地下水利用讲义PPT课件

《地下水利用讲义PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地下水利用讲义PPT课件（126页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、地下水利用水利与环境学院：市政教研室本课程主要讲解内容本课程主要讲解内容第一章第一章 管管 井井 出出 水水 量量 计计 算算1第二章第二章 地下水资源计算与评价地下水资源计算与评价2第三章第三章 地下水资源计算的数值法地下水资源计算的数值法3第四章第四章 地下水开采建筑物设计地下水开采建筑物设计45 556第六章第六章 地下水资源管理地下水资源管理第五章第五章 井井 灌灌 区工程区工程 规规 划划 第一章第一章 管井出水量计算管井出水量计算 1.开采地下水井的分类和地下水种类开采地下水井的分类和地下水种类2.单井出水量的稳定流计算（裘布依模型）单井出水量的稳定流计算（裘布依模型） 3.单井出

2、水量的非稳定流计算（泰斯模型）单井出水量的非稳定流计算（泰斯模型） 第一节第一节. .井的分类和地下水种类井的分类和地下水种类 根据井径大小和构造的不同分为管井、筒井与大口井、辐射井根据井径大小和构造的不同分为管井、筒井与大口井、辐射井。1 1、管井：直径较小（、管井：直径较小（250250450450）mm mm ，深度较大，深度较大(50(50800800)m,)m,井井壁采用钢管，铸铁管，钢筋混凝土管或塑料管加固的井型。壁采用钢管，铸铁管，钢筋混凝土管或塑料管加固的井型。 一般采用钻机施工，水泵机组抽水，又称作机井。城镇与工一般采用钻机施工，水泵机组抽水，又称作机井。城镇与工业区用水机井

3、多开采深层承压水；农业机井一般开采浅层的潜水业区用水机井多开采深层承压水；农业机井一般开采浅层的潜水含水层。含水层。2 2、筒井与大口井、筒井与大口井筒井：直径较大（筒井：直径较大（1.01.01.51.5）m m，深度较浅，深度较浅(30(3050)m,50)m,井壁采用井壁采用钢筋混凝土管或砖加固的井型。钢筋混凝土管或砖加固的井型。大口井：直径大（大口井：直径大（1.51.51010）m m，深度浅，深度浅(10(1030)m,30)m,井壁采用钢筋井壁采用钢筋混凝土管或砖加固的井型。混凝土管或砖加固的井型。 一般开采埋深较小且含水层厚度小一般开采埋深较小且含水层厚度小的潜水含水层，安装水

4、泵机组抽水。的潜水含水层，安装水泵机组抽水。 第一节第一节. .井的分类和地下水种类井的分类和地下水种类 3 3、辐射井、辐射井 由垂直的集水井和沿集水井四周水平辐射状的进水管组成。由垂直的集水井和沿集水井四周水平辐射状的进水管组成。集水井直径（集水井直径（1.51.51010）m m ，较浅，较浅(5(550)m50)m。适用于开采埋深小，。适用于开采埋深小，含水层薄，富水性差的地区，如黄土区，砾卵石含水层，河漫滩含水层薄，富水性差的地区，如黄土区，砾卵石含水层，河漫滩地。地。 根据开采地下含水层的不同分为：潜水完整井，潜水非完整根据开采地下含水层的不同分为：潜水完整井，潜水非完整井，承压完

5、整井，承压非完整井。井，承压完整井，承压非完整井。 （1 1）潜水含水层：自由浸润面到不透水地板之间的饱含重力）潜水含水层：自由浸润面到不透水地板之间的饱含重力 水的地质构造层。水的地质构造层。（2 2）承压含水层：上、下不透水地板之间的饱含承压水的）承压含水层：上、下不透水地板之间的饱含承压水的 地质构造层。地质构造层。（3 3）完整井与非完整井：穿过整个含水层直达隔水层的井）完整井与非完整井：穿过整个含水层直达隔水层的井 为完整井；否则为非完整井。为完整井；否则为非完整井。 第二节第二节 单井出水量的稳定流计算单井出水量的稳定流计算 一、潜水完整井出水量计算裘布依公式一、潜水完整井出水量计

6、算裘布依公式 1 1、裘布依模型、裘布依模型（1 1）潜水含水层特征：圆岛柱体，均质同性，等厚，）潜水含水层特征：圆岛柱体，均质同性，等厚， 地板水平地板水平（2 2）边界条件）边界条件: : 圆岛四周定水头供水边界圆岛四周定水头供水边界（3 3）渗流特征：符合达西定律和连续方程；轴对称）渗流特征：符合达西定律和连续方程；轴对称 均匀无阻力汇入井中均匀无阻力汇入井中（4 4）稳定井流：抽水形成降落漏斗，当降落漏斗扩）稳定井流：抽水形成降落漏斗，当降落漏斗扩 展到供水边界时，抽水流量与边界展到供水边界时，抽水流量与边界 供水流量相等，降落漏斗也稳定。供水流量相等，降落漏斗也稳定。 第二节第二节

7、单井出水量的稳定流计算单井出水量的稳定流计算 2 2、公式推导、公式推导由达西定律由达西定律 Qr Qr2rh2rhK Kdh/dr dh/dr 流量连续方程流量连续方程QrQrQ Q 积分得积分得 h h QLnr/KQLnr/KC C ，当，当r rR R时时 , h , hH H C CH H QLnR/KQLnR/K 不同断面处不同断面处 Q QK(HK(H h h )/Ln(R/r) )/Ln(R/r) 井出流量井出流量 Q QK(HK(H h h0 0 )/Ln(R/r)/Ln(R/r0 0) ) Q Q1.364K(H1.364K(H h h0 0 )/Lg(R/r)/Lg(R/

