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1、第九章地下水资源开发利用工程第一节第一节水源地的选择及其允许开采量的确定水源地的选择及其允许开采量的确定一、地下水水源地的选择一、地下水水源地的选择1.集中式供水水源地的选择集中式供水水源地的选择应考虑以下技术和经济方面的条件应考虑以下技术和经济方面的条件为为满满足足取取水水量量要要求求和和节节省省建建井井投投资资，供供水水水水源源地地(或或开开采采地地段段)应应尽尽可可能能选选择择在在含含水水层层层层数数多多、厚厚度度大大、渗渗透透性性强强、分分布布广广的的地段上。地段上。如如冲冲积积扇扇的的中中、上上游游砾砾石石带带和和轴轴部部、冲冲积积平平原原的的古古河河床床；厚厚度度较较大大的的层层状
2、状或或似似层层状状裂裂隙隙岩岩溶溶含含水水层层；延延续续深深远远的的断断裂裂及及其其它脉状基岩含水带。它脉状基岩含水带。为为增增加加开开采采补补给给量量、保保证证水水源源地地的的长长期期均均衡衡开开采采，水水源源地地应应尽尽可可能能选选择择在在可可以以最最大大限限度度拦拦截截区区域域地地下下径径流流的的地地段段。接接近近补补给水源和能充分夺取各种补给量地段。给水源和能充分夺取各种补给量地段。如如基基岩岩地地区区的的水水源源地地常常常常选选择择在在集集水水条条件件最最好好的的区区域域性性阻阻水水界界面面的的上上游游一一侧侧；在在松松散散地地层层分分布布区区，水水源源地地应应尽尽可可能能靠靠近近补
3、补给给地地下下水水的的河河流流岸岸边边；在在岩岩溶溶区区，水水源源地地最最好好选选择择在在区区域域地地下下水径流的排泄区附近。水径流的排泄区附近。为为保保证证水水源源地地投投产产后后能能按按预预计计开开采采动动态态正正常常运运转转和和为为避避免免过过量量开开采采产产生生的的种种种种有有害害后后果果，在在选选择择水水源源地地时时，要要从从区区域域水水资资源源综综合合平平衡衡观观点点出出发发，尽尽量量避避免免出出现现新新旧旧水水源源之之间间、工工业业和和农农业业用用水水之之间间，供供水水与与矿矿山山排排水水之之间间的的矛矛盾盾，也也即即新新建建水水源源地地应应尽量远离原有的取水点或排水，减少互相干
4、扰。尽量远离原有的取水点或排水，减少互相干扰。为为保保证证取取出出水水的的质质量量，水水源源地地应应选选择择在在不不易易引引起起水水质质污污染染(或恶化或恶化)的地段上。的地段上。如如：把把水水源源地地选选择择在在远远离离城城市市或或工工矿矿排排污污区区的的上上游游；远远离离已已污污染染(或或天天然然水水质质不不良良)的的地地表表水水体体或或含含水水层层地地段段；避避开开易易于于使使水水井井淤淤塞塞、涌涌沙沙或或水水质质长长期期混混浊浊的的流流砂砂层层或或溶溶岩岩充充填填带带。为为减减少少垂垂向向污污水水渗渗入入的的可可能能性性，最最好好把把水水源源地地选选择择在在含含水水层层上上部部有有厚度
5、较大的稳定隔水层分布的地方。厚度较大的稳定隔水层分布的地方。水水源源地地应应选选在在不不易易引引起起地地面面沉沉陷陷、塌塌陷陷、地地裂裂等等有有害害工工程程地地质作用地段上。质作用地段上。在在选选择择水水源源地地时时，还还要要从从经经济济上上、安安全全上上和和扩扩建建前前景景方方面面考考虑虑，在在满满足足水水量量、水水质质要要求求的的前前景景下下，为为节节省省建建设设投投资资，水水源源地地应应尽尽可可能能靠靠近近供供水水区区，为为降降低低取取水水成成本本。水水源源地地应应选选择择在在地地下下水水位位埋埋浅浅或或自自流流地地段段；河河谷谷水水源源地地要要考考虑虑水水井井的的淹淹没没问问题题；人人
6、工工开开挖挖的的大大口口井井取取水水工工程程，则则要要考考虑虑井井的的稳稳固固性性。可可有有多多水水源地选择时，未来扩大开采的前景条件。源地选择时，未来扩大开采的前景条件。2.小型分散区式水源地的选择小型分散区式水源地的选择集集中中式式也也适适合合山山区区基基岩岩裂裂隙隙水水小小型型水水源源地地的的选选择择。只只是是由由于于基基岩岩区区地地下下水水分分布布不不均均匀匀，水水井井的的布布置置主主要要取取决决强强含含水水裂裂隙隙带带的的分分布布位位置置。布布井井地地段段地地下下水水位位埋埋深深，以以及及布布井井地地段段上上游游有有无无较较大大补补给给面面积积地地下下汇汇水水条条件件以以及及夺夺取取
