變水頭滲流實驗裝置

A. 做變水頭滲透實驗通常用什麼滲透裝置

（1）水通抄半透膜低濃度高濃度溶液擴散稱滲透．（2）由題意知低溫否影響物質跨膜運輸進行探究A組用水浴鍋加熱至37℃B組燒杯外加冰塊降溫則自變數滲透系統所處溫度環境差異變數液面高度；（3）該實驗能結與結論：①若1組漏斗液面高度比2組高則說明低溫影響物質跨膜運輸且運輸速率減慢；②2組漏斗液面高度比1組高則說明低溫影響物質跨膜運輸且運輸速度加快；③若1、2組漏斗液面高度相同則說明低溫並影響物質跨膜運輸．（4）低溫影響物質跨膜運輸原低溫抑制酶性影響呼吸作用釋放能量；或者低溫影響細胞膜流性影響其功能．故答案：（1）滲透 （2）滲透系統所處同環境溫度 漏斗內液面高度變化（3）①若1組漏斗液面高度比2組高則說明低溫影響物質跨膜運輸且運輸速率減慢②若2組漏斗液面高度比1組高則說明低溫影響物質跨膜運輸且運輸速率加快③若1、2組漏斗液面高度相同則說明溫度高低並影響物質跨膜運輸（4）①低溫影響細胞膜流性影響其功能 ②低溫影響酶性影響呼吸作用釋放能量程

B. 做滲透試驗滲透率越來越低怎麼回事兒

會不會是因為體積小了,
在壓強一樣的情況下,岩石表面受到流體的壓強更大,因此更容易通過?

C. 變水頭滲透實驗公式ln 和log 的變換因數啥意思

ln x =log x /log e

D. 滲透系數的測定方法

滲透系數的測定方法主要分「實驗室測定」和「野外現場測定「兩大類。
1.實驗室測定法
目前在實驗室中測定滲透系數 k 的儀器種類和試驗方法很多，但從試驗原理上大體可分為」常水頭法「和變水頭法兩種。
常水頭試驗法就是在整個試驗過程中保持水頭為一常數，從而水頭差也為常數。 如圖：
試驗時，在透明塑料筒中裝填截面為A，長度為L的飽和試樣，打開水閥，使水自上而下流經試樣，並自出水口處排出。待水頭差△h和滲出流量Q穩定後，量測經過一定時間 t 內流經試樣的水量V，則
V = Q*t = ν*A*t
根據達西定律，v = k*i，則
V = k*（△h/L）*A*t
從而得出
k = q*L / A*△h=Q*L /( A*△h)
常水頭試驗適用於測定透水性大的沙性土的滲透參數。粘性土由於滲透系數很小，滲透水量很少，用這種試驗不易准確測定，須改用變水頭試驗。
變水頭試驗法就是試驗過程中水頭差一直隨時間而變化，其裝置如圖：水從一根直立的帶有刻度的玻璃管和U形管自下而上流經土樣。試驗時，將玻璃管充水至需要高度後，開動秒錶，測記起始水頭差△h1，經時間 t 後，再測記終了水頭差△h2，通過建立瞬時達西定律，即可推出滲透系數 k 的表達式。
設試驗過程中任意時刻 t 作用於兩段的水頭差為△h，經過時間dt後，管中水位下降dh，則dt時間內流入試樣的水量為
dVe = －a dh
式中 a 為玻璃管斷面積；右端的負號表示水量隨△h的減少而增加。
根據達西定律，dt時間內流出試樣的滲流量為：
dVo = k*i*A*dt = k*（△h/L）*A*dt
式中，A——試樣斷面積；L——試樣長度。
根據水流連續原理， 應有dVe = dVo，即得到
k = （a*L/A*t）㏑（△h1/△h2）
或用常用對數表示，則上式可寫為
k = 2.3*（a*L/A*t）lg（△h1/△h2）
2. 野外現場測定法
滲水試驗(infiltration test)一般採用試坑滲水試驗，是野外測定包氣帶鬆散層和岩層滲透系數的簡易方法。試坑滲水試驗常採用的是試坑法、單環法、和雙環法。 是試坑底嵌入兩個鐵環，增加一個內環，形成同心環，外環直徑可取0.5米, 內環直徑可取0.25米。試驗時往鐵環內注水，用馬利奧特瓶控制外環和內環的水柱都保持在同一高度上，（例如10厘米）。根據內環取的的資料按上述方法確定鬆散層、岩層的滲透系數值。由於內環中的水只產生垂直方向的滲入，排除了側向滲流帶的誤差，因此，比試坑法和單環法精確度高。內外環之間滲入的水，主要是側向散流及毛細管吸收，內環則是鬆散層和岩層在垂直方向的實際滲透。
當滲水試驗進行到滲入水量趨於穩定時，可按下式精確計算滲透系數（考慮了毛細壓力的附加影響）：K(滲透系數)= QL/ F(H+Z+L)。
式中：
Q-----穩定的滲入水量(立方厘米/分)；
F------試坑內環的滲水面積(平方厘米)；
Z-----試坑內環中的水厚度(厘米)；
H-----毛細管壓力（一般等於岩土毛細上升高度的一半）(厘米)；
L-----試驗結束時水的滲入深度（試驗後開挖確定）(厘米)。