8、r0 0) ) 二、承压完整井出水量计算裘布依公式二、承压完整井出水量计算裘布依公式 裘布依模型条件与潜水完整井裘布依模型相同。裘布依模型条件与潜水完整井裘布依模型相同。 Q Q2.73KM(H2.73KM(Hh h0 0)/Lg(R/r)/Lg(R/r0 0) ) 式中式中 M M含水层厚度含水层厚度(m)(m)， H H静水头（静水头（m)m) 作业：公式推导作业：公式推导 三、裘布依公式讨论三、裘布依公式讨论 1 1、实际应用、实际应用 Q1.364K(Hh0)/Lg(R/r0) 已知含水层已知含水层K K，H H或或M M，R R，根据井的设计降深，根据井的设计降深S S0 0（S0=

9、Hh0） 可求设计流量；根据设计流量可求设计流量；根据设计流量Q Q推求水位降深推求水位降深S S0 0；根据井的；根据井的 稳定流抽水试验资料求水文地质参数稳定流抽水试验资料求水文地质参数K K。 2 2、井出水量与井中水位降深的关系：、井出水量与井中水位降深的关系： 承压井承压井Q=q SQ=q S0 0 ，直线关系；潜水井二者则呈二次线关系。，直线关系；潜水井二者则呈二次线关系。 3 3、实测降深较计算值大、实测降深较计算值大 计算值忽略下列水力损失：（计算值忽略下列水力损失：（1 1）井壁泥浆堵塞）井壁泥浆堵塞 （2 2）花管水力损失）花管水力损失 （3 3）向上转弯水头损失）向上转弯

10、水头损失 （4 4）沿吸水管至泵进口的沿程水头损失，）沿吸水管至泵进口的沿程水头损失， 因此，承压完整井出水量与降深并非呈直线关系。因此，承压完整井出水量与降深并非呈直线关系。 4 4、水跃、水跃 ：水流流入井壁时存在水位比井中水位高。：水流流入井壁时存在水位比井中水位高。 井壁附近水流流线为曲线，存在水跃水才能流入井中。井壁附近水流流线为曲线，存在水跃水才能流入井中。 第二节第二节 单井出水量的稳定流计算单井出水量的稳定流计算 5 5、影响半径、影响半径R R0 0 实际含水层，抽水一定时间后，由于抽水时间有限，实际含水层，抽水一定时间后，由于抽水时间有限，存在补水条件，当抽水量与补给量达到

11、平衡时，地下渗存在补水条件，当抽水量与补给量达到平衡时，地下渗流为稳定流；另外，抽水影响范围有限，从实际观测不流为稳定流；另外，抽水影响范围有限，从实际观测不到地下水位下降处到井中心的水平距离确定为稳定抽水到地下水位下降处到井中心的水平距离确定为稳定抽水影响半径影响半径R R0 0，R R0 0处流量为零，此处不存在水力坡降。处流量为零，此处不存在水力坡降。四、群井干扰抽水出水量稳定流计算四、群井干扰抽水出水量稳定流计算 已知两口相同已知两口相同承压完整井承压完整井，间距为，间距为2b2b，1 1号井单独号井单独抽水时的流量抽水时的流量Q Q和降深和降深S S0 0，引起，引起2 2号井中水位

12、降深号井中水位降深t t；2 2号号井单独抽水时的流量井单独抽水时的流量Q Q和降深和降深S S0 0，引起，引起1 1号井中水位降深号井中水位降深t t。两口井同时干扰（井距近）抽水。两口井同时干扰（井距近）抽水。 水位消减法：水位消减法：（1 1）若）若1 1号井仍保持出水量号井仍保持出水量Q Q不变，实际降深不变，实际降深S SS S0 0t t Q Q2.73KMS2.73KMS0 0/Lg(R/r/Lg(R/r0 0) ) S S0 0QLg(R/rQLg(R/r0 0)/2.73KM )/2.73KM t tQLg(R/2b)/2.73KM QLg(R/2b)/2.73KM 求得实

13、际降深求得实际降深S SS S0 0t tQLg(RQLg(R /r/r0 02b)/2.73KM 2b)/2.73KM 两井同时干扰抽水总流量等于两井同时干扰抽水总流量等于2Q 2Q （2 2）若）若1 1号井保持降深号井保持降深S0不变，有效降深不变，有效降深S SS S0 0t t Q Q2.73KMS2.73KMS0 0/Lg(R/r/Lg(R/r0 0) ) S S0 0QLg(R/rQLg(R/r0 0)/2.73KM )/2.73KM t tQLg(R/2b)/2.73KM QLg(R/2b)/2.73KM 有效降深有效降深S SS S0 0t tQLg(2b/rQLg(2b/r

14、0 0)/2.73KM )/2.73KM 1 1号井实际出水量号井实际出水量 QQ QQ2.73KMS/Lg(R/r2.73KMS/Lg(R/r0 0) ) 两井两井同时干扰抽水总流量等于同时干扰抽水总流量等于2QQ2QQ 第二节第二节 单井出水量的稳定流计算单井出水量的稳定流计算（3 3）N N眼承压井同时干扰抽水（井距近）眼承压井同时干扰抽水（井距近） 1 1号井：号井：S1S1S S0101(t2(t2t3-t3-tn) tn) 为为1 1号井保持出水量号井保持出水量Q1Q1不变，实际降深。为不变，实际降深。为1 1号井保持降号井保持降深深S S0101不变，有效降深。不变，有效降深。t

15、2t3-tn t2t3-tn 分别为其它井抽水在分别为其它井抽水在1 1号号井引起的降深。井引起的降深。 2 2号井：号井：S2S2S S0202(t1(t1t3-t3-t) t) （4 4）N N眼潜水井眼潜水井干扰抽水（井距近）干扰抽水（井距近）1 1号井单独抽水时的流量和降深为号井单独抽水时的流量和降深为Q1Q1，S01S01 Q1 Q11.364K1(H11.364K1(H1 h01h01 )/LgR1/r01 )/LgR1/r01 Q1 Q11.364K11.364K12Hp12Hp1S01S01 /LgR1/r01 /LgR1/r01 S01 S01Q1LgQ1Lg（R1/r01R

