《取水工程-地下水》课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,a,*,6.3 地下水水源地选择,ground water,1,a,6.3 地下水水源地选择1a,项目,地下水,地表水,水质,水质清澈，变化幅度不大，相对地表水不易被污染,水质具有明显的季节性，河水浑浊度高，尤其是在汛期，水中含沙量大，色度高，有机物和细菌的含量高且易被污染,水温,水温稳定,水温随季节变化幅度较大,矿化度,矿化度和硬度较大,矿化度和硬度较地下水小,取水及水处理设施,取水构筑物构造简单，处理设施简单，费用低，便于靠近用户设置及卫生防护，同时便于维护及运行管理,取水构筑物构造复杂，处理设施占地大，费用高，维护管理较地下水复杂,表1 地下水特点,2,a,项目 地下水 地表水 水质清澈，变化幅度不,取水构筑物位置选择基本要求,(1)取水地点应与城市或企业,总体规划相适应,；,(2)应位于,出水丰富、水质良好,的地段；,(3)应尽可能,靠近主要用水地区,；,(4)应有,良好的卫生防护措施,，免遭污染。在易污染地区，城市生活饮用水的取水地点应尽可能设在居民区或工业区的,上游,；,(5)应考虑,施工、运转、维护管理,方便，,不占农田，或少占农田,；,(6)应注意地下水的,综合开发利用,。,3,a,取水构筑物位置选择基本要求(1)取水地点应与城市或企业总体规,问题：关于地下水取水构筑物的说法，不正确的是(,)。,A,地下水取水构筑物应位于水质良好、不易受污染的富水地段,B,地下水取水构筑物应靠近主要的用水地区,C,地下水取水构筑物的位置应便于施工、运行和维护管理,D,地下水取水构筑物型式的选择，应根据用户需水量的大小并通过技术经济比较确定,答：,D,4,a,问题：关于地下水取水构筑物的说法，不正确的是( )。答：D,(1)水源地的水文地质条件：富水性与补给条件,6.3.1,集中式供水水源地的选择,(2),水源地的地质环境：远离污染源，选在不易引发地面沉降、塌陷、地裂等有害地质作用的地段。,(3),水源地的经济、安全性和扩建前景,5,a,(1)水源地的水文地质条件：富水性与补给条件6.3.1 集中,(1)强岩溶发育带的分布位置,6.3.2 小型分散式水源地的选择,(2),补给条件,6,a,(1)强岩溶发育带的分布位置6.3.2 小型分散式水源地的选,6.4 地下水取水构筑物的类型,由于地下水类型、埋藏深度、含水层性质等各不相同，地下水的取水构筑物型式也各不相同。地下水取水构筑物的型式有,管井、大口井、渗渠、辐射井、复合井,等。,其中,最基本的型式为管井、大口井和渗渠,。,辐射井与复合井则是前三者型式的不同组合。,垂直取水构筑物,是指构筑物的设置方向与地表相垂直，如管井、大口井等。,水平取水构筑物,是指构筑物的设置方向与地表大体相平行，如渗水管及渗渠等。,7,a,6.4 地下水取水构筑物的类型 由于地下水类型、埋藏深,(1)管井,（ deep well ,drilled well ）,井管从地面打到含水层，抽取地下水的井。,管井是井壁和含水层中进水部分均为管状结构的取水构筑物。,管井一般由井室、井壁管、过滤器和沉淀管组成。管井可分为,完整井,和,非完整井,。,6.4 地下水取水构筑物的类型,8,a,(1)管井（ deep well ,drilled well,(1)潜水完整井：凿井至潜水含水层底板(隔水层)，水流从井的四周流入井内，如图1(,a)，(b),所示。,(2)潜水非完整井：凿井未到含水层底板，地下水可以从井底及井的四周进入井内，,如图1 (,c)，(d),所示。,图1 潜水井类型,9,a,(1)潜水完整井：凿井至潜水含水层底板(隔水层)，水流从井的,(3)承压水完整井：凿穿承压含水层的顶板，并穿透整个含水层到隔水底板，水流从四周流入井内，如图2(,a)，(b),所示。,(4)承压水非完整井：凿穿承压含水层的顶板后仅穿透一部分含水层，地下水可从井的四周及井底进入井内，如图2(,c)，(d),所示。,图2 承压水井类型,10,a,(3)承压水完整井：凿穿承压含水层的顶板，并穿透整个含水层到,(2)大口井,（ dug well,open well ）,大口井是井径较大（由人工开挖或沉井法施工，设置井筒，以截取浅层地下水）、垂直建造的地下水取水构筑物。大口井一般由,井筒,、有透水孔的,井壁,和,井底反滤层,组成。大口井也可分为完整型井和非完整型井。,6.4 地下水取水构筑物的类型,(3)辐射井,辐射井是由,集水井,与若干辐射状铺设的水平和倾斜的,集水管(辐射管),组合而成。按集水井本身取水与否，辐射井分为两种型式：一是集水井底(即井底进水的大口井)与辐射管同时进水；二是井底封闭，仅由辐射管集水。,11,a,(2)大口井（ dug well,open well ）,(4)渗渠,（ infiltration gallery ）,渗渠是将集水管(渠)水平铺设在含水层中的取水构筑物。渗渠一般由,水平集水管,、,集水井,、,检查井,和,泵站,组成。渗渠可分为完整式和非完整式。渗渠集水管外需设人工反滤层。,6.4 地下水取水构筑物的类型,图3 水平取水构筑物,12,a,(4)渗渠（ infiltration gallery ）,.,管井,适用于,含水层厚度大于5米,，其,底板埋藏深度大于15米,；,.,大口井,适用于,含水层厚度在5米左右，其底板埋藏深度小于15米,；,.,渗渠,仅适用于,含水层厚度小于5米，渠底埋藏深度小于6米,；,.,泉室,适用于,有泉水露头，且覆盖层厚度小于5米,。,地下水取水构筑物的适用条件*：,13,a,.