地下水資源計(jì)算

第八章地下水資源計(jì)算與評(píng)價(jià)（1）地下水的運(yùn)動(dòng)包括兩大類，運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)各不相同，分別滿足于孔隙水和裂隙巖溶水的特點(diǎn)。第一類為地下水在多孔介質(zhì)的孔隙或遍布于介質(zhì)中的裂隙運(yùn)動(dòng)，具有統(tǒng)一的流場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)方向基本一致第二類為地下水沿大裂隙和管道的運(yùn)動(dòng)，方向沒(méi)有規(guī)律，分屬不同的地下水流動(dòng)系統(tǒng)滲流假設(shè)

1.地下水的運(yùn)動(dòng)滲透：地下水在巖石空隙或多孔介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)是在彎曲的通道中，運(yùn)動(dòng)軌跡在各點(diǎn)處不等。為了研究地下水的整體運(yùn)動(dòng)特征，引入滲流的概念（a）實(shí)際滲透(b)假想滲流圖8－1巖石中的滲流與假想流滲流（seepageflow）：具有實(shí)際水流的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)（流量、水頭、壓力、滲透阻力），并連續(xù)充滿整個(gè)含水層空間的一種用以代替真實(shí)地下水流的虛擬水流?；咎攸c(diǎn)：假想水流的性質(zhì)與真實(shí)地下水流相同充滿含水層空隙空間和巖石顆粒所占據(jù)的空間運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力與實(shí)際水流所受阻力相等通過(guò)任一斷面的流量及任一點(diǎn)的壓力或水頭與實(shí)際水流相同滲流場(chǎng)（flowdomain）：假想水流所占據(jù)的空間區(qū)域，包括空隙和巖石顆粒所占的全部空間滲流基本參數(shù)：過(guò)水?dāng)嗝妫–ross-sectionalarea）：截面積A=Av+As滲流量（Seepagedischarge）：Q－通過(guò)過(guò)水?dāng)嗝娴牧髁繚B流速度（Specificdischarge/seepagevelocity）：V－滲流在過(guò)水?dāng)嗝嫔系钠骄魉?。它不代表任何真?shí)水流的速度，只是一種假想速度實(shí)際平均流速（Meanactualvelocity）u-地下水通過(guò)空隙面積的流速，u=V/n地下水頭（hydraulichead）：H－流場(chǎng)中任意點(diǎn)的總水頭總水頭＝位頭＋壓頭＋速頭≈位頭＋壓頭

位頭（potentialhead）壓頭（pressurehead）速頭（velocityhead）水力坡度（hydraulicgradient）：J－滲流場(chǎng)中的水頭下降矢量等水頭面：滲流場(chǎng)中水頭值相同的各點(diǎn)相互連接所形成的一個(gè)面?？梢允瞧矫嬉部蔀榍娴人^線（groundwatercontour）：等水頭面與某一平面的交線（2）地下水的運(yùn)動(dòng)特征特點(diǎn)（3）基本方程滲流假設(shè)流量通過(guò)假想流任意端面的水頭等于真實(shí)水流阻力曲折復(fù)雜的水流通道遲緩的流速層流和紊流非穩(wěn)定、緩變流運(yùn)動(dòng)達(dá)西定律－線性滲透定律（Re<10）或:哲才公式－非線性滲透定律（Re>10）或：