7、开开采采补补给给量量的的条条件，也是山区、选井位置必须考虑的条件。件，也是山区、选井位置必须考虑的条件。二、水源地允许开采量的确定二、水源地允许开采量的确定1.允许开采量的概念允许开采量的概念允允许许开开采采量量：通通过过技技术术经经济济合合理理的的取取水水构构筑筑物物，在在整整个个开开采采期期内内出出水水量量不不会会减减少少，动动水水位位不不超超过过设设计计要要求求，水水质质和和水水湿湿变变化化在在允允许许范范围围内内，不不影影响响已已建建水水源源地地正正常常开开采采，不不发发生生危危害害性性的的工工程程地地质质现现象象的的前前提提下下，单单位位时时间间内内从从文文地地质质单单元元或或取取水
8、水地地段段中中能能够够取取得得的的水水量量。单单位位m3/h、m3/d、m3/a。开采量：只反映取水工程的出水能力。开采量不准大于允开采量：只反映取水工程的出水能力。开采量不准大于允许开采量。许开采量。3.允许开采量的精度分级允许开采量的精度分级允许开采量按其精度分允许开采量按其精度分ABCDE五级，五级，A级最高。级最高。E级：一般用经验参数估算，用于对区域地下水的概略了解。级：一般用经验参数估算，用于对区域地下水的概略了解。D级级：用用于于规规划划阶阶段段水水源源地地的的选选择择。要要求求在在初初步步圈圈定定的的富富水水地地段上，根据小比例尺水文地质测绘的资料，估算允许开采量。段上，根据小
9、比例尺水文地质测绘的资料，估算允许开采量。C级：用于初步设计阶段。要求在水文地质初勘的基础上，用级：用于初步设计阶段。要求在水文地质初勘的基础上，用带观测孔的抽水试验或枯水期地下水动态观测资料，结合初步带观测孔的抽水试验或枯水期地下水动态观测资料，结合初步设计方案计算允许开采量，作为给水工程初步设计的依据。设计方案计算允许开采量，作为给水工程初步设计的依据。B级级：用用于于设设计计阶阶段段。要要求求在在水水文文地地质质详详勘勘的的基基础础上上，根根据据一一个个水水文文年年以以上上的的地地下下水水动动态态资资料料和和互互阻阻抽抽水水试试验验或或试试验验性性开开采采抽抽水水试试验验，运运用用数数学
10、学模模型型，结结合合具具体体开开采采方方案案，确确定定允允许许开开采采量量，论论证证保保证证程程度度。预预测测开开采采条条件件下下水水位位、水水量量、水水质质的的变变化化，提提出出保保证证和和改改善善措措施施，作作为为给给水水工工程程施施工工图图纸纸设设计依据。计依据。A级级：用用于于开开采采阶阶段段水水源源地地改改造造、扩扩建建及及保保护护。要要求求掌掌握握三三年年以以上上连连续续的的开开采采动动态态资资料料，具具有有为为解解决决开开采采水水源源地地具具体体课课题所进行的专门研究和试验成果。题所进行的专门研究和试验成果。地地下下水水具具有有流流动动性性和和可可恢恢复复性性特特点点，对对大大中
11、中型型水水源源地地来来说说，供供水水的的保保证证率率是是至至关关重重要要的的。作作为为B级级精精度度、要要求求采采用用97%的保证率。的保证率。4.允许开采量的计算允许开采量的计算水量平衡法水量平衡法是是运运用用物物质质不不灭灭原原理理，对对取取水水地地段段影影响响范范围围内内(平平衡衡区区)在在一一定定时时间间段段(平平衡衡期期，一一般般不不少少于于一一年年)中中，对对地地下下水水补补给给量量，储储存存量量和和排排泄泄量量之之间间数数量量转转换换关关系系进进行行水水量量平平衡衡计计算算，来来确确定定地地下水的允许开采量。下水的允许开采量。开采条件下，补给量开采条件下，补给量Qb、排泄量、排泄
12、量Qp和储存量之关系和储存量之关系如果要求稳定型开采动态如果要求稳定型开采动态(即储存量不补不动用即储存量不补不动用)，则最大允许开采量为则最大允许开采量为如如果果是是合合理理的的疏疏干干型型(消消耗耗型型)开开采采动动态态，则则最最大大允允许许开开采量为采量为补给量Qb的组成项目虽然很多，而且要准确的测得这些数据往往也是困难的，但对某一个具体的地区来说，常常并不是包含全部项目，有的甚至非常简单，应按具体条件的分析建立具体的水均衡方程式。如补给量与储存量的计算方法如下：A.地下径流量地下径流量QQ=KJBH或Q=KJBM(9-6)Q地下径流量m3/dK渗透系数m/dJ水力坡度B计算断面宽度mH
