郎秋玲，劉麗莎

（長(zhǎng)春工程學(xué)院勘查與測(cè)繪學(xué)院，長(zhǎng)春130021）

0 前言

地下水在滲流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜的、多變的，且隨著含水層透水性能、含水層厚度、隔水底板高程等的變化而發(fā)生變化。對(duì)于潛水的潛水位，承壓水的測(cè)壓水位，其變化可反映出地下水水頭值的變化，而評(píng)價(jià)其變化的指標(biāo)可用水力梯度來表示。因而，分析地下水滲流場(chǎng)中水力梯度變化的規(guī)律及其影響因素，對(duì)研究地下水的運(yùn)動(dòng)有著重要意義，本文分析中均不考慮透過包氣帶的補(bǔ)給及排泄。

1 水力梯度及其影響因素

水力梯度（I）也稱為水力坡度，是指沿滲透途徑水頭損失與滲透途徑長(zhǎng)度的比值。以潛水面舉例，如圖1，其中而在實(shí)際地下水運(yùn)動(dòng)中，潛水面是比較平緩的，因此依據(jù)Dupuit假設(shè)，假設(shè)潛水面水平，等水頭面鉛直，將水力梯度公式近似計(jì)算為此公式也是在研究地下水運(yùn)動(dòng)中水力梯度計(jì)算時(shí)所普遍應(yīng)用的公式。

圖1 水力梯度示意圖

在滲流場(chǎng)中，水力梯度是復(fù)雜多變的，其潛水含水層的水力梯度主要隨著含水層的厚度、含水層的透水性、地表形狀而發(fā)生變化，承壓含水層的水力梯度主要隨著含水層透水性的變化而變化。

2 潛水中水力梯度的變化規(guī)律

2.1 潛水面的形狀

潛水面的形狀隨著含水層厚度、透水性能、隔水底板高程的變化而變化。地下滲流場(chǎng)中因地下水運(yùn)動(dòng)過程中與固體顆粒間產(chǎn)生能量損失，即水頭值下降，當(dāng)隔水底板水平時(shí)，如圖2所示，Q＝KhI，h沿滲流途徑減小，Q不變，因此沿滲流途徑方向，I值增大，即在隔水底板水平，透水性能不變的潛水滲流場(chǎng)中，潛水面為一條上凸的下降曲線，但在實(shí)際地下水滲流場(chǎng)中，此變化很微弱。

圖2 潛水面形狀示意圖

2.2 與含水層厚度的關(guān)系

當(dāng)含水層厚度突然變大時(shí)，如圖3所示，根據(jù)達(dá)西定律Q＝KhI，h1＜h2，Q1＝Q2，K1＝K2，則I1＞I2，表現(xiàn)為潛水面變平緩，水力梯度值變小。

圖3 I與含水層厚度的關(guān)系示意圖

2.3 與含水層透水性的關(guān)系

當(dāng)隔水底板水平，沿滲流途徑，含水層透水性能發(fā)生變化時(shí)，如圖4所示，K1≠K2，K越大，地下水運(yùn)動(dòng)中能量損失越小，則水力梯度值越小，相反，K越小，地下水運(yùn)動(dòng)中能量損失得越多，水力梯度值越大，即當(dāng)?shù)叵滤杆阅茏兒脮r(shí)，潛水面變平緩。

圖4 I與含水層透水性關(guān)系示意圖

3 承壓水中水力梯度的變化規(guī)律

承壓水因往往具有一定的壓力值，因此，評(píng)價(jià)某點(diǎn)處的水力梯度值為該點(diǎn)測(cè)壓水位的斜率值，假設(shè)隔水頂?shù)装逅綍r(shí)的承壓含水層，如圖5所示，根據(jù)達(dá)西定律Q＝KMI，Q1＝Q2，M1＝M2＝M，K1＝K2，則I1＝I2，因此，測(cè)壓水位線為一條斜線，該點(diǎn)上任一點(diǎn)水力梯度值相等。當(dāng)K發(fā)生變化時(shí)，K越大，則I越小，即遇強(qiáng)透水層時(shí)，測(cè)壓水位變平緩，水力梯度值變小。

圖5 承壓含水層水力梯度變化示意圖

4 結(jié)語

大多數(shù)地下水因其運(yùn)動(dòng)緩慢，Re較小，符合達(dá)西定律，因此，在分析地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，達(dá)西定律起到了較為重要的作用。本文分析了水力梯度的變化規(guī)律與影響因素，分析總結(jié)了水力梯度隨含水層厚度、透水性能、地下水類型的變化，潛水位、測(cè)壓水位的變化與水力梯度的關(guān)系，對(duì)掌握分析地下水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有著較為重要的意義。

其主要結(jié)論如下：

1）Dupuit假設(shè)的前提下潛水面及承壓水的測(cè)壓水位線上任意一點(diǎn)的斜率即為該點(diǎn)的水力梯度。

2）潛水面的形狀隨著含水層厚度、透水性能、隔水底板高程的變化而變化。

3）含水層厚度突然變大時(shí)，潛水面變平緩，水力梯度值變小。

4）含水層透水性能變好時(shí)，潛水面變平緩。

5）承壓含水層遇強(qiáng)透水層時(shí)，測(cè)壓水位變平緩，水力梯度值變小。

［1］肖長(zhǎng)來，梁秀娟，王彪.水文地質(zhì)學(xué)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2009：29－34.

［2］代革聯(lián).對(duì)水力梯度的理解及其應(yīng)用分析［J］.西北地質(zhì)，1997（4）：102－105.

［3］宋新江，錢財(cái)富.滲流作用下黏性土水力梯度分析［J］.南水北調(diào)與水利科技，2010，8（5）：65－68.