《地下水利用》讲义.ppt

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1、LOGO地下水利用地下水利用夏龙兴15838106986水利与环境学院：市政教研室修改日期：2011.02LOGO本课程主要讲解内容本课程主要讲解内容第一章第一章 管管 井井 出出 水水 量量 计计 算算1第二章第二章 地下水资源计算与评价地下水资源计算与评价2第第三三章章 地下水地下水资源计算的数值法资源计算的数值法3第第四四章章 地下水开采建筑物设计地下水开采建筑物设计45 556第六章第六章 地下水资源管理地下水资源管理第第五五章章 井井 灌灌 区区工程工程 规规 划划LOGO 第一章第一章 管井出水量计算管井出水量计算 v1.开采地下水井的分类和地下水种类开采地下水井的分类和地下水种类

2、v2.单井出水量的稳定流计算单井出水量的稳定流计算（裘布依模型）（裘布依模型）v3.单井出水量的单井出水量的非非稳定流计算稳定流计算（泰斯模型）（泰斯模型）LOGO 第一第一节节.井的分类和地下水种类井的分类和地下水种类v 根据井径大小和构造的不同分为管井根据井径大小和构造的不同分为管井、筒井与大口井筒井与大口井、辐射井。辐射井。v1 1、管井：、管井：直径较小（直径较小（250250450450）mm mm，深度较大，深度较大(5050800)m,800)m,井井壁采用钢管，铸铁管，钢筋混凝土管或塑料管加固的井型。壁采用钢管，铸铁管，钢筋混凝土管或塑料管加固的井型。v 一般采用钻机施工，水泵

3、机组抽水，又称作机井。城镇与工一般采用钻机施工，水泵机组抽水，又称作机井。城镇与工业区用水机井多开采深层承压水；农业机井一般开采浅层的潜水业区用水机井多开采深层承压水；农业机井一般开采浅层的潜水含水层。含水层。v2 2、筒井与大口井、筒井与大口井v筒井：直径较大（筒井：直径较大（1.01.01.51.5）m m，深度较浅，深度较浅(30(3050)m,50)m,井壁采用井壁采用钢筋混凝土管或砖加固的井型钢筋混凝土管或砖加固的井型。v大口井：直径大（大口井：直径大（1.51.51010）m m，深度浅，深度浅(10(1030)m,30)m,井壁采用钢筋井壁采用钢筋混凝土管或砖加固的井型。混凝土管

4、或砖加固的井型。一一般开采埋深较小且含水层厚度小般开采埋深较小且含水层厚度小的潜水含水层的潜水含水层，安装水泵机组抽水，安装水泵机组抽水。LOGO 第一第一节节.井的分类和地下水种类井的分类和地下水种类v 3 3、辐射井、辐射井v 由垂直的集水井和沿集水井四周水平辐射状的进水管组成。由垂直的集水井和沿集水井四周水平辐射状的进水管组成。集水井直径（集水井直径（1.51.51010）m m，较浅，较浅(5(550)m50)m。适用于开采埋深小，。适用于开采埋深小，含水层薄，富水性差的地区，如黄土区，砾卵石含水层，河漫滩含水层薄，富水性差的地区，如黄土区，砾卵石含水层，河漫滩地。地。v 根据开采地下

5、含水层的不同分为：潜水完整井，潜水非完整根据开采地下含水层的不同分为：潜水完整井，潜水非完整井，承压完整井，承压非完整井。井，承压完整井，承压非完整井。v（1 1）潜水含水层：自由浸润面到不透水地板之间的饱含重力）潜水含水层：自由浸润面到不透水地板之间的饱含重力v 水的地质构造层。水的地质构造层。v（2 2）承压含水层：上、下不透水地板之间的饱含承压水的）承压含水层：上、下不透水地板之间的饱含承压水的v 地质构造层。地质构造层。v（3 3）完整井与非完整井：穿过整个含水层直达隔水层的井）完整井与非完整井：穿过整个含水层直达隔水层的井v 为完整井；否则为非完整井为完整井；否则为非完整井。v LO

6、GO 第第二二节节 单井出水量的稳定流计算单井出水量的稳定流计算v 一、潜水完整井出水量一、潜水完整井出水量计计算裘布依公式算裘布依公式v 1 1、裘布依模型、裘布依模型v（1 1）潜水含水）潜水含水层层特征：特征：圆岛圆岛柱体，均柱体，均质质同性，等厚，同性，等厚，v 地板水平地板水平v（2 2）边边界条件界条件:圆岛圆岛四周定水四周定水头头供水供水边边界界v（3 3）渗流特征：符合达西定律和）渗流特征：符合达西定律和连续连续方程；方程；轴对轴对称称v 均匀无阻力均匀无阻力汇汇入井中入井中v（4 4）稳稳定井流：抽水形成降落漏斗，当降落漏斗定井流：抽水形成降落漏斗，当降落漏斗扩扩v 展到供水