16、1/r01）/2.73K1Hp1 /2.73K1Hp1 在在2 2号井引起降深号井引起降深t2t2Q2Lg(R2/2B2)/2.73K2Hp2 Q2Lg(R2/2B2)/2.73K2Hp2 S1 S1S01S01(t2+t3-+t) (t2+t3-+t) 为为1 1号井保持出水量号井保持出水量Q1Q1不变，实际降深。为不变，实际降深。为1 1号井保持降号井保持降深深S01S01不变，有效降深。不变，有效降深。 2 2号井号井S2S2S02S02(t1(t1t3-t3-t) t) 第二节第二节 单井出水量的稳定流计算单井出水量的稳定流计算五五 单井出水量计算的抽水试验经验公式法单井出水量计算的抽

17、水试验经验公式法 由于实际含水层与裘布依模型条件差别大，计算由于实际含水层与裘布依模型条件差别大，计算结果误差大，可采用经验公式法，根据抽水试验资料，结果误差大，可采用经验公式法，根据抽水试验资料，比较反应复杂的实际情况，建立流量与降深的关系曲比较反应复杂的实际情况，建立流量与降深的关系曲线。常用的曲线有：线。常用的曲线有：11直线型直线型Q=qSQ=qS，回归系数，回归系数q q为水井单位出水量为水井单位出水量 m m(h.m)(h.m)。22抛物线型抛物线型S=aQ+bQS=aQ+bQ 回归系数回归系数a, ba, b33指数曲线型指数曲线型 S= S=（Q/nQ/n）m m 回归系数回归

18、系数n, mn, m44对数曲线型对数曲线型 Q=a+blgs Q=a+blgs 回归系数回归系数a, ba, b 具体公式形式可采用图解法或查分法或最小二乘具体公式形式可采用图解法或查分法或最小二乘法求解。一般试验数据处理采用最小二乘法求解（有法求解。一般试验数据处理采用最小二乘法求解（有软件）。软件）。 第三节第三节 单井出水量的非稳定流计算单井出水量的非稳定流计算一一 潜水完整井出水量非稳定流微分方程式（泰斯模型）潜水完整井出水量非稳定流微分方程式（泰斯模型） (1)(1)潜水含水层特征：均质、同性、等厚、地板水平且无限延伸。潜水含水层特征：均质、同性、等厚、地板水平且无限延伸。 (2)

19、 (2)渗流特征：符合达西定律和连续方程；轴对称均匀无阻力汇渗流特征：符合达西定律和连续方程；轴对称均匀无阻力汇 入井中。入井中。 (3) (3)垂直方向无补给。垂直方向无补给。求解模型：求解模型： 取微元体：半径为取微元体：半径为r r及及r+dr, r+dr, 高度为高度为H H及及H+dHH+dH的圆筒体的圆筒体1 1、由圆筒内壁流入井中的流量为、由圆筒内壁流入井中的流量为Q,Q,由圆筒外壁流入的流量为由圆筒外壁流入的流量为 Q QQ/Q/r r，则流出与流入的流量差：，则流出与流入的流量差： Q Q(Q(QQ/Q/r rdr)dr)Q/Q/r rdrdr2 2、重力释水量、重力释水量

20、2rdr2rdrH/H/t t u , uu , u潜水层给水度潜水层给水度 第三节第三节 单井出水量的非稳定流计算单井出水量的非稳定流计算 3 3、水量平衡：、水量平衡：Q/Q/r rdrdr2rdr2rdrH/H/t tu u 4 4、由达西公式流出内筒面的渗流速度、由达西公式流出内筒面的渗流速度V VK KH/H/r r Q QAVAV2rH2rHV V H H(Hr+H(r+dr)/2(Hr+H(r+dr)/2 5 5、 Q/Q/r r2kH2kH( (H/H/r)/r)/r r 2kH(2kH(H/H/r rr r H/H/ r)r) 代入水量平衡式化简得代入水量平衡式化简得 KH(

21、 KH(H/H/r rr r H/H/ r)r)H/H/t tr ru u 令令 T TKHKH， H/H/r rr r H/H/ r r r ru/T u/T H/H/t t 第三节第三节 单井出水量的非稳定流计算单井出水量的非稳定流计算 令令a aT/u T/u ， H/H/r rr r H/H/ r rH/H/t /at /a 在抽水过程中若有降水入渗补给或蒸发排泄时，在水量平衡在抽水过程中若有降水入渗补给或蒸发排泄时，在水量平衡计算时计入，设在单位时间在单位面积上的补给率或蒸发率为计算时计入，设在单位时间在单位面积上的补给率或蒸发率为，上式改写为：，上式改写为： a a（H/H/r r

22、r r H/H/ r r）+ +/u uH/H/t tu-u-潜水含水层给水度：水头下降一个单位时，从单位含水层面积潜水含水层给水度：水头下降一个单位时，从单位含水层面积高度等于含水层厚度的柱体中由于重力作用释放出的水量。高度等于含水层厚度的柱体中由于重力作用释放出的水量。u*-u*-承压含水层弹性释水系数：当承压含水层的水头降低一个单位承压含水层弹性释水系数：当承压含水层的水头降低一个单位时，从单位含水层面积高度等于含水层厚度的柱体中释放出的水时，从单位含水层面积高度等于含水层厚度的柱体中释放出的水量。量。T=KMT=KM为承压含水层的导水系数为承压含水层的导水系数a-a-在潜水含水层称为水