E. 實驗二 達西滲流實驗

一、實驗目的

1. 通過穩定流滲流實驗，進一步理解滲流基本定律———達西定律。

2. 加深理解滲透流速、水力梯度、滲透系數之間的關系，並熟悉實驗室測定滲透系數的方法。

二、實驗內容

1. 了解達西實驗裝置與原理。

2. 測定 3 種砂礫石試樣的滲透系數。

3. 設計性實驗: 橫卧變徑式達西滲流實驗。

三、達西儀實驗原理

達西公式的表達式如下:

水文地質學基礎實驗實習教程

式中: Q 為滲透流量; K 為滲透系數; A 為過水斷面面積; ΔH 為上、下游過水斷面的水頭差; L 為滲透途徑; I 為水力梯度。

式中各項水力要素可以在實驗中直接測量，利用達西定律即可求取試樣的滲透系數 (K) 。

四、實驗儀器和用品

1. 達西儀 (見圖Ⅰ2-1) 。

2. 試樣: ①礫石 (粒徑為 5 ～ 10 mm) ; ②粗砂 (粒徑為 0. 6 ～ 0. 9 mm) ; ③砂礫混合 (試樣①與試樣②的混合樣) 。

3. 秒錶。

4. 量筒 (100 mL，500 mL 各 1 個) 。

5. 計算器。

6. 水溫計。

圖Ⅰ2-1 達西儀裝置圖

五、實驗步驟

1.測量儀器的幾何參數(實驗教員准備)。分別測量過水斷面的面積(A)，測壓管a、b、c的間距或滲透途徑(L)，記入表格「實驗二達西滲流實驗記錄表」中。

2.調試儀器。打開進水開關，待水緩慢充滿整個試樣筒，且出水管有水流出後，慢慢擰動進水開關，調節進水量，使a、c兩測壓管讀數之差最大;同時注意打開排氣口，排盡試樣中的氣泡，使測壓管a、b的水頭差與測壓管b、c的水頭差相等(實驗教員准備，學生檢查)。

3.測定水頭。待a、b、c三個測壓管的水位穩定後，讀出a、c兩個測壓管的水頭值(分別記為H_a和H_c)，記入實驗記錄表中。

4.測定流量。在進行步驟3的同時，利用秒錶和量筒測量t時間內出水管流出的水體積，及時計算流量(Q)。連測兩次，使流量的相對誤差小於5% ，取平均值記入實驗記錄表。

5.由大到小調節進水量，改變a、b、c三個測壓管的讀數，重復步驟3～4。

6.重復第5步驟2～4次，即完成3～5次試驗，取得某種試樣3～5組數據。

7.換一種試樣，選擇另外一台儀器重復上述步驟3～6進行實驗，將結果記入實驗記錄表中。

8.按記錄表計算實驗數據，並抄錄其他實驗小組不同試樣的實驗數據(有條件的，可用3種試樣做實驗)。

9.實驗中應注意的問題。

1)實驗過程中要及時排除氣泡。

2)為使滲透流速-水力梯度(v-I)曲線的測點分布均勻，流量(或水頭差)的變化要控制合適。

六、實驗成果

1.提交實驗報告表，即達西滲流實驗記錄表。

2.在同一坐標系內繪出3種試樣的v-I曲線(實驗二用紙)，並分別用這些曲線求出滲透系數(K)，與根據實驗記錄表中的實驗數據計算結果進行對比。

七、思考題(任選2題回答)

1)為什麼要在測壓管水位穩定後測定流量?

