本发明专利技术公开了一种利用海岸带2个观测孔在海潮影响下地下水位观测数据确定含水层参数的方法。描述滨海承压含水层地下水一维非稳定流动数学模型的解析解表明，在海潮影响下海岸带地下水位振幅随距海岸的距离呈负指数函数衰减，地下水位与海潮的滞后时间随距海岸的距离呈线性函数增加。根据海岸带任意距离的地下水位振幅，推导出利用2个观测孔地下水位振幅确定含水层储水系数和导水系数比值的公式(水位振幅法)。根据海岸带任意距离的地下水位滞后时间，推导出利用2个观测孔地下水位滞后时间确定含水层储水系数和导水系数比值的公式(滞后时间法)。如果已知海潮的周期，水位振幅法可以不需要观测海潮变化而相对很方便。
A Method for Determining Aquifer Parameters by Using Groundwater Level of Two Observation Holes under the Influence of Sea Tide
【技术实现步骤摘要】
利用海潮影响下2个观测孔地下水位确定含水层参数的方法1.
本专利技术涉及利用海岸带2个观测孔潮汐效应地下水位观测数据确定承压含水层水文地质参数的方法，可以用来研究海岸带地下水动力特征和进行地下水资源评价、开发和保护，属于海岸带地下水动力学
2.
技术介绍
由于月球、太阳对地球的引力作用，致使海洋表面出现周期性涨落的现象，这就是海潮。因月球、太阳对地球各处引力的不同，海平面有时出现较大的涨落(大潮)，有时出现较小的涨落(小潮)，如此周而复始。在与海水有联系的滨海含水层的井孔中，可以观测到地下水位随着潮起潮落而出现的有规律的波动，这种现象称为潮汐效应，在潜水含水层和承压含水层中均可以出现。研究海岸带潮汐效应，包括以下问题：①滨海含水层地下水位随潮汐波动的幅度大小和地下水位波动幅度随距海岸的距离的增大而呈现的变化特点，以及潮汐影响的最远距离，②滨海含水层地下水位波动的周期和与海潮的时间滞后，③描述滨海含水层地下水位波动的数学模型及水位动态预测，④利用潮汐效应地下水位动态观测资料确定含水层参数(Zhou，2008)等。海潮引起滨海含水层的潮汐效应，是海岸带重要的自然现象，蕴含着有关滨海含水层的丰富信息。通过观测海潮影响下海岸带地下水位变化和定量研究这种变化，可以掌握海潮对滨海含水层地下水的影响程度，了解含水层多孔介质的诸多性质。利用观测的地下水位资料可以求得含水层水文地质参数(如导水系数、储水系数等)；或者已知陆地某点处的承压水水头变化及其它必要的参数，可以反求承压含水层顶板延伸到海底的长度等。在设计海岸附近开采井的开采降深和抽水设备时，地下水潮汐效应也是设计者必须考虑的因素。潮汐效应对滨海含水层海岸带咸淡水界面或过渡带的变化有着显著的影响，从而影响到海岸带地质环境的变化，因而在研究海水入侵问题时，也必须对此予以足够的重视。在天然条件下海平面的周而复始的涨落对海岸带咸淡水界面和地下水位产生重要影响，人为开采海岸带地下水则直接影响到海岸带咸淡水界面的移动和地下水位的变化。当含水层与海水有直接水力联系时，海水面升降变化引起的压力波会在含水层中传播，致使地下水位出现象海潮一样有规律的波动。显然，海岸带地下水位的波动幅度要小于海水面的波动，并且随着远离海岸，地下水位的波动逐渐减弱，到达一定距离后，就观测不到地下水位的这种波动了。可以建立描述海岸带地下水流动的数学模型，对潮汐效应现象进行模拟。以下考虑的是滨海承压含水层的情形。如图1所示的均质各向同性滨海承压含水层，假定承压含水层初始地下水位水平并且与海平面一致，海岸边界为垂直边界，忽略海水密度与淡水密度的差异，也不考虑气压效应，海潮的波动可以用正弦函数描述。选取图1所示的坐标，原点在平均海平面与海岸线交界处，向内陆方向为正。描述滨海承压含水层地下水一维非稳定流动的控制方程和初始条件及边界条件可以表示为：H(x，0)＝0(1a)H(∞，t)＝0(1c)式中：H为以平均海平面为基准面的水位标高(m)，S为承压含水层的储水系数(无量纲)，T为承压含水层的导水系数(m2/h)，x为距海岸的距离(m)，t为时间(h)，H0为海平面振幅(即变幅的一半)(m)，t0为海平面波动周期(h)。上述定解问题的解为(Jacob1950；Ferris1951；Werner等，1951；Ingersoll等，1954)：式(2)可以用来描述在海潮影响下滨海承压含水层距海岸距离为x的任意点在任意时刻t时的水位。将式(2)与式(1b)进行比较，可以看出承压含水层距海岸线x处的水位随海潮的波动而出现相应的波动，而且具有衰减效应和滞后效应。由式(2)可知距海岸线x处的承压含水层水位波动的振幅(Hx)为：从式(1b)和式(3)可以求得潮汐效率(TE，即相同时间内地下水位变幅与海潮变幅之比)为：由式(2)可以求得滞后时间(tL，即地下水位高峰或低谷落后于相应的海潮高峰或低谷的时间)为：式(4)表明潮汐效率随距离x呈负指数函数衰减，式(5)表明滞后时间随距离x呈线性函数增加。3.