23、位传导系数，在承压含水层称为压力传导，在潜水含水层称为水位传导系数，在承压含水层称为压力传导，表示含水层水位或水头变化的传导速度。表示含水层水位或水头变化的传导速度。二二 承压完整井出水量非稳定流计算泰斯公式承压完整井出水量非稳定流计算泰斯公式 泰斯物理模型泰斯物理模型: : (1) (1)潜水含水层特征：均质、同性、等厚、地板水平潜水含水层特征：均质、同性、等厚、地板水平且无限延伸且无限延伸 (2) (2)渗流特征：符合达西定律和连续方程；轴对称均渗流特征：符合达西定律和连续方程；轴对称均匀无阻力汇入井中匀无阻力汇入井中 (3) (3)垂直方向无补给垂直方向无补给 (4) (4)定流量抽水，

24、井径无限小定流量抽水，井径无限小 泰斯数学模型泰斯数学模型： H/H/r /r r /r H/H/r r H/H/t /a t /a （r0r0)r0r0) H(r, 0) H(r, 0)H0 H0 （初始条件（初始条件r0r, tr0r, t0)0) H(, t) H(, t)H0 H0 （定水头条件（定水头条件r0)r0) lim(r lim(r H/H/r)r)Q/2TQ/2T常数常数 r0 r0 第三节第三节 单井出水量的非稳定流计算单井出水量的非稳定流计算 解解: : 偏微分方程组偏微分方程组 1 1、二元变量转化为一元变量（偏微分方程变为常微分方程）、二元变量转化为一元变量（偏微分

25、方程变为常微分方程）构造一个二元复合变量构造一个二元复合变量 U=r U=r u*/4Tt u*/4Tt U/U/r rru*/2Tt ru*/2Tt U/U/t tr r u*/4Ttu*/4Tt H/H/r rU/U/r rdH/du= ru*/2Tt dH/du= ru*/2Tt dH/dudH/du H/H/ r r ( (H/H/r)/r)/r r u*/2Ttu*/2TtdH/dudH/dur r u*u* /4T/4T t td d H/dH/d u u H/H/t tr r u*/4Ttu*/4Tt *dH/du *dH/du代入模型方程得到：代入模型方程得到： u d u d

26、 H/dH/d u+(1+u)dH/duu+(1+u)dH/du0 0 第三节第三节 单井出水量的非稳定流计算单井出水量的非稳定流计算 2 2、二阶常微分方程先降阶、二阶常微分方程先降阶 令令dH/dudH/duG G 则则 dG/du dG/du(1(1u)/u*Gu)/u*G0 0 分离变量积分：分离变量积分：dG/GdG/G(1(11/u)du 1/u)du lnG lnGu ulnulnuC1 C1 lnGu lnGuu+C1 u+C1 ， G= *c/uG= *c/u 分离变量积分：当分离变量积分：当 r r时时 ，u, HH0u, HH0 dH dHC /uduC /udu H=H

27、 H=H0 0-C /udu-C /udu 3 3、 d/du(H0d/du(H0C /udu)C /udu) d/du(-C /udu)d/du(-C /udu) Cd/duCd/du（ /udu) /udu) C / u C / u 2C /r2C /r r r 2C2C (r ) (r ) (2C ) (2C )2C2CQ/2T CQ/2T CQ/4T Q/4T H HH0H0Q/4T /udu Q/4T /udu S SH0H0H HQ/4T /udu Q/4T /udu 令井函数令井函数W(u)W(u) /udu /udu ， S SQW(u)/QW(u)/（4T4T）( (泰斯公式

28、）泰斯公式） 第三节第三节 单井出水量的非稳定流计算单井出水量的非稳定流计算 三三 泰斯公式讨论泰斯公式讨论 1 1、井函数、井函数W(U)W(U)可查表，可查表，W(U)W(U)随随U U值增大而减小；当承压井定流量抽水时，值增大而减小；当承压井定流量抽水时，降深降深S S随距离随距离r r的增大而减小，随抽水时间延长而增大。的增大而减小，随抽水时间延长而增大。 井函数为负指数积分函数，展开后为一级收敛级数，当井函数为负指数积分函数，展开后为一级收敛级数，当u u值很小时忽略展值很小时忽略展开式第二项以后部分，化简后得：开式第二项以后部分，化简后得： W(u) W(u)2.3lg2.25at

29、/r2.3lg2.25at/r S S2.3Q/4T2.3Q/4Tlg2.25at/rlg2.25at/r u=0.01 u=0.010.10.12 2、降深、降深S S下降速度下降速度 Q /4Tt Q /4Tt 在一定距离范围内，当抽水时间足够长时，在一定距离范围内，当抽水时间足够长时， Q/4T/tQ/4T/t。 说明在一定距离范围内，当抽水时间足够长时，水头下降速度与距说明在一定距离范围内，当抽水时间足够长时，水头下降速度与距离无关，等幅下降。离无关，等幅下降。 3 3、流量变化规律、流量变化规律 Q/2TrQ/2Tr 由达西定律由达西定律:r:r处断面流量处断面流量QrQr2rKM

30、=Q Q2rKM =Q Q 不同过水段面流量不等。不同过水段面流量不等。 4 4、井径无限小、井径无限小 (r ) (r )Q/2T Q/2T 的目的使的目的使 趋近于趋近于1 1 U=rU=r u*/4Tt u*/4Tt 0.990.991 1，当，当U=0.01U=0.01时，由于井径无限小引起时，由于井径无限小引起的相对误差不超过的相对误差不超过1 1 。四四 潜水完整井非稳定流计算仿泰斯公式潜水完整井非稳定流计算仿泰斯公式1 1、当、当S=0.1HS=0.1H0 0时，时，T TKMKM改为改为T TKHKH0 0 代入泰斯公式。代入泰斯公式。2 2、当、当0.1H0.1H0 0S0.

