黄河河床沉积物渗透性的试验研究

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1、2oo9年第3期水文地质工程地质黄河河床沉积物渗透性的试验研究胡俊锋一，王金生，滕彦国，杨月巧(1．北京师范大学水科学研究院，北京100875；2．民政部国家减灾中心，北京1O0053；3．防灾科技学院，北京10l601)摘要：本文应用竖管测定法对黄河中游龙门一潼关段的河床沉积物的渗透性进行了试验研究，测得了黄河河床沉积物的垂向渗透系数和水平渗透系数；应用地下水模拟软件，研究了河水与地下水的相互作用，为研究黄河水与地下水相互关系奠定了基础。’关键词：黄河；河床；沉积物；渗透性中图分类号：P641．2文献标识码：A文章编号：1000—3665(20o9)O3-00

2、25—04地下水与河水之间的相互关系，既与河流水位、过河冲湖积平原区，主要含水层为河湖积物、冲洪积物和水历时、河道外的地下水位、含水层岩性以及地形、地风积物，地表下27，35m处有一层厚约20m的亚粘土姗锄珊瑚貌等因素有关，又随季节而变化，有时地下水向河水排层，其余含水层自上而下由粉细砂、中细砂和中粗砂组泄，有时河水补给地下水，即使同一河流的两岸也不尽成(图1)。相同⋯。其中河床沉积物的渗透性是影响河水与地下高程水相互转化量的重要因素。国外对河床渗透系数的测定研究较多，方法有多种，包括实验室分析法、野外测定法等，其中野外测定法包括渗水试验法]、竖管测定法等。竖管

3、测定法国内也有少量研究。珏黄河龙门一潼关段河道宽浅散乱，摆动频繁，与地下水关系复杂。本文以该河段为例，进行了河床渗透系数的野外现场试验，采用广泛使用的GMs，对蒲州图例钻孔编号水源地进行了数值模拟，分析了地下水与河水的转化圜中砂黏土一r地面标高关系，计算了两者的转化量，为研究河水与地下水相互l水位标高(m)g委强粗砂粉细砂‘涌水量Q(m抛)关系提供方法上的借鉴。降深(m)1研究区概况图1蒲州水源地水文地质剖面图Fig．1丑_ydrogeol0calpr0me0fthePllzhouⅥreImeld研究区位于黄河中游山西省永济市蒲州水源地，西临黄河，东接栲栳塬及中

4、条山山前倾斜平原，北到蒲2数值模拟模型州郭村一线，南至韩阳镇，总面积60krn2。该区地势东根据水源地水文地质条件，选择80m深度内的潜高西低，东部为黄土台塬，西部为黄河一级阶地和涑水水含水层作为本次数值模拟计算的目标层。西部边界为黄河，河宽3～5km，概化为混合边界；北部、南部和收稿日期：2o08一O8—22；修订日期：2o08．09—25东部为流量边界；东北部为栲栳塬，不含潜水，承压水基金项目：国家重点基础研究发展规划项目(G1999043606)；国与研究区潜水无水力联系，为隔水边界；东南部为中条家自然科学基金委、水利部黄河水利委员会联合资山，部分基岩裂隙

5、水向研究区排泄，视为流量边界；潜助项目(50239O1O)作者简介：胡俊锋(1974一)，男，博士研究生，从事水资源与水环水含水层下部约20～30m的亚砂土和亚粘土层，构成境、自然灾害评估、综合减灾等方面的研究。本区潜水含水层稳定的隔水底板；上边界为潜水含水E—mail：hujunfeng@ndrcc．gov．cn层的自由水面，通过该边界，地下水系统与外界发生垂·26·水文地质工程地质20o9年第3期向水量交换。天然条件下，研究区浅层含水层主要接3渗透系数测定受大气降水入渗、侧向径流及黄河渗漏补给；排泄以蒸发、人工开采及地下径流为主。在开采条件下，会激发结合黄河

6、干流宽、浅、散、乱的特点，黄河河床沉积黄河对地下水的补给量]。因此，可将傍河水源地概物的渗透系数、厚度以及河流宽度是准确计算的制约化为非均质、各向异性的二维非稳定流，可用下式描述因素。河流与地下水的相互交换量可以用下式表该区地下水流：示：=磬(砭)+：(；c刚：(2)式中：Q——河流侧渗量(rn3／d)；()+e∈≥0日RⅣ——河流水位(m)；(，y，){o=o，y∈，=0^——地下水位(m)；(，y，)Ir=1，y∈r。，>0(1)K——河床底积层渗透系数(m／d)；ac——河流水力传导系数。K=lr=q(，y，￡)，y∈工12，￡>0，、、意义同式(1)。如

7、图2所示。aKl-=(一¨口，，，∈，￡>0式中：——渗流区域；(，y)——含水层的水位标高(m)；——黄河的水位标高(m)；、K——分别为、方向的渗透系数(m／d)；图2潜水含水层与河流补排关系剖面——潜水含水层的给水度；F．2Pr0mesh0wirIgtIIereIati0nsllipbetweenthecllarge——河床沉积层渗透系数(n1／d)；anddischargeoftheunc0Il

8、jnedaqlliferandtlle—Vere——含水层的源汇项(m／d)；3．1测定方法——含水层的初始水位分布(m)；本次研究采用了竖管测定法，竖管选用三

9、型聚K——边界面法向方向