管井适用于含水层厚度大于5米，其底板埋藏深度大于15米,问题：关于取水构筑物型式的选择地层条件，不正确的是(,) 。,A,管井适用于含水层厚度大于5,m，,其底板埋藏深度大于15,m,B,大口井适用于含水层厚度在5,m,左右，其底板埋藏深度小于15,m,C,渗渠仅适用于含水层厚度小于6,m，,渠底埋藏深度大于15,m,D,泉室适用于有泉水露头，且覆盖层厚度小于5,m,答：,C,14,a,问题：关于取水构筑物型式的选择地层条件，不正确的是( ),形,适用范围,式,尺寸,深度,地下水类型,地下水深度,含水层厚度,水文地质特征,出水量,表2 地下水取水构筑物的适用范围,管,井,井径50,1000,mm,，,常用200600,mm,井深8,1000,m,，,常用在300,m,以内,潜水、承压水、裂隙水、岩溶水,200,m,以内，常用在70,m,以内,视透水性确定,适用于砂、砾石、卵石及含水粘性土、裂隙、岩溶含水层,一般500,600,m,3,d，,最大可达23万，最小小于100,m,3,d,15,a,形 适用范围 式 尺寸 深度地下水类型地下,形,适用范围,式,尺寸,深度,地下水类型,地下水深度,含水层厚度,水文地质特征,出水量,大 口 井,井径212,m。,常用48,m,井深在20,m,以内，常用615,m,潜水、承压水,一般在,lOm,以内,一般为515,m,砂、砾石、卵石，渗透系数最好在20,m/d,以上,一般50010000,m,3,d，,最大可达23万,m,3,/d,表2 地下水取水构筑物的适用范围,16,a,形 适用范围 式尺寸深度地下水类型地下水深,形,适用范围,式,尺寸,深度,地下水类型,地下水深度,含水层厚度,水文地质特征,出水量,表2 地下水取水构筑物的适用范围,辐射,井,集水井直径,46,m,，,辐射管直径,50300,mm,，,常用75150,mm,集水井井深常用312,m,潜水,埋深12,m,以内，辐射管距含水层应大于1,m,一般大于2,m,细、中、粗,砂、砾石，但不可含漂石，弱透水层,一般5000,50000,m,3,d，,最大,310000,m,3,d,17,a,形 适用范围 式 尺寸 深度地下水类型地下,形,适用范围,式,尺寸,深度,地下水类型,地下水深度,含水层厚度,水文地质特征,出水量,表 2 地下水取水构筑物的适用范围,渗,渠,直径4501500,mm，,常用6001000,mm,埋深,lOm,以内，常用46,m,潜水,一般在2,m,以内，最大达8,m,一般在2,m,以上,中、粗砂、砾,石、卵石,一般520,m,3,(dm)，,最大,50100,m,3,/(dm),18,a,形 适用范围 式 尺寸深度地下水类型地下水,管井种类,按,用途,分为供水井排水井回灌井。按,地下水的类型,分为压力水井(承压水井)和无压力水井(潜水井)。地下水能自动喷出地表的压力水井称为自流井。按,井是否穿透含水层,分为完整井和非完整井。,6.4.1 管井,（ deep well, drilled well ）,(1)管井,管井是井壁和含水层中进水部分均为管状结构的取水构筑物,。管井直径一般在501000,mm，,深度一般在200米以内，通常由,井室、井壁管、过滤器、沉淀管,组成。,19,a,管井种类 6.4.1 管井（ deep well, dril,完整井,非完整井,6.4.1 管井,（ deep well, drilled well ）,20,a,完整井非完整井6.4.1 管井（ deep well, dr,井室：,用以安装各种设备，采光、采暖、通风，防水；,井壁管：,加固井壁，隔离水质不良或水头较低的含水层；,过滤器：,集水，保持填砾与含水层的稳定，防止漏砂及堵塞；,沉淀管：,沉淀进入管井的砂粒,6.4.1 管井,（ deep well, drilled well ）,21,a,井室：用以安装各种设备，采光、采暖、通风，防水；6.4.1,井室结构：,深井泵房泵体和扬水管安装在管井内，泵座和电动机安装在井室内；,深井潜水泵房水泵和电动机安装在管井内，控制设备安装在井室内；,卧式泵房水泵和电动机安装在井室内；,地面式便于维护管理，防水、防潮、通风、采光条件好；,地下式便于总体规划，噪声小，防冻条件好。,22,a,井室结构：22a,管井构造,管井结构,井壁管与过滤器连成管柱垂直安装在井孔当中。,井壁管安装在非含水层处过滤器安装在含水层的采水段,23,a,管井构造管井结构 23a,井壁管,应有足够的强度，内壁平整光滑，轴线不弯曲，便于设备安装和管井清洗；可采用钢管、铸铁管、钢筋混凝土管。,钢管,可用于,任意井深,的管井；,铸铁管,适用于井深,小于250,m,的管井；,钢筋混凝土管,适用于井深,小于150,m,的管井。,井壁管内径应比水泵设备的外径大100,mm,。,24,a,井壁管应有足够的强度，内壁平整光滑，轴线不弯曲，便于,过滤器应有足够的,强度,和良好的,透水性,。,(图,a,b),圆孔或条孔过滤器：,在管壁上钻圆孔或条孔加工而成；,适用于砾石、卵石、砂岩或裂隙含水层,，亦可用作缠丝过滤器、包网过滤器的,骨架,。,(图,c),缠丝过滤器：,在钢筋骨架过滤器、圆孔或条孔过滤器,外缠绕23,mm,的镀锌铁丝构成；适用于粗砂、砾石和卵石含水层,。,管井滤水管-,deep well screen,25,a,过滤器应有足够的强度和良好的透水性。管井滤水管-,(图,d),钢筋骨架过滤器：,由短管、竖向钢筋、支撑环构成；,适用于裂隙岩、砂岩或砾石含水层,，或用作缠丝过滤器、包网过滤器的,骨架,。