31、3HS0.3HS0.3H0 0时不能用泰斯公式。时不能用泰斯公式。 五五 群井干扰抽水非稳定流计算群井干扰抽水非稳定流计算1 1、承压完整井群干扰抽水时抽水降深计算、承压完整井群干扰抽水时抽水降深计算 S1 S1S01S01(t2(t2t3t3tn) , tn) , 井灌区任一点井灌区任一点P P水位消减值：水位消减值： SP SPS1S1S2S2S3S3SNSN Q1W(u1)/4TQ1W(u1)/4TQ2W(u2)/4TQ2W(u2)/4TQNW(un)/4TQNW(un)/4T当当u=0.01u=0.01时时 可用简化公式计算可用简化公式计算2 2、潜水完整井群干扰抽水时抽水降深计算、潜

32、水完整井群干扰抽水时抽水降深计算 当当S=0.1H0S=0.1H0时，可按上式计算时，可按上式计算, ,其中其中T TKH0KH0 当当0.1H0S0.3H00.1H0S0.3H0时，采用仿泰斯公式按上式计算时，采用仿泰斯公式按上式计算 第二章第二章 地下水资源计算与评价地下水资源计算与评价第一节第一节 基本概念基本概念1 1、地下水资源评价：对一个地区地下水资源的质量，数量，时、地下水资源评价：对一个地区地下水资源的质量，数量，时 空分布特征和开发利用技术要求作出定量分析，并评价其空分布特征和开发利用技术要求作出定量分析，并评价其 开采价值。它是地下水资源合理开发和科学管理的依据。开采价值。

33、它是地下水资源合理开发和科学管理的依据。2 2、评价任务：、评价任务：（1 1）水质评价：水质分析评价其可用性，水质监测与防护措施。）水质评价：水质分析评价其可用性，水质监测与防护措施。（2 2）水量评价：计算各种水资源量，确定允许开采量及用水）水量评价：计算各种水资源量，确定允许开采量及用水 保证率。保证率。（3 3）开采技术条件评价：分析论证在长期开采条件下是否会）开采技术条件评价：分析论证在长期开采条件下是否会 引起不良的工程地质问题，并提出相应的预防措施。引起不良的工程地质问题，并提出相应的预防措施。 第二章第二章 地下水资源计算与评价地下水资源计算与评价3 3、以水均衡为基础的分类法

34、（三分法）、以水均衡为基础的分类法（三分法） 某一地下水含水层单元，在某均衡时段内，地下水的循环某一地下水含水层单元，在某均衡时段内，地下水的循环总是表现为补给总是表现为补给-排泄排泄-储存量变化三种形式，它们之间在数储存量变化三种形式，它们之间在数量上的均衡关系为量上的均衡关系为V V补补V V排排= =VV，该方法较大储量分类法合理。，该方法较大储量分类法合理。（1 1）补给量：）补给量： 单位时间内进入某一单元含水层的重力水体积，分为天然单位时间内进入某一单元含水层的重力水体积，分为天然 补给量，人工补给量，开采补给量。补给量，人工补给量，开采补给量。 天然补给量：天然状态下进入含水层的

35、水量天然补给量：天然状态下进入含水层的水量 （降雨入渗补给，地表水渗漏，邻区地下水测渗）。（降雨入渗补给，地表水渗漏，邻区地下水测渗）。 人工补给量：人工引水入渗补给地下水的水量。人工补给量：人工引水入渗补给地下水的水量。 开采补给量：开采条件下，除天然补给量之外，额外获得开采补给量：开采条件下，除天然补给量之外，额外获得的补给量。开采形成降落漏斗使地表水体向地下含水层补水，的补给量。开采形成降落漏斗使地表水体向地下含水层补水，或定托渗流变为自由渗流加大补给量，或使邻区地下水加大侧或定托渗流变为自由渗流加大补给量，或使邻区地下水加大侧渗量。渗量。需要说明：计算补给量是地下水资源评价的核心内容；

36、需要说明：计算补给量是地下水资源评价的核心内容；一般先一般先计算现状条件下的补给量，再估算开采后可能获得的额外补给计算现状条件下的补给量，再估算开采后可能获得的额外补给量。量。 第二章第二章 地下水资源计算与评价地下水资源计算与评价（2 2）排泄量）排泄量 单位时间内从某一单元含水层排泄出的重力水体体积，分单位时间内从某一单元含水层排泄出的重力水体体积，分为天然排泄量和人工开采量。为天然排泄量和人工开采量。 天然排泄量指潜水蒸发，补给地表水体，测向流入临区。天然排泄量指潜水蒸发，补给地表水体，测向流入临区。 人工开采量是取水构筑物从含水层取出来的地下水量。人工开采量是取水构筑物从含水层取出来的

37、地下水量。允许开采量：允许开采量：指通过技术经济合理的取水建筑物，在整个开采指通过技术经济合理的取水建筑物，在整个开采期内水量和水位不超过设计要求，水质水温变化在允许范围内，期内水量和水位不超过设计要求，水质水温变化在允许范围内，不影响已建水源地正常生产，不发生危害性工程地质现象的前不影响已建水源地正常生产，不发生危害性工程地质现象的前提下，单位时间内从水文地质单元中能够取得水量。提下，单位时间内从水文地质单元中能够取得水量。允许开采量的大小取决于补给量，一般比补给量小。允许开采量的大小取决于补给量，一般比补给量小。（3 3）储存量）储存量 储存在含水层的重力水体积。容积储存量储存在含水层的重

38、力水体积。容积储存量G GuHFuHF：潜水含水：潜水含水层中的重力水体积。弹性储存量：承压含水层水头下降顶板以层中的重力水体积。弹性储存量：承压含水层水头下降顶板以上某一位置时，由于含水层弹性压缩和水体弹性膨胀所释放出上某一位置时，由于含水层弹性压缩和水体弹性膨胀所释放出的水量。的水量。 G GuuSF SF S-S-承压水位降低值承压水位降低值m m 第二章第二章 地下水资源计算与评价地下水资源计算与评价4 4、评价区、评价区 若某区域的水文气象条件、地质构造条件、地貌条件、水若某区域的水文气象条件、地质构造条件、地貌条件、水文地质条件、岩性条件等比较接近，整个区域作为一个计算评文地质条件

