《供水水文地质学教程_第8章供水水文地质勘察.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《供水水文地质学教程_第8章供水水文地质勘察.ppt（64页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第8章供水水文地质勘察第1节概述,寻找地下水源而开展的各项工作统称为供水水文地质勘察勘察的目的是为国民经济有关部门的水源地设计和建设提供所需要的水文地质资料。,1.供水水文地质工作者的任务根据甲方(用水单位)要求进行水文地质勘察工作，并完成以下任务：查明当地的地下水质与水文地质条件、寻找并确定地下水取水源地。根据不同用水要求，进行水源地的勘察及水质、水量的评价，并提供评价的依据。提出取水构筑物选择与布置的技术经济方案（初步设计）。阐明水源地环境保护的水文地质依据。研究地下水的开采动态，以便确定地下水开采管理中的合理开采量及开采制度。提交水源地勘察报告。,给水工作人员将根据勘察报告正确地进行给水
2、源地的设计（施工图设计），即设计开采井的布局，井的结构与供水管网的设计，以及进行开采后生产井的管理工作。因此要求给水工作者必须学会阅读和利用水文地质勘察报告；读懂报告中提供的所有条件；所以给水人员不仅应有一定的水文地质基本知识，了解进行水资源评价的计算方法与依据；而且还应懂得一些水源勘察的基本方法，以便进行地下水供水源地的合理设计。,2.水文地质资料的收集在水源勘察开始之前的准备工作中，应收集下列水文地质资料：（1）专门的水文地质勘察资料：了解拟开采地下水的地区是否进行过供水水文地质勘察工作。因为一些专业的水文地质单位常常对一些城市及工矿附近地区进行过这项工作。,（2）综合性水文地质普查资料：
3、所谓综合性水文地质普查，就是在较大的区域内主要靠水文地质测绘，配合少量的钻探、物探工作，对整个区域内的水文地质条件做一般了解。我国已在很多地区进行过这种综合性水文地质普查，其资料虽还不能直接作为设计的依据，但对拟开采地下水地段的水文地质规律可提供重要线索。（3）地质普查及矿产勘察报告中的水文地质资料：在普查找矿和矿区的勘察工作中，一般都有一些个别水点（民井、泉等）的调查资料以及矿区水文地质条件的论述。这种资料对分析研究一个地区的水文地质条件也会有重要的参考价值。,3.勘察工作的内容与程序水文地质勘察工作应根据城镇、厂矿企业的不同特点和不同发展方向，因地制宜开展工作。对于地下水动态基本受自然因素
4、控制的未开采区和少量开采区，应按一般要求有步骤分阶段进行供水水文地质勘察工作，包括水文地质测绘、物探、钻探、抽水试验和地下水动态观测等；对于地下水动态主要受开采因素控制，并出现与地下水开采有关环境地质问题的开采区，应分别情况确定工作内容，包括开采现状调查、补给条件调查、边界条件调查、水质污染调查，以及与开采有关的环境地质问题调查、勘察与试验，地下水动态与均衡观测等。 勘察工作程序是：接受任务确定工作方案编制勘察纲要野外作业资料整理提交报告检查验收质量评定。,4.勘察阶段的划分通常分为初勘与详勘两个基本阶段。（1）初勘阶段主要任务是解决水源地具体位置问题。通过水文地质勘察，在查明水文地质条件的基
5、础上，对可能利用的水源进行初步的质与量的评价，加以比较和论证，确定拟建水源地，为给水工程初步设计和详细勘察提供依据。（2）详勘阶段主要任务是在拟建水源地及其取水建筑物范围内进行勘探及试验工作，以便全面地评价地下水资源，并提出最佳开采方案，为给水工程施工图设计取水构筑物类型、布置方式提供资料依据。,5.允许开采量的精度及其保证率要求 允许开采量的精度是随着勘察阶段的发展而不断提高的。允许开采量的精度分为A、B、C、D、E共5级。E级精度最低，主要以搜集资料，用经验的水文地质参数估算，为预测资源量。D级要求通过小比例尺水文地质测绘，在概略评价地下水资源的基础上，估算允许开采量，为推断资源量。C级与