7、展到供水边边界界时时，抽水流量与，抽水流量与边边界界v 供水流量相等，降落漏斗也供水流量相等，降落漏斗也稳稳定。定。v LOGO 第第二二节节 单井出水量的稳定流计算单井出水量的稳定流计算v 2 2、公式推导、公式推导v由达西定律由达西定律 Qr Qr2rh2rhK Kdh/dr dh/dr v 流量连续方程流量连续方程QrQrQ Qv 积分得积分得 h h QLnr/KQLnr/KC C ，当，当r rR R时时,h,hH Hv C CH H QLnR/KQLnR/Kv 不同断面处不同断面处 Q QK(HK(H h h)/Ln(R/r)/Ln(R/r)v 井出流量井出流量 Q QK(HK(H

8、 h h0 0)/Ln(R/r)/Ln(R/r0 0)v Q Q1.364K(H1.364K(H h h0 0)/Lg(R/r)/Lg(R/r0 0)v二、承压完整井出水量计算裘布依公式二、承压完整井出水量计算裘布依公式 v 裘布依模型条件与潜水完整井裘布依模型相同。裘布依模型条件与潜水完整井裘布依模型相同。v Q Q2.73KM(H2.73KM(Hh h0 0)/Lg(R/r)/Lg(R/r0 0)v 式中式中 M M含水层厚度含水层厚度(m)(m)，H H静水头（静水头（m)m)v 作业：公式推导作业：公式推导 三、裘布依公式讨论三、裘布依公式讨论 1 1、实际应用、实际应用 Q1.364

9、K(Hh0)/Lg(R/r0)已知含水层已知含水层K K，H H或或M M，R R，根据井的设计降深，根据井的设计降深S S0 0（S0=Hh0）可求设计流量；根据设计流量可求设计流量；根据设计流量Q Q推求水位降深推求水位降深S S0 0；根据井的；根据井的 稳定流抽水试验资料求水文地质参数稳定流抽水试验资料求水文地质参数K K。2 2、井出水量与井中水位降深的关系：、井出水量与井中水位降深的关系：承压井承压井Q=q SQ=q S0 0 ，直线关系；潜水井二者则呈二次线关系。，直线关系；潜水井二者则呈二次线关系。3 3、实测降深较计算值大、实测降深较计算值大 计算值忽略下列水力损失：（计算值

10、忽略下列水力损失：（1 1）井壁泥浆堵塞）井壁泥浆堵塞 （2 2）花管水力损失）花管水力损失 （3 3）向上转弯水头损失）向上转弯水头损失 （4 4）沿吸水管至泵进口的沿程水头损失，）沿吸水管至泵进口的沿程水头损失，因此因此，承压完整井出水量与降深并非呈直线关系。承压完整井出水量与降深并非呈直线关系。4 4、水跃、水跃 ：水流流入井壁时存在水位比井中水位高。：水流流入井壁时存在水位比井中水位高。井壁附近水流流线为曲线，存在水跃水才能流入井中。井壁附近水流流线为曲线，存在水跃水才能流入井中。LOGO 第第二二节节 单井出水量的稳定流计算单井出水量的稳定流计算v 5 5、影响半径、影响半径R R0

11、 0v 实际含水层，抽水一定时间后，由于抽水时间有限，实际含水层，抽水一定时间后，由于抽水时间有限，存在补水条件，当抽水量与补给量达到平衡时，地下渗存在补水条件，当抽水量与补给量达到平衡时，地下渗流为稳定流；另外，抽水影响范围有限，从实际观测不流为稳定流；另外，抽水影响范围有限，从实际观测不到地下水位下降处到井中心的水平距离确定为稳定抽水到地下水位下降处到井中心的水平距离确定为稳定抽水影响半径影响半径R R0 0，R R0 0处流量为零，此处不存在水力坡降。处流量为零，此处不存在水力坡降。v四、群井四、群井干扰抽水干扰抽水出水量稳定流计算出水量稳定流计算v 已知已知两口相同两口相同承压完整井承

12、压完整井，间距为，间距为2b2b，1 1号井单独号井单独抽水时的流量抽水时的流量Q Q和降深和降深S S0 0，引起，引起2 2号井中水位降深号井中水位降深t t；2 2号号井单独抽水时的流量井单独抽水时的流量Q Q和降深和降深S S0 0，引起，引起1 1号井中水位降深号井中水位降深t t。两口井同时干扰（井距近）抽水。两口井同时干扰（井距近）抽水。v 水位消减法：水位消减法：（1 1）若）若1 1号井仍保持出水量号井仍保持出水量Q Q不变，实际降深不变，实际降深S SS S0 0t t Q Q2.73KMS2.73KMS0 0/Lg(R/r/Lg(R/r0 0)S S0 0QLg(R/rQ