技术实现思路
本专利技术公开了一种利用海岸带海潮影响下2个观测孔地下水位滨海确定含水层水文地质参数的方法。在式(3)、(4)和(5)中，把承压含水层的储水系数S与其导水系数T的比值S/T看成一个独立的参数，如果知道Hx或TE和tL，就可以依据这3个公式求得S/T。显然，需要在野外观测海潮振幅H0、观测孔地下水位振幅Hx以及确定滞后时间tL。如果通过其他方法求得其中的一个参数，例如K，就可以根据S/T的值求得S。又分为水位振幅法(或潮汐效率法)和滞后时间法。1)利用2个观测孔同时观测的地下水位振幅确定S/T(水位振幅法)如果有2个位于同一条流线(垂直于海岸线)上不同距离的观测孔(图2)，其地下水位观测数据可以用来确定含水层参数S/T。2个观测孔距海岸的距离分别是x1和x2(0＜x1＜x2)。已知这2个观测孔同一时刻的地下水位振幅分别为H1和H2，根据式(3)，有：式(6)除以式(7)，得：由式(8)，得：2)利用2个观测孔水位滞后时间确定S/T(滞后时间法)2个观测孔距海岸的距离分别是x1和x2(0＜x1＜x2)。已知同一时刻2个观测孔地下水位相对于海潮的滞后时间分别为tL1和tL2。根据式(5)，有：式(10)减去式(11)，得：由(12)，得：式(9)和式(13)分别是利用海岸带观测孔地下水位的振幅和滞后时间来确定含水层参数S/T的公式。如果滨海含水层满足图1的水文地质条件，2个观测孔也不必位于同一条流线上，可以位于两条垂直于海岸线的不同流线上，距海岸线的距离不相同(0＜x1＜x2)。特别地，利用2个观测孔的水位观测数据求取S/T的水位振幅法，如果t0为已知(根据地下水位变化数据就可以确定)，就不需要观测海潮，这在实际中相对来说很方便。利用海潮影响下地下水位观测数据可以确定含水层参数，这在一定程度上可以减少利用其它方法(例如抽水试验法)求参数的费用。这种方法只能求得含水层的储水系数和导水系数的比值S/T。要求观测海潮和地下水位的时间间隔比较短，最多不超过1小时。从理论上来说，利用相同的观测数据根据水位振幅法和滞后时间法求得的S/T值应当相同。4.附图说明图1为滨海承压含水层示意剖面图。图1中，H0为海潮振幅；x为坐标轴，表示距海岸线的距离。图2为有2个观测孔的滨海承压含水层示意剖面图。图2中，H0为海潮振幅；H1、H2分别为观测孔1和2的地下水位振幅；x1、x2分别为观测孔1和2距海岸线的距离；A为承压含水层；B为隔水层。5.具体实施方式1)在符合图1的水文地质条件的海岸带距海岸线不同的距离(0＜x1＜x2)布置2个观测孔，分别观测地下水位变化，同时观测海潮变化，观测的时间间隔不超过1小时，观测的延续时间大于1天。2)根据2个观测孔的地下水位和海潮观测数据，确定2个观测孔的地下水位振幅H1、H2和周期t0，根据式(9)计算滨海承压含水层的储水系数和导水系数的比值S/T(水位振幅法)。3)根据2个观测孔的地下水位和海潮观测数据，确定2个观测孔的地下水位的滞后时间tL1、tL2和周期t0，根据式(13)计算滨海承压含水层的储水系数和导水系数的比值S/T(滞后时间法)。参考文献Jacob，CE.1950.Flowofgrou本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用海岸带2个观测孔潮汐效应地下水位观测数据确定含水层参数的方法，其特征是：描述滨海承压含水层地下水一维非稳定流动数学模型的解析解表明，在海潮影响下海岸带地下水位潮汐效率随距海岸的距离呈负指数函数衰减，地下水位与海潮的滞后时间随距海岸的距离呈线性函数增加。根据地下水位变幅和滞后时间的表达式，可以求解出承压含水层的储水系数S与导水系数T的比值S/T。已知在海岸带距海岸线不同的距离x1、x2(0＜x1＜x2)的2个观测孔的地下水位振幅H1、H2，推导出根据水位振幅计算承压含水层的储水系数与导水系数的比值S/T的公式(称为水位振幅法)：
【技术特征摘要】
1.一种利用海岸带2个观测孔潮汐效应地下水位观测数据确定含水层参数的方法，其特征是：描述滨海承压含水层地下水一维非稳定流动数学模型的解析解表明，在海潮影响下海岸带地下水位潮汐效率随距海岸的距离呈负指数函数衰减，地下水位与海潮的滞后时间随距海岸的距离呈线性函数增加。根据地下水位变幅和滞后时间的表达式，可以求解出承压含水层的储水系数S与导水系数T的比值S/T。已知在海岸带距海岸线不同的距离x1、x2(0＜x1＜x2)的2个观测孔的地下水位振幅H1、H2，推导出根据水位振幅计算承压含水层的储水系数与导水系数的比值S/T的公式(称为水位振幅法)：已知在海岸带距海岸线不同的距离x1、x2(0＜x1＜x2)的2个观测孔的地下水位滞后时间tL1、tL2，推导出根据滞后时间计算承压含水层的储水系数与导水系数的比值S/T的公式(称为滞后时间法)：2.根据权利要求1所述的计...
【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11
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