6、B级的区分，主要是完成的工作量不同，B级强调了对大型而复杂的水源地，要求一个水文年以上的地下水动态观测资料，以及要求进行群孔干扰抽水或试验性开采试验，还需要建立和完善数学模型，预测地下水开采条件下水位、水量、水质的变化。A级要有三年以上水源地连续的开采动态资料，可作为水源地合理开采以及改建、扩建工程设计的依据。B级允许开采量、通常是供水工程施工图设计的依据；C级允许开采量可作为供水工程初步设计的依据；D级与E级允许开采量，只能满足可行性研究与规划设计要求。,用地下水作为供水水源时，与地表水一样，一般要求达到90%97%的保证率。 除确保开采量外，还有一个与开采量有关的开采年限问题。它要求在开采
7、期间不发生水泵吊泵，水质恶化和地面沉降、塌陷等环境地质问题。,第2节水文地质测绘,水文地质测绘内容,水文地质测绘是水文地质勘察的基础和先行工作。是在地表通过地质、地貌、地下水及其他与地下水有关的各种现象的观测、综合分析和制图工作，来认识勘察区域地下水埋藏、分布和形成条件的基本调查方法。 钻探、试验工作，都是建立在水文地质测绘的基础上的。,水文地质测绘的内容：1.地质调查地质调查是整个水文地质测绘的基础，其主要内容有：（1）区内各地层的岩性、构造、产状、厚度、成因、时代、层序组合、接触关系及其空隙特征，透水性与富水性；（2）区内大地构造体系及其控水规律，褶皱与断裂构造的基本特征，分布范围与富水部
8、位；（3）野外节理裂隙形态、力学性质、充填情况、延伸方向与长度的测量统计，分析不同地层和构造部位的裂隙及其富水性。,2.地貌、第四纪沉积物调查地形、地貌特征是内外营力综合作用的结果，它反映了地质构造与近代沉积物之间的内在成因联系，控制着地下水的埋藏分布与补给排泄。第四纪沉积物是地下水分布活动的重要场所，是供水的重要目的层。因此是水文地质测绘的重要内容。,（1）各地貌单元的形态、成因、年代和分布规律；地形与岩性、构造的内在联系；地貌结构对地下水分布、埋藏、循环、富集的影响。（2）各类第四纪沉积物的分布、成因、时代与岩性，结构、构造、厚度及其透水性和富水性。（3）新构造运动的基本特征及其对第四纪沉
9、积物、地貌条件与地下水的影响。3.地下水露头的调查地下水露头（泉、井）是认识地下水及其含水层的“窗口”。因此，水文地质测绘时要求在观测点中占一定的比例。,（1）调查泉水出露的位置、标高及与当地侵蚀基准面的相对高差；泉在出露处的地质构造和涌出地面的特征；找出泉水的补给含水层；了解泉水类型、温度、流量及随季节性变化情况；并取水样作物理性质、化学成分的分析，确定有无医疗价值，等等。（2）调查井的位置、标高、深度、结构、形状及口径；结合地层剖面确定井的取水层位置、厚度和岩性等；测量水温、水位，并选择有代表性的井做简易抽水试验和取样分析；调查水位、水量的季节变化等。4.气象调查及下垫面因素的调查（1）收
10、集降水量、蒸发量、气温、相对湿度等历年的气象资料。,地下水的主要补给来源是降水。我国大多数地区的降水存在有每34年为一小周期（指丰、平、枯水年）；每1020年为一中周期，每35年左右为一大周期。（2）收集下垫面因素的资料调查地表水的性质、位置、分布范围、水位、流量、水质与动态变化；地表水切割的地形、岩性、地质构造特征及与地下水的补给排泄关系等。,5.地下水化学调查地下水化学特征是补给、径流等水文地质的综合反映，同时也是水质评价的依据，因此是测绘的重要环节之一。,6.地下水开发利用现状调查调查的内容主要包括：（1）开采井的分布位置、井深、井的结构、取水层位的岩性与厚度、开采形式（连续开采与季节开
11、采）、开采量与开采动态。（2）查明开采漏斗中心的水位、漏斗面积与形态；了解漏斗中心水位的下降速度与幅度。（3）了解地下水开采对水质的影响，以及其它不良环境地质现象，如地面沉降等。,不同地区水文地质测绘的特点,1.山前冲洪积扇地区山前平原地区，松散沉积物、地貌与地下水之间的成因联系，主要反映在由山区向平原的水平分带规律上。测绘的特点是抓两头：（1）抓上游山区与冲洪积扇的接触性质，山区基岩的岩性与山口以上的汇水面积。以判断松散沉积物的沉积厚度，山区地下径流与地表径流对冲洪积扇的补给。（2）抓下游冲洪积扇溢出带的位置、溢出状态与溢出量，并圈定冲洪积扇范围，判断其水资源量。,2.山间河谷及冲洪积平原地