,(图,e),包网过滤器：,在钢筋骨架过滤器、圆孔或条孔过滤器,外缠绕0.21.0,mm,的滤网构成,；,适用于粗砂、砾石和卵石含水层,。,26,a,(图d) 钢筋骨架过滤器：由短管、竖向钢筋、支撑环构成,管井滤水管-,deep well screen,(图,f),填砾过滤器：在各类过滤器的,外围填符合一定级配的砾石构成,。,填砾粒径与含水层粒径比：,填砾层厚度可采用75150,mm；,高度应超过过滤器顶部810,m。,27,a,管井滤水管- deep well screen (图f),过滤器进水,孔眼数量多,，,进水性能良好，但强度减小,。,过滤器的,孔隙率,取决于,管材的强度,，各种管材允许孔隙率为：,钢管3035；,铸铁管1825；,钢筋混凝土管1015；,塑料管10。,28,a,过滤器进水孔眼数量多，进水性能良好，但强度减小。28,图 过滤器有效长度,管井中,70-80%,的出水量是从过滤器上部进入的。资料表明，过滤器的适用长度,不宜超过30,m,。,应安装,在动水位以下主要含水层,含水性最强的进水段,，对均质含水层，安装在底部1/2-1/3的厚度内，对厚度大的含水层，过滤器与井壁管,分段设置,。管井抽水时只会对一定厚度的含水层产生影响，,厚度超过40米的含水层可在不同深度分别打井抽水。,相邻过滤器垂直间距一般1020,m,管井滤水管-,deep well screen,29,a,图 过滤器有效长度 管井中70-80%的出水量是从过滤器,6.4.1 管井,（ deep well, drilled well ）,30,a,6.4.1 管井（ deep well, drilled w,管井的井群（,battery of wells）,系统及其合理布局,1.管井的井群系统：按取水方法和集水方式，可分为：,(1),自流井井群：适用于静水位高于地面的承压含水层；,(2),虹吸式井群：适用于静水位接近地面的含水层；,(3),卧式泵取水井群：适用于静水位接近地面且水位降落较小的含水层；,(4),深井泵取水井群 ：适用于各类含水层。,31,a,管井的井群（battery of wells）系统及其合理,管井的井群系统及其合理布局,(2),虹吸式井群：,32,a,管井的井群系统及其合理布局 (2)虹吸式井群：32a,问题：井群用虹吸管集水时，每条虹吸管的长度不宜超过( ),m。,A400 B500 C600 D700,答：,B,为正确答案。当虹吸管管路长时，接口多，增加了漏气机会。按室外给水设计规范要求，井群用虹吸管集水时，每条虹吸管的长度不宜超过500,m。,33,a,问题：井群用虹吸管集水时，每条虹吸管的长度不宜超过( )m。,问题：井群用虹吸管集水时，管内流速可采用( ),ms。,A0.30.5,B0.5O.6,C0.5O.7,D0.2O.7,答：,C,34,a,问题：井群用虹吸管集水时，管内流速可采用( )ms。,问题：井群用虹吸管集水时，水平管段沿水流方向的向上坡度不宜小于( )。,A0.01,B0.001,C0.005,D0.05,答：,B,35,a,问题：井群用虹吸管集水时，水平管段沿水流方向的向上坡度不宜小,管井的井群系统及其合理布局,(3),卧式泵取水井群：,1一管井；2一吸水管；3一泵站；4一压水管；5一集水井；6一二级泵站,图 卧式泵取水的井群,当地下水位埋深不大时，可采用卧式泵。,若井距不大,，,可不用集水井,，直接用吸水管或总连接管与各井相连吸水，见图 (,a)。,若井距较大或单井出水量较大时，应在每个井上安装卧式水泵,，如图(,b),所示。,36,a,管井的井群系统及其合理布局 (3) 卧式泵取水井群： 1一,管井的井群系统及其合理布局,(4),深井泵取水井群 ：,当地下水位埋深超过,lOm12m,时，需要用深井泵。由于深井泵井群系统能抽取埋藏深度较大的地下水，故应用广泛。,1一设有深井泵管井；2-压水管；3一集水井；4一二级泵站,图 深井泵取水井群,37,a,管井的井群系统及其合理布局 (4)深井泵取水井群 ： 当地,2.管井的合理布局,井群布置：,设在城镇和工矿企业的,上游,；,设在,补给条件好,、透水性强、水质及卫生环境良好的地段；,接近主要用水区,，降低管道造价和输水费用；,尽可能垂直于地下水流向,；,施工、运行,管理和维护方便,；,避免洪水及其它因素的影响,。,38,a,2.管井的合理布局井群布置：38a,2.管井的合理布局,(1) 水井的平面布局,A.,直线布井方式,，主要适用于,傍河,水源地，可沿河布置一排或两排的直线井群，井位交错布置。,需要指出的是：,水井的平面布局主要受,富水带,分布位置的控制，应该把水井布置在,补给条件最好的强含水,裂隙带上，而不必拘束于规则的布置形式。,39,a,2.管井的合理布局(1) 水井的平面布局 A. 直线布井,2.管井的合理布局,(1) 水井的平面布局,B.,梅花形布井方式,，主要适用于,远河,的,潜水及多个含水层,的地下水开采地段。,40,a,2.管井的合理布局(1) 水井的平面布局 B. 梅花形布,2.管井的合理布局,(1) 水井的平面布局,C.,扇形布井方式,，在,基岩地区,，由于岩石富水性极不均匀，地下水多是网状及脉状等窄条带径流，为了最大限度的截取地下水，常根据径流带的宽窄，在横截面上布置了3-5成群呈扇形的井群，对水源地开采。,41,a,2.管井的合理布局(1) 水井的平面布局 C. 扇形布井,2.管井的合理布局,(1) 水井的平面布局,D.,平均布井方式,，主要应用了,面状分布，均质的松散含水层,，井与井之间，通常采用等距排列的平均布井方法。,图 水井按,等边三角形,均匀布置的井网平面图,42,a,2.管井的合理布局(1) 水井的平面布局 D. 