13、(或M)无压(或承压)含水层厚度m利用灌溉定额资料计算时Qb=mA1/365(9-11)入渗系数m灌溉定额m3/a对潜潜水水含含水水层而而言言，当当潜潜水水面面下下降降一一个个单位位时，单位位面面积柱柱体体含含水水层水水位位波波动带上上所所排排出出的的动水水的的体体积称称灌灌溉面面积。E.相邻含水层垂向越流补给量相邻含水层垂向越流补给量Qb=A（H2-H1）=AK（H2-H1）/mQb相邻含水层垂向越流补给量m3/dA越流补给面积m2越流系数1/dK越流层垂向渗透系数m/dm越流层的厚度mH2相邻含水层的水位mH1开采层的水位或开采漏斗的平均水位mF1含水层的容积储存量含水层的容积储存量Wv=
14、V给水度V含水层的体积m3G.承压含水层的弹性储存量承压含水层的弹性储存量WcWc=AShp(m3)(9-14)A计算面积m2S储水系数hp承压含水层自顶板算起的压力水头高度m开采试验法开采试验法由抽水试验确定允许开采量A.稳定状态，稳定状态，如图9-1。按设计需水量进行长时间抽水，当主井的动水位在允许降深之内，并能保持稳定，观测的动水位也能保持稳定，停抽水后水位又能较快地恢复到原始水位，表明抽水试验已达稳定状态，抽水量小于或等于开采时的补给量，按这样的抽水量是有保证的，这时实际抽水量就是允许开采量。抽水试验应在旱季进行，能满足则在补给季节更能满足。这样确定偏保守偏保守。稳定状态判定：在枯水期
15、无补给时稳定状态判定：在枯水期无补给时。对抽水叠加流场稳定状态的判断，必须排除天然疏干场的干扰。ho为天然疏干流场动水位。按抽水前实测日降幅推算，h1为天然流场和抽水流场的叠加动水位。抽水由初始时刻t。开始至t1和t3时刻，抽水流场的动水位s1和S3开始匀速下降，其速率与天然疏于流场的动水位S1和S3保持一致。水位降过程线S1S2，S3S4段的斜率保持不变(即s/d为常数)，并与天然疏干流场的S1S2，S3S4段平行，表明抽水流场处于稳定状态。水位恢复阶段由t4时刻开始至t5时刻，抽水流场的恢复水位(即动水位)开始与天然疏干流场的动水位重复，表明其动水位已恢复到天然疏干状态。总结：枯水季抽水试
16、验稳定状态的判断，有赖于对抽水枯水季抽水试验稳定状态的判断，有赖于对抽水前天然疏干流场水位降速与降幅的确定。前天然疏干流场水位降速与降幅的确定。B.非稳定状态非稳定状态按设计需水量在枯水季长时间抽水时，水位不稳定，特别是观测孔中的水位一直持续下降，降落漏斗不断扩展；停抽后水位虽有恢复，但始终达不到原始水位。说明抽水量大于补给量，已消耗了储存量，按这样的抽水量开采是没有保证的。这种情况下确定允许开采量，可以通过分析抽水过程曲线，求出抽水条件下的补给量作为允许开采量，或者考虑利用暂时储存量和旱季补给量作为允许开采量。为讨论方便，假设抽水时天然流场处于基本稳定状态，地下水水位变幅很小，可不考虑，如图
17、9-2。抽水初期，主井水位下降较快，随即趋于稳定，而观测井中水位仍继续下降，降落漏斗扩展。后期，出现主井水位与观测井水位同步等幅下降，说明抽水量大于补给量。取任一时段t的抽水产生水位降S，若无其它消耗，则水平衡关系为：为求Qb需先求A(用两次抽水试验求)设两次不同抽水试验的Qk1、Qk2和相应、则上述是采用枯水季抽水试验，补给量的计算是保守的。用样方法求得两季的补给量Qb雨，再分别雨季和旱季的时段长短t1、t2分配到全年，得：Qb1、Qb2雨季和旱季的补给量m3/dt1、t2雨季和旱季的时间dQb一年中雨季和旱季补给量m3/d用这样的补给量Qb1、Qb2作为允许开采量时，还应计算旱季末的最大水
18、位降Smax(用旱季补少开多)看是否超过最大允许降深(每一地下水都有一最大允许降深)SmaxS1雨季时的水位降Qk允许开采量试验法特点：允允许许开开采采量量比比较较可可靠靠；但但抽抽水水试试验验需需跨跨越越旱旱、雨雨两两季季，花花费费太太大大。只只适适宜宜水水质质地地质质条条件件复复杂杂的的中中小小型型水水源源地。地。C.解析法解析法是根据水文地质条件和布井方案，选用地下水动力学中相应的井流理论公式计算允许开采量。井距大，各水井之间相互影响极小时，用单井理论公式计算各井的出水量，其总和作为允许开采量。各水井间相互影响时，采用水位削减法等井群干扰计算公式，按布井方案计算出水量作为允许开采量。或将
19、不规的布井方案概化为规则的理想“大井”，用“大井”法计算出水量作为井群的允许开采量。解解析析法法计计算算井井的的出出水水量量作作为为评评价价允允许许开开采采量量依依据据时时，用水平衡法确定取水地段的补给量以论证其保证程度。用水平衡法确定取水地段的补给量以论证其保证程度。4.允许开采量的计算允许开采量的计算水量平衡法水量平衡法是是运运用用物物质质不不灭灭原原理理，对对取取水水地地段段影影响响范范围围内内(平平衡衡区区)在在一一定定时时间间段段(平平衡衡期期，一一般般不不少少于于一一年年)中中，对对地地下下水水补补给给量量，储储存存量量和和排排泄泄量量之之间间数数量量转转换换关关系系进进行行水水量