12、区,3.滨海地区,2.山间河谷及冲洪积平原地区第四纪地质、地貌与地下水之间的成因联系主要反映在垂直古、今河流的水平分带上，河谷阶地与古河道是调查重点。包括阶地的时代、阶地沉积物特征，阶地的结构与类型，阶地的分布高度与范围；古河道的变迁，分布规律与岩性特征及其补给排泄条件。此外，在平原地区还应注意沉积物的垂向变化，调查深部承压水的富水性及其开采条件。3.滨海地区包括滨海平原、河口三角洲和沿海岛屿。在海相沉积物和潮汐作用的影响下，地下水的水质变化复杂，查明咸淡水的分布范围及其彼此之间的关系，寻找透镜体是测绘的主要任务。调查中要注意海水中淡水泉分布出露条件与流量，分析其成因与补给来源。,4.黄土地区
13、5.沙漠地区6.基岩山区第3节水文地质物理勘探（简称物探）,水文地质物理勘探是通过对地壳的各种物理性质（如弹性波、电阻率、磁性、密度等）的测定，间接地判断地面以下各种地质、水文地质现象。,物探虽然不能代替其他勘察手段，但可提高勘察工作的精度和准确性。,在综合水文地质勘察中，一般应遵循在水文地质测绘基础上，先物探后钻探的勘探程序。,供水水文地质中常用的物探方法：,1.电阻率法。,2.电测井法。,3.地震折射法。,第4节水文地质钻探 在水文地质测绘和物探的基础上，进行水文地质钻探，它的特点是勘察深度大，是直接揭露含水层的最可靠手段，也是各种勘察方法中耗资最大、耗时最长的工作。是开采地下水必不可少的
14、工程。 1.钻探的任务 见P157，共6条。 2.水文地质钻孔布置原则 见P157。第5节抽水试验 抽水试验是水文地质勘察中的重要环节。抽水试验工作是完成地下水水量评价的关键。抽水试验的主要目的是测定含水层的水文地质参数，为资源评价与取水构筑物设计提供重要依据。,一、抽水试验的主要任务见P158，共5条。二、抽水试验的基本类型 1.单孔抽水试验 只在一个孔内抽水，做一至三次水位下降，可求得钻孔的出水量与水位下降的关系以及含水层的富水性和渗透性。 多在初步勘探阶段进行，用于对水文地质条件起控制作用的地段；或者是用于含水层埋藏深度较大以及在基岩地区进行勘探时施工困难地段。 2.多孔抽水试验在一个钻
15、孔内抽水，而抽水孔的周围又布置有一个或若干个观测孔。 多孔抽水试验除测定含水层的水文地质参数外，还可了解影响范围、下降漏斗形态与变化，确定合理的井距及地下水与地表水之间的水力联系等。,该类型抽水试验多用于详勘阶段，在有供水意义的主要含水层地段进行。 观测孔的布置应以抽水孔为中心，分别垂直和平行地下水流向排列。根据含水层的均匀性和生产的具体要求，观测孔的排数可为一排至四排，每一排上各观测孔之间的距离应当是距抽水孔愈近距离愈小，以便控制下降漏斗的形状变化。,3.群孔干扰抽水试验 在两个或两个以上的井孔中同时抽水，用来了解区域水位下降与总开采量的关系，进而评价地下水的允许开采量及确定合理的开采方案等
16、。 该类型抽水试验比较复杂，成本高，故多用于详勘和开采阶段。,4.试验性开采抽水一般在开采阶段进行。这种抽水试验通常需要投入较多的人力物力，而且工期较长，因此，只有在下列条件下才进行：,勘察区为深层承压水，补给量不易查清，评价地下水开采量有困难；进行的勘察工作量较少，又缺乏地下水长期动态观测资料，因而对开采过程中的允许开采量还不能作出准确评价时，可通过开采性抽水试验，取得水文地质参数，确定抽水井的实际出水量，作为评价允许开采量的依据。 开采抽水试验应在枯水期进行，而且使各抽水井的总水量接近需水量。 当抽水时下降漏斗的水位如能达到稳定，则抽水延续时间不宜少于1个月，如果达不到稳定，则抽水宜延续到
