供水水文地質(zhì)第四章

供水水文地質(zhì)第四章第1頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、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(guò)任意斷面的流量必須等于真正水流通過(guò)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)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（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(guò)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。地下水在曲折的通道中緩慢流動(dòng)稱(chēng)為滲流，或滲透水流

過(guò)水?dāng)嗝妫簼B透水流通過(guò)的含水層橫斷面稱(chēng)為過(guò)水?dāng)嗝娴?頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（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^(guò)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(guò)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)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（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(kāi)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)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（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(xiàn)彎曲度很小，近似于一條直線(xiàn)，相鄰流線(xiàn)之間夾角很小，近似于平行。

緩變流動(dòng)中，地下水的各過(guò)水?dāng)嗝婵僧?dāng)作一個(gè)直面，同一過(guò)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)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線(xiàn)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(xiàn)性滲透定律第7頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地下水在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，水力坡度i常常是變化的，因此，Darcy定律應(yīng)寫(xiě)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)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Darcy定律的適用范圍：

1<Re<10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Re<1，服從Darcy定律。第9頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

地下水的紊流：地下水在大空隙、大裂隙、大溶洞及取水建筑物附近流動(dòng)時(shí)，常常呈紊流狀態(tài)，而且Re>10。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正比。即哲才公式。第10頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有時(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1～2。

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)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(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(lèi)型提取地下水的工程設(shè)施稱(chēng)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(chēng)為穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)（一）垂直取水構(gòu)筑物（井）：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)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）垂直取水構(gòu)筑物（井）第13頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（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)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月下面關(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、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)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(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?chē)鄷?huì)形成有規(guī)則的穩(wěn)定的降落漏斗；漏斗的半徑R稱(chēng)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(chēng)單井出水量；二、穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)類(lèi)型及其計(jì)算公式第16頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第17頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第18頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用：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)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)類(lèi)型類(lèi)型潛水承壓水完整井(1)(2)非完整井(4)(3)第20頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)類(lèi)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)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第22頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第23頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第24頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)例1某地區(qū)有一承壓完整井，井半徑r=0.21m，過(guò)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=1.00mQ1=4500m3/d；s2=1.75mQ2=7850m3/d；s3=2.50mQ3=11250m3/d；求K？

第25頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直接采用公式計(jì)算第26頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(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，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(guān)察井水位降深S1

、S1’第27頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：(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=QlgR/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)閔12=H2-Qlg(R/r1)/1.366K,S1=H-h1（2分）將各組數(shù)據(jù)代入上式得：S1=3.7m

同理得：S1’=4.6m（2分）第28頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(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=380m3/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(guān)察井水位降S1、S1’第29頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：(1)Q1/Q2=So/So’（2分）

Q2=Q1×So’/So=380m3/d×15m/5m=1140m3/d（2分）

(2)S1=So(lgR-lgr1)/(lgR-lgr0)（2分）當(dāng)抽水量為Q1.So=5m時(shí),S1=5×（lg45-lg20）/（lg45-lg0.5）=0.9m（2分）當(dāng)抽水量為Q2,So’=15m時(shí),So’=15×（lg45-lg20）/（lg45-lg0.5）=2.7m（2分）第30頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(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(guò)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)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

非穩(wěn)定流理論所解決的主要問(wèn)題:1）評(píng)價(jià)地下水的開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(guò)抽水試驗(yàn)測(cè)得Q、s及t值，然后通過(guò)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(wèn)題第32頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1）彈性?xún)?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(guò)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，這種現(xiàn)象稱(chēng)為彈性?xún)?chǔ)存。二、基本概念第33頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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(guò)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(chēng)之為“越流”。

第34頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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(chēng)為越流系統(tǒng)。抽水的含水層稱(chēng)為主含水層，相鄰含水層稱(chēng)為補(bǔ)給層。越流系統(tǒng)分為三類(lèi)（1）弱透水層的彈性?xún)?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）考慮弱透水層彈性?xún)?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)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地下水流向井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)可分為如下類(lèi)型：三、地下水流向井的非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)類(lèi)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(lèi)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(lèi)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)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)流向潛水完整井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)第37頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)流向承壓水完整井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)第38頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(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)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(5)第一類(lèi)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)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(6)第二類(lèi)越流系統(tǒng)中流向承壓水完整井的非穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)第41頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)例1

某承壓含水層滿(mǎn)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：μ*=1.5×10-4，T=kM=0.5×50=25m/d,ro=3m，So=75m,t=18d。第42頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解:當(dāng)μ*≤0.05時(shí)，則有

S=0.183×Q/T×ln2.25a×t/ro2(T=K×M,a=T/μ*=25/1.5×10-4)（3分）Q=S×T/0.183×(ln2.25×a×t/r2)-1

（3分）

Q=75×25/0.183(ln2.25×25/1.5×10-4×18/9)-1=2981m3/d（4分）第43頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(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)μ*=2.5×10-3。離礦井直線(xiàn)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(kāi)始大幅下降。問(wèn)：是否礦井排水所影響？第44頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解1：令S=0，則有r=R2.25at/R2=1R=解2：

S=0.183×720÷25×ln（2.25×104×182.5）/（4.8×103）2=5.27×In0.178<0解3：令S=0則2.25at/r2=1t=r2/2.25a=（4.8×103）2/2.25×104

=1024d=2.81y第45頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水文地質(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（μ）：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)，課件