平均布井,2.管井的合理布局,(2) 水井的垂向布局,对于,厚度不大的（小于30,m）,含水层，一般均采用,完整井形式,（即整个含水层厚度）取水，因此不存在水井在垂向上的多种布局问题。而对于大,厚度（大于30,m）,的含水层或多层含水层，是采用完整井取水，还是采用非完整井井组分段取水，两者在技术、经济上的合理性则需要深入讨论。,对于,多层含水层,可以采用,在垂向上分层取水,，既可达到取不同含水层的目的，也便于管理。,43,a,2.管井的合理布局(2) 水井的垂向布局 对于厚度不,图 分段取水井组布置示意图,分段取水设计时，应正确决定相邻取水段之间的垂向间距（如图中的,a,段,），其,取值原则,是：既要减少垂向上的干扰强度，又能充分汲取整个含水层厚度上的地下水资源。,44,a,图 分段取水井组布置示意图 分段取水设计时，应正确决定相邻,表1 分段（层）取水井组配置参考资料表,序号,含水层厚度,（,m）,井组配置数据,管井数,（个）,滤水管长度（,m）,水平间距,（,m）,垂直间距,a（m）,1,2,3,4,30-40,40-60,60-100,100,1,1-2,2-3,3,20-30,20-30,20-25,20-25,5-10,5-10,5-10,5,5,5,备注：根据供水水文地质手册第二册516页表2-4-9资料（地质出版社1977年出版）,45,a,表1 分段（层）取水井组配置参考资料表序号含水层厚度管井数水,问题：,当管井补给水源充足，透水性良好，且厚度在( ),m,以上的中、粗砂及砾石含水层中取水时，经抽水试验并通过技术经济比较，可采用分段取水。,A30 B40 C50 D60,答：,B,46,a,问题： 答：B46a,(3) 井数和井间距离的确定,（,A）,集中式供水井数与井间距离确定方法,该种供水方式的井数和井间距离一般是通过解析法井流公式和数值法计算而确定的。解析法仅仅适用于均质各向同性，且边界条件规则的情况下。为了更好地逼近实际，在勘探的基础上，最好采用数值模拟技术来确定井数与井间距离。,对于水井呈面状分布的水源地，主要是考虑中心点（或其它预计的干扰强点）的水位是否超过设计上允许的降深值。,2.管井的合理布局,47,a,(3) 井数和井间距离的确定（A）集中式供水井数与井间距离,对灌溉供水井的布局，主要是确定合理井间距离。因某一灌区内应布置的井数，主要决定于单井灌溉面积，亦即决定于,井间距离,。确定灌溉水井的合理间距时，主要考虑的原则是，单位面积上的灌溉需水量必须与该范围内地下水的可采量相平衡。,(3) 井数和井间距离的确定,（,B）,分散间歇式农田灌溉供水的井数与井间距离的确定方法,48,a,对灌溉供水井的布局，主要是确定合理井间距离。因某一灌区,选择出水量和水位降均满足设计要求、井数最少、井间干扰强度不超过要求(即出水量减少系数小于,2025,)、建设投资和开采成本最低的布井方案，即为技术经济上最合理的井数和井距方案。,(3) 井数和井间距离的确定,49,a,选择出水量和水位降均满足设计要求、井数最少、井间干扰强度不超,6.4.2 管井和井群的出水量计算,目的：,在已知水文地质等参数的条件下，通过计算,确定管井在最大允许水位降落时的可能出水量；或在给定的管井出水量下可能产生的水位降落,。,理论公式：,方法简单，计算结果,精度较差,，适用于水源选择、方案拟定和,初步设计,。,经验公式*：,计算,结果接近实际,，用于,施工图设计,。,50,a,6.4.2 管井和井群的出水量计算 目的：在已知水文地,6.4.2 管井和井群的出水量计算,1. 管井出水量计算的理论公式,2. 管井出水量计算理论公式的选择,3. 管井出水量计算的经验公式,*,51,a,6.4.2 管井和井群的出水量计算1. 管井出水量计算的理论,1. 管井出水量计算的理论公式,理论公式是分别以,裘布依井流理论,和,泰斯井流理论,为基础，发展演化形成的,稳定井流公式,和,非稳定井流公式,。,稳定与不稳定流,1)定义为地下水,运动要素,(,v,p,H),是否随时间发生变化,，变化为非稳定流，不变为稳定流；强调流场内所有点的运动要素都随时间变化。,2).产生稳定流的条件,流入 流出,必要条件，首先必须保持补给区和排泄区边界的水头 保持不变。, 充分条件：要求所研究的渗流区段内补给量排泄量。 两者缺一不可。,3).,稳定流与非稳定流计算公式不同，对地下水资源评价意义重大。,52,a,1. 管井出水量计算的理论公式理论公式是分别以裘布依井流理论,到底,什么条件下才能形成稳定流,：只有,当补给量的增量与排泄量的减量之和等于抽水量时,，才有可能形成地下水的稳定流动。,补给量增加和排泄量减少的可能途径：,（1）地表水补给的增加；向地表排泄量的减少；,（2）入渗补给的增加；或减少,（3）人工补给；泉流量的减少或疏干。,常见的稳定流出现的条件：,（1） 傍河井流；,（2） 大泉附近的井流；,（3） 蒸发排泄区的井流等。,53,a,到底什么条件下才能形成稳定流：只有当补给量的增量与排泄量,几个概念：,各向同性、各向异性、均质、非均质,同一点各方向上渗透性相同,的介质称为,各向同性介质,(,isotropy medium),；,同一点各方向上渗透性不同,的介质称为,各向异性介质,(,anisotropy medium),。,均质,(,homogeneity),、,非均质,(,inhomogeneity),:,指,K,于空间坐标的关系，即,不同位置,K,是否相同,；,各向同性、各向异性: 指,同一点不同方向的,K,是否相同,。