39、、岩性条件等比较接近，整个区域作为一个计算评价区，否则划分计算评价单元。价区，否则划分计算评价单元。水利部水文局编制的地下水资源调查评价工作细则指出；水利部水文局编制的地下水资源调查评价工作细则指出； 按地形地貌特征和地下水类型，把评价区划分为平原区、按地形地貌特征和地下水类型，把评价区划分为平原区、山丘区、沙漠区和内陆闭合盆地平原区，称为一级区。山丘区、沙漠区和内陆闭合盆地平原区，称为一级区。 一级区按水文地质条件又划分为若干个水文地质区，为二一级区按水文地质条件又划分为若干个水文地质区，为二级区。级区。 二级区按地下水埋深、包气带岩性的不同，再分为若干二级区按地下水埋深、包气带岩性的不同，

40、再分为若干个个均衡计算区，为三级区。均衡计算区是计算水资源的最小单元。均衡计算区，为三级区。均衡计算区是计算水资源的最小单元。 第二节第二节 地下水资源数量计算与评价地下水资源数量计算与评价一、水均衡法一、水均衡法（一）适用条件（一）适用条件 地下水埋藏较浅，地下水的补给和排泄条件容易查清的地区。地下水埋藏较浅，地下水的补给和排泄条件容易查清的地区。 对于干旱或半干旱山前洪积平原和喀斯特地区，某些河谷地对于干旱或半干旱山前洪积平原和喀斯特地区，某些河谷地区以及封闭的自流盆地，使用效果较好。对深层承压含水层或山区以及封闭的自流盆地，使用效果较好。对深层承压含水层或山区基岩裂隙含水层不宜使用。区基

41、岩裂隙含水层不宜使用。（二）基本原理（二）基本原理 水量平衡方程式：水量平衡方程式：Q Q补补Q Q排排uFh/tuFh/t Q Q补补地下水总补给量（地下水总补给量（m m ); ); Q Q排排地下水总排泄量（地下水总排泄量（m m ) )； uFh/tuFh/t单位时间内含水层中储存量的变化量（单位时间内含水层中储存量的变化量（m m /d)/d) t t均衡期（年包括干旱年，平水年，丰水年）均衡期（年包括干旱年，平水年，丰水年） h h均衡期评价区地下水位平均变幅（均衡期评价区地下水位平均变幅（m m） F F均衡区面积均衡区面积（m m ) ) 第二节第二节 地下水资源数量计算与评价

42、地下水资源数量计算与评价（三）开采条件下的均衡方程（三）开采条件下的均衡方程 天然状态下，地表水，地下水，大气水依靠自然条件相互天然状态下，地表水，地下水，大气水依靠自然条件相互转化，在一定周期内，多年调节，天然补给量与天然消耗量近转化，在一定周期内，多年调节，天然补给量与天然消耗量近似相等，维持动态平衡。开采条件下，打破天然状态下的动态似相等，维持动态平衡。开采条件下，打破天然状态下的动态平衡，在天然渗流场的基础上叠加了开采渗流场即降落漏斗。平衡，在天然渗流场的基础上叠加了开采渗流场即降落漏斗。由于人工开采，使得天然补给量增加，天然消耗量减少。由于人工开采，使得天然补给量增加，天然消耗量减少

43、。在一个均衡期内，合理的开采会建立新的动态平衡。否则地下在一个均衡期内，合理的开采会建立新的动态平衡。否则地下水不断消耗，水位持续下降，不存在平衡。水不断消耗，水位持续下降，不存在平衡。水量均衡方程式水量均衡方程式 （Q Q入入Q Q出出）（）（W WQ Q开开）uFh/tuFh/t（Q Q入入Q Q出出）侧向补给量与排泄量之差）侧向补给量与排泄量之差（m m /d)/d) （W WQ Q开开）垂直补给量与排泄量之差）垂直补给量与排泄量之差（m m /d)/d) u u含水层平均给水度含水层平均给水度 ，其它参数同上式，其它参数同上式 W WQ Q雨雨Q Q河河Q Q越越.Q Q蒸蒸 第二节第

44、二节 地下水资源数量计算与评价地下水资源数量计算与评价（四）计算步骤（四）计算步骤1 1 划分均衡区，确定均衡期划分均衡区，确定均衡期 均衡期一般为一个水文年，包括丰水年，平水年和枯水年均衡期一般为一个水文年，包括丰水年，平水年和枯水年在内的一个多年均衡期。在内的一个多年均衡期。2 2 确定均衡要素，建立均衡方程确定均衡要素，建立均衡方程3 3 地下水资源评价地下水资源评价 Q Q开开（Q Q入入Q Q出出）W WuFh/tuFh/t 给出均衡期地下水位允许变幅的条件下，计算地下水开采量，给出均衡期地下水位允许变幅的条件下，计算地下水开采量，分析评价地下水资源对用水的保证程度。分析评价地下水资

45、源对用水的保证程度。 第二节第二节 地下水资源数量计算与评价地下水资源数量计算与评价二、二、 开采试验法开采试验法 适用于完全没有水文地质资料，水文地质资料难以查清的适用于完全没有水文地质资料，水文地质资料难以查清的地区，当急需确定地下水允许开采量时。可采用打井或利用现地区，当急需确定地下水允许开采量时。可采用打井或利用现有井按需要的开采流量进行抽水试验，依据试验结果计算地下有井按需要的开采流量进行抽水试验，依据试验结果计算地下水允许开采量。对潜水和承压水，新水源和旧水源地均适用，水允许开采量。对潜水和承压水，新水源和旧水源地均适用，由于群井抽水费用很高，只适用于中小型水源地。一般在枯水由于群