13、Lg(R/r0 0)/2.73KM )/2.73KM t tQLg(R/2QLg(R/2b b)/2.73KM)/2.73KM 求得实际降深求得实际降深S SS S0 0t tQLg(RQLg(R/r/r0 02 2b b)/2.73KM )/2.73KM 两井两井同时干扰抽水总流量等于同时干扰抽水总流量等于2Q 2Q （2 2）若）若1 1号井保持降深号井保持降深S0不变，有效降深不变，有效降深S SS S0 0t t Q Q2.73KMS2.73KMS0 0/Lg(R/r/Lg(R/r0 0)S S0 0QLg(R/rQLg(R/r0 0)/2.73KM )/2.73KM t tQLg(R

14、/2QLg(R/2b b)/2.73KM)/2.73KM 有效降深有效降深S SS S0 0t tQLg(2QLg(2b b/r/r0 0)/2.73KM )/2.73KM 1 1号井实际出水量号井实际出水量 QQ QQ2.73KMS/Lg(R/r2.73KMS/Lg(R/r0 0)两井两井同时干扰抽水总流量等于同时干扰抽水总流量等于2QQ2QQ LOGO 第第二二节节 单井出水量的稳定流计算单井出水量的稳定流计算v（3 3）N N眼眼承压承压井同时干扰抽水（井距近）井同时干扰抽水（井距近）v 1 1号井：号井：S1S1S S0101(t2(t2t3-t3-t tn n)v 为为1 1号井保持

15、出水量号井保持出水量Q1Q1不变，实际降深。为不变，实际降深。为1 1号井保持降号井保持降深深S S0101不变，有效降深。不变，有效降深。t2t2t3t3-t-tn n 分别为其它井抽水在分别为其它井抽水在1 1号号井引起的降深。井引起的降深。v 2 2号井：号井：S2S2S S0202(t1(t1t3-t3-t)t)v（4 4）N N眼潜水井眼潜水井干扰抽水（井距近）干扰抽水（井距近）v1 1号井单独抽水时的流量和降深为号井单独抽水时的流量和降深为Q1Q1，S01S01v Q1Q11.364K1(H11.364K1(H1 h01h01)/LgR1/r01 )/LgR1/r01 v Q1 Q

16、11.364K11.364K12Hp12Hp1S01S01/LgR1/r01 /LgR1/r01 v S01S01Q1LgQ1Lg（R1/r01R1/r01）/2.73K1Hp1 /2.73K1Hp1 v在在2 2号井引起降深号井引起降深t2t2Q2Lg(R2/2B2)/2.73K2Hp2 Q2Lg(R2/2B2)/2.73K2Hp2 v S1S1S01S01(t2+t3-+t)(t2+t3-+t)v 为为1 1号井保持出水量号井保持出水量Q1Q1不变，实际降深。为不变，实际降深。为1 1号井保持降号井保持降深深S01S01不变，有效降深。不变，有效降深。v 2 2号井号井S2S2S02S02

17、(t1(t1t3-t3-t)t)LOGO 第第二二节节 单井出水量的稳定流计算单井出水量的稳定流计算v五五 单井出水量计算的抽水试验经验公式法单井出水量计算的抽水试验经验公式法 v 由于实际含水层与裘布依模型条件差别大，计算由于实际含水层与裘布依模型条件差别大，计算结果误差大，可采用经验公式法，根据抽水试验资料，结果误差大，可采用经验公式法，根据抽水试验资料，比较反应复杂的实际情况，建立流量与降深的关系曲比较反应复杂的实际情况，建立流量与降深的关系曲线。常用的曲线有：线。常用的曲线有：v11直线型直线型Q=qSQ=qS，回归系数，回归系数q q为水井单位出水量为水井单位出水量v m m(h.m

18、)(h.m)。v22抛物线型抛物线型S=aQ+bQS=aQ+bQ 回归系数回归系数a,ba,bv33指数曲线型指数曲线型 S=S=（Q/nQ/n）m m 回归系数回归系数n,mn,mv44对数曲线型对数曲线型 Q=a+blgs Q=a+blgs 回归系数回归系数a,ba,bv 具体公式形式可采用图解法或查分法或最小二乘具体公式形式可采用图解法或查分法或最小二乘法求解。一般试验数据处理采用最小二乘法求解（有法求解。一般试验数据处理采用最小二乘法求解（有软件）。软件）。LOGO 第第三三节节 单井出水量的单井出水量的非非稳定流计算稳定流计算一一 潜水完整井出水量非稳定流微分方程式潜水完整井出水量非

19、稳定流微分方程式（泰斯模型泰斯模型）(1)(1)潜水含水层特征：均质、同性、等厚、地板水平且无限延伸潜水含水层特征：均质、同性、等厚、地板水平且无限延伸。(2)(2)渗流特征：符合达西定律和连续方程；轴对称均匀无阻力汇渗流特征：符合达西定律和连续方程；轴对称均匀无阻力汇 入井中入井中。(3)(3)垂直方向无补给垂直方向无补给。求解模型：求解模型：取微元体：半径为取微元体：半径为r r及及r+dr,r+dr,高度为高度为H H及及H H+d+dH H的圆筒体的圆筒体1 1、由圆筒内壁流入井中的流量为、由圆筒内壁流入井中的流量为Q,Q,由圆筒外壁流入的流量为由圆筒外壁流入的流量为 Q Q Q/Q/

