利用海岸带多个观测孔潮汐效应地下水位信息确定含水层参数的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及利用海岸带多个观测孔潮软效应地下水位信息确定承压含水层水文 地质参数的方法，可W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技术领域。 2.
【背景技术】
[0002] 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，运就是 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W观测到 地下水位随着潮起潮落而出现的有规律的波动，运种现象称为潮软效应，在潜水含水层和 承压含水层中均可W出现。研究海岸带潮软效应，包括W下问题：①滨海含水层地下水位随 潮软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，W及 潮软影响的最远距离，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利用潮软效应地下水位动态观测资 料确定含水层参数等。
[0003] 海潮引起滨海含水层的潮软效应，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。通过观测地下水位变化和定量研究运种潮软效应，可W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和地下水的诸多性质。利用观测的地下水 动态资料可W求得含水层水文地质参数（如水力传导系数、储水系数等）；或者已知陆地某 点处的承压水水头动态及其它必要的参数，可W反求承压含水层顶板延伸到海底的长度。 在设计海岸附近开采井的开采降深和抽水设备时，地下水潮软效应也是设计者必须考虑的 因素。潮软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W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。
[0004] 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 不到地下水位的运种波动了。可W建立描述海岸带地下水流动的数学模型，对潮软效应现 象进行模拟。W下考虑的是滨海承压含水层的情形。
[0005] 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，海潮的波动可 W用正弦函数描述。
[0006] 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W表示为：
[0011] 式中：H为w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（m2A)，X为距海岸的距离（m)，t为时间化)，H。为 海平面变幅的一半（即振幅为海平面波动周期化）。上述定解问题的解为（Jacob 1950 sFerris 1951 sWerner等，1951 ;Ingersoll等，1954): 柳1引
口）
[0013] 式（2)可W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。 3.
【发明内容】
[0014] 本发明公开了一种利用海岸带多个观测孔潮软效应地下水位信息确定承压含水 层水文地质参数的方法。其基本内容如下。
[001引将式似与式仙）进行比较，可W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og为： 阳 016]
(3)
[0017] 从式（化）和式做可W求得潮软效率（TE，即相同时间内地下水位变幅与海潮变 幅之比）为： 阳0化]
(4)
[0019] 由式（2)可W求得滞后时间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：
[0020]
(5)
[002U式（4)表明潮软效率随距离X呈负指数衰减，式妨表明滞后时间随距离X呈线 性增加。
[0022] 假设承压含水层的导水系数T= 31. 25m2A，储水系数S= 4. 5X10 4,海潮的振幅 &= 2. 5m，周期t。= 24. 7h，则可W依据式似求得不同距离X处地下水位随时间的变化， 图2给出了X= 0，100,200,500，1000，1500,2500111处的水位变化曲线。可^看出，在海潮 波动的诱导下，海岸带任意距离X处承压含水层地下水位随时间也出现相应的波动。随着 X的增加，地下水位的变幅逐渐减小，出现波峰或波谷的时间逐渐增大。 4.
【附图说明】
[0023] 图1为滨海承压含水层示意图。
[0024] 图1中，H。为海潮振幅。
[00巧]图2为滨海承压含水层距海岸不同距离处地下水位波动曲线。
[00%] 图3是海岸带利用多个观测孔潮软效应地下水位数据绘制的潮软效率和滞后时 间随距海岸距离的变化关系图。
[0027] 图3中，A-潮软效率与距海岸距离的负指数衰减关系；B-滞后时间与距海岸距离 的线性增加关系。 5.
【具体实施方式】
[0028] 假设海岸带含水层符合图1中的条件。由式（4)描述的潮软效率随距海岸距离X 的负指数衰减变化关系可W求出衰减常数P为：
[0029]
(6)
[0030] 由式妨描述的滞后时间随距海岸距离X的线性变化关系可W求出斜率b为： W川
(7)
[0032] 由式（6)和式（7)可知，如果通过潮软效应野外水位观测资料能够确定潮软效率 的衰减系数P和滞后时间的斜率b，并已知潮软波动周期t。，则承压含水层储水系数与导 水系数的比值S/T便可W确定，即：
[0035] 如果承压含水层的储水系数和导水系数中的一个为已知，则可W求得另外一个。 例如，已知含水层的渗透系数和厚度，就可W求得储水系数。一般来说，利用潮软效应观测 资料，不能同时确定承压含水层储