46、井抽水费用很高，只适用于中小型水源地。一般在枯水季节按开采条件做抽水试验，延续几个月季节按开采条件做抽水试验，延续几个月。( (一）抽水出现稳定状态时允许开采量一）抽水出现稳定状态时允许开采量Q QP P与影响半径与影响半径R R0 0确定确定 按设计开采量长时间抽水，若水位达到设计降深按设计开采量长时间抽水，若水位达到设计降深S S0 0后，一后，一直能保持稳定，且停抽后水位又能较快恢复到原水位，说明抽直能保持稳定，且停抽后水位又能较快恢复到原水位，说明抽水量小于开采条件下的补给量，按这样的流量开采是有保证的。水量小于开采条件下的补给量，按这样的流量开采是有保证的。 延长三个观测孔降深曲线（

47、稳定时）与静水位交点，至抽延长三个观测孔降深曲线（稳定时）与静水位交点，至抽水井中心的距离为影响半径水井中心的距离为影响半径R R0 0。 第二节第二节 地下水资源数量计算与评价地下水资源数量计算与评价( (二二) )抽水出现非稳定状态时允许开采量抽水出现非稳定状态时允许开采量Q QP P与影响半径与影响半径R R0 0确定确定 按设计开采量长时间抽水，若水位达到设计降深按设计开采量长时间抽水，若水位达到设计降深S S0 0后，并后，并不稳定，停抽后水位有所恢复，但不恢复到原水位，说明抽水不稳定，停抽后水位有所恢复，但不恢复到原水位，说明抽水量大于开采条件下的补给量，按这样的流量开采是没有保证

48、的。量大于开采条件下的补给量，按这样的流量开采是没有保证的。在水位持续下降的过程中，当大部分漏斗出现等幅下降后，任在水位持续下降的过程中，当大部分漏斗出现等幅下降后，任意时段的水量平衡为：（意时段的水量平衡为：（Q Q抽抽-Q-Q补补）t=uFSt=uFS uF- uF-水位下降水位下降1 1米时储存量的减少量米时储存量的减少量m m S-t S-t时段的水位降低时段的水位降低m m Q Q抽抽-t-t时段的平均抽水流量时段的平均抽水流量m m /d/d Q Q补补-开采条件下的补给流量开采条件下的补给流量m m /d/d水量平衡方程水量平衡方程 Q Q抽抽Q Q补补uFS/tuFS/t认为认

49、为Q Q补补和和uFuF变化不大，当作常数，则将抽水流量比较稳定，水变化不大，当作常数，则将抽水流量比较稳定，水位下降比较均匀的若干时段的资料代入上式解方程组求常数。位下降比较均匀的若干时段的资料代入上式解方程组求常数。 第二节第二节 地下水资源数量计算与评价地下水资源数量计算与评价用水位下降时的资料求允许开采量用水位下降时的资料求允许开采量QpQp Q Q抽抽1 1Q Q补补uFS1/t1uFS1/t1 Q Q抽抽2 2Q Q补补uFS2/t2 -uFS2/t2 - Q Q抽抽n nQ Q补补uFSn/tnuFSn/tn 求求Q Q补补和和uFuF的平均值。的平均值。再用水位恢复时的资料检验

50、校核再用水位恢复时的资料检验校核Q Q补的可靠性。补的可靠性。若在抽水过程中减少抽水量使若在抽水过程中减少抽水量使Q Q抽抽QQ补补, ,则地下水位会等幅回升，则地下水位会等幅回升， Q Q补补Q Q抽抽uFS/tuFS/t uF uF前面求出的单位储量的平均值前面求出的单位储量的平均值m m S/t S/t水位等幅回升速度水位等幅回升速度m/dm/d当停止抽水时，当停止抽水时，Q Q抽抽0 0，则，则Q Q补补uFS/tuFS/t。允许开采量允许开采量QpQpQ Q补补 第二节第二节 地下水资源数量计算与评价地下水资源数量计算与评价例题一例题一某水源地位于基岩裂隙水的富水段，在某水源地位于基

51、岩裂隙水的富水段，在0.2km0.2km 面积内打面积内打了了1212个钻孔，最大孔距不超过个钻孔，最大孔距不超过300300米。在其中米。在其中3 3孔中进行了孔中进行了4 4个多个多月的抽水试验，观测数据见下表。试验表明，在水位迅速下降月的抽水试验，观测数据见下表。试验表明，在水位迅速下降阶段结束后，开始等幅持续下降，停抽或抽水量减少时，水位阶段结束后，开始等幅持续下降，停抽或抽水量减少时，水位都有等幅回升现象，这表明正常抽水已经大于实际补给量。都有等幅回升现象，这表明正常抽水已经大于实际补给量。求解：选用求解：选用5 5月月1 1日至日至6 6月月3030日各时段的资料分别代入公式日各时

52、段的资料分别代入公式 3169 3169Q Q补补0.47uF 27730.47uF 2773Q Q补补0.09uF0.09uF 3262 3262Q Q补补0.94uF 30710.94uF 3071Q Q补补0.54uF0.54uF 2804 2804Q Q补补0.19uF0.19uF时间（月日）时间（月日）5.15.255.266.26.76.106.116.196.206.30平均抽水流量m/d31692773326230712804水位平均下降速度m/d0.470.090.940.540.19 第二节第二节 地下水资源数量计算与评价地下水资源数量计算与评价 Q Q补补和和uFuF计算