20、r r，则则流出与流入的流量差：流出与流入的流量差：Q Q(Q(Q Q/Q/r rdr)dr)Q/Q/r rdrdr2 2、重力释水量、重力释水量 2rdr2rdr H/H/t t u,uu,u潜水层给水度潜水层给水度LOGO 第第三三节节 单井出水量的单井出水量的非非稳定流计算稳定流计算 3 3、水量平衡：、水量平衡：Q/Q/r rdrdr2rdr2rdr H/H/t tu u 4 4、由达西、由达西公式流出内筒面的公式流出内筒面的渗流速度渗流速度V VK K H/H/r r Q QAVAV2rH2rHV V H H(Hr+H(r+dr)/2(Hr+H(r+dr)/2 5 5、Q/Q/r r

21、2kH2kH(H/H/r)/r)/r r 2kH(2kH(H/H/r rr r H/H/r)r)v 代入水量平衡式化简得代入水量平衡式化简得v KH(KH(H/H/r rr r H/H/r)r)H/H/t tr ru u 令令 T TKHKH，H/H/r rr r H/H/r r r ru/T u/T H/H/t t LOGO 第第三三节节 单井出水量的单井出水量的非非稳定流计算稳定流计算 令令a aT/u T/u，H/H/r rr r H/H/r r H/H/t/at/a 在抽水过程中若有降水入渗补给或蒸发排泄时，在水量平衡在抽水过程中若有降水入渗补给或蒸发排泄时，在水量平衡计算时计入，设在

22、单位时间在单位面积上的补给率或蒸发率为计算时计入，设在单位时间在单位面积上的补给率或蒸发率为，上式改写为：，上式改写为：a a（H/H/r rr r H/H/r r）+/u u H/H/t tu u-潜水含水层给水度：水头下降一个单位时，从单位含水层面积潜水含水层给水度：水头下降一个单位时，从单位含水层面积高度等于含水层厚度的柱体中由于重力作用释放出的水量。高度等于含水层厚度的柱体中由于重力作用释放出的水量。u u*-*-承压含水层弹性释水系数：当承压含水层的水头降低一个单位承压含水层弹性释水系数：当承压含水层的水头降低一个单位时，从单位含水层面积高度等于含水层厚度的柱体中释放出的水时，从单位

23、含水层面积高度等于含水层厚度的柱体中释放出的水量。量。T=KMT=KM为承压含水层的导水系数为承压含水层的导水系数a-a-在潜水含水层称为水位传导系数，在承压含水层称为压力传导，在潜水含水层称为水位传导系数，在承压含水层称为压力传导，表示含水层水位或水头变化的传导速度。表示含水层水位或水头变化的传导速度。二二 承压完整井出水量非稳定流计算泰斯公式承压完整井出水量非稳定流计算泰斯公式 泰斯泰斯物理物理模型模型:(1)(1)潜水含水层特征：均质、同性、等厚、地板水平潜水含水层特征：均质、同性、等厚、地板水平且无限延伸且无限延伸 (2)(2)渗流特征：符合达西定律和连续方程；轴对称均渗流特征：符合达

24、西定律和连续方程；轴对称均匀无阻力汇入井中匀无阻力汇入井中 (3)(3)垂直方向无补给垂直方向无补给(4)(4)定流量抽水，井径无限小定流量抽水，井径无限小 泰斯数学模型泰斯数学模型：H/H/r/r r/r H/H/r r H/H/t/a t/a （r0r0)r0r0)H(r,0)H(r,0)H0 H0 （初始条件初始条件r0r,tr0r,t0)0)H(,t)H(,t)H0 H0 （定水头条件定水头条件r0)r0)lim(r lim(r H/H/r)r)Q/2TQ/2T常数常数 r0 r0LOGO 第第三三节节 单井出水量的单井出水量的非非稳定流计算稳定流计算 解解:偏微分方程组偏微分方程组

25、v1 1、二元变量转化为一元变量（偏微分方程变为常微分方程）、二元变量转化为一元变量（偏微分方程变为常微分方程）v构造一个二元复合变量构造一个二元复合变量 U=r U=r u*/4Tt u*/4Tt v U/U/r rru*/2Tt ru*/2Tt v U/U/t tr r u*/4Ttu*/4Tt v H/H/r r U/U/r rdH/du=ru*/2Tt dH/du=ru*/2Tt dH/dudH/duv H/H/r r (H/H/r)/r)/r rv u*/2Ttu*/2TtdH/dudH/dur r u*u*/4T/4T t td d H/dH/d u u v H H/t tr r