(1≤m≤2)圖8－2達(dá)西試驗(yàn)裝置示意圖圖8－3水平滲流達(dá)西定律計(jì)算示意圖達(dá)西定律的討論反映了能量轉(zhuǎn)化與守恒適用范圍Re<1-10，層流，適用，地下水低速運(yùn)動(dòng)，粘滯力占優(yōu)勢(shì)Re＝10～100，層流，不適用，為過(guò)渡帶，由粘滯力占優(yōu)勢(shì)的層流轉(zhuǎn)變?yōu)橐詰T性力占優(yōu)勢(shì)的層流運(yùn)動(dòng)Re>100，紊流，不適用圖8－4滲透系數(shù)與水力坡度的關(guān)系（J.Bear）滲透系數(shù)（hydraulicconductivity）K滲透系數(shù)是反映巖石透水性的指標(biāo)，反映了含水介質(zhì)對(duì)滲流阻力大小。常用單位：m/d，cm/s影響因素：①巖石的性質(zhì)，空隙大小起主導(dǎo)作用②流體的物理性質(zhì)：容重、粘滯性等可以根據(jù)滲透系數(shù)的大小進(jìn)行巖石透水性分級(jí)表8-1巖石透水性劃分K(cm/s)10－210－310－610－7(m/d)8.640.8648.64×10－48.64×10－5透水性透水弱透水隔水含水層好的差的不含水表8－2巖土滲透性分級(jí)（G50287-1999水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范）（1）水井的分類水井（waterwell）是用以開(kāi)采、排泄地下水的集水建筑物。按揭穿含水層的程度及進(jìn)水條件：完整井、非完整井完整井(fullypenetratingwell)：揭穿整個(gè)含水層，并在整個(gè)含水層厚度上都進(jìn)水的井非完整井(partiallypenetratingwell)：未完全揭穿個(gè)含水層，或揭穿含水層，但只有部分含水層厚度上進(jìn)水的井按揭穿含水層的類型：潛水井、承壓水井潛水井(wellinaphreaticaquifer)：揭露潛水含水層的水井承壓水井(wellinaconfinedaquifer)：揭露承壓含水層水井水井類型可交叉：如承壓水完整井、潛水非完整井等2.地下水井流類型（a）潛水井；（b）承壓水井圖8－5完整井和非完整井（1）地下水井流特征基本概念水位降深(drawdown)：抽水井及其周?chē)硶r(shí)刻的水頭比初始水頭的降低值，簡(jiǎn)稱降深水位降落漏斗（coneofdepression）：由抽水而形成的漏斗狀的水頭（水位）下降區(qū)，簡(jiǎn)稱降落漏斗影響半徑(radiusofinfluence)：從抽水井到實(shí)際觀測(cè)不到水位降深處的徑向距離層流與紊流層流（laminarflow）：水流流束不相混雜、運(yùn)動(dòng)跡線平行紊流（turbulentflow）：流束相互混雜、運(yùn)動(dòng)跡線不規(guī)則

Re臨界≈150~300，天然地下水多處于層流狀態(tài)穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流穩(wěn)定流（steadyflow）：在一定的觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，滲流水頭、滲透速度等要素不隨時(shí)間變化的地下水運(yùn)動(dòng)非穩(wěn)定流（unsteady/transientflow）：滲流水頭、滲透速度等任一滲透要素隨時(shí)間變化的地下水運(yùn)動(dòng)均質(zhì)與非均質(zhì)均質(zhì)巖層：滲流場(chǎng)中所有點(diǎn)都具有相同參數(shù)的巖層非均質(zhì)巖層：滲流場(chǎng)中所有點(diǎn)不都具有相同參數(shù)的巖層非均質(zhì)可分為漸變和突變兩類各向同性與各向異性各向同性巖層：滲流場(chǎng)各個(gè)方向都具有相同滲透系數(shù)各向異性巖層：滲流場(chǎng)中某點(diǎn)的滲透系數(shù)隨滲流方向不同而不同的巖層（1）穩(wěn)定流方程裘布依公式（潛水完整井）將上式分離變量，取積分得：兩邊積分，整理得：3.地下水井流計(jì)算QshswhwHR圖8－6潛水完整井計(jì)算示意圖水量方程潛水完整井：承壓水完整井：式中：M－含水層厚度（米）同理，可推導(dǎo)出非完整井的穩(wěn)定流水量方程。（2）非穩(wěn)定流方程含水層參數(shù)導(dǎo)水系數(shù)：（描述含水層的水力傳導(dǎo)性能）水位傳導(dǎo)系數(shù)：（描述含水層的水位傳導(dǎo)性能）釋水系數(shù)：

式中：μs為釋水率，水頭降低1個(gè)單位時(shí)，從單位體 積含水層中彈性釋放出的水量?jī)?chǔ)水系數(shù)：S（等同于釋水系數(shù)）潛水層：重力釋水；承壓含水層：彈性釋水

非穩(wěn)定流方程泰斯公式潛水完整井：承壓水完整井：非完整井：有越流補(bǔ)給的非穩(wěn)定流：上述方程可采用適線法或數(shù)值法求解（3）水文地質(zhì)參數(shù)的確定