20、量平平衡衡计计算算，来来确确定定地地下水的允许开采量。下水的允许开采量。开采条件下，补给量开采条件下，补给量Qb、排泄量、排泄量Qp和储存量之关系和储存量之关系如果要求稳定型开采动态如果要求稳定型开采动态(即储存量不补不动用即储存量不补不动用)，则最大允许开采量为则最大允许开采量为如如果果是是合合理理的的疏疏干干型型(消消耗耗型型)开开采采动动态态，则则最最大大允允许许开开采量为采量为开采试验法开采试验法由抽水试验确定允许开采量A.稳定状态，稳定状态，如图9-1。按设计需水量进行长时间抽水，当主井的动水位在允许降深之内，并能保持稳定，观测的动水位也能保持稳定，停抽水后水位又能较快地恢复到原始水
21、位，表明抽水试验已达稳定状态，抽水量小于或等于开采时的补给量，按这样的抽水量是有保证的，这时实际抽水量就是允许开采量。抽水试验应在旱季进行，能满足则在补给季节更能满足。这样确定偏保守偏保守。稳定状态判定：在枯水期无补给时稳定状态判定：在枯水期无补给时。对抽水叠加流场稳定状态的判断，必须排除天然疏干场的干扰。ho为天然疏干流场动水位。按抽水前实测日降幅推算，h1为天然流场和抽水流场的叠加动水位。抽水由初始时刻t。开始至t1和t3时刻，抽水流场的动水位s1和S3开始匀速下降，其速率与天然疏于流场的动水位S1和S3保持一致。水位降过程线S1S2，S3S4段的斜率保持不变(即s/d为常数)，并与天然疏
22、干流场的S1S2，S3S4段平行，表明抽水流场处于稳定状态。水位恢复阶段由t4时刻开始至t5时刻，抽水流场的恢复水位(即动水位)开始与天然疏干流场的动水位重复，表明其动水位已恢复到天然疏干状态。总结：枯水季抽水试验稳定状态的判断，有赖于对抽水枯水季抽水试验稳定状态的判断，有赖于对抽水前天然疏干流场水位降速与降幅的确定。前天然疏干流场水位降速与降幅的确定。B.非稳定状态非稳定状态按设计需水量在枯水季长时间抽水时，水位不稳定，特别是观测孔中的水位一直持续下降，降落漏斗不断扩展；停抽后水位虽有恢复，但始终达不到原始水位。说明抽水量大于补给量，已消耗了储存量，按这样的抽水量开采是没有保证的。这种情况下
23、确定允许开采量，可以通过分析抽水过程曲线，求出抽水条件下的补给量作为允许开采量，或者考虑利用暂时储存量和旱季补给量作为允许开采量。为讨论方便，假设抽水时天然流场处于基本稳定状态，地下水水位变幅很小，可不考虑，如图9-2。抽水初期，主井水位下降较快，随即趋于稳定，而观测井中水位仍继续下降，降落漏斗扩展。后期，出现主井水位与观测井水位同步等幅下降，说明抽水量大于补给量。取任一时段t的抽水产生水位降S，若无其它消耗，则水平衡关系为：为求Qb需先求A(用两次抽水试验求)设两次不同抽水试验的Qk1、Qk2和相应、则上述是采用枯水季抽水试验，补给量的计算是保守的。用样方法求得两季的补给量Qb雨，再分别雨季
24、和旱季的时段长短t1、t2分配到全年，得：Qb1、Qb2雨季和旱季的补给量m3/dt1、t2雨季和旱季的时间dQb一年中雨季和旱季补给量m3/d用这样的补给量Qb1、Qb2作为允许开采量时，还应计算旱季末的最大水位降Smax(用旱季补少开多)看是否超过最大允许降深(每一地下水都有一最大允许降深)SmaxS1雨季时的水位降Qk允许开采量试验法特点：允允许许开开采采量量比比较较可可靠靠；但但抽抽水水试试验验需需跨跨越越旱旱、雨雨两两季季，花花费费太太大大。只只适适宜宜水水质质地地质质条条件件复复杂杂的的中中小小型型水水源源地。地。D.数值法数值法数数值值法法是是运运用用数数值值模模拟拟技技术术，量
25、量化化地地下下补补给给、径径流流、排排泄泄的的水水文文机机理理，以以获获取取地地下下水水的的各各种种补补给给量量，界界揭揭示示含含水水层层内内部部的的水水量量分分配配及及其其调调蓄蓄能能力力，为为最最佳佳取取水水地段和布井方案的选择、允许开采量的确定提供依据。地段和布井方案的选择、允许开采量的确定提供依据。原原理理：用用分分割割近近似似原原理理，将将非非线线性性的的偏偏微微分分方方程程分分割割后用近似的线性代数方程求解。分割越细，精度越高。后用近似的线性代数方程求解。分割越细，精度越高。C.解析法解析法是根据水文地质条件和布井方案，选用地下水动力学中相应的井流理论公式计算允许开采量。井距大，各