17、下一个补给期。,三、抽水试验的技术要求 1.稳定流抽水试验（1）抽水试验层次及试验段的确定一般要选择富水性最好的层或段作抽水试验。多含水层地区应做分层抽水试验，只有在含水层很薄或不易分层的情况下，才可做几个层在一起的混合抽水试验。但在水质差别较大的沿海或岛屿地区，无论如何亦得进行分层或分段抽水试验。（2）抽水试验井中水位下降值和下降次数的确定 一般要求进行三次水位降深（三个落程），以保证试验的正确性和确定Qs曲线；只有当水位下降很大而出水量很小，或是水位下降很小而出水量很大，或者进行开采抽水试验时，才可做12次的最大水位下降。,最大降深值smax对潜水应为其含水层厚度的 之间，对承压水不得低过
18、隔水顶板。并应尽量接近实际使用时的动水位值。如地下水很丰富，水位下降有困难，smax至少不得小于3m。三次落程的关系式为s1=smax； ； 在粗大的卵石层及基岩中抽水，抽水落程应由大到小，以利于含水层中的细小颗粒再一次被冲洗并排出孔外；在松散地层中抽水则应由小到大，以免孔壁坍塌和由于抽水过猛造成过滤器堵塞。 在抽水设备和允许流速可能的条件下，下降值愈大愈好，最好接近甚至大于将来开采条件下的水位下降值。在各次水位下降的抽水试验中，吸水管口的安装深度应当相同。,（3）抽水稳定标准和稳定延续时间的确定 见P159。（4）抽水试验中的测量要求见P160。,2.非稳定流抽水试验（1）抽水试验中的测量要
19、求在非稳定流抽水的过程中，抽水井的出水量必须保持不变。,为了绘制slgt曲线，抽水试验初应加密观测，即按1、2、3、4、5、6、8、 10、15、20、25、30min各观测1次，以后则每隔30min观测1次。,（2）抽水延续时间的确定,非稳定流抽水延续时间，常按slgt曲线来判断。,当曲线出现拐点后趋近于稳定水平状态时，则可结束抽水试验工作。当slgt不出现拐点而呈直线下降、动水位不稳定时，则抽水延续时间应根据试验目的适当延长。 四、抽水试验资料的整理与分析,1.稳定流抽水试验资料整理（1）现场资料整理绘制Qs、Qt与st关系曲线，以便发现试验过程中出现的异常现象，可及时处理。,还可根据曲线
20、变化趋势，判断稳定时间的起点和稳定延续时间的长短。一般Qt和st曲线在抽水初期，水位下降和出水量较大而不稳定，一定时间后， Q、s 渐趋稳定，Qt 和st 两曲线平行。,绘制Qs曲线。此曲线需有两次以上降深的抽水试验资料，将各次稳定状态下所选定的同一时间观测的Q和s点在右图上。常有以下4种形式：,曲线一般情况下表明地下水具有承压性，因承压水符合直线渗透规律；但如果水位下降较大，或含水层富水性较弱，补给条件较差时，承压水亦可能成为曲线型；曲线在一般情况下表明地下水是没有承压性的潜水，符合抛物线渗透规律；但如果水位下降小，或含水层的富水性强，补给条件好时，潜水亦可能成为直线型；,曲线表明地下水源不
21、足，没有充足的补给来源，抽水时主要消耗的是地下水的固定储存量；当过滤器被堵塞或井壁坍塌时，亦可出现这种现象。 曲线表明抽水试验时， 测量中有错误或洗井工作未做好，致使单位出水量在抽水过程中逐渐增大，这种资料不能应用，必须重新进行抽水试验，但亦有人认为这种现象是由于抽水时吸水管口伸入到过滤器下半部，并有三维流造成的损失时而出现的一种正常现象。,（2）室内资料整理见P161。2.非稳定流抽水试验资料整理绘制slgt或slg 关系曲线。根据曲线形状，选择计算参数的公式。如有若干个观测孔时，可绘制slgr关系曲线。用理论曲线与实测点据对比法即配线法求T和m*。 从曲线的形状可以帮助判断含水层的性质、有
22、无边界和边界的类型。现场绘图决定抽水延续的时间，及时发现问题，查明原因，纠正差错。 绘制水位恢复曲线图，可进一步判断含水层的性质、有无边界和边界的类型。 其他室内整理资料的内容与稳定流抽水试验时相同可参考整理。,第6节地下水动态观测 地下水动态是指地下水的水位、水量、水温及水质（化学成分和气体成分）在各种因素综合影响下随着时间而有规律的变化。 研究地下水的动态是为了掌握它的变化规律和预测它的变化方向。 1.地下水动态观测的内容 水位、水温、泉的涌水量、生产井的出水量，并取水样及水中含的气体样进行分析。 观测时间的间隔根据含水层类型、季节、生产要求而定，一般每天到十天观测一次，水样分析可1个月或