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)、是含水層各類性能的綜合反映，通常由抽水試驗(yàn)獲取。抽水試驗(yàn)類型：穩(wěn)定流、非穩(wěn)定流完整井、非完整井單孔、多孔、干擾井群布置：?jiǎn)尉€－垂直流向雙線－十字形技術(shù)要求：宜于枯水期進(jìn)行；穩(wěn)定流－水位穩(wěn)定24小時(shí)以上；測(cè)定Q~t、s~lgt等曲線①滲透系數(shù)K單井穩(wěn)定流由裘布依公式→（潛水完整井）（承壓水完整井）多孔（有觀測(cè)孔）穩(wěn)定流同樣可推導(dǎo)出上述類似方程非穩(wěn)定流：根據(jù)泰斯公式，采用適線法若無(wú)資料，可選用經(jīng)驗(yàn)值經(jīng)驗(yàn)數(shù)值法：見(jiàn)表8－1圖8－7抽水試驗(yàn)Q~s歷時(shí)曲線示意圖地層地層顆粒滲透系數(shù)K(m/d)粒徑(mm)所占重量(%)粉砂細(xì)砂中砂粗砂極粗的砂礫石夾砂帶粗砂的礫石漂礫石0.05～0.10.1～0.250.25～0.50.5～1.01～270以下＞70＞50＞50＞501～55～1010～2525～5050～10075～150100～200200～500表8－3不同巖層滲透系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值②影響半徑K潛水完整井：承壓水完整井：經(jīng)驗(yàn)公式：或（長(zhǎng)時(shí)間抽水時(shí)）經(jīng)驗(yàn)數(shù)值法：見(jiàn)表8－2地層地層顆粒影響半徑R(m)粒徑(mm)所占重量(%)粉砂細(xì)砂中砂粗砂極粗的砂小礫石中礫石粗礫石0.05～0.10.1～0.250.25～0.50.5～1.01～22～33～55～1070以下＞70＞50＞50＞5025～5050～100100～300300～400400～500500～600600～15001500～3000表8－4不同巖層的影響半徑經(jīng)驗(yàn)值③給水度μ實(shí)驗(yàn)室測(cè)定法：定義試驗(yàn)野外試驗(yàn)法（示蹤試驗(yàn)）：式中：r1－投劑井與抽水井之間的距離；

t－示蹤劑出現(xiàn)的時(shí)間經(jīng)驗(yàn)取值法：表8－5不同巖石類型給水度經(jīng)驗(yàn)值巖石類型給水度巖石類型給水度粘土0.01~0.03細(xì)砂0.12~0.16裂隙灰?guī)r0.008~0.10中砂0.18~0.22亞粘、亞砂0.08~0.10粗砂0.22~0.26粉砂0.10~0.12礫石>0.26④導(dǎo)水系數(shù)T：T＝K·M⑤入滲系數(shù)α動(dòng)態(tài)觀測(cè)法：經(jīng)驗(yàn)數(shù)值法：（1）地下水運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬基本方程：達(dá)西定律、滲流連續(xù)方程和質(zhì)量守恒方程，拉普拉斯方程：該方程可用數(shù)值法求解。4.地下水資源計(jì)算（1）地下水資源評(píng)價(jià)：對(duì)地下水的數(shù)量、質(zhì)量、時(shí)空分布特征和開(kāi)發(fā)利用作出科學(xué)的、綜合的、全面的分析、計(jì)算和預(yù)測(cè)（2）地下水資源的分類前蘇聯(lián)：靜儲(chǔ)量、動(dòng)儲(chǔ)量、調(diào)節(jié)儲(chǔ)量、開(kāi)采儲(chǔ)量美、日：持續(xù)開(kāi)采量、疏干性開(kāi)采量、最大常年開(kāi)采量中國(guó)：儲(chǔ)存量、補(bǔ)給量、允許開(kāi)采量（3）地下水補(bǔ)給量的計(jì)算地下徑流流入量降水入滲補(bǔ)給量地表水入滲補(bǔ)給量相鄰含水層越層補(bǔ)給5.地下水資源評(píng)價(jià)（4）評(píng)價(jià)方法：水量均衡法：解析