,按岩层渗透性随空间和方向变化特点，分, 均质各向同性、均质各向异性、, 非均质各向同性、非均质各向异性,54,a,几个概念：各向同性、各向异性、均质、非均质54a,四种介质,均质各向同性,均质各向异性,非均质各向同性,非均质各向异性,在各向同性介质中,K,为标量；,在各向异性介质中,K,为张量。,注：张量概念是矢量概念和矩阵概念的推广，标量是零阶张量，矢量是一阶张量，矩阵（方阵）是二阶张量，而三阶张量则好比立体矩阵，更高阶的张量用图形无法表达。,这两对概念可任意组合,55,a,四种介质均质各向同性 在各向同性介质中K为标量；在各向,上述分类标准不同，无从属关系，可以组合,均质与非均质，各向同性与各向异性概念容易混淆,各向同性,K,为标量，各向异性,K,为张量,各向同性流场，,J,与,v,共线,各向异性流场，,J,与,v,一般不共线,各向异性介质中渗透系数的张量表示式,56,a,上述分类标准不同，无从属关系，可以组合 各向异性介质中渗透,(1)完整井稳定井流出水量计算的理论公式,潜水含水层,57,a,(1)完整井稳定井流出水量计算的理论公式潜水含水层57a,承压含水层,(1)完整井稳定井流出水量计算的理论公式,58,a,承压含水层(1)完整井稳定井流出水量计算的理论公式58a,A.,裘布依稳定,潜水井流,（,J.Dupuit,1863）,假定条件：,均质、各向同性、隔水底板水平,的圆柱形潜水含水层，,外侧面保持定水头，中心一口完整抽水井,（简称,圆岛模型,），没有垂向入渗补给和蒸发，且渗流服从线性定律的稳定流动。,裘布依稳定井流,59,a,A. 裘布依稳定潜水井流（J.Dupuit,1863） 裘布,裘布依稳定,潜水井流,条件,定流量抽水持续一定时间之后渗流呈现,稳定流,，水位呈漏斗状（如图示），,地下水呈径向向井流动,。,在井附近，,J,大，远离井，,J,减小。,等势线在井附近密集。按裘布依假定，将等水头线视为铅垂面，因而渗流断面视为圆柱形。,60,a,裘布依稳定潜水井流条件 定流量抽水持续一定时间之后渗流,B.,裘布依稳定,承压井流,在稳定抽水条件下，剖面上的流线是相互平行的直线，等水头线是铅垂线，等水头面（渗流断面）则是真正的圆柱面（如图示）。这种情况下，不同,r,处，,J,相等。,61,a,B. 裘布依稳定承压井流61a,裘布依型单井稳定流公式的,应用范围,可归纳为,(,1),完全满足,裘布依公式,假定条件,的应当是,圆形海岛中心的一口井,，此时抽水可以达到完全稳定，影响半径代表下降漏斗的实际影响范围，如图所示，此种情况,在自然界中很少见,。,图 裘布依单井稳定流方程的外边界条件示意,62,a,裘布依型单井稳定流公式的应用范围可归纳为图 裘布依单井稳定,(2)在,有充分就地补给(有定水头)的情况下,，由于补给充分、周转快，年度或跨年度调节作用强，,储存量的消耗不明显,，这样就容易在经过一定的开采时间之后形成新的动态平衡，所以,可用裘布依型公式直接进行水文地质计算,，并能得到,较准确,的结果。,(3)当抽水井是建在,无充分就地补给(无定水头)广阔分布的含水层,之中，例如开采大面积承压水，由于补给途径长、周转慢，存在多年调节作用，消耗储存量的时间很长，因而不容易形成新的动平衡，抽水是在非稳定流条件下进行。,严格讲,，这种条件下裘布依公式是,不适用的,，,但如果进行长时间的抽水，并在抽水井附近设有观测井,，若观测孔中的,s(,或,hw,2,),值在,s(,或,hw,2,),一,lgr(r,为观测井到抽水井的距离，,m),曲线上能连成直线，则可根据观测井的数据用裘布依型公式来计算含水层的渗透系数。,(4)在,取水量远小于补给量的地区,，可以先用上述方法求得含水层的渗透系数，然后再用裘布依型公式,大致推测,在不同取水量的情况下井内及附近的地下水位下降值。,63,a,(2)在有充分就地补给(有定水头)的情况下，由于补给充分、,稳定井流出水量,计算的理论公式,:,承压水:,潜水:,承压水:,潜水:,式中,Q,井的出水量，,m,3,/d； R,影响半径，,m；,r,w,井的半径，,m； K ,含水层的渗透系数，,m/d；,M,承压水含水层厚度，,m；H,0,含水层的天然水位，,m；,R,外边界,R,处的势函数。,rw,内边界(井壁),rw,处的势函数。,h,w, rw,处含水层的动水位，,m。,64,a,稳定井流出水量计算的理论公式:承压水:潜水:承压水:潜水:式,稳定井流公式,解决的实际问题,:,（1）给定允许水位降，求出水量,（2）给定出水量，预测水位降,承压水:,(3)稳定井流公式由于,不含时间变量,t,，,主要用于稳定或调节平衡开采动态水源工程的管井出水量计算。,65,a,稳定井流公式解决的实际问题:（1）给定允许水位降，求出水量（,(2) 完整井非稳定井流出水量计算,潜水含水层,66,a,(2) 完整井非稳定井流出水量计算潜水含水层66a,(2) 完整井非稳定井流出水量计算,承压含水层,67,a,(2) 完整井非稳定井流出水量计算承压含水层67a,泰斯(,C.V.Theis,),井流公式,A.,几个概念,1)、有限含水层与无限含水层（相对概念） 事实上，含水层均有边界，即有限。但一般来说，,当含水层在水平方向延伸很大,，以致外边界对于含水层研究区段的水头分布没有明显的影响，则可称为,无限含水层,。当压力传导系数,a,很小时，且进行短时间抽水时，可视为无限含水层。