供水水文地質(zhì)第四章

1、供水水文地質(zhì)第四章第1頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一一、地下水運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)（一）曲折復(fù)雜的水流通道研究方法：用假想水流來(lái)代替真正水流用假想水流代替真正水流的條件： 1)假想水流通過任意斷面的流量必須等于真正水流通過同一斷面的流量。流量相等 第一節(jié) 地下水運(yùn)動(dòng)特征及其基本規(guī)律第2頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一（一）曲折復(fù)雜的水流通道 2)假想水流在任意斷面的水頭必須等于真正水流在同一斷面的水頭。水頭相等 3)假想水流通過巖石所受到的阻力必須等于真正水流所受到的阻力。水頭損失相等（二）流速慢（m/d）自然界一般地下水在孔隙或裂隙中的流速為數(shù)m/d。 地

2、下水在曲折的通道中緩慢流動(dòng)稱為滲流，或滲透水流 過水?dāng)嗝妫簼B透水流通過的含水層橫斷面稱為過水?dāng)嗝娴?頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一（三）流態(tài)大多為層流 層流： 地下水是在曲折的通道中作緩慢滲流，因此，地下水流大多數(shù)都呈層流運(yùn)動(dòng)。紊流：只有當(dāng)?shù)叵滤魍ㄟ^漂石、卵石的特大孔隙或巖石的大裂隙及可溶巖的大溶洞時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)紊流狀態(tài)。另外，取水構(gòu)筑物附近由于過水?dāng)嗝鏈p小使地下水流速增加很大，常呈紊流區(qū)。第4頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一（四）多呈非穩(wěn)定流、緩變流運(yùn)動(dòng)地下水在自然界的絕大多數(shù)情況下是非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)。為研究方便，把地下水運(yùn)動(dòng)要素變化不大，或地下水的

3、補(bǔ)給、排泄條件變化不大的某一時(shí)段的運(yùn)動(dòng)近似地當(dāng)作穩(wěn)定流來(lái)處理不可忽視的情況：由于人工開采，使地下水位逐年持續(xù)下降時(shí)，地下水的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)就不可忽視第5頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一（四）多呈非穩(wěn)定流、緩變流運(yùn)動(dòng)緩變流：在天然條件下，地下水流一般都呈緩變流運(yùn)動(dòng)，流線彎曲度很小，近似于一條直線，相鄰流線之間夾角很小，近似于平行。緩變流動(dòng)中，地下水的各過水?dāng)嗝婵僧?dāng)作一個(gè)直面，同一過水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的水頭亦可當(dāng)作是相等的。這樣假設(shè)的結(jié)果就可把本來(lái)屬于空間流動(dòng)（或叫三維流運(yùn)動(dòng)）的地下水流，簡(jiǎn)化成為平面流（或叫二維流運(yùn)動(dòng)），這樣假設(shè)會(huì)使計(jì)算簡(jiǎn)單化。第6頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20

4、日，0點(diǎn)1分，星期一線性滲透定律反映了地下水作層流運(yùn)動(dòng)時(shí)的基本規(guī)律二、線性滲透定律第7頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一地下水在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程中，水力坡度i常常是變化的，因此，Darcy定律應(yīng)寫成微分形式滲透系數(shù)K是反映巖石滲透性能的指標(biāo)，其物理意義為：當(dāng)水力坡度為1時(shí)的地下水流速。K不僅決定于巖石的性質(zhì)(如空隙的大小和多少)，而且和水的物理性質(zhì)(如比重和粘滯性) 有關(guān)。第8頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一Darcy定律的適用范圍： 1Re10時(shí)的地下水層流運(yùn)動(dòng) 自然界大多數(shù)地下水層流動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)的Re10。 紊流運(yùn)動(dòng)規(guī)律：水流的滲透速度與水力坡度的平方根成

5、正比。即哲才公式。 第10頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一 有時(shí)，地下水水流運(yùn)動(dòng)形式介于層流和紊流之間，即呈混合流，可用期姆萊公式計(jì)算滲透速度。 期姆萊公式中， m的取值范圍為12。 m=1，Darcy公式； m=2，哲才公式生產(chǎn)實(shí)踐中很難事先確定地下水的流態(tài)屬性，因此，哲才公式和斯姆萊公式在實(shí)際工作中很少應(yīng)用第11頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一第二節(jié) 地下水流向井的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng) 一、地下水取水構(gòu)筑物的基本類型 提取地下水的工程設(shè)施稱為取水構(gòu)筑物。 當(dāng)取水構(gòu)筑物中地下水的水位和抽出的水量都保持不變，這這時(shí)的水流稱為穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)（一）垂直取水構(gòu)筑物（井）：

6、指設(shè)置方向大致與地表相垂直的取水構(gòu)筑物。 1）潛水完整井 2）潛水非完整井 3）承壓水完整井 4）承壓水非完整井第12頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一（一）垂直取水構(gòu)筑物（井）第13頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一 （二）水平取水構(gòu)筑物（滲水管、滲渠等）：指設(shè)置方向大致與地表相平行，地下水從一側(cè)或兩側(cè)進(jìn)入構(gòu)筑物內(nèi)的取水構(gòu)筑物。第14頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一下面關(guān)于井的說(shuō)法哪一項(xiàng)是錯(cuò)誤的（ ）A、根據(jù)井的結(jié)構(gòu)和含水層的關(guān)系可將井分為完整井和非完整井B、完整井是指打穿了整個(gè)含水層的井C、只打穿了部分含水層的水井是非完整井D、