23、1个季度做一次。雨季可适当加密观测次数。,为了掌握地下水与其影响因素之间的关系，掌握地下水动态变化的形成规律，进行地下水均衡计算时，在地下水动态观测期间，应同时对气候、水文、地质、生物、人类活动等进行研究，应向附近气象站、水文站收集气温、降水量、蒸发量、地表水体的水位、流量、水温、水质等方面的多年平均值、年平均值、月平均值、最大最小值等资料。 观测期限一般不小于一个水文年。,2.地下水动态观测点的选择和布置原则见P162。,3.地下水动态观测资料的整理见P162。,第7节地下水资源评价 地下水资源是指有使用价值的各种地下水的总称。地下水资源评价是指在水质保证的前提下对地下水作出的定量判断。,一
24、、地下水资源的评价内容及评价原则见P163。二、地下水资源的补给量和储存量的计算 地下水资源的补给量的计算1.综合补给量的计算根据水均衡方程式得出综合补给量（Q补）： Q补=E+Qy+Qj+QkW/365 式中 Q补每日地下水接受的补给量（m3/d）； E地下水每日平均蒸发量（m3/d），可通过蒸发地段上、下游地下水径流量之差值得知；,Qy地下水每日平均溢出量（m3/d），可由实测得知；Qj每日流出计算地段的地下水径流量（m3/d），可由计算地段下游断面测得；Qk每日平均开采量（m3/d）；实测可得；W地下水储存量的年变化值（m3），通过动态观察可算出（当年储存量小于上年者取负值，反之取正值）
25、。,2.大气降水渗入补给量的计算对于浅层地下水资源大气降水渗入补给是主要的补给形式，一定区域内补给量的计算可用下式,对于埋藏深度较大、山前侧向径流较强、开采后自然回升干扰较大的山前平原区，则可采用水量平衡法：,3.地下径流流入补给量（侧向补给量）从相邻区流入开采区的地下水侧向补给量可直接用达西断面流量公式进行计算，即,在岩溶地区地下水流入量常用地下径流模数法确定。,地下河系各个地段的地下径流量Q即可根据全区径流模数M0与各地段的径流面积F求出： 地下径流模数的数值大小存在着地区性及季节性的变化；因此，在利用M0计算地下径流量时，要考虑补给条件的变化。,4.河水渗入补给量Q渗 直接测量开采区上游
26、河流的断面流量Q上和下游河流的断面流量Q下，则：Q渗=Q上Q下式中 Q渗河流对地下水的补给量，且必须Q上Q下。若Q上=Q下，为河流与地下水互不补给；Q上Q下则地下水向河流排泄。,因河流两岸的开采条件不同，故河水对两岸的渗漏补给量亦常不同。,因为 所以 由于 ，则,于是河流的渗漏补给量为： Q渗=Q1+Q2= Q上+ Q下,5.越流补给量潜水含水层（开采层）受相邻含水层的垂直越流补给时的计算公式为,承压含水层顶板和底板都有越流补给时的计算公式,6.开采补充量见P166。,地下水资源储存量的计算,地下水的储存量是指储存于含水层内的重力水体积。是由补给量转化而来，其数量的变化决定于补给和排泄的关系。
27、 1.容积储存量 潜水或承压水含水层的容积储存量为 W容=mV 式中 W容容积储存量，m3；V含水层的体积（m3）；m含水层的给水度。,2.弹性储存量承压含水层的弹性储存量为 W弹=Fm*h 式中 F越流面积（m2）； m*承压含水层的释水系数； h承压含水层自顶板算起的压力水头高度，m。,地下水资源允许开采量的评价方法,允许开采量是通过技术经济合理的取水构筑物，在整个开采期限内，出水量不能减少、动水位不超过设计要求、水质变动在允许范围内、不影响邻近已有水源地的正常开采、不发生危害性的工程地质现象的前提下，单位时间内从水文地质单元或取水地段中能够取得的最大水量。 供水工程要求其取水量不能超过允