26、水井之间相互影响极小时，用单井理论公式计算各井的出水量，其总和作为允许开采量。各水井间相互影响时，采用水位削减法等井群干扰计算公式，按布井方案计算出水量作为允许开采量。或将不规的布井方案概化为规则的理想“大井”，用“大井”法计算出水量作为井群的允许开采量。解解析析法法计计算算井井的的出出水水量量作作为为评评价价允允许许开开采采量量依依据据时时，用水平衡法确定取水地段的补给量以论证其保证程度。用水平衡法确定取水地段的补给量以论证其保证程度。数学模拟的选择数学模拟的选择工工程程中中出出于于经经济济技技术术考考虑虑，一一般般以以二二维维数数学学模模型型为主。为主。a.松松散散沉沉积积物物分分布布的的
27、平平原原地地区区，一一般般采采用用非非均均质质二二维地下水流模型。维地下水流模型。b.基岩地区用非均质各向异性二维地下水流模型。基岩地区用非均质各向异性二维地下水流模型。c.存存在在多多层层含含水水层层结结构构时时，采采用用准准三三维维流流模模型型，即即用用平平面面二二维维流流刻刻画画含含水水层层，以以垂垂向向一一维维流流描描述述含含水水层之间的作用。层之间的作用。例如：非均质二维非稳定流地下水模型：例如：非均质二维非稳定流地下水模型：平衡基本项平衡基本项(T、S项项)：系系方方程程中中带带有有水水头头函函数数H的的偏偏导导项项。表表径径渗渗流流场场内内各各平平衡衡单单元元内内及及其其相相互互
28、间间的的水水量量分分配配与与交交换换，构构成成泛泛定定方方程程的的基基本本平平衡衡条条件件。含含T的的水水量量渗渗透透基基本本项项是是指指渗渗流流场场水水量量的的侧侧向向交交换换条条件件，反反映映了了含含水水层层几几何何形形态态特特征征，含含水水介介质质的的渗渗透透性性及及非非物物质质性性以以及及渗渗流流运运动动状状态态。含含S的的水水量量储储存存与与释释放放基基本本项是指渗流场水量的储存与消耗。项是指渗流场水量的储存与消耗。垂向交换项垂向交换项W：包包括括源源(或或汇汇)项项，指指计计算算域域内内各各井井的的抽抽(或或注注)水水强强度度、垂垂向向入入渗渗补补给给和和消消耗耗项项以以及及垂垂向
29、向越越流流项项。计计算算中中是是给给定定的的已已知知函数。函数。初初始始条条件件：指指开开采采初初始始条条件件下下的的地地下下水水头，为已知。头，为已知。边界条件：在二维中仅指侧向边界条件。边界条件：在二维中仅指侧向边界条件。水文地质条件概化水文地质条件概化用用抽抽象象的的数数学学模模型型解解决决复复杂杂的的水水文文地地质质问问题题时时，必必须须按按数数学学方方法法的的表表达达形形式式，对对实实际际问问题题进进行行概概化化，以以满满足足解解决决数数学学问问题题的的形形式式。进进行行允允许许开开采采量量数数值值法计算时对水文地质条件的概化，主要表现三方面：法计算时对水文地质条件的概化，主要表现三
30、方面：含含水水层层结结构构概概化化：包包括括含含水水层层空空间间形形态态和和非非均均质质参数分区的概化。参数分区的概化。地地下下水水流流态态的的概概化化：开开采采条条件件下下地地下下水水流流态态比比天天然然流流场场中中复复杂杂得得多多，特特别别是是在在开开采采井井群群周周围围出出现现种种种复杂的流态。视情况概化。种复杂的流态。视情况概化。边界条件的概化：边界条件的概化：概概化化时时，首首先先应应根根据据区区域域水水文文地地质质条条件件和和勘勘探探工工程程的的控控制制情情况况，选选择择计计算算域域的的边边界界，给给出出边边界界节节点点的的平平面面坐坐标标，确确定定其其水水力力性性质质及及有有无无
31、水水量量交交换换(隔隔水水、供供水水或或排排泄泄)及及交交换换方方式式。然然后后，根根据据动动态态观观测测或或抽抽水水试试验验资资料料，用用数数理理统统计计方方法法概概化化出出边边界界水水位位或或流流量量的的变变化化规规律律，并并按按计计算算时时段段要要给给出出边边界界节节点点的的水水位位或或单宽流量。单宽流量。在在选选择择边边界界时时，应应尽尽量量避避免免将将计计算算边边界界置置于于开开采采井井群群的的附附近近，并并尽尽可可能能选选择择天天然然地地质质界界线线作作为为计计算算边界，以减少勘探工程的控制量。边界，以减少勘探工程的控制量。求参与模型的识别、校正：求参与模型的识别、校正：数值法求参