,2)、稳定流与,非稳定流,3)、,定流量抽水,变流量抽水 定降深抽水,68,a,泰斯(C.V.Theis)井流公式68a,B.,无限含水层,中单个,定流量,井流（泰斯模型） （一）泰斯模型,水文地质条件（八个假设）,承压,含水层均质、各向同性，等厚且水平分布，水和含水层均假定为弹性体；,无垂向补给、排泄，即,W0；,渗流满足达西定律；,完整井，假定流量沿井壁均匀进水；,水头下降引起地下水从储量中的释放是瞬时完成的；,抽水前水头面是水平的；,井径无限小且定流量抽水；,含水层侧向无限延伸。,（二）数学模型（具体见地下水动力学）,（三）泰斯方程（见后）,69,a,B. 无限含水层中单个定流量井流（泰斯模型）,（一）假定条件,含水层均质、各向同性，等厚且含水层底板水平，水和含水层均假定为弹性体；,满足泰斯井流假设条件28；,降深值远远小于潜水含水层厚度,，流动满足裘布依假定。,则潜水井流与承压井流可以对应起来。,（二）数学模型（具体见地下水动力学）,（三）模型求解（见后）,C.,潜水井流,泰斯公式,70,a,（一）假定条件C. 潜水井流泰斯公式70a,非稳定井流出水量计算的,理论公式,:,若以水头函数,U(r,t),表示非稳定井流公式任一点任一时刻的水头，其一般式可表示为：,式中,U(r,t),渗流场内,t,刻距水井任意点,r,处的水头函数。,承压水:,潜水:,计算出水量时,r=rw；,潜水为重力给水度；承压水为弹性给水度，以,*,表示,；,T,含水层导水系数，,m,2,/d；,t,时间，,d；，,r,计算点到井的距离，,m；,h,r,处的动水位，,m。,71,a,非稳定井流出水量计算的理论公式:若以水头函数 U(r,t)表,非稳定井流出水量计算的,理论公式,:,承压水:,潜水:,-井函数。,承压水:,潜水:,72,a,非稳定井流出水量计算的理论公式:承压水:潜水:-井函数。承,泰斯公式井函数讨论,1、潜水、承压完整井流均称为泰斯公式原形。,2、泰斯井函数级数形式,可见：随着,u,增大，,W（u）,减小，是一个类似对数函数关系。,3、泰斯公式的其他形式,当,u,足够小时，泰斯井函数可用前两项近似表示，即：,73,a,泰斯公式井函数讨论1、潜水、承压完整井流均称为泰斯公式原形。,非稳定井流,公式,解决的实际问题,:,（1）给定,Q,t,，求,s,（2）给定,s,t,，求,Q,74,a,非稳定井流公式解决的实际问题:（1）给定Q,t，求s（2）给,适用条件：,（1）均质、各向同性,（2）含水层厚度不变，顶底板水平,（3）越流或垂向补给呈均匀分布,（4）边界呈几何形状且不变化,（5）边界的水文地质参数不随时间变化,（6）开采条件必须满足井流公式的要求,（7）地下水的动态（稳态与非稳态）,（8）潜水与承压水不能混合,概化的前提：,（1）计算量应当远小于补给量的时候才能用稳定流,（2）用非稳定流公式必须考虑到水文地质条件简单、清楚,1. 管井出水量计算的理论公式：小结,75,a,适用条件：1. 管井出水量计算的理论公式：小结75a,2. 管井出水量计算理论公式的选择,地下,水流运动,和,管井的工作,条件十分复杂。,A.,渗流分类：,1）.按运动要素(,v,p,H),是否随时间变化，,分：稳定流与非稳定流,2）.按地下水质点运动状态的混杂程度，,分： 层流、紊流与过渡区流态,3）.按地下水有无自由表面，,分为：承压流、无压流、承压无压流,4）.按岩层透水性以及对地下水所起作用，,分：隔水层、含水层、透水层（弱透水层）,5）.按渗流速度在空间上变化的特点，,分： 一维流、二维流、三维流（见下页）,76,a,2. 管井出水量计算理论公式的选择地下水流运动和管井的工作条,a.,一维流：,仅沿一个方向存在流速,b.,二维流：,沿两个方向存在分流速 分：平面二维流、剖面二维流）,c.,三维流：,三个方向均存在分流速,xyz,一维流,平面二维流、剖面二维流,三维流,77,a,a. 一维流：仅沿一个方向存在流速 b. 二维流：沿两个方向,B.,集水建筑物分类：,（1）垂直：井、竖井-井流,水平：沟渠、暗河-沟流,（2）承压、承压无压、无压,（3）完整型、非完整型,（4）抽水井、注水井,（5）稳定井流、非稳定井流,C.,含水层结构分类：,均质与非均质；等厚与非等厚。,D.,地下水的补给条件：,垂向面状补给（面状入渗与越流补给）与侧向径流补给（边界供水条件与几何形状各异）,(1),裘布依,公式和,泰斯,公式奠定了出水量计算 的,理论基础,。,稳定井流,和,非稳定井流,。承压和无压井流。,78,a,B.集水建筑物分类： (1)裘布依公式和泰斯公式奠定了出水量,2. 管井出水量计算理论公式的选择,前面的理论公式局限于,无限含水层,，,事实上许多含水层是有边界的,。比较典型边界含水层为直线边界含水层，直线边界包括,隔水边界,和,定水头边界,。,(,a),隔水断层附近的井；(,b),河流附近的井；(,c),导水断层附近的井,79,a,2. 管井出水量计算理论公式的选择 前面的理论公式局限,2. 管井出水量计算理论公式的选择,(2)在解决径流补给的,各种侧向边界问题,时，理论公式运用,镜像法,和,水流叠加原理,，构造了,不同供水条件,和,不同几何形态的边界,的井流公式。,80,a,2. 管井出水量计算理论公式的选择(2)在解决径流补给的各种,(,A),水流叠加原理,叠加原理：,把一个复杂的地下水流动问题分解为两个或两个以上简单问题，这几个简单问题流动的叠加就是该复杂问题的解。,a.,点井渗流叠加法,1)、问题：设平面上有,N1,和,N2,两个定流量抽水井，抽水开始时刻相同，流量,Q1,和,Q2。,求任意点,M,处降深。其他条件符合泰斯模型。,2)、解题思路：将描述两个井抽水的数学模型分解为两个单井泰斯模型，然后叠加。,(2)在解决径流补给的,各种侧向边界问题,时。,81,a,(A)水流叠加原理叠加原理：把一个复杂的地下水流动问题分解为,点井渗流叠加法,双井,干扰降深公式,上式即为双井干扰降深公式。