26、u*/4Ttu*/4Tt *dH/du*dH/duv代入模型方程得到：代入模型方程得到：v u du d H/dH/d u+(1+u)dH/duu+(1+u)dH/du0 0 LOGO 第第三三节节 单井出水量的单井出水量的非非稳定流计算稳定流计算 2 2、二阶常微分方程先降阶、二阶常微分方程先降阶v 令令dH/dudH/duG G 则则 dG/du dG/du(1(1u)/u*Gu)/u*G0 0v 分离变量积分：分离变量积分：dG/GdG/G(1(11/u)du 1/u)du v lnGlnGu ulnulnuC1 C1 v lnGulnGuu+C1 u+C1，v v G G=*c/=*c

27、/u uv v 分离变量积分：当分离变量积分：当 r r时时 ，u,HH0u,HH0v v dHdHC C /udu/udu H=HH=H0 0-C /udu-C /udu 3 3、d/du(H0d/du(H0C /udu)C /udu)d/du(-C /udu)d/du(-C /udu)Cd/duCd/du（/udu)/udu)C /C /u u 2C /r2C /r r r 2C2C (r(r )(2C )(2C )2C2CQ/2T CQ/2T CQ/4T Q/4T H HH0H0Q/4T /udu Q/4T /udu S SH0H0H HQ/4T /udu Q/4T /udu 令井函数令

28、井函数W(u)W(u)/udu /udu ，S SQW(u)/QW(u)/（4T4T）(泰斯公式）泰斯公式）LOGO 第第三三节节 单井出水量的单井出水量的非非稳定流计算稳定流计算 三三 泰斯公式讨论泰斯公式讨论v 1 1、井函数、井函数W(U)W(U)可查表，可查表，W(U)W(U)随随U U值增大而减小；当承压井定流量抽水时，值增大而减小；当承压井定流量抽水时，降深降深S S随距离随距离r r的增大而减小，随抽水时间延长而增大。的增大而减小，随抽水时间延长而增大。v井函数为负指数积分函数，展开后为一级收敛级数，当井函数为负指数积分函数，展开后为一级收敛级数，当u u值很小时忽略展值很小时忽

29、略展开式第二项以后部分，化简后得：开式第二项以后部分，化简后得：v W(u)W(u)2.3lg2.25at/r2.3lg2.25at/r vS S2.3Q/4T2.3Q/4Tlg2.25at/rlg2.25at/r u=0.01 u=0.010.10.1v2 2、降深、降深S S下降速度下降速度 Q Q /4Tt /4Tt v v 在一定距离范围内，当抽水时间足够长时，在一定距离范围内，当抽水时间足够长时，Q/4T/tQ/4T/t。v 说明在一定距离范围内，当抽水时间足够长时，水头下降速度与距说明在一定距离范围内，当抽水时间足够长时，水头下降速度与距离无关，等幅下降。离无关，等幅下降。v v3

30、 3、流量变化规律、流量变化规律 Q/2TQ/2Tr rv 由达西定律由达西定律:r r处断面流量处断面流量Q Qr r22r rKMKM =Q =Q QQv 不同过水段面流量不等。不同过水段面流量不等。v 4 4、井径无限小、井径无限小 (r (r )Q/Q/2 2T T 的目的使的目的使 趋近于趋近于1 1 U=rU=r u*/4Tt u*/4Tt 0.990.991 1，当，当U=0.01U=0.01时，由于井径无限小引起时，由于井径无限小引起的相对误差不超过的相对误差不超过1 1 。四四 潜水完整井非稳定流计算仿泰斯公式潜水完整井非稳定流计算仿泰斯公式1 1、当、当S=0.1HS=0.

31、1H0 0时，时，T TKMKM改为改为T TKHKH0 0 代入泰斯公式代入泰斯公式。2 2、当、当0.1H0.1H0 0S0.3HS 0.3H0.3H0 0时时不能用泰斯公式。不能用泰斯公式。五五 群井干扰抽水非稳定流计算群井干扰抽水非稳定流计算1 1、承压完整井群干扰抽水时抽水降深计算、承压完整井群干扰抽水时抽水降深计算 S1S1S01S01(t2(t2t3t3tn),tn),井灌区任一点井灌区任一点P P水位消减值：水位消减值：SPSPS1S1S2S2S3S3SNSN Q1W(u1)/4TQ1W(u1)/4TQ2W(u2)/4TQ2W(u2)/4TQNW(un)/4TQNW(un)/4

32、T当当u=0.01u=0.01时时 可用简化公式计算可用简化公式计算2 2、潜水完整井群干扰抽水时抽水降深计算、潜水完整井群干扰抽水时抽水降深计算 当当S=0.1H0S=0.1H0时，可按上式计算时，可按上式计算,其中其中T TKH0KH0 当当0.1H0S0.3H00.1H0S0.3H0时，采用仿泰斯公式按上式计算时，采用仿泰斯公式按上式计算LOGO 第二章第二章 地下水资源计算与评价地下水资源计算与评价v第一节第一节 基本概念基本概念v1 1、地下水资源评价：、地下水资源评价：对一个地区地下水资源的质量，数量，时对一个地区地下水资源的质量，数量，时v 空分布特征和开发利用技术要求作出定量分

