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渗透系数表征土渗透性的强弱,是计算渗流量和刻画地下水动力场必不可少的参数。对于砂土、砂粒含量较高的粘性土以及水力坡降较小时的粗粒土,其渗透规律符合达西定律。由于土的渗透系数变化范围很大,一般为,相应地,渗透系数的测定应采用不同的方法。谢彤芳、沈珍瑶系统总结了土的渗透性和渗透系数K的求取方法及测量范围,如表3-3所示。
国内外许多学者致力于饱和土壤入渗特性的研究,并在实验研究中提出并应用了不同的方法和手段,直接测定方法有:抽水实验、渗透仪法、环刀法、双环法、圭夫仪方法、人工降雨法、入渗筒法、单环定量加水法、出流法、AgNO离子示踪法、Hood入渗仪、圆盘入渗仪等,间接方法有:经验公式法、数值反演方法、分形法、土壤传递函数法、神经网络法等。其中,以抽水实验和渗透仪法应用最为广泛。抽水实验是一种从钻孔中抽水并根据其出水量与地下水位降深的关系,确定含水层的渗透性及了解相关水文地质条件的一种原位实验方法。对于抽水时间比较短、水位恢复时间较长的抽水实验,可以应用微水实验法来求解参数。微水实验法是在t=0时刻,点(x0,y0)处有一个作用强度为Q(t)、作用时段很短的抽或注水井,通过观测井水位变化情况,来求得井附近含水层渗透参数的方法。对于渗透性较高的含水层,瞬时向井抽或注一定流量水后,井中水位很快恢复到初始水位,因此不易观测井中水位降深随时间的变化;对于低渗透性含水层,瞬时向井抽或注一定流量水后,能够很好地观测到井中水位降深随时间的变化规律,从而求得含水层水文地质参数。
渗透仪法是一种实验室方法,包括常水头和变水头渗透仪法两种,常水头渗透实验适用于粗粒土(砂质土),变水头渗透实验适用于细粒土(粘质土和粉质土)。实验用水应采用实际作用于土中的天然水。测定在一定水头差H下某一时间t内流过试样的渗流量Q(常水头法),或测定时间t=0时的水头和时间t=t’时的水头(变水头法),均可根据达西定律计算出土样的渗透系数。通常采用双环、圭夫仪、圆盘入渗仪等方法测定田间饱和土壤的渗透系数。显然,在常年有水河流中,尤其是在汛期或针对窄深河段,应用这些方法测量河水的渗漏量均存在相当大的困难。
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