32、，是在已知水头函数的条件下，利用数值法求参，是在已知水头函数的条件下，利用水头函数解算地下水平衡方程。而水头函数是一个多水头函数解算地下水平衡方程。而水头函数是一个多元函数，它是平衡域内地质条件和平衡条件的综合表元函数，它是平衡域内地质条件和平衡条件的综合表征，可起到对地质模型的各要素进行全面验证的作用。征，可起到对地质模型的各要素进行全面验证的作用。求参方法求参方法直接直接间接间接直直接接求求参参法法：把把水水头头函函数数作作为为已已知知量量(即即渗渗流流场场内内任任一一时时刻刻任任一一节节点点的的水水头头值值均均是是给给定定的的)，用用反反演演计计算算直直接接解解出出模模型型中中各各方方程
33、程参参数数T、S、等等。此此法法要要求求很很多多水水位位观观测测数数据据和和观观测测点点数数量量，在在工工程程实实践践中中很很少少采采用。用。间间接接求求参参法法(即即试试算算法法)。计计算算时时给给出出参参数数的的初初值值及及其其变变化化范范围围，用用正正演演计计算算求求各各节节点点的的水水头头函函数数，将将计计算算值值与与实实测测值值进进行行拟拟合合比比较较，通通常常以以数数学学模模型型中中的的两两个个基基本本项项的的拟拟合合作作为为拟拟合合基基本本要要求求，即即水水头头梯梯度度场场的的拟拟合合(固固定定时时段段，对对不不同同时时段段的的水水头头梯梯度度场场进进行行计计算算值值与与实实测测
34、值值的的拟拟合合)和和水水头头降降(升升)速速场场的的拟拟合合固固定定空空间间位位置置，对对不不同同空空间间位位置置上上的的水水头头降降(升升)场场进进行行计计算算值值与与实实测测值值的的拟拟合合。通过不断调整初值参数、反复拟合，满足误差为止。通过不断调整初值参数、反复拟合，满足误差为止。允许开采量计算允许开采量计算允允许许开开采采量量计计算算是是在在求求参参的的基基础础上上，结结合合选选定定的的开开采采地地段段及及其其布布井井方方案案，并并以以允允许许最最大大降降深深作作为为约约束束条条件件进进行计算。行计算。F.地下水文分析法地下水文分析法此此法法是是采采用用测测流流方方法法计计算算地地下
35、下水水在在某某一一区区域域一一年年内内总总的的流流量量，它它如如果果接接近近补补给给量量或或排排泄泄量量，则则可可用用来来作作为为该该区区域域的的允允许许开开采采量量。此此法法只只用用于于一一些特定地区，如岩溶管道流区、基岩山区等地。些特定地区，如岩溶管道流区、基岩山区等地。岩溶管道截流总和法：岩溶管道截流总和法：岩溶地区多为管道流，地下水资源大部分集岩溶地区多为管道流，地下水资源大部分集中于岩溶管道中，而管道外岩体的裂隙或溶隙中中于岩溶管道中，而管道外岩体的裂隙或溶隙中储存的水量甚微。因此，岩溶管道中的地下径流储存的水量甚微。因此，岩溶管道中的地下径流量，可以表征为该区地下水的开采量量，可以
36、表征为该区地下水的开采量Qk，即，即，取各暗河枯季的流量较有保证。取各暗河枯季的流量较有保证。地下径流模数法地下径流模数法此此法法是是当当暗暗河河管管道道埋埋藏藏很很深深，无无法法测测流流时时采采用用。认认为为一一个个地地区区地地下下暗暗河河的的流流量量与与其其补补给给面面积积成成正正比比，且且在在条条件件相相似似的的地地区区地地下下径径流流模模数数M是是相相近近似似的的。为为此此在在研研究究区区域域选选择择其其中中的的一一两两条条暗暗河河，测测得得其其流流量量Qi和和其其相相应应的的补补给给面面积积Ai，计计算算出出地地下下径径流流模模数数M，再再乘乘以以全全区区的的补补给给面面积积A，便便
37、可可求求得得整整个个研研究究区区域域的的地地下下径径流流量量作作为为地地下下水水开开采采量量(采采用用枯枯水水期期测测流流)。流量过程线分割法流量过程线分割法枯枯季季山山区区河河流流的的地地下下水水径径流流量量(即即基基流流量量)，基基本本上上代代表表了了地地下下水水排排泄泄区区的的流流量量，可可以以作作为为评评价价允许开采量的依据。允许开采量的依据。原原理理方方法法：利利用用水水文文站站的的河河流流水水文文图图(即即流流量量过过程程图图)结结合合具具本本的的水水文文地地质质条条件件，对对全全区区全全部部地地表表水水的的流流量量过过程程线线进进行行深深入入分分析析，把把补补给给河河水水的的地地