33、析，并评价其空分布特征和开发利用技术要求作出定量分析，并评价其 v 开采价值。它是地下水资源合理开发和科学管理的依据开采价值。它是地下水资源合理开发和科学管理的依据。v2 2、评价任务：、评价任务：v（1 1）水质评价：）水质评价：水质分析评价其可用性，水质监测与防护措施水质分析评价其可用性，水质监测与防护措施。v（2 2）水量评价：）水量评价：计算各种水资源量，确定允许开采量及计算各种水资源量，确定允许开采量及用水用水v 保证率。保证率。v（3 3）开采技术条件评价：分析论证在长期开采条件下是否会）开采技术条件评价：分析论证在长期开采条件下是否会v 引起不良的工程地质问题，并提出相应的预防措

34、施。引起不良的工程地质问题，并提出相应的预防措施。LOGO 第二章第二章 地下水资源计算与评价地下水资源计算与评价v3 3、以水均衡为基础的分类法（三分法）以水均衡为基础的分类法（三分法）v 某一地下水含水层单元，在某均衡时段内，地下水的循环某一地下水含水层单元，在某均衡时段内，地下水的循环总是表现为补给总是表现为补给-排泄排泄-储存量变化三种形式，它们之间在数储存量变化三种形式，它们之间在数量上的均衡关系为量上的均衡关系为V V补补V V排排=VV，该方法较大储量分类法合理。，该方法较大储量分类法合理。v（1 1）补给量：补给量：v 单位时间内单位时间内进入某一单元含水层的进入某一单元含水层

35、的重力水重力水体积体积，分为，分为天然天然v 补给量，人工补给量，开采补给量。补给量，人工补给量，开采补给量。v 天然补给量：天然状态下天然补给量：天然状态下进入含水层的水量进入含水层的水量v （降雨入渗补给，地表水降雨入渗补给，地表水渗漏渗漏，邻区地下，邻区地下水水测渗测渗）。v 人工补给量：人工引水入渗补给地下水的水量。人工补给量：人工引水入渗补给地下水的水量。v 开采补给量：开采补给量：开采条件下，开采条件下，除天然补给量除天然补给量之之外外，额外获得额外获得的补给量。开采形成降落漏斗使地表水体向地下含水层补水的补给量。开采形成降落漏斗使地表水体向地下含水层补水，或定托渗流变为自由渗流加

36、大补给量，或使邻区地下水加大侧或定托渗流变为自由渗流加大补给量，或使邻区地下水加大侧渗量。渗量。v需要说明：需要说明：计算补给量是地下水资源评价的核心内容计算补给量是地下水资源评价的核心内容；一般先；一般先计算现状条件下的补给量，再估算开采后可能获得的额外补给计算现状条件下的补给量，再估算开采后可能获得的额外补给量量。LOGO 第二章第二章 地下水资源计算与评价地下水资源计算与评价v（2 2）排泄量排泄量v 单位时间内单位时间内从某一单元含水层排泄出的从某一单元含水层排泄出的重力重力水体体积水体体积，分，分为为天然排泄量天然排泄量和和人工开采量。人工开采量。v 天然排泄量指潜水蒸发，补给地表水

37、体，测向流入临区天然排泄量指潜水蒸发，补给地表水体，测向流入临区。v 人工开采量人工开采量是取水构筑物从含水层取出来的地下水量。是取水构筑物从含水层取出来的地下水量。v允许开采量：允许开采量：指通过技术经济合理的取水建筑物，在整个开采指通过技术经济合理的取水建筑物，在整个开采期内水量和水位不超过设计要求，水质水温变化在允许范围内，期内水量和水位不超过设计要求，水质水温变化在允许范围内，不影响已建水源地正常生产，不发生危害性工程地质现象的前不影响已建水源地正常生产，不发生危害性工程地质现象的前提下，单位时间内从水文地质单元中能够取得水量。提下，单位时间内从水文地质单元中能够取得水量。v允许开采量

38、的大小取决于补给量，一般比补给量小。允许开采量的大小取决于补给量，一般比补给量小。v（3 3）储存量储存量v 储存在含水层的重力水体积。容积储存量储存在含水层的重力水体积。容积储存量G GuHFuHF：潜水含水：潜水含水层中的重力水体积。弹性储存量：承压含水层水头下降顶板以层中的重力水体积。弹性储存量：承压含水层水头下降顶板以上某一位置时，由于含水层弹性压缩和水体弹性膨胀所释放出上某一位置时，由于含水层弹性压缩和水体弹性膨胀所释放出的水量。的水量。G GuuSFSF S S-承压水位降低值承压水位降低值m mLOGO 第二章第二章 地下水资源计算与评价地下水资源计算与评价v4 4、评价区、评价

