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由于岩土组成与结构的差异,给水度μ值在水平、垂直两个方向变化较大。目前,μ值的试验研究与各种确定方法都还存在一些问题,影响μ值的测试精度。因此,各地应尽量采用多种方法计算,相互对比验证,并结合相邻地区确定的μ值进行综合分析,合理定量。
(二)降水入渗补给系数α值
1.地下水水位动态资料计算法
在侧向径流较微弱、地下水埋藏较浅的平原区,根据降水后地下水水位升幅Δh与变幅带相应埋深段给水度μ值的乘积(即μ·Δh)与降水量P的比值计算α值。计算公式:
该计算法是确定区域α值的最基本、常用的方法。为便于地区间综合比较,本次评价统一采用α年,并且,在单站(分析α值选用的地下水水位动态监测井――下同)上取多年平均值,分区上取各站多年平均α值的算术平均值(站点在分区上均匀分布时)或面积加权(泰森法)平均值(站点在分区上不均匀分布时)。做出不同岩性的降水入渗补给系数α、地下水埋深Z与降水量P之间的关系曲线(即P~α~Z曲线),并根据该关系曲线推求不同P、Z条件下的α值。
采用α年有效计算降水入渗补给量Pr时,应用统计计算的P年有效,不得采用P年。
分析α值应选用具有较长地下水水位动态观测系列的观测井资料,受地下水开采、灌溉、侧向径流、河渠渗漏影响较大的长观资料,不适宜作为分析计算α值的依据。选取水位升幅Δh前,必须绘制地下水水位动态过程线图,在图中标示出各次降水过程(包括次降水量及其发生时间)和浅层地下水实际开采过程(包括实际开采量及其发生时间),不得仅按地下水水位观测记录数字进行演算。
目前,地下水水位长观井的监测频次以5日为多,选用观测频次为5日的长观资料计算α值,往往由于漏测地下水水位峰谷值而产生较大误差。因此,使用这样的水位监测资料计算α值时,需要对计算成果进行修正。修正公式如下:
式中,α1日为根据逐日地下水水位观测资料计算的α值,即修正后的α值(无因次);α5日为根据5日地下水水位观测资料计算的α值,即需要修正的α值(无因次);K\为修正系数(无因次)。
2.地中渗透仪法
采用水均衡试验场地中渗透仪测定不同地下水埋深、岩性、降水量的α值,直观、快捷。但是,地中渗透仪测定的α值是特定的地下水埋深、岩性、降水量和植被条件下的 值,地中渗透仪中地下水水位固定不变,与野外地下水水位随
降水入渗而上升的实际情况不同。因此,当将地中渗透仪测算的α值移用到降水入渗补给量均衡计算区时,要结合均衡计算区实际的地下水埋深、岩性、降水量和植被条件,进行必要的修正。当地下水埋深不大于2m时,地中渗透仪测得的α值偏大较多,不宜使用。
3.其它方法
在浅层地下水开采强度大、地下水埋藏较深且已形成地下水水位持续下降漏斗的平原区(又称超采区),可采用水量平衡法及多元回归分析法推求降水入渗补给系数α值。
(三)潜水蒸发系数C值
潜水蒸发系数是指潜水蒸发量E与相应计算时段的水面蒸发量E0的比值,即C=E/E0。水面蒸发量E0、包气带岩性、地下水埋深Z和植被状况是影响潜水蒸发系数C的主要因素。可利用浅层地下水水位动态观测资料通过潜水蒸发经验公式拟合分析计算。
潜水蒸发经验公式(修正后的阿维里扬诺夫公式):
式中,Z0为极限埋深(单位:m),即潜水停止蒸发时的地下水埋深,粘土Z0=5m左右,亚粘土Z0=4m左右,亚砂土Z0=3m左右,粉细砂Z0=2.5m左右;n为经验指数(无因次),一般为1.0~2.0,应通过分析,合理选用;k为作物修正系数(无因次),无作物时k取0.9~1.0,有作物时k取1.0~1.3;Z为潜水埋深(单位:m);E、E0分别为潜水蒸发量和水面蒸发量(单位:mm)。