2)討論3種試樣的v-I曲線是否符合達西定律?試分析其原因。

3)將達西儀平放或斜放進行實驗時，結果是否相同?為什麼?

4)比較不同試樣的K值，分析影響滲透系數(K)的因素。

水文地質學基礎實驗實習教程

實驗二 達西滲流實驗記錄表

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實驗一用紙

實驗二用紙

附 設計性實驗

橫卧變徑式達西滲流實驗

一、實驗目的

1. 測定穩定流、變過水斷面條件下砂性土的滲透系數。

2. 通過實驗加深對穩定流條件下達西定律的理解，加深理解滲透流速、過水斷面、水力梯度和滲透系數之間的關系。

二、設計性實驗內容 (供參考)

1. 將兩個砂樣柱裝同一種砂樣，求取砂樣的滲透系數。

2. 將兩個砂樣柱分別裝兩種砂樣，求取兩種砂樣的滲透系數。

三、實驗儀器與用品

1. 橫卧變徑式達西滲流儀 (圖Ⅰ2-2) 。

2. 不同粒徑的砂樣。

圖Ⅰ2-2 橫卧變徑式達西滲流儀裝置圖

四、橫卧變徑式達西滲流儀簡介

本儀器主體結構包括橫卧變徑式有機玻璃試樣柱兩個，可升降的供水裝置以及測壓板。每一個試樣柱上設有兩個測壓點與測壓板相連，可以測定試樣土層對應點的測壓水頭，了解同一砂樣柱或不同砂樣柱的水力梯度變化特徵。儀器通過升降裝置可調節供水裝置 (穩定供水箱) 水位，通過進水開關控制流量大小。

五、設計實驗要求

1. 查閱相關文獻，實驗前詳細地寫出一種砂性土滲透系數測量的實驗方案。

2. 根據實驗方案設計實驗記錄表格，要求表達直觀，內容齊全，有利於計算分析。

3. 根據設計方案自己動手裝樣與實驗，實驗中詳細記錄實驗步驟、數據和現象。

4. 對實驗數據、計算結果和觀察到的現象進行必要的討論，並撰寫實驗報告。報告內容包括: 實驗目的、實驗原理、實驗內容、實驗步驟、實驗注意事項、實驗成果。

F. 變水頭滲透試驗變水頭管截面積食多少

根據《給水排水管道工程施工及驗收規范》規定： 1.試驗段上游設計水頭不超過管頂內壁時，試驗水頭應以試驗段上游管頂內壁加2m計； 2.試驗段上游設計水頭超過管頂內壁時，試驗水頭應以試驗段上游設計水頭加2m計； 3.計算出的試驗水頭小於10m，但已超過上游檢查井井口時，試驗水頭應以上游檢查井井口高度為准...。

G. 土樣的滲透試驗可以用擾動樣么

常水頭滲透試驗用擾動土（無粘聚性土）；
變水頭滲透試驗用原狀土（粘質土），也可以用制備成給定密度的擾動土。

H. 線性滲流定律及滲透系數

（1）Darcy實驗（穩定流）

法國水力工程師Henry Darcy（亨利·達西）在裝有均質砂土濾料的圓柱形筒中做了大量的滲流實驗（圖1-2-1），於1856年得到滲流基本定律，後人稱之為Darcy定律，其形式為

地下水動力學（第五版）

圖1-2-1 Darcy實驗裝置

式中：Q為滲透流量；A為滲流斷面面積；H₁、H₂為1和2斷面上的測壓水頭值；L為1和2兩斷面間的距離；J為水力坡度。圓筒中滲流屬於均勻介質一維流動，滲流段內各點的水力坡度均相等；K為比例系數，稱為砂土的滲透系數（也稱水力傳導系數）。Darcy定律的另一表達形式為

地下水動力學（第五版）

式中：v為滲流速度，又稱Darcy速度，量綱為［LT^-1］。滲流速度與水力坡度成正比，所以稱它為線性滲透定律，說明此時地下水的流動狀態為層流。

若將Darcy定律用於二維或三維的地下水運動，則水力坡度不是常量，沿流向可以變大也可以變小（在3.1節中詳述），它應該用微分形式表示，即

地下水動力學（第五版）

式中： 是沿流線任意點的水力坡度。在直角坐標系中可表示為

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（2）不穩定Darcy實驗

Darcy實驗是在定水頭穩定流條件下進行的，那麼在變水頭條件下的不穩定滲流是否同樣滿足線性滲流定律呢？我們曾利用變水頭滲流實驗裝置（圖1-2-2），驗證了Darcy線性定律同樣適用於不穩定滲流（林敏，1982）。

根據Darcy定律，有

地下水動力學（第五版）

式中：H（t）是隨時間變化的水頭差；l為砂柱的長度；A為砂柱的橫斷面積；Q（t）是隨時間變化的流量。

在dt時段內，通過砂柱斷面的水體積為

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按水均衡原理，通過砂柱斷面的水體積為

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式中的負號表示隨著通過砂柱斷面水體積（V）的增加，水頭（H）值在減小。由（1-2-6）式和（1-2-7）式得到

地下水動力學（第五版）

則

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積分

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得

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則

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圖1-2-2 不穩定Darcy實驗裝置（據林敏，1982）

圖1-2-3 變水頭滲流實驗數據的t-lg H圖（據林敏，1982）

由（1-2-8）式說明，如果不穩定滲流服從Darcy定律，則觀測數據（t，H）在t-lg H坐標系中呈線性關系；否則呈非線性關系。反之，我們可根據實驗曲線t-lg H的形態來判斷滲流是否服從Darcy線性定律。圖1-2-3表示遵循Darcy定律的一次實驗數據。顯然我們也可以通過不穩定滲流實驗利用（1-2-8）式求得砂樣的滲透系數值。

（3）滲透系數（水力傳導系數）

由Darcy定律v＝KJ可知，滲透系數K是v與J間的比例常數，但我們必須了解它的物理意義。

滲透系數是一個極其重要的水文地質參數。它反映岩層的透水性能，是地下水計算中一個不可缺少的指標。那麼滲透系數的大小取決於哪些因素呢？

我們做一個試驗：在同樣大小的水頭差作用下，用油和水分別去滲透同一塊土，盡管它們的水力坡度相等，然而，由於油的粘滯性大和容重小，使得兩者的滲透流速不相等，即v油<v_水。根據Darcy定律可以得出結論K_油<K_水（因為J_油＝J_水）。這個事實說明，一塊土的滲透系數的大小不僅決定於介質的空隙性，而且還決定於滲流液體的物理性質。

下面通過兩個簡單的理想模型，來幫助我們從本質上理解滲透系數的概念（陳崇希，1966）。

水力學中曾得到：在層流條件下，圓管中過水斷面的平均流速為

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式中：d為圓管的內直徑；μ為液體的動力粘滯系數，μ＝ρν，ρ為液體的密度，ν為液體的運動粘滯系數；γ為液體的容重。

若把孔隙岩層的透水介質理想化，看成由一系列細小的圓管組成而保證其孔隙率不變（圖1-2-4），則沿圓管方向的滲透流速為

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地下水在裂隙岩層中的運動，可以利用兩平行板間液體的運動來對比。兩平行板間的寬度可視為理想化的裂隙岩層的裂隙寬度。當液體做層流運動時，其平均流速為

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式中：B為兩平行板的寬度。

圖1-2-4 孔隙介質透水性理想模型（據陳崇希，1966）

圖1-2-5 裂隙介質透水性理想模型（據陳崇希，1966）

若將一裂隙組想像成由一組等寬、平直的裂隙所組成（圖1-2-5），則沿裂隙面方向的滲透流速為

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將（1-2-10）式和（1-2-12）式與線性滲透定律v＝KJ進行比較，得出下列結論（陳崇希，1966）：

1）上述（1-2-10）式和（1-2-12）式中，滲透流速和水力坡度都成正比關系。說明它們和Darcy定律的條件相同，都屬於層流狀態。

2）滲透系數K在孔隙岩層中有

地下水動力學（第五版）

在裂隙岩層中有

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兩式右端前面的因子表示透水岩層的空隙性，後面的因子表示液體的物理性質。從而進一步證明了這樣一個結論：滲透系數的大小不僅取決於岩石的空隙性，而且與滲透液體的物理性質有關。

若以k表示純粹由岩石空隙性所決定的滲透性能，則

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式中：k稱為滲透率（也稱滲透度）， 。它是不隨液體的物理性質而變化的。顯然，k的數值決定於空隙的大小（d、B）和空隙率（n），這是對上述理想化了的空隙介質而言。對實際的介質，k還與空隙形狀、空隙的曲折性、連通性等有關。從上式可以看出：空隙的大小（d，B）對k起主要作用（因為它們是平方關系），而空隙率起次要作用。實際資料表明：粘土的孔隙率一般為50％～60％，但它的滲透率僅是粗砂土（孔隙率約為30％～40％）的0.0001～0.00001。這充分說明了上述結論的正確性。當然，這里還存在結合水幾乎不參與流動的問題。

3）液體的物理性質對滲透系數的大小有直接的影響。它與γ成正比，與動力粘滯系數μ成反比。可以想像，若γ＝0（例如在失重的人造衛星上），即使有水頭差，液體也不會運動；在其他條件相同的情況下，γ愈大則愈易流動。但若液體粘滯性愈大，則愈不易流動，例如油不如水容易流動。對於地下水來講，γ和μ決定於水的礦化度、水溫和壓力等因素，其中溫度對粘滯性μ的影響較大。例如：

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1泊＝0.1Pa·s。

由此可知，水溫差10℃，K值差30％～40％。因此，在地下水溫度變化較大的地區工作時，要十分重視液體的物理性質對滲透系數的影響。水文地質工作者在礦化度和地下水溫差別不大的地區工作時，經常忽略水的物理性質對岩層透水性的影響，而用滲透系數K這個綜合性參數來表徵岩層的透水性能。

（4）線性定律的適用條件

許多研究者做了大量的實驗，證實了線性定律有一定的適用范圍。J.Bear把在多孔介質中的地下水流按滲透流速由低到高劃分為3種情況（表1-2-1）。

表1-2-1 Darcy定律適用范圍

（據Bear，1972）

實驗證明，僅當Re<10的條件下，通過多孔介質的流體做層流運動，滲流才滿足Dar-cy定律，即滲透流速v和水力坡度J呈線性關系；當Re>10時，滲透流速和水力坡度呈曲線關系，Darcy定律不再適用（圖1-2-6）。

由於不同流動狀態下的地下水遵循不同的流動規律，所以確定滲流場內流動狀態是屬於層流還是紊流就顯得十分重要。通常採用臨界速度v_c或臨界雷諾數Re來判定。下邊介紹兩個常用的判別式。

對於孔隙岩層，應用前蘇聯學者H.H.Πавловский（巴甫洛夫斯基）給出的公式：

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圖1-2-6 滲流速度和水力坡度的實驗關系曲線（據Bear，1972）

式中：ν_c為臨界滲透流速；Re為臨界雷諾數，對於同類結構的岩層，其值相同，一般取7～9；n為岩層空隙率；ν為液體運動粘滯系數；d₀為土的有效直徑 。

當v<v_c時，地下水呈層流狀態；當v>v_c時，地下水呈紊流狀態。實際資料說明，自然界孔隙岩層中的地下水運動基本上屬於層流狀態。我們以礫石層為例進行計算，若n＝0.3，ν＝0.013cm²/s（當水溫為10℃時），Re＝8，d₀＝0.1mm，則其臨界速度為

地下水動力學（第五版）

地下水動力學（第五版）

而自然界礫石層的滲透系數通常為500～1000m/d，即使水力坡度取1/100，據此計算的滲透流速也只為5～10m/d，遠遠小於上述臨界速度。由此可得結論：在自然條件下，孔隙岩層中的地下水運動一般屬於層流狀態。

對於裂隙岩層，前蘇聯學者ЛомизеГ.М.（羅米捷，1951）在裂隙模型中做了大量實驗，得到判別裂隙岩層流動狀態的臨界水力坡度J_c、裂隙寬度及裂隙相對粗糙度間關系的經驗公式為