39、区v 若若某某区域的水文气象条件区域的水文气象条件、地质构造条件、地貌条件、地质构造条件、地貌条件、水水文地质条件文地质条件、岩性条件等比较接近，整个区域作为一个计算评岩性条件等比较接近，整个区域作为一个计算评价区价区，否则划分计算评价单元。否则划分计算评价单元。v水利部水文局编制的地下水资源调查评价工作细则指出；水利部水文局编制的地下水资源调查评价工作细则指出；v 按地形地貌特征和地下水类型，把评价区划分为平原区、按地形地貌特征和地下水类型，把评价区划分为平原区、山丘区、沙漠区和内陆闭合盆地平原区，称为一级区。山丘区、沙漠区和内陆闭合盆地平原区，称为一级区。v 一级区按水文地质条件又划分为若

40、干个水文地质区，为二一级区按水文地质条件又划分为若干个水文地质区，为二级区。级区。v 二级区按地下水埋深、包气带岩性的不同，再分为若干个二级区按地下水埋深、包气带岩性的不同，再分为若干个均衡计算区，为三级区。均衡计算区是计算水资源的最小单元。均衡计算区，为三级区。均衡计算区是计算水资源的最小单元。LOGO 第二节第二节 地下水资源数量计算与评价地下水资源数量计算与评价一一、水均衡法水均衡法（一）（一）适用适用条件条件 地下水埋藏较浅，地下水的补给和排泄条件容易查清的地区地下水埋藏较浅，地下水的补给和排泄条件容易查清的地区。对于干旱或半干旱山前洪积平原和喀斯特地区，某些河谷地对于干旱或半干旱山前

41、洪积平原和喀斯特地区，某些河谷地区以及封闭的自流盆地，使用效果较好。对深层承压含水层或山区以及封闭的自流盆地，使用效果较好。对深层承压含水层或山区基岩裂隙含水层不宜使用。区基岩裂隙含水层不宜使用。（二）（二）基本原理基本原理 水量平衡方程式：水量平衡方程式：Q Q补补Q Q排排uFh/tuFh/t Q Q补补地下水总补给量（地下水总补给量（m m););Q Q排排地下水总排泄量（地下水总排泄量（m m)；uFh/tuFh/t单位时间内含水层中储存量的变化量（单位时间内含水层中储存量的变化量（m m/d)/d)t t均衡期（年包括干旱年，平水年，丰水年）均衡期（年包括干旱年，平水年，丰水年）hh

42、均衡期评价区地下水位平均均衡期评价区地下水位平均变幅（变幅（m m）F F均衡区均衡区面积面积（m m)LOGO 第二节第二节 地下水资源数量计算与评价地下水资源数量计算与评价v（三）开采条件下的均衡方程（三）开采条件下的均衡方程v 天然状态下，地表水，地下水，大气水依靠自然条件相互天然状态下，地表水，地下水，大气水依靠自然条件相互转化，在一定周期内，多年调节，天然补给量与天然消耗量近转化，在一定周期内，多年调节，天然补给量与天然消耗量近似相等，维持动态平衡。开采条件下，打破天然状态下的动态似相等，维持动态平衡。开采条件下，打破天然状态下的动态平衡，在天然渗流场的基础上叠加了开采渗流场即降落漏

43、斗。平衡，在天然渗流场的基础上叠加了开采渗流场即降落漏斗。由于人工开采，使得天然补给量增加，天然消耗量减少。由于人工开采，使得天然补给量增加，天然消耗量减少。v在一个均衡期内，合理的开采会建立新的动态平衡。否则地下在一个均衡期内，合理的开采会建立新的动态平衡。否则地下水不断消耗，水位持续下降，不存在平衡。水不断消耗，水位持续下降，不存在平衡。v水量均衡方程式水量均衡方程式v （Q Q入入Q Q出出）（W WQ Q开开）uFh/tuFh/tv（Q Q入入Q Q出出）侧向侧向补给量补给量与排泄量之差与排泄量之差（m m/d)/d)（W WQ Q开开）垂直垂直补给量补给量与排泄量之差与排泄量之差（m

44、 m/d)/d)v u u含水层平均给水度含水层平均给水度 ，其它参数同上式，其它参数同上式v W WQ Q雨雨Q Q河河Q Q越越.Q Q蒸蒸LOGO 第二节第二节 地下水资源数量计算与评价地下水资源数量计算与评价v（四）计算步骤（四）计算步骤v1 1 划分均衡区，确定均衡期划分均衡区，确定均衡期v 均衡期一般为一个水文年，包括丰水年，平水年和枯水年均衡期一般为一个水文年，包括丰水年，平水年和枯水年在内的一个多年均衡期。在内的一个多年均衡期。v2 2 确定均衡要素，建立均衡方程确定均衡要素，建立均衡方程v3 3 地下水资源评价地下水资源评价v Q Q开开（Q Q入入Q Q出出）W WuFh/