28、许开采量，而长期允许开采中一般不包括储存量部分，即不能消耗储存量，否则将造成过量开采所引起的种种不量后果。当枯水期（年）补给量不足时所使用的储存量，必须从丰水期（年）得到补偿加以偿还。如果技术经济上允许动用储存量的一部分，则可抽用。,一般集中开采的供水水源地，按其动态特征可分为稳定型、调节型和疏干型3种类型。,1.对于稳定型水源地在合理开采的过程中，地下水的动态趋于稳定状态。,这类水源地允许开采量的评价，一般情况下可根据井的布置、边界条件和水力性质等采用“稳定流公式”。对于一些需水量不大，而地下水补给量又较丰富的地区，则可用试验推断法确定允许开采量。对于泉水或暗河作为水源时，其允许开采量可通过
29、天然和人工露头测得流量并结合其动态资料进行确定。,2.对于调节型水源地,这类水源地的特点是：依靠储存量的调节作用来弥补非补给时期的消耗量。所消耗的储存量能在补给期内很快得到补偿。 评价这类水源地允许开采量的最佳方法是“补偿疏干法”。对于分布面积不大而厚度较大的含水层，当开采期储存量起到调节作用时，亦可采用资源平衡法、开采试验法或降落漏斗法来确定允许开采量，并论证丰水期补偿的可能性。,3.对于疏干型水源地这类水源地的特点是：距补给区较远或埋藏稍大的承压含水层地区，这种地区由于增加的开采补给量和减少的天然消耗量不能满足开采量的要求，则使得储存量逐年消耗，如不采取人工补给措施，这种水源将开采枯竭。根
30、据此种水源地的的动态特征，其允许开采量的评价方法应当采用“非稳定流法”、“数值法”和“开采试验法”。,水文地质比拟法,最常见的是以稳定流为基础的单位涌水量比拟法，其表达式为：,满足裘布依完整承压井流时，,则 符号含义见P168。,对于干扰井群的水源地，常用,上述表达式中，Q与s为线性关系，所以计算水量的结果往往偏大。实际上流量的增长速度比水位降深要慢，尤其是呈潜水状态时，Q与s往往呈非线性关系。因此，也有采用以下表达式：,或,式中m为待定的指数，依不同井的水文地质条件而定。上述比拟公式不含时间变量，显然只适于含水层（或含水系统）规模较大，补给来源充足的条件。,试验推断法 试验推断法亦称为Q-s
31、曲线外推法。在地下水资源丰富地区，常因抽水设备的限制，抽水量或水位降深达不到设计要求，只能在小于开采量的条件下抽水。于是就不能用抽水结果直接评价允许开采量，但可根据长期稳定抽水资料推断允许开采量。因为不论是单孔还是群孔，其稳定抽水量和稳定水位下降之间，存在着一定的函数关系。试验推断法，就是根据这种函数关系用外推法求出设计降深下的开采量。可分下列2步进行：,1.鉴别Q-s曲线类型及进行曲线方程中各参数的确定 通过抽水试验取得的Q-s曲线，可能有4种类型，即直线型、抛物线型、指数型和对数型，可用曲度值n判别其类型，即,（1）n =1时为直线型，方程为 Q=qs 式中 q 单宽渗透量，m2/s； s
32、 水位降深，m。 一般出现在承压含水层地下水呈层流运动的条件。（2）n=2时为抛物线型，方程为 式中 s设计水位降深值，m； Q设计水位下降时相应的出水量，m2/d； a、b为系数，可按两次降深抽水试验资料求得,当有两次以上抽降资料时，可按最小二乘法求得,式中Q、s为同次抽水的水量和水位降深，N为降深次数。一般出现在含水层（或含水系统）规模大，补给条件好，地下水运动呈层流紊流条件。,（3）1n2时为对数型，方程为,当有两次以上抽降资料时，可按最小二乘法求得,当采用指数型和对数型曲线方程时，应对有关资料慎重加以鉴别，不要将不稳定的Q、s值，当作稳定井流试验资料而建立相应的方程。此外，当s很小时，
33、不宜采用对数曲线方程。,2.根据设计水位下降值推算允许开采量,当上述各方程的参数确定之后，只要给定一个设计水位代入（8.15）或（8.16）或（8.17）式，即可推算出相应的出水量。但实践表明设计水位下降值并不能任意给定，必须符合下列原则： 见P170。,开采试验法 在某些地区，如裂隙发育的基岩地区和岩溶地区等，水文地质条件复杂，补给源一时不易查明，如果要急于确定允许开采量时，则只能采用开采试验法（或称开采抽水法）。这种方法对潜水和承压水、新旧水源地都适用，但不宜用于大型水源地。 具体步骤如下： 完全按照开采条件抽水，最好在干旱季节进行，延续一至数月，抽水结果可能出现两种现象：（1）在长期抽水
