什么是渗透系数?
渗透系数(K,也称水力传导率)用来衡量水在多孔介质中流动的难易程度,介质可以是土壤、砂、砾石或裂隙岩体。它是地下水水文学、岩土工程和环境场地评估中的关键参数。K 值越大(如洁净砾石),水流越通畅;K 值越小(如黏土),水流越受阻。本计算器依据达西定律,从常水头渗透试验(常水头渗透仪)的数据推算出 K 值。
计算公式
根据达西定律,渗透系数为:
$$K = \frac{Q \cdot L}{A \cdot \Delta h}$$
其中 \(Q\) 为体积流量(m³/s),\(L\) 为试样沿水流方向的长度(m),\(A\) 为垂直于水流方向的横截面积(m²),\(\Delta h\) 为试样两端的水头差(即水头损失,单位 m)。计算结果 \(K\) 的量纲为速度(m/s)。
使用方法
依次输入实测流量、试样长度、试样横截面积,以及进水口与出水口之间的水头差。计算器会给出以 m/s 表示的 \(K\) 值,并换算为更便于阅读的 m/天。请确保所有输入量都使用统一的国际单位制(SI)单位。
计算实例
假设 \(Q = 0.0001\) m³/s,\(L = 0.5\) m,\(A = 0.01\) m²,\(\Delta h = 1.0\) m,则 $$K = \frac{0.0001 \times 0.5}{0.01 \times 1.0} = \frac{0.00005}{0.01} = 0.005 \text{ m/s}$$ 乘以每天 86,400 秒,得到 432 m/天——这一数值正是粗砂的典型范围。
常见问题
应该使用什么单位?请全程使用国际单位制:流量用 m³/s,长度、面积和水头均用米(m)表示。这样得到的 \(K\) 即为 m/s。
K 值的典型范围是多少?砾石:\(10^{-2}\)–\(1\) m/s;砂:\(10^{-5}\)–\(10^{-2}\);粉土:\(10^{-9}\)–\(10^{-5}\);黏土:低于 \(10^{-9}\) m/s。
渗透系数和渗透率是一回事吗?不是。固有渗透率(intrinsic permeability)只取决于介质本身,而渗透系数(水力传导率)还与流体的密度和黏度有关,也就是与水的性质相关。