45、tuFh/tv 给出均衡期地下水位允许变幅的条件下，计算地下水开采量，给出均衡期地下水位允许变幅的条件下，计算地下水开采量，分析评价地下水资源对用水的保证程度。分析评价地下水资源对用水的保证程度。LOGO 第二节第二节 地下水资源数量计算与评价地下水资源数量计算与评价v二、二、开采试验法开采试验法v 适用于完全没有水文地质资料，水文地质资料难以查清的适用于完全没有水文地质资料，水文地质资料难以查清的地区，当急需确定地下水允许开采量时。可采用打井或利用现地区，当急需确定地下水允许开采量时。可采用打井或利用现有井按需要的开采流量进行抽水试验，依据试验结果计算地下有井按需要的开采流量进行抽水试验，依

46、据试验结果计算地下水允许开采量。对潜水和承压水，新水源和旧水源地均适用，水允许开采量。对潜水和承压水，新水源和旧水源地均适用，由于群井抽水费用很高，只适用于中小型水源地。一般在枯水由于群井抽水费用很高，只适用于中小型水源地。一般在枯水季节按开采条件做抽水试验，延续几个月季节按开采条件做抽水试验，延续几个月。v(一）抽水出一）抽水出现稳现稳定状定状态时态时允允许许开采量开采量Q QP P与影响半径与影响半径R R0 0确定确定v 按按设计开采量开采量长时间抽水，若水位达到抽水，若水位达到设计降深降深S S0 0后，一后，一直能保持直能保持稳定，定，且停抽后水位且停抽后水位又能又能较快恢复到原水位

47、快恢复到原水位，说说明抽明抽水水量小于开采条件下的量小于开采条件下的补给量，量，按按这样这样的流量开采是有保的流量开采是有保证证的。的。v 延延长长三个三个观测观测孔降深曲孔降深曲线线（稳稳定定时时）与静水位交点，至抽）与静水位交点，至抽水井中心的距离水井中心的距离为为影响半径影响半径R R0 0。LOGO 第二节第二节 地下水资源数量计算与评价地下水资源数量计算与评价v(二二)抽水出现非稳定状态时允许开采量抽水出现非稳定状态时允许开采量Q QP P与影响半径与影响半径R R0 0确定确定v 按按设计开采量开采量长时间抽水，若水位达到抽水，若水位达到设计降深降深S S0 0后，并后，并不不稳定

48、，定，停抽后水位停抽后水位有所恢复，但不恢复到原水位有所恢复，但不恢复到原水位，说说明抽水明抽水量大于开采条件下的量大于开采条件下的补给量，量，按按这样这样的流量开采是的流量开采是没没有保有保证证的。的。v在水位持在水位持续下降的下降的过程中，当大部分漏斗出程中，当大部分漏斗出现等幅下降后，任等幅下降后，任意意时段的水量平衡段的水量平衡为：（：（Q Q抽抽-Q Q补）tt=uFSuFSv uFuF-水位下降水位下降1 1米米时储存量的减少量存量的减少量m m v SS-tt时段的水位降低段的水位降低m mv Q Q抽抽-tt时段的平均抽水流量段的平均抽水流量m m/d/dv Q Q补-开采条件

49、下的开采条件下的补给流量流量m m/d/dv水量平衡方程水量平衡方程 Q Q抽抽Q Q补uFS/tuFS/tv认为Q Q补和和uFuF变化不大，当作常数，化不大，当作常数，则将抽水流量比将抽水流量比较稳定，水定，水位下降比位下降比较均匀的若干均匀的若干时段的段的资料代入上式解方程料代入上式解方程组求常数。求常数。LOGO 第二节第二节 地下水资源数量计算与评价地下水资源数量计算与评价v用水位下降时的资料求允许开采量用水位下降时的资料求允许开采量Q Qp pv Q Q抽抽1 1Q Q补补uFSuFS1 1/t/t1 1v Q Q抽抽2 2Q Q补补uFSuFS2 2/t/t2 -2 -v Q Q

50、抽抽n nQ Q补补uFSuFSn n/t/tn nv 求求Q Q补补和和uFuF的平均值。的平均值。v再用水位恢复时的资料检验校核再用水位恢复时的资料检验校核Q Q补的可靠性。补的可靠性。v若在抽水过程中减少抽水量使若在抽水过程中减少抽水量使Q Q抽抽 Q Q补补,则地下水位会等幅回升，则地下水位会等幅回升，v Q Q补补Q Q抽抽uFS/tuFS/tv uFuF前面求出的单位储量的平均值前面求出的单位储量的平均值m m v S/tS/t水位等幅回升速度水位等幅回升速度m/dm/dv当停止抽水时，当停止抽水时，Q Q抽抽0 0，则，则Q Q补补uFS/tuFS/t。v允许开采量允许开采量Q