地下水動力學（第五版）

式中：δ為裂隙寬度（圖1-2-7），cm；α為裂隙相對粗糙度 ，e為裂隙絕對粗糙度，cm。

根據Ломизе經驗公式，取不同的裂隙寬度δ和相對粗糙度α，計算得到的臨界水力坡J_c列於表1-2-2。

表1-2-2 不同裂隙寬度δ和相對粗糙度α計算得到的臨界水力坡度J_c （單位：cm）

（據陳崇希，1966）

自然界的裂隙岩層從整體裂隙系統來看，通常裂隙寬度在1～2mm以下，從表中查得臨界水力坡度為14％～250％。顯然，天然條件下的地下水水力坡度難以達到該數值。所以，可以認為裂隙含水介質中一般情況下的地下水運動也是呈層流狀態。僅僅在寬裂隙和溶洞發育地區可以形成局部的紊流地段。

有些學者還研究了Darcy定律的下限問題。他們通過實驗發現，某些粘性土存在起始水力坡度J₀。實際水力坡度J<J₀時，滲流速度和水力坡度之間不呈線性關系；只有當J>J₀時，滲流才服從Darcy定律。

I. 滲透系數的常用測定方法有哪些

滲透系數的測定方法主要分「實驗室測定」和「野外現場測定「兩大類。
1.實驗室測定法
目前在實驗室中測定滲透系數 k 的儀器種類和試驗方法很多，但從試驗原理上大體可分為」常水頭法「和變水頭法兩種。
常水頭試驗法就是在整個試驗過程中保持水頭為一常數，從而水頭差也為常數。 如圖：
試驗時，在透明塑料筒中裝填截面為A，長度為L的飽和試樣，打開水閥，使水自上而下流經試樣，並自出水口處排出。待水頭差△h和滲出流量Q穩定後，量測經過一定時間 t 內流經試樣的水量V，則
V = Q*t = ν*A*t
根據達西定律，v = k*i，則
V = k*（△h/L）*A*t
從而得出
k = q*L / A*△h=Q*L /( A*△h)
常水頭試驗適用於測定透水性大的沙性土的滲透參數。粘性土由於滲透系數很小，滲透水量很少，用這種試驗不易准確測定，須改用變水頭試驗。
變水頭試驗法就是試驗過程中水頭差一直隨時間而變化，其裝置如圖：水從一根直立的帶有刻度的玻璃管和U形管自下而上流經土樣。試驗時，將玻璃管充水至需要高度後，開動秒錶，測記起始水頭差△h1，經時間 t 後，再測記終了水頭差△h2，通過建立瞬時達西定律，即可推出滲透系數 k 的表達式。
設試驗過程中任意時刻 t 作用於兩段的水頭差為△h，經過時間dt後，管中水位下降dh，則dt時間內流入試樣的水量為
dVe = －a dh
式中 a 為玻璃管斷面積；右端的負號表示水量隨△h的減少而增加。
根據達西定律，dt時間內流出試樣的滲流量為：
dVo = k*i*A*dt = k*（△h/L）*A*dt
式中，A——試樣斷面積；L——試樣長度。
根據水流連續原理， 應有dVe = dVo，即得到
k = （a*L/A*t）㏑（△h1/△h2）
或用常用對數表示，則上式可寫為
k = 2.3*（a*L/A*t）lg（△h1/△h2）
2. 野外現場測定法
滲水試驗(infiltration test)一般採用試坑滲水試驗，是野外測定包氣帶鬆散層和岩層滲透系數的簡易方法。試坑滲水試驗常採用的是試坑法、單環法、和雙環法。 是試坑底嵌入兩個鐵環，增加一個內環，形成同心環，外環直徑可取0.5米, 內環直徑可取0.25米。試驗時往鐵環內注水，用馬利奧特瓶控制外環和內環的水柱都保持在同一高度上，（例如10厘米）。根據內環取的的資料按上述方法確定鬆散層、岩層的滲透系數值。由於內環中的水只產生垂直方向的滲入，排除了側向滲流帶的誤差，因此，比試坑法和單環法精確度高。內外環之間滲入的水，主要是側向散流及毛細管吸收，內環則是鬆散層和岩層在垂直方向的實際滲透。
當滲水試驗進行到滲入水量趨於穩定時，可按下式精確計算滲透系數（考慮了毛細壓力的附加影響）：K(滲透系數)= QL/ F(H+Z+L)。
式中：
Q-----穩定的滲入水量(立方厘米/分)；
F------試坑內環的滲水面積(平方厘米)；
Z-----試坑內環中的水厚度(厘米)；
H-----毛細管壓力（一般等於岩土毛細上升高度的一半）(厘米)；
L-----試驗結束時水的滲入深度（試驗後開挖確定）(厘米)。

J. 實驗Ⅱ 滲流槽剖面二維流實驗

一、實驗目的

1.觀察有入滲補給條件下潛水二維穩定流的滲流現象及特徵。

2.求降雨入滲強度W值，並和實測值進行比較。

3.求含水層的滲透系數K值。

二、實驗裝置

圖Ⅱ-1為二維滲流砂槽示意圖，其長為380cm，寬50cm，槽內裝有均勻的砂，頂部設有模擬降雨裝置，由轉子流量計（M）測定總降雨量。

砂槽的兩端裝有活動的溢水裝置，分別用來穩定河A和河B的水位，升、降可以控制兩側水位的高低，並通過進水閥門K控制供水水源。

圖Ⅱ-1 二維滲流實驗裝置示意圖

槽底和後壁面沿流向按一定間距設有多組測壓管（水平方向共24組，編號依次是A，B，C，…，W，X；每組鉛直斷面6個測點，編號依次為1，2，3，4，5，6）。用軟管連接測壓管孔和測壓管板，可以測定滲流場中144個點的測壓水頭。

三、實驗步驟

（1）領取量筒和秒錶。

（2）檢查並排除測壓管內可能存在的氣泡。

（3）觀察有入滲補給、兩河水位相等（H_A＝H_B）條件下，河間地塊分水嶺的位置及潛水面的形狀。

（4）測定向河流的排泄量（用體積法），以求得W值。

（5）由轉子流量計（M）讀降雨量Q_M。

（6）升降溢水裝置A或B，使H_A>H_B（高差不要太大），觀察測壓管水位變化及分水嶺移動情況，待穩定後記錄各測壓管讀數。

（7）重復步驟（4）和步驟（5）。

四、實驗成果

1.實驗數據記錄

含水層寬度B＝ cm，長度L＝ cm，面積A＝ cm²，底板高程Z₀＝ cm。其他數據記入表Ⅱ-1，表Ⅱ-2，表Ⅱ-3。

2.數據計算（選擇合適的公式和數據進行計算，結果填入表Ⅱ-4）。

表Ⅱ-1 實驗Ⅱ綜合數據記錄表

表Ⅱ-2 實驗Ⅱ測壓水頭記錄表（H_A>H_B）

續表

表Ⅱ-3 實驗Ⅱ測壓水頭記錄表（H_A＝H_B）

註：表頭為測壓管編號，括弧內數據表示測點到坐標零點的距離；x以A河右壁為零點，Z以含水層底板為零點。

表Ⅱ-4 實驗Ⅱ數據計算成果表

3.在方格紙上繪制實測潛水面、計算潛水面以及剖面流網。

4.問題討論

（1）同一鉛直面上，各測壓管水頭是否相等？試用流網分析為什麼？

（2）分析計算的W值的誤差來源？

（3）進行步驟（6）時，假如使兩側河流水位高差很大時，滲流可能出現什麼現象？

（4）實驗裝置中A，B，…，W，X共24根測壓管沿流向布置；1～6的6根沿鉛直方向布置，表Ⅱ-2，表Ⅱ-3所記錄的測壓管讀數中，哪一排讀數的連線最接近潛水面？

（5）試分析計算的分水嶺位置a和觀測的分水嶺位置a數值不一致的原因。

（6）在以上計算中，選哪些斷面、哪些測壓管的數據，計算結果最符合實際？

五、試驗性實驗設計參考

（1）分段降雨條件下的剖面二維滲流實驗。調節降雨進水閥，形成分段降雨穩定入滲條件，觀察兩河水位相等條件下，河間地塊分水嶺位置、潛水面形狀、水頭分布及流網特徵等。

（2）河岸出滲面及地表徑流的觀測。調節降雨進水閥逐漸加大或減小降雨強度，觀察不同降雨條件下地表產流情況及河岸出滲面現象。