此式表明：,平面无界含水层中两个抽水井对任意点,M,的水头降深，等于各单井对同一点水头降深之和,。称,无界含水层中井群干扰的水头降深叠加原理,。 上式中，若两个井抽水时间不同，则井函数,W（u）,中,t,应对应该井从开始抽水时刻至计算时刻的时间段。,(,A),水流叠加原理,82,a,点井渗流叠加法 双井干扰降深公式上式即为双井干扰降深公式,点井渗流叠加法,多井,干扰降深公式,(,A),水流叠加原理,将上式进行推广，可得到多井井群干扰任意点,M,的水头降深方程,s。,83,a,点井渗流叠加法多井干扰降深公式(A)水流叠加原理将上式进,反映法：把,有界含水层,通过映射原理,转变为无界,问题，,再利用降深的迭加原理,来求解。,基本要求：,反映后所得无界问题应保持原有边界条件；,反映前后流场形状应一致。,(,B),镜像法,(2)在解决径流补给的,各种侧向边界问题,时。,84,a,反映法：把有界含水层通过映射原理转变为无界问题，再利用降深的,镜象法原理,从日常生活中可以知道，如在平面镜前放一物体，镜中就有一虚像存在。物体和虚像的位置对镜子而言是对称的，形状是相同的。为此，我们,把直线边界想象成一面镜子,，若边界附近存在工作的真实的井(称为,实井,)，相应地，在边界的另一侧映出一口虚构的井(称为,虚井,)。为了,将有界井流问题化为无界井流问题,，且变化后保持原问题的边界性质不变，虚井应具有下列特征：,(,B),镜像法,(2)在解决径流补给的,各种侧向边界问题,时。,85,a,镜象法原理(B)镜像法(2)在解决径流补给的各种侧向边界问题,(1)虚井和实井的,位置,对于边界是,对称,的。,(2)虚井的,流量,和实井,相等,。,(3)虚井的性质取决于边界的性质。对于,定水头补给边界,，虚井的,性质,和实井,相反,，,如实井为抽水井，则虚井为注水井。对于,隔水边界,，虚井的,性质,和实井,相同,，实井为抽水井，则虚井也为抽水井。,(4)虚井的,工作时间,和实井,相同,。,(,B),镜像法,(2)在解决径流补给的,各种侧向边界问题,时。,86,a,(1)虚井和实井的位置对于边界是对称的。(B) 镜像法(2),a.,直线隔水边界附近的井流,1、隔水边界的特点：沿隔水边界是流线，其法线方向,J0。,2、,反映法,为保证映射流线仍平行于隔水边界，仍无穿越隔水边界的水流，将,直线隔水边界附近的一个抽水井转换为两个同时工作等流量的抽水井,。 井对称于边界,虚井与实井,抽水强度相同,，,性质相同,。,运用迭加原理求降深。,(,B),镜像法,(2)在解决径流补给的,各种侧向边界问题,时。,87,a,a.直线隔水边界附近的井流(B)镜像法(2)在解决径流补给的,井对称于边界 虚井与实井抽水强度相同，性质相同。,a,直线隔水边界附近的井流,88,a,井对称于边界 虚井与实井抽水强度相同，性质相同。a 直线,b.,直线定水头(供水)边界附近的井流,水位保持不变，水位线呈直线状，且铅垂切割整个含水层的地表水体，构成平面二维流问题的直线定水头边界。,1.边界性质：边界为等水头线，流线必定垂直此边界。,2.映射结果：,虚井与实井,位置对称,流量相同,性质相反,从而保证映射后两个井同时工作后，边界处理为等水头线 。,(,B),镜像法,(2)在解决径流补给的,各种侧向边界问题,时。,89,a,b.直线定水头(供水)边界附近的井流(B)镜像法(2)在解决,b,直线定水头边界附近的井流,映射结果：虚井与实井位置对称；流量相同；性质相反。,90,a,b 直线定水头边界附近的井流映射结果：虚井与实井位置对称；,图,b,直线补给边界附近的稳定井流,91,a,图b 直线补给边界附近的稳定井流 91a,2. 管井出水量计算理论公式的选择,(2)在解决径流补给的,各种侧向边界问题,时，理论公式运用,镜像法,和,水流叠加原理,，构造了,不同供水条件,和,不同几何形态的边界,的井流公式。,P184,在裘布依,公式和,泰斯,公式的基础上，分别以边界类型条件系数 和,Rr,表示。,稳定井流,非稳定井流,（6-12）,（6-13）,92,a,2. 管井出水量计算理论公式的选择(2)在解决径流补给的各种,模型的边界类型与参数 表6-1,93,a,模型的边界类型与参数 表6-1 93a,模型的边界类型与参数 表6-1 续表,94,a,模型的边界类型与参数 表6-1 续表 94a,模型的边界类型与参数 表6-1 续表,上述式中,T/S,为承压含水层压力传导系数，或,=KH/，,潜水含水层的水位传导系数；,s,为储水系数或弹性给水度(承压水头下降,lm,时，从单位面积含水层中释放的弹性水量)；,H,为潜水水位。,95,a,模型的边界类型与参数 表6-1 续表 上述式,2. 管井出水量计算理论公式的选择,(3)当含水层是越流补给系统时.,P186,1.若抽水层与相邻含水层之间所夹为隔水层，使,相邻含水层间不发生水力联系,，叫,无越流含水系统,。,2.相邻含水层之间为弱透水层，使,含水层之间发生水力联系,，或,弱透水层与含水层之间发生水力联系,，叫,越流系统,。,96,a,2. 管井出水量计算理论公式的选择(3)当含水层是越流补给系,(3)当含水层是,越流补给系统,时.,P186,理论公式的建立是以,面状越流补给进入含水层后呈平面径向流的假设条件,为前提的。,图 越流补给含水层中的抽水井,97,a,(3)当含水层是越流补给系统时. P186图 越流补给含水,2. 管井出水量计算理论公式的选择,稳定井流,非稳定井流,(3)当含水层是,越流补给系统,时.,P186,（6-14）,（6-15）,B,越流因素项；,K,0,-,零阶二类修正贝塞尔函数；,98,a,2. 