34、过程中，水位达到设计水位下降后一直保持稳定状态，而且抽水量亦大于或等于用水量，停抽后，水位又很快恢复到原始水位。以上情况说明抽水量仍然小于开采条件下的补给量，所以按此抽水量开采是有补给保证的。这时的抽水量就是要求的开采量。,（2）在长期抽水过程中，水位达到设计降深后并不稳定，还继续下降，停抽后，虽然水位有所恢复，但始终达不到原始水位。这说明抽水量已超过开采条件下的补给量，按此抽水量开采是没有保证的。这时，可以按下列方法评价允许开采量： 在水位持续下降的过程中，只要大部分漏斗开始等幅度下降，而且降速大小与抽水量成比例，则任一时段的水量均衡关系应满足下式： 见P171。,由上式可解出Q抽,这表明从
35、含水层中抽出来的水量是由两部分组成的，一是开采条件下的补给量（Q补），二是储存量（ ）。如果将（8.19）式分解开求得Q补， 则可以评价允许开采量。 分解的方法是把抽水比较稳定、水位下降比较均匀的若干时段资料，分别代入（8.19）式，再用消元法解出Q补和mF值。 为了校对Q补的可靠性，还可用水位恢复资料进行检查，因为在抽水过程中，如果出水量小于实际补给量时，会发生水位均匀回升，这时（8.19）式中的 应取负值，于是：,当停止抽水时，Q抽=0则：,如果检查Q补是可靠的，则可用Q补结合水文地质条件和需水量来评价允许开采量。 见P172例8.1,水均衡法,水均衡法是研究某一地区（均衡区）在一定时间内
36、（均衡期）地下水的补给量、储存量与消耗量之间的平衡关系，来评价该区水源地允许开采量的一种方法。对于一个含水系统，补给量与消耗量之差即为储存量的变化值。这就是质量守恒定律在水均衡中的应用。根据此原理，可建立水均衡方程。,为保证水源地长期稳定开采，并且不引起环境恶化，其允许开采量Q采为： Q采Q1+Q2（根据具体条件而定）,此法主要适用于地下水埋藏较浅，地下水的补给和消耗条件比较单一地区。此法的优点为：简单和切实可行；缺点为：评价的结果比较粗略。,解析法,在渗流理论中，用偏微分方程求解地下水的运动规律，此法称为解析法。1.稳定井流原理及应用条件 承压井,潜水井 式中 称为稳定井流阻力系数，其他符号
37、意义同第5章。 对于不同边界条件下的稳定井流计算，可参照表8.4相应的RA值进行。,在集中分布的多井开采水源地中，由于井点分布面积较大，形状十分复杂，直接采用上述公式计算会有困难。因此，可将形状不规则的布井系统概化为一个理想的“大井”，整个系统的出水量相当于此“大井”的抽水量，“大井”抽水时形成一个统一的降落漏斗。这样，就可利用上述稳定井流公式进行水量预测。这种方法称为“大井法”。,采用“大井法”预测水量时，要将井流公式中的井径（r0）换算为假定“大井”的引用半径。当大井系统面积（F）接近正方形或其长度比小于2时，引用半径（ ）可按下式计算 当大井系统的长、宽比大于2时有： 式中 P大井系统分
38、布面积周长（L）。然后，将井流公式中的R改为引用影响半径（R0）。即,一些含水层分布范围较广的水源地，多年抽水所形成的水位降深基本稳定在一定范围内，只是水位下降漏斗每年随旱季、雨季而交替收缩和扩大，这种情况，也可近似视为稳定井流，采用“大井法”计算。 2.非稳定井流原理及应用条件,对于无限含水层，通过泰斯公式，可以预测供水计算中三个主要内容。（1）已知s、t 求Q 承压井,潜水井,非稳定井流阻力系数,（2）已知s、Q求t即根据已知的设计水位降深及供水能力，预测到达该水位降深所需的出水疏干时间。 承压井,潜水井,（3）已知Q、t 求s,承压井,潜水井,与稳流井流计算一样，如将多井点分布的水源地概
39、化为一个“大井”，则可按上述“大井”法进行计算。 上述井流公式均适应于无限含水层。 对于有界含水层，可将公式中的阻力系数RA及Rn分别按表8.4的具体形式替换，再进行计算。,扩建水源地的允许开采量的计算方法下降漏斗法,此种方法最适合于计算大面积分布的深层承压水地区的扩充开采 量，也可用于勘察区附近有水文地质条件与之相似的水源地。 当一个水区域内有若干个井同时抽水时，则会由于相互干扰形成一个大的区域下降漏斗，区域内水位下降最大值往往在开采区的中心或井群集中的地段，而区域水位下降值是与该区域内地下水的开采量成正比。因此，应当先根据区域开采地下水资料，计算出区域的地下水单位水位下降值a，即区域内开采
40、水量等于1000m3/d时的水位下降值，即：,s值可根据等水位线图和漏斗剖面图求得，如果区域内有几个漏斗时，则可利用各个小漏斗的最大降深值的加权平均值作为全区域的最大水位下降值。当s值确定之后，代入（8.34）式即可得到a值，然后根据设计的区域最大允许水位下降值s允，计算出区域最大允许的开采量Q允开：,从上面的讨论中可以看出，下降漏斗法比较简单，只要确定了a值，就可以应用（8.35）求出允许开采量Q允开。当水文地质条件相似时，还可引用其它地段的a值进行推算。,补偿疏干法,此法主要用于地下水的补给集中在雨季，而旱季的开采量主要消耗雨季得到的储存量。计算的目的是求得旱季的消耗量和雨季的补给量。 以
41、时间t 为横坐标，水位降深s为纵坐标绘st 曲线；从图7.3中水位过程曲线可以看出，在定量抽水的条件下，当经过t0时段出现s0以后，水位便开始转入等速下降，下降速度等于出水量与漏斗给水面积的比值：（见P177）。,根据mF值评价允许开采量的方法：1.求雨季的补给量设在雨季抽水时，经过t 时段测得水位回升值为s，出水量为Q2，则补给量应该等于出水量与补偿疏干量之和：,2.求全年的允许开采量 如果地下水一年内接受补给的时间为t补，则可得到总的补给量为Q总补=Q补t补，把Q总补分配到全年开采，即可得到允许开采量为,这样计算出来的Q允开对于一年来说肯定是有保证的，但对于气象周期出现的干旱年系列及考虑到
42、勘探精度等，则应加一个开采系数r： 当r =1时，说明开采量等于补给量；当r 1时，说明开采量小于补给量。目前r一般采取1.43.0。,3.求单井或水源地的最大允许水位下降值smax首先用下式计算旱季末期井或水源地的最大水位下降值： 见P178例8.2,数值法 对于条件较为复杂的水源地，允许开采量的评价只能借助于数值法。数值法的基本原理就是把本来在时间上和空间上连续的函数离散化来求解地下水运动偏微分方程的一种近似计算方法。用数值法评价允许开采量，就是要求得有限节点在有限时刻的水头近似值，只要能逼近于水头真实值H，则可达到评价允许开采量的目的。,1.地下水运动的偏微分方程及定解条件描写地下水运动
43、的偏微分方程是建立在水均衡和达西渗流定律基础上的。以均质承压含水层二维非稳定流为例，其地下水运动偏微分方程为：,（x、y）,其中H0（x、y）为已知函数。边界条件一般分为两类，一类是已知水头的边界，称为第一边界，数学表达式为：,（x、y、t）,若水头值不随时间变化，称为定水头边界，可表示为,另一类为已知流量边界，称为第二类边界，数学表达式为：,（x、y、t）,（x、y、t）,其中，n为外法线方向，Tn为此外法线方向导水系数，q（x、y、t）为边界上单宽流量，规定流入为正，流出为负。G1、 G2分别为第一、二类边界。当G2为隔水边界或不透水边界时，即q =0，此时，可写为：,故一个完整的均质二维
44、非稳定地下水运动偏微分方程为：,（x、y）,（x、y、t）,（x、y、t）,2.有限差分的基本原理 数值法解地下水运动偏微分方程最常用的方法有差分法和有限单元法两种。下面仅简单地介绍有限差分法。 有限差分通常是将研究区剖分为若干网格（格距为x及y，可等距或不等距，其交点为结点），并将时间离散为若干t时段，这样变量x、y、t就被离散为x、y、t，然后用差商近似代替导数，例如：对于一维稳定流场中，地下水随x距离的变化为H=H（x），则有：,在非稳定流中，水头随距离及时间的变化为H=H（x，t）则有： 初始条件和边界条件也作相应变化，这样就可将地下水运动偏微分方程的定解问题化为一组差分方程代数组求解。 例如一维承压非稳定流方程 可用下列差分方程来代替：,第8节供水水文地质勘察报告 见P181。,