38、下下径径流流量量分分割割出出来来，就就可可获获得得全全区区的的地地下下水水径径流流量量，作为计算允许开采量。作为计算允许开采量。水文分析法中的频率分析水文分析法中的频率分析1.水水文文分分析析法法都都是是用用求求得得的的地地下下径径流流量量作作为为区区域地下水的可开采量。域地下水的可开采量。2.丰水年偏大丰水年偏大,平水年和枯水年偏小。平水年和枯水年偏小。3.对对丰丰水水年年、平平水水年年和和枯枯水水年年地地下下径径流流量量进进行行频率分析，求出不同保证率的数据。频率分析，求出不同保证率的数据。第二节第二节地下取水构筑物的适用条件地下取水构筑物的适用条件一、正确选择取水构筑类型一、正确选择取水
39、构筑类型(井型井型)1.选型关系到能否以最少投资取得最大出水量的问题。2.关系到水源地建成后能否长期正常运转和低成本取水的问题。3.在埋桩条件复杂的基岩裂隙岩溶地区，正确选型常常是成井的关键。二、选型的影响因素二、选型的影响因素1.主要决定于含水层(带)的空间分布特点以及含水层(带)的埋藏深度、厚度和富水性能；2.与设计需水量大小，预计的施工方法，选用的抽水设备类型等有关。我国目前常用的取水构筑物和适用条件如表9-1。3.分类：地下水取水构筑物可分为垂直的(井)和水平的(渠)两种类型。某些情况下两种方法联合使用，如大口井与渗渠相结合的取水形式。4.正确选用取水构筑物的类型，对提高出水量、改善水
40、质和降低工程造价影响很大，因此，除按9-1表适用条件选用外，还应考虑设备材料供应情况、施工条件和工期长短等因素。第三节第三节管井管井管管井井由由其其井井壁壁和和含含水水层层中中进进水水部部分分均均为为管管状状结结构构而而得得名名。通通常由凿井机械开凿，故俗称机井，应用最广。常由凿井机械开凿，故俗称机井，应用最广。A管井的型式和构造管井的型式和构造由井室由井室1，井壁管，井壁管2，过滤管，过滤管3，沉淀管，沉淀管4填充物：填充物：粘土封闭粘土封闭规格砾石规格砾石1井室井室地下式地下式地面式地面式a.作用：作用：(1)安放设备安放设备;(2)保护管井不受保护管井不受外界水污染外界水污染;(3)维修
41、、保护设备维修、保护设备b.要求：要求：(1)井头部高出地面井头部高出地面0.30.5mc.(2)井口用粘土或水泥等不透水材料井口用粘土或水泥等不透水材料封闭，长度不少于封闭，长度不少于3md.(3)维修、保护方便维修、保护方便e.(4)采光、通风、防水、防潮设施采光、通风、防水、防潮设施井室根据所选用的水泵类型的不同分为：井室根据所选用的水泵类型的不同分为：深井泵房：深井泵由泵体装有传动轴的扬水管、泵座深井泵房：深井泵由泵体装有传动轴的扬水管、泵座和电动机组成和电动机组成。1）地面式：用于大流量）地面式：用于大流量2）半地下式）半地下式3）地下式：用于城镇、厂区）地下式：用于城镇、厂区深深井
42、井潜潜水水泵泵房房：深深井井潜潜水水泵泵其其水水泵泵和和电电机机一一起起浸浸没没在在动动水水位位以以内内。由由潜潜水水电电动动机机(包包括括电电缆缆)、水水泵泵和和扬扬水水管管组组成成。井井室室只只要要安安装装闸闸门门等等附附属属设设备备即即可可，实实际际相相当当于于一一个个阀阀门门井井，控控制制设设备备安安装装于于室室外外，用用于于小小流流量量管井。管井。卧卧式式水水泵泵房房：采采用用卧卧式式水水泵泵的的管管井井，其其井井室室可可以以与与泵泵分分建建成成合合建建、分分建建的的井井室室类类似似阀阀门门井井、合合建建的的井井室室类类似似深深井井泵泵房房，卧卧式式水水泵泵受受其其吸吸水水高高度度的
43、的限限制制，常常常常用于地下动水位较多的情况，且井室大多设地下。用于地下动水位较多的情况，且井室大多设地下。其其它它形形式式的的井井室室：主主要要有有自自流流井井室室或或虹虹吸吸方方式式取取水水，适适用用于于地地下下水水位位很很高高的的管管井井，大大多多为为地地下下式式，其其结结构构同同阀阀门门井井相相似似。还还有有装装有有空空气气扬扬水水装装置置的的管管井井，设设气气水水分分离离器器，出出水水通通常常直直接接流流入入清清水水池池，结结构构同同深深井井泵泵房相似。房相似。2.井壁管井壁管a.目目的的：1)加加固固井井壁壁2)隔隔离离水水质质不不良良好好的的或或水水头头较低的含水层的水进入井中较
44、低的含水层的水进入井中。b.要要求求：1）应应具具有有足足够够的的强强度度，使使其其能能够够经经受受地地层层和和人人工工填填砾砾充充填填物物的的侧侧压压力力；2）尽尽可可能能不不弯弯曲曲；3）内内壁壁平平滑滑、圆圆整整以以利利安安装装抽抽水水设设备备和和井井的的清清洗洗、维修。维修。c.材料：金属材料材料：金属材料150m也可采用非金属材料也可采用非金属材料d.下管：分段，不分段（加固井壁）下管：分段，不分段（加固井壁）分段钻井时井壁管的构造分段钻井时井壁管的构造如如图图9-6，先先钻钻井井径径为为d1，深深度度h1，下下井井壁壁1，然然后后缩缩小小孔孔径径至至d2钻钻深深h2、下下井井避避管