7、打穿了整個(gè)含水層但只在部分含水層上安裝有濾水管的水井是非完整井第15頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一(一)地下水流向潛水完整井根據(jù)裘布依的穩(wěn)定流理論，當(dāng)在潛水完整井中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的抽水之后，井中的動(dòng)水位和出水量都會(huì)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；同時(shí)在抽水井周圍亦會(huì)形成有規(guī)則的穩(wěn)定的降落漏斗；漏斗的半徑R稱為影響半徑；井中的水面下降值s叫水位下降值；從井中抽出的水量Q稱單井出水量；二、穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)類型及其計(jì)算公式第16頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一第17頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一第18頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一應(yīng)用

8、：1.求含水層的滲透系數(shù)K2.預(yù)測(cè)潛水完整井的出水量Q3.求井水位降深S （4-8）第19頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一（二）穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)類型類型潛水承壓水完整井(1)(2)非完整井(4)(3)第20頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)類型不同的水文地質(zhì)條件和不同結(jié)構(gòu)的取水構(gòu)筑物都有其相應(yīng)的計(jì)算公式，可查手冊(cè)，但要嚴(yán)格遵守其適用條件。第21頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一第22頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一第23頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一第24頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5

9、月20日，0點(diǎn)1分，星期一實(shí)例1某地區(qū)有一承壓完整井，井半徑r=0.21m，過濾器長(zhǎng)度L=35.82m；含水層為砂卵石，厚度M=36.42m；影響半徑R=300m，抽水試驗(yàn)結(jié)果為：s1=1.00m Q1=4500m3/d；s2=1.75m Q2=7850m3/d；s3=2.50m Q3=11250m3/d；求K？ 第25頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一直接采用公式計(jì)算第26頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一實(shí)例2 某潛水含水層附合裘布依潛水完整井水文地質(zhì)模型。其中：H=75m，R=600m，ro=3m，當(dāng)?shù)谝淮畏€(wěn)定抽水后So=20m，Q=520m3/d

10、，求：（1）第二次抽水Q=650m3/d時(shí)的井中降深So（2）r1=200m時(shí)的觀察井水位降深S1 、S1第27頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一解： (1) Q1/Q2=(H2- h02)/ (H2- h0 2),而 S0=H- h0 （2分） 將各組數(shù)據(jù)代入上式得：S0=26.3m （1分）(2) 根據(jù)裘布依理論：K=Q lg R/r0/1.366(H2- h02) (2分) 將各組數(shù)據(jù)代入上式得：K=0.337m3/d （1分） 又因?yàn)?h12 =H2- Q lg( R/r1)/1.366K, S1=H- h1（2分） 將各組數(shù)據(jù)代入上式得：S1=3.7 m 同理得：

11、S1=4.6 m （2分）第28頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一實(shí)例3某承壓完整井經(jīng)穩(wěn)定抽水試驗(yàn)后得如下水文參數(shù)：流量Q=380 m3/d，井半徑r0=0.5m，井中降深So=5m，含水層厚度M=2m，補(bǔ)給半徑R=45m。經(jīng)第一次抽水穩(wěn)定后再次加大抽水量，此時(shí)井中降深So=15m,求：（1）再次穩(wěn)定后流量Q （2）r1=20m時(shí)的觀察井水位降S1 、S1 第29頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一解： (1) Q1/Q2=So/ So（2分） Q2= Q1So/So=380m3/d15m/5m=1140m3/d（2分） (2) S1= So (lgR-l

12、gr1)/ (lgR-lgr0) （2分）當(dāng)抽水量為Q1.So=5 m時(shí), S1=5（lg45-lg20）/（lg45-lg0.5）=0.9m（2分）當(dāng)抽水量為Q2,So=15 m時(shí), So=15（lg45-lg20）/（lg45-lg0.5）=2.7m （2分）第30頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一第三節(jié) 地下水流向井的非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng) 泰斯非穩(wěn)定流理論認(rèn)為在抽水過程中地下水的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是隨時(shí)間而變化的，即動(dòng)水位不斷下降，降落漏斗不斷擴(kuò)大，直至含水層邊緣或補(bǔ)給水體無(wú)充分補(bǔ)給的抽水井所形成的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)第31頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一 非穩(wěn)定流理論所解

