗透系数；

$K_{\mathrm{eff}}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{x}_i}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{x}_i/K_i}$ (公式2)

其中，x_i为每个渗流单元的长度，K_i为各渗流单元的渗透系数，K_eff为整个含水介质的等效渗透系数。

上述的测压管3在水平土柱2上均匀设置，相邻测压管3的间距为5-20cm。

下面为本发明具体的实施例：

(1)试验材料

供试砂样采集于大沽河下游受咸水入侵危害的潜水含水层。采集砂样后，自然风干、除杂、研碎，并过2mm筛，然后罐装储存。样品的粒度分析方法是，对于粒径大于0.075mm的砂样采用筛分法，而粒径小于0.075mm的颗粒采用比重计法来测定，其具体理化性质为见表1。

表1 供试砂样的理化性质

试验用河水取自大沽河的下游，海水取自大沽河河口。水样的化学成分见表2。

表2 水化学成分分析成果表

注：离子浓度单位为mmol/l，电导率单位为μs/cm。

(2)实验步骤

①将含水层砂样等容重(1.6g/cm³)装入长度为100cm、内径为5cm的有机玻璃管中。在密封条件下用Autoscience型真空抽滤机抽真空20min。

②将饱和后的土柱2与定水头装置1相连接，保持水头差16.4cm，水力坡度0.16时通入海水，直到土柱流出液的体积达到稳定值为止。

③将注水端通入河水，瞬时降低土柱2渗入液的盐浓度。保持水头差为16.4cm、水力坡度为0.16时，测定不同时间间隔的土柱2流出液的体积。同时，测量不同测压管3的水位。

④根据流出液的体积，可以计算出流出液的流量。根据各个测压管3的水位差，并由达西公式计算各段的渗透系数，进而可以计算各段的相对渗透系数(试验测得渗透系数与初始渗透系数的比值)(见表3)。

表3 土柱相对渗透系数空间变化表

渗流单元(cm)	0-10	10-20	20-30	30-40	40-50	50-60	60-70	70-80	80-90	90-100
											相对渗透性(％)	40	180	78	60	50	53	50	55	53	50

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种非均质含水介质渗透性的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据需要在水平土柱上设置至少3根测压管，并用马利欧特瓶控制入水端的水位，将填充土柱与定水头装置连接，在定水头条件下，将渗滤液通入土柱中；

(2)各测压管中的水位稳定后，读取各测压管中的水位，同时测量一定时间段内流出液的体积，计算出土柱的渗流量；

(3)利用达西公式，分别分段计算各渗流单元的渗透系数；

(4)根据等效渗透性的原理，利用公式2计算整个非均质含水介质的等效渗透系数；

$K_{\mathrm{eff}}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{x}_i}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{x}_i/K_i}$ (公式2)

其中，x_i为每个渗流单元的长度，K_i为各渗流单元的渗透系数，K_eff为整个含水介质的等效渗透系数。

2.按照权利要求1所述的非均质含水介质渗透性的测定方法，其特征在于所述的测压管在水平土柱上均匀设置，测压管的间距为5-20cm。