管井出水量计算理论公式的选择稳定井流非稳定井流(3)当,(4)管井为,非完整井,结构时，其水流状态与完整井有所不同。存在局部空间流区，整体上仍属于平面径向流运动。方法：,分段法和镜像法,a.,分段法：,将一个,复杂的渗流分解成几个简单的分渗流段,而使问题得到解答的方法。,b.,两条要求：,1）各分渗流段的渗流状况，即运动要素或,流网,渗流场中由一系列流线和等水头线（等势线）组成的网格称为流网。,，与总渗流相应部分应保持一致。即,分段之后，不能“走样”,，否则各分渗流段之和不等于原渗流。,2）,每一分渗流段应有现成的解答,（即流量。水头线方程已知）或解答容易求得，否则分段法就没有优越性了。,(,A),分段法,99,a,(4)管井为非完整井结构时，其水流状态与完整井有所不同。存在,C.,实现方法：,（1）分段法必须从分析,流网,开始。 流线（面） 隔水边界 等势线 等水头边界,所以,分段界面应取流面或等水头面,。,（2）分段总数应满足“,每个分渗流段有现成解,”的前提下越少越好。,几个典型流网特征,(,A),分段法,注：隔水边界是流线；无入渗、无蒸发条件下潜水面是流线；湖泊、河流边界可看成等水头线,等水头线,流线,100,a,C. 实现方法： 几个典型流网特征(A)分段法注：隔水边界是,d.,应用：,（1）承压无压流动：通常按有已知解的承压流和无压流两段求解。,（2）复杂的三维或剖面二维流动，若存在一水平或接近水平的流面，将其作为,分段界面,。一个有隔水底板的分渗流段，一个有隔水顶板的分渗流段。,e.,总流量方程等于分段流量的并联或串联。,(,A),分段法,101,a,d.应用：(A)分段法101a,(4)管井为,非完整井,结构时，其水流状态与完整井有所不同。方法： 分段法和镜像法,平面分段法：,非完整井可利用两区之间的分界面,r,c,将水流在平面上分段，分别以三维流与二维流区来表示同一口井的流量。因此一口非完整井的流量，可以用一假想半径为,r,c,的完整井公式，然后乘以阻力修正系数。,(,A),分段法,102,a,(4)管井为非完整井结构时，其水流状态与完整井有所不同。方法,(4)管井为非完整井结构时，,P186,(,A),分段法,剖面分段法：,过滤器上下两段的流线分别向中部弯曲，中心线,NN,处流面几乎是水平面，呈隔水性质，因此可以将一口非完整井分成两段研究。非完整井流量为上下两段流量之和。,103,a,(4)管井为非完整井结构时，P186(A)分段法剖面分段法：,(,B),镜像法,(4)管井为非完整井结构时，,P186,当过滤器位于隔水顶板附近，可视其与隔水边界附近的完整井类似，用镜像法求解。,104,a,(B)镜像法(4)管井为非完整井结构时，P186 当过,(5)对于非均质含水层,P187,2. 管井出水量计算理论公式的选择,以厚度,H(,或,M),或面积,A,的加权平均值法表示各项参数分段法,（6-16）,105,a,(5)对于非均质含水层 P1872. 管井出水量计算理论公,m,2,m,1,K,1,K,2,K,3,m,3,层状承压含水层的平均渗透系数：,(5)对于非均质含水层,P187,106,a,m2m1K1K2K3m3层状承压含水层的平均渗透系数：(5),层状无压含水层的平均渗透系数：,h,2,h,0,K,1,K,2,K,3,h,3,h,1,(5)对于非均质含水层,P187,107,a,层状无压含水层的平均渗透系数：h2h0K1K2K3h3h1(,影响半径,R,的计算,（6-17）,（6-18）,1).正确选择理论公式,2).科学地确定水文地质参数,重要影响因素：渗透系数,K,和影响半径,R。,3).合理概化边界补给类型。,2.管井出水量计算理论公式的选择：小结,式中,m-,方程参数，根据稳定流抽水试验资料求得,。,108,a,影响半径R的计算（6-17）1).正确选择理论公式2.管井出,地层,地层颗粒,影响半径,R,(m),粒径(,mm),所占重量 (%),粉砂,细砂,中砂,粗砂,极粗的砂,小砾石,中砾石,粗砾石,0.050.1,0.10.25,0.250.5,0.51.0,12,23,35,510,70以下,70,50,50,50,2550,50100,100300,300400,400500,500600,6001500,15003000,各种地层的影响半径,R,值,2.管井出水量计算理论公式的选择：小结,109,a,地层地层颗粒影响半径R粒径(mm)所占重量 (%)粉砂0.,3.管井出水量计算的经验公式*,P188,(1)直线型方程,（6-19）,直线型主要出现在承压含水层或水位降很小的厚含无压含水层地区,S,W,Q,110,a,3.管井出水量计算的经验公式* P188(1)直线型方,3. 管井出水量计算的经验公式,*,P188,(2)抛物线型方程,（6-21）,抛物线型曲线常见于补给条件好、含水层厚、出水量较大的地区。,Q,S,Q,S,0,a,1,b,111,a,3. 管井出水量计算的经验公式* P188(2)抛物线型方,(3)幂函数型方程,（6-22）,幂函数型曲线常见于渗透性较好、厚度较大、但补给较差的含水层。,（6-23）,Q,S,1,112,a,(3)幂函数型方程（6-22）幂函数型曲线常见于渗透性较好、,(4)半对数型方程,（6-24）,半对数型曲线常见隔水边界，或含水层规模小、补给差的地区。,Q,S,1,b,a,113,a,(4)半对数型方程（6-24）半对数型曲线常见隔水边界，或含,表437 井的出水量,Q,和水位降落值,s,