Page 127 - 水利学报2021年第52卷第4期

在此段。而此段玻璃珠介质渗透系数从衰减到增大及之后从增大到振荡的拐点相比整体均提前了
1 h，整体渗透系数变化的滞后性表明颗粒堵塞同时也在砂柱更深处发生。
此段石英砂介质渗透系数 0 ~ 26 h 呈线性衰减，26 h 后衰减不断放缓，合理的解释是因为石英砂
介质颗粒形状的不规则性导致存在许多直径小于回灌颗粒的孔隙喉道，在开始回灌后的一段时间里
回灌颗粒因为筛滤作用沉积在喉道中，造成了渗透系数的快速衰减，26 h 时喉道已被基本填满，所
以渗透系数的衰减趋势变为和玻璃珠介质相近的指数型。玻璃珠介质颗粒因为形状为球形，其形成
的孔隙结构空间展布均匀，没有形状特异的喉道，所以渗透系数的衰减趋势一直是指数型。
4.3 砂 柱 10～20 cm 深 度 渗 透 系 数 变 化 分 析 此 段 玻 璃 珠 介 质 砂 柱 相 对 渗 透 系 数 0 ~ 5 h 增 大 至
1.0604，之后开始呈现出波浪形多峰振荡，同时有衰减趋势，至 240 h 时相对渗透系数值为 0.6454。
2
此段石英砂介质砂柱相对渗透系数 0～220 h 呈轻微波动的线性衰减： K K = 1 - 0.0028t ，R =
t
0
0.9968； 至 220 h 时 相 对 渗 透 系 数 值 为 0.3798； 220～240 h 阶 段 呈 现 出 更 高 速 率 的 线 性 衰 减 ：
K /K = 0.3798 - 0.007t ，R =0.9992；至 240 h 时相对渗透系数值为 0.2334。
2
t
0
此段玻璃珠介质渗透系数在 0 ~ 5 h 微小增大，这是由于介质颗粒表面微量的吸附杂质在因上段
介质堵塞发展而流速不断增大的水流作用下脱离吸附状态随水流运动。砂柱 0 ~ 10 cm 段堵塞发展情
况是影响此段 10 ~ 20 cm 砂柱孔隙中水流流速的主要因素，相比而言此段砂柱自身孔隙中的颗粒沉积
情况只是影响孔隙水流流速的次要因素。所以此段玻璃珠介质砂柱的渗透系数没有明确的变化趋
势，而是因流场的复杂性表现为振荡，同时因为颗粒堵塞自上而下的发展有衰减的趋势。
此段石英砂介质渗透系数 0 ~ 220 h 在颗粒脱离效应和沉积效应的共同作用下呈现有波动的线性
衰减，至 220 h 时，因颗粒堵塞开始大范围发展至此段砂柱，呈现出速率更高的线性衰减。
4.4 砂柱 20～30 cm 深度渗透系数变化分析 此段玻璃珠介质砂柱相对渗透系数 0 ~ 65 h 振荡衰减至
0.8773。其后相对渗透系数围绕该值大体呈波浪型振荡，至 240 h 时相对渗透系数值为 0.808。
此段石英砂介质砂柱相对渗透系数 0～39 h 振荡衰减至 0.8628。39～106 h 振荡而缓慢地增大至
1.0088， 此 后 开 始 先 快 后 慢 的 线 性 增 大 ， 至 136 h 时 达 到 最 大 值 1.285， 136 ~ 240 h 呈 线 性 衰 减 ：
K K = 1.285 - 0.0042t ，R =0.9998。至 240 h 时渗透系数值为 0.8579。
2
t
0
此段砂柱因为上部有 20 cm 砂柱的影响，流速变化情况进一步复杂化，因优势流拖曳而在回灌初
期即运移到此段砂柱的颗粒在复杂流场的作用下部分沉积在此段，导致渗透系数衰减。回灌开始一
段时间后因脱离效应和沉积效应的此消彼长表现出不停振荡的变化趋势。值得注意的是，此段介质
是玻璃珠介质砂柱和石英砂介质砂柱在回灌结束时相对渗透系数基本相等的唯一一段。
4.5 砂柱 30～40 cm 深度渗透系数变化分析 此段玻璃珠介质砂柱相对渗透系数在回灌全过程中一
直围绕初始值 1.0 振荡，至 240 h 时相对渗透系数值为 0.9532。
此段石英砂介质砂柱相对渗透系数在 0～39 h 缓慢衰减至 0.8497，39～106 h 一直在该值附近振

荡，至 106 h 时相对渗透系数值为 0.8618，此后开始增大，至 161 h 时达到最大值 1.2137，161 ~ 240 h
在该值附近维持较大幅度的振荡。至 240 h 时相对渗透系数值为 1.2705。
此段玻璃珠介质砂柱渗透系数回灌全程围绕初始值振荡，表明颗粒堵塞未大规模发展至此段。
回灌结束时相对渗透系数 0.9532，表明有少量的颗粒沉积在此段玻璃珠介质砂柱中。
此段石英砂介质砂柱因优势流带来的颗粒沉积在孔隙中在回灌开始的 39 h 内渗透系数不断衰
减，39 h 后随着水流流速的增大，在脱离效应和沉积效应的共同作用下渗透系数值一直振荡，自
106 h 起因为流速的进一步增大和流场复杂化，介质中的沉积颗粒脱离并随水流运动，导致此段石英
砂介质相对渗透系数值不断增大至 161 h 的 1.2137，这一方面反映了包括石英砂在内的自然界中介质
原生沉积颗粒量巨大，另一方面也反映出因为上部 30 cm 砂柱的影响，此段砂柱中的流场极为复杂多
变。161 h 后因为石英砂介质原生沉积颗粒脱离趋势终结，渗透系数一直维持振荡，振荡幅度较大也
从一个侧面证明了此段砂柱中流场的复杂性。
4.6 砂柱 40～50 cm 深度渗透系数变化分析 此段玻璃珠柱体相对渗透系数在回灌全过程中一直围

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