45、管2，再再缩缩至至d3钻钻深深h3、下下井井壁壁管管3，依依此此下下去去。要要求求：两两井井壁壁管管段段应应重重叠叠35m，其其环环形形空空间间用用水水泥泥封封填填。相相邻两段井壁管的口径差邻两段井壁管的口径差50mm左右。适用于深度很大的管井。左右。适用于深度很大的管井。不不分分段段钻钻进进时时井井壁管的构造：壁管的构造：）在在井井深深不不大大的的情情况况下下，都都不不进进行行分分段段钻钻进进，而而采采用用一一次次钻钻进进的的方方法法，如图如图9-3。）地地层层稳稳定定时时，一一次次钻钻进进、一一次次下下管管地地层层不不稳稳定定时时，边钻进边下套管边钻进边下套管）泥泥浆浆护护壁壁(不不稳定时
46、还要填砾稳定时还要填砾)。3过滤器过滤器a.概述：概述：b.（1）作用：集水、滤水、保持）作用：集水、滤水、保持含水层的稳定含水层的稳定c.（2）要求：）要求：良好的透水性；良好的透水性；足够的强度和抗蚀性足够的强度和抗蚀性保持保持人工填料和含水层的稳定性人工填料和含水层的稳定性d.（3）组成：过滤骨架和过滤层）组成：过滤骨架和过滤层e.骨架骨架主要起支撑作用，也主要起支撑作用，也可直接用做过滤器。可直接用做过滤器。f.管状骨架管状骨架钢筋骨架钢筋骨架g.过滤层过滤层起着过滤作用，起着过滤作用，有分布于骨架外的密集缠丝、有分布于骨架外的密集缠丝、带孔眼的滤网及砾石填充层等带孔眼的滤网及砾石填充
47、层等b.常用类型：常用类型：钢筋骨架过滤器，如图钢筋骨架过滤器，如图9-8(d)圆孔、条孔过滤器，如图圆孔、条孔过滤器，如图9-8(a)、(b)缠丝过滤器，图缠丝过滤器，图9-8(c)、(d)包网过滤器，图包网过滤器，图9-8(e)填砾过滤器，图填砾过滤器，图9-8(f)砾石水泥过滤器砾石水泥过滤器c.过滤器的直径、长度及安装部位过滤器的直径、长度及安装部位过滤器直径过滤器直径过过滤滤器器的的直直径径直直接接影影响响井井的的出出水水量量。因因此此它它是是管管井井结构设计的关键。结构设计的关键。过过滤滤器器直直径径的的确确定定，是是根根据据井井的的出出水水量量选选择择水水泵泵型型号号，按按水水泵
48、泵安安装装要要求求确确定定的的。一一般般要要求求安安装装水水泵泵的的井井段段内内径径，应应比比水水泵泵铭铭牌牌上上标标定定的的井井管管内内径径至至少少大大50mm。采采用用内内径径300mm(外外径径350mm)的的过过滤滤器器，周周围围填填入入100mm厚厚度度的的砾砾石石层层，则则过过滤滤器器可可保保持持600mm左左右右外外径径，施施工工中中可可以以做做到到农农业业灌灌溉溉井井可可以以略小些，大型企业和城市水井可加大至略小些，大型企业和城市水井可加大至1000mm。在管井运行时，如地下水流速度大，当超过含水在管井运行时，如地下水流速度大，当超过含水层允许渗透速度时，含水量中某些颗粒就会被
49、大量带层允许渗透速度时，含水量中某些颗粒就会被大量带走，破坏含水层的天然结构。为保持含水层的稳定性，走，破坏含水层的天然结构。为保持含水层的稳定性，需要对过滤器的尺寸，尤其是过滤器的外径，进行入需要对过滤器的尺寸，尤其是过滤器的外径，进行入井流速的复核计算：井流速的复核计算：过滤器长度：过滤器长度：(有效长度有效长度)过过滤滤器器长长度度是是根根据据预预计计出出水水量量、含含水水层层性性质质和和厚厚度度、水水位位降降以以其其他他技技术术经经济济因因素素确确定定。精精确确确确定定较较困困难难，稳稳定定流流完完整整井井理理论论是是在在二二维维流流(平平面面流流)的的外外设设基基础础上上推推导导出出
50、来来的的。根根据据假假设设，沿沿管管井井过过滤滤器器进进水水的的分分布布应应该该是是均均匀匀的的。实实际际上上，水水流流进进入入过过滤滤器器到到吸吸水水管管管管口口产产生生各各种种水水头头损损失失，从从而而使使过过滤滤器器和和周周围围含含水水层层水水流流处处于于三三维维流流状状态态，即即沿沿过过滤滤器器和和周周围围含含水水层层各各点点的的水水头头既既是是r(x、y-各各点点至至井井轴轴的的距距离离)又又是是Z(距距含含水水层层底底板板的的高高度度)的的函函数数。由由于于三三维维流流的的存存在，使过滤器在，使过滤器进进水水不不均均匀匀，其其分分布布规规律律是是：距距吸吸水水管管管管口口越越近近，