13、決的主要問題:1）評(píng)價(jià)地下水的開采量 非穩(wěn)定流計(jì)算最適合用來(lái)評(píng)價(jià)平原區(qū)深部承壓水的允許開采量。2）預(yù)報(bào)地下水位下降值 預(yù)報(bào)在一定取水量及一定時(shí)段之后，開采區(qū)內(nèi)及附近地區(qū)任一點(diǎn)的水位下降值。3）確定含水層水文地質(zhì)參數(shù) 通過抽水試驗(yàn)測(cè)得Q、s及t值，然后通過非穩(wěn)定流方程式可解出其中的導(dǎo)水系數(shù)、儲(chǔ)水系數(shù)等水文地質(zhì)參數(shù)一、非穩(wěn)定流理論所解決的主要問題第32頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一 1）彈性儲(chǔ)存 對(duì)于承壓含水層，當(dāng)抽水的影響未擴(kuò)及至補(bǔ)給邊界前，隨著抽水過程，抽出的水量主要是由于水頭下降，引起含水層彈性壓縮和承壓水彈性膨脹而釋放地下水；而當(dāng)水頭上升，含水層則會(huì)儲(chǔ)存這部分地下水

14、，這種現(xiàn)象稱為彈性儲(chǔ)存。二、基本概念第33頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一 2）越流 抽水含水層的頂、底板為弱透水層，在抽水含水層抽水條件下，由于水頭降低，和相鄰含水層之間產(chǎn)生水頭差，相鄰含水層通過弱透水層與抽水含水層之間發(fā)生水力聯(lián)系，這種水力聯(lián)系稱之為“越流”。 第34頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一 3） 越流系統(tǒng)：產(chǎn)生越流現(xiàn)象時(shí)，由抽水含水層、弱透水層、相鄰含水層（補(bǔ)給含水層）組成的系統(tǒng)稱為越流系統(tǒng)。抽水的含水層稱為主含水層，相鄰含水層稱為補(bǔ)給層。 越流系統(tǒng)分為三類（1）弱透水層的彈性儲(chǔ)量可忽略不計(jì)，抽水期間補(bǔ)給含水層水頭幾乎不變； （2）考慮

15、弱透水層彈性儲(chǔ)量，抽水期間補(bǔ)給含水層水頭不變；（3）補(bǔ)給含水層的水頭隨主含水層的抽水情況而變化第35頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一 地下水流向井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)可分為如下類型：三、地下水流向井的非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)類型及計(jì)算公式地下水流向井的非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)越流系統(tǒng)中地下水流向承壓水完整井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)無(wú)越流系統(tǒng)中地下水流向井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)流向非完整井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)流向完整井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)流向承壓水完整井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)(2)流向潛水完整井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)(1)流向承壓水非完整井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)(4)流向潛水非完整井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)(3)第二類越流系統(tǒng)中流向承壓水完整井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)(6)第一類

16、越流系統(tǒng)中流向承壓水完整井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)(5)第36頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一(1)流向潛水完整井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)第37頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一(2)流向承壓水完整井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng) 第38頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一(3)流向潛水非完整井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)(4)流向承壓水非完整井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)第39頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一(5)第一類越流系統(tǒng)中流向承壓水完整井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)計(jì)算公式第40頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一(6)第二類越流系統(tǒng)中流向承壓水完整井的非穩(wěn)定流

17、運(yùn)動(dòng)第41頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一實(shí)例1 某承壓含水層滿足泰斯條件，為降低其地下水位需設(shè)計(jì)抽水量。設(shè)水文地質(zhì)參數(shù)如下：*=1.510-4，T=kM=0.550=25m/d, ro=3m，So=75m, t =18d。第42頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一解: 當(dāng)*0.05時(shí)，則有 S=0.183Q/Tln2.25at /ro2 (T=KM, a=T/*=25/1.510-4) （3分） Q=ST/0.183(ln2.25at /r2 )-1 （3分） Q =7525/0.183(ln2.2525/1.510-418 /9 )-1 =2981m

18、3/d （4分）第43頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一實(shí)例2某礦井對(duì)奧陶系承壓含水層的排水量為720m3/d，含水層厚度M=50m；滲透系數(shù)K=0.5m/d；儲(chǔ)水系數(shù)*=2.5 10-3 。離礦井直線距離r=4.8 103m處有一水井，于礦井排水之時(shí)起t=0.5y，水位開始大幅下降。問：是否礦井排水所影響？第44頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一解1：令S=0，則有r=R 2.25at/R2=1 R=解2： S=0.183 72025 ln（2.25 104 182.5）/（4.8 103）2=5.27 In0.1780解3：令S=0 則2.25at/

19、r2=1 t=r2/2.25a= （4.8 103）2/2.25 104 =1024d=2.81y第45頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期一水文地質(zhì)參數(shù)是表征含水層性質(zhì)特征的重要參數(shù)，其數(shù)值的大小是含水層各種性能的綜合反映。常用的參數(shù)： 滲透系數(shù)（K）：表示含水層滲透性能的參數(shù)； 導(dǎo)水系數(shù)（T）：表示含水層導(dǎo)水能力大小的參數(shù)，其數(shù)值為含水層的滲透系數(shù)與厚度的乘積。 給水度（）：表示潛水含水層給水能力的參數(shù)。即飽水巖石在重力作用下，可自由流出的最大水體積與整個(gè)巖石體積之比值。第四節(jié) 水文地質(zhì)參數(shù)的確定 一、常用水文地質(zhì)參數(shù)第46頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)1分，星期