还可根据水均衡试验场地中渗透仪对不同岩性、地下水埋深、植被条件下潜水蒸发量E的测试资料与相应水面蒸发量E0计算潜水蒸发系数C。分析计算潜水蒸发系数C时,使用的水面蒸发量E0一律为E601型蒸发器的观测值,应用其它型号的蒸发器观测资料时,应换算成E601型蒸发器的数值(换算系数可采用本次规划中蒸发能力评价成果)。
(四)灌溉入渗补给系数β值
灌溉入渗补给系数(包括渠灌田间入渗补给系数β渠和井灌回归补给系数β井) 是指田间灌溉入渗补给量hr 与进入田间的灌水量h灌(渠灌时,h灌为进入斗渠的水量;井灌时,h灌为实际开采量――下同)的比值,即β=hr/h灌。影响β值大小的因素主要是包气带岩性、地下水埋深、灌溉定额及耕地的平整程度。确定灌溉入渗补给系数β值的方法有:
1.利用公式β=hr/h灌直接计算。公式中,hr可用灌水后地下水水位的平均升幅Δh与变幅带给水度μ的乘积(即hr=μ·Δh,hr与Δh均以深度表示)计算;h灌可采用引灌水量(用深度表示)或根据次灌溉定额与年灌溉次数的乘积(即年灌水定额,用深度表示)计算。
2.根据野外灌溉试验资料,确定不同土壤岩性、地下水埋深、次灌溉定额时的β值。
3.在缺乏地下水水位动态观测资料和有关试验资料的地区,可采用降水前土壤含水量较低、次降水量大致相当于次灌溉定额情况下的次降水入渗补给系数α次值近似地代表灌溉入渗补给系数β值。
4.在降水量稀少(降水入渗补给量甚微)、田间灌溉入渗补给量基本上是地下水唯一补给来源的干旱区,选取灌区地下水埋深大于潜水蒸发极限埋深的计算时段(该时段内潜水蒸发量可忽略不计),采用下式计算灌溉入渗补给系数β值:
式中,Q开为计算时段内灌区平均浅层地下水实际开采量(m);Δh为计算时段内灌区平均地下水水位变幅(m),计算时段初地下水水位较高(或地下水埋深较小)时取负值,计算时段末地下水水位较高(或地下水埋深较小)时取正值;h灌为计算时段内灌区平均田间灌水量(m,包括井灌水量和渠灌水量)。
(五)渠系渗漏补给系数m值
渠系渗漏补给系数是指渠系渗漏补给量Q渠系与渠首引水量Q渠首引的比值,即:m=Q渠系/Q渠首引。渠系渗漏补给系数m值的主要影响因素是渠道衬砌程度、渠道两岸包气带和含水层岩性特征、地下水埋深、包气带含水量、水面蒸发强度以及渠系水位和过水时间。可按下列方法分析确定m值。
1.根据渠系有效利用系数η确定m值
渠系有效利用系数η(无因次)为灌溉渠系送入田间的水量与渠首引水量的比值,在数值上等于干、支、斗、农、毛各级渠道有效利用系数的连乘积(本次评价的渠系渗漏补给量只计算干、支两级渠道,斗、农、毛三级渠道的渠系渗漏补给量并入田间入渗补给量中,故η值在使用上是干、支两级渠道有效利用系数的乘积――下同)。计算公式:
m=γ·(1-η) (7)
式中,γ为修正系数(无因次)。
渠首引水量Q渠首引与进入田间的水量Q渠首引·η之差为Q渠首引·(1-η)。实际上,渠系渗漏补给量应是Q渠首引·(1-η)减去消耗于湿润渠道两岸包气带土壤(称浸润带――下同)和浸润带蒸发的水量、渠系水面蒸发量、渠系退水量和排水量。修正系数γ为渠系渗漏补给量与Q渠首引·(1-η)的比值,可通过有关测试资料或调查分析确定。γ值的影响因素较多,主要受水面蒸发强度和渠道衬砌程度控制,其次还受渠道过水时间长短、渠道两岸地下水埋深以及包气带岩性特征和含水量多少的影响。γ值的取值范围一般在0.3~0.9之间,水面蒸发强度大(即水面蒸发量E0值大)、渠道衬砌良好、地下水埋深小、间歇性输水时,γ取小值;水面蒸发强度小(即水面蒸发量E0值小)、渠道未衬砌、地下水埋深大、长时间连续输水时,γ取大值。
2.根据渠系渗漏补给量计算m值
当灌区引水灌溉前后渠道两岸地下水水位只受渠系渗漏补给和渠灌田间入渗补给影响时,可采用下式计算m值: