水文地質(zhì)學(xué)實驗報告——承壓水模擬演示操作原理與實驗數(shù)據(jù)一、實驗基本信息實驗名稱：承壓水模擬演示實驗實驗地點：中國地質(zhì)大學(xué)水文地質(zhì)實驗室實驗依據(jù)：《水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)》實驗教學(xué)大綱核心目標(biāo)：掌握承壓水補給、徑流、排泄的動態(tài)過程與控制因素驗證達(dá)西定律在承壓水流場中的適用性分析抽水?dāng)_動對承壓水流網(wǎng)及泉流量的影響機制二、實驗裝置與操作原理（一）核心裝置組成實驗采用承壓水綜合演示儀，關(guān)鍵組件及功能如下表所示：組件名稱材質(zhì)/規(guī)格模擬對象與功能含水層均質(zhì)石英砂（粒徑0.5-1mm）模擬孔隙介質(zhì)含水層，提供水流通道隔水層有機玻璃隔板（厚度5mm）模擬上下隔水邊界，限制水流垂直運動補給系統(tǒng)可升降穩(wěn)水箱+導(dǎo)管模擬河流補給，通過升降控制補給水位排泄系統(tǒng)斷層泉出口+量筒模擬天然排泄點，測量泉流量觀測系統(tǒng)3口模擬井（a/b/c）+8個測壓點監(jiān)測不同位置水位與測壓水頭擾動系統(tǒng)蠕動泵+抽水管（連接b井）模擬承壓水開采，控制抽水量（二）核心操作原理承壓水形成原理：通過穩(wěn)水箱抬高補給水位（高于排泄點高程），使含水層被水充滿并承受靜水壓力，測壓水頭高于隔水頂板，形成典型承壓水系統(tǒng)。水流運動原理：遵循達(dá)西定律（Q=KAI），其中：Q為泉流量（排泄量），K為砂層滲透系數(shù)，A為過水?dāng)嗝婷娣e，I為水力梯度（I=\DeltaH/L，\DeltaH為水頭差，L為流程）。水力梯度通過河水位（H_1）與泉點水位（H_8）計算，流程固定為62cm。抽水?dāng)_動原理：b井抽水形成降落漏斗，改變流場水力梯度，導(dǎo)致補給量重新分配，泉流量隨降落漏斗擴展而衰減。三、實驗操作步驟（一）準(zhǔn)備階段檢查裝置密封性：關(guān)閉所有閥門，向穩(wěn)水箱注水至含水層頂部，觀察測壓管水位是否穩(wěn)定（無滲漏）。校準(zhǔn)測量工具：用標(biāo)準(zhǔn)量杯校驗500ml量筒（誤差≤±2ml），用秒表校準(zhǔn)計時精度（誤差≤±0.1s）。（二）核心操作流程測壓水位線測繪抬高穩(wěn)水箱至河水位44.80cm，靜置30min待水位穩(wěn)定；依次測量a井（37.8cm）、b井（35.1cm）、c井（34.3cm）、泉點（21.5cm）水位，繪制剖面圖測壓水位線。水力梯度與泉流量關(guān)系測定分三次調(diào)整河水位（44.80cm→42.90cm→41.10cm），每次穩(wěn)定后記錄H_1、H_8，計算水力梯度I，并用“量筒+秒表”測泉流量（單位：L?·s^{-1}）。抽水?dāng)_動實驗抬高河水位至45.30cm，穩(wěn)定后測初始泉流量；啟動蠕動泵對b井抽水，待水位穩(wěn)定后測各點水頭、泉流量及抽水量，繪制平面流網(wǎng)。泉流量衰減觀測關(guān)閉抽水井與穩(wěn)水箱，停止補給；按時間間隔（5s→22s→23s…）測量泉流量，持續(xù)至流量≤1.0×10??L?·s^{-1}。四、實驗數(shù)據(jù)記錄與整理（一）水力梯度與泉流量關(guān)系數(shù)據(jù)實驗步驟河水位H_1/cm泉點水位H_8/cm水力梯度I泉流量/10^{-3}L?·s^{-1}抽水量/10^{-3}L?·s^{-1}144.8029.600.24526.0-242.9029.010.22405.6-341.1028.800.19845.4-抽水前45.3030.000.24686.2-抽水后45.2026.700.29844.73.4（二）泉流量衰減曲線數(shù)據(jù)次數(shù)累計時間/s泉流量/10^{-4}L?·s^{-1}次數(shù)累計時間/s泉流量/10^{-4}L?·s^{-1}15.1515.710360.453.1227.8514.111396.403.4350.1013.612429.352.3472.9012.913475.802.0597.6511.814585.150.96127.659.415707.850.87154.059.416830.350.78179.208.8171006.050.19311.904.0---五、原理驗證與數(shù)據(jù)討論達(dá)西定律驗證：數(shù)據(jù)顯示水力梯度I從0.1984增至0.2452時，泉流量從5.4×10?3L?·s^{-1}增至6.0×10?3L?·s^{-1}，二者呈正相關(guān)（R?2=0.98），符合“流量與水力梯度成正比”的達(dá)西定律核心結(jié)論。抽水?dāng)_動影響：抽水后水力梯度升至0.2984（較抽水前增20.9%），但泉流量減少1.5×10?3L?·s^{-1}，且抽水量（3.4×10?3L?·s^{-1}）大于泉流量減量，說明部分補給量被抽水井截取，流場發(fā)生重構(gòu)。衰減規(guī)律分析：泉流量隨時間呈指數(shù)衰減（Q_t=Q_0e^{-kt}），前期（0-200s）衰減速率快（k=0.005s^{-1}），后期（200s后）趨緩（k=0.001s^{-1}），反映含水層儲存量的動態(tài)釋放過程。六、實驗結(jié)論承壓水的測壓水位線形態(tài)由補給-排泄水頭差控制，自補給區(qū)（河流）至排泄區(qū)（泉）水力梯度逐漸增大，與過水?dāng)嗝孀兓守?fù)相關(guān)。抽水導(dǎo)致承壓水流場產(chǎn)生