53、表计算表 水位恢复计算表水位恢复计算表 联立方号联立方号 （1 1）和）和（2 2）（3 3）和）和（4 4）（3 3）和）和（5 5）（4 4）和）和（5 5）平均值平均值Q Q补补26792813268826592710uFuF1042478611763724时间（月时间（月日）日）水位恢水位恢复值复值S/S/tt（m m/d/d）平均抽水平均抽水流量流量m m /d/duFuF平均值平均值 补给量补给量m m /d/d7.27.27.67.619.363.87072328027.217.217.267.2619.983.381077232518 第二节第二节 地下水资源数量计算与评价地下

54、水资源数量计算与评价补给量平均值补给量平均值2660m2660m /d/d，根据计算和检验结果，允许开采量评价，根据计算和检验结果，允许开采量评价如下：本区的补给量是有限的，如开采量超过补给量，则地下水如下：本区的补给量是有限的，如开采量超过补给量，则地下水位会持续下降，为了合理开采利用地下水，允许开采量是位会持续下降，为了合理开采利用地下水，允许开采量是2000m2000m /d/d2700m2700m /d/d。三、相关分析法三、相关分析法 若水源地已有一段开采时间，可利用已有的观测资料建立开若水源地已有一段开采时间，可利用已有的观测资料建立开采量与其影响因素之间的随机性模型，就是相关分析

55、法。采量与其影响因素之间的随机性模型，就是相关分析法。 例如一元线性相关分析：开采量与降深之间回归方程例如一元线性相关分析：开采量与降深之间回归方程Q=AQ=ABSBS可用最小二乘法求解回归系数可用最小二乘法求解回归系数A A和和B B，再则求相关系数，再则求相关系数R R，开采量，开采量评价要求评价要求R R大于大于0.80.8。 其它像幂函数曲线，指数曲线，对数曲线等均可采用最小二其它像幂函数曲线，指数曲线，对数曲线等均可采用最小二乘法进行回归分析。乘法进行回归分析。 一般先求可采量，根据观测资料，分析选择与地下水开采量一般先求可采量，根据观测资料，分析选择与地下水开采量最密切的相关因子，

56、如水位降深或降水量等；做出散点图，初步最密切的相关因子，如水位降深或降水量等；做出散点图，初步分析线性相关或非线性相关；求待定系数分析线性相关或非线性相关；求待定系数A A和和B B；计算相关系数，；计算相关系数，分析相关程度；建立回归方程；利用回归方程根据设计降深求开分析相关程度；建立回归方程；利用回归方程根据设计降深求开采量。采量。 第二节第二节 地下水资源数量计算与评价地下水资源数量计算与评价四、开采系数法四、开采系数法 开采系数法是指一个地区多年平均地下水开采模数与多年平开采系数法是指一个地区多年平均地下水开采模数与多年平均地下水补给模数之比，或地下水多年平均实际开采量与多年平均地下水

57、补给模数之比，或地下水多年平均实际开采量与多年平均补给量的比值。适用于浅层地下水有一定的开发利用水平，水均补给量的比值。适用于浅层地下水有一定的开发利用水平，水文地质研究程度较高并积累了较长系列开采量统计与水位动态观文地质研究程度较高并积累了较长系列开采量统计与水位动态观测资料的地区。测资料的地区。 Q Q可可Q Q总总 可开采系数可开采系数 ， Q Q总总开采条件下的年总补给量开采条件下的年总补给量104m104m /a/a开采系数的确定原则：开采系数的确定原则：（1 1） 开采系数不应大于开采系数不应大于1 1；（2 2）开采条件良好（单井单位降深出水量大于）开采条件良好（单井单位降深出水

58、量大于2020），地下水埋），地下水埋深大，水位持续下降的超采区，可选深大，水位持续下降的超采区，可选0.850.850.950.95；（3 3）开采条件一般（单井单位降深出水量）开采条件一般（单井单位降深出水量5 52020）。地下水埋深）。地下水埋深较大，实际开采程度较高的地区，或地下水埋深较小，实际开采较大，实际开采程度较高的地区，或地下水埋深较小，实际开采程度较低的地区，可选程度较低的地区，可选0.750.750.850.85；（4 4）开采条件较差（单井单位降深出水量小于）开采条件较差（单井单位降深出水量小于5 5）。地下水埋深）。地下水埋深较小，实际开采程度较低，开采困难的地区，可

59、选较小，实际开采程度较低，开采困难的地区，可选0.60.60.70.7。 第二节第二节 地下水资源数量计算与评价地下水资源数量计算与评价五五 、实际开采量调查法、实际开采量调查法适用于浅层地下水开发利用程度较高、开采量统计资料比较适用于浅层地下水开发利用程度较高、开采量统计资料比较准确，水位动态处于相对稳定的地区，如长系列资料中找出平水准确，水位动态处于相对稳定的地区，如长系列资料中找出平水年年初、年末地下水位相等的资料，该年地下水实际开采量可近年年初、年末地下水位相等的资料，该年地下水实际开采量可近似作为多年平均地下水可开采量。似作为多年平均地下水可开采量。实际开采量调查法的理论基础是水均衡

60、原理实际开采量调查法的理论基础是水均衡原理，通过全面研究某一，通过全面研究某一均衡区的浅层地下水补给量、排泄量以及存储量变化之间的均衡均衡区的浅层地下水补给量、排泄量以及存储量变化之间的均衡关系，来平价可开采量。关系，来平价可开采量。 Q Q补补Q Q排排uFh/tuFh/t Q Q补补均衡区均衡期浅层地下水总补给量（均衡区均衡期浅层地下水总补给量（m m /a); /a); Q Q排排均衡区均衡期浅层地下水总排泄量（均衡区均衡期浅层地下水总排泄量（m m /a)/a)； u u给水度给水度 ， t t均衡期（年）均衡期（年） h h均衡期浅层地下水位平均变幅（均衡期浅层地下水位平均变幅（m

61、m） F F均衡区面积（均衡区面积（m m ) )水位出现稳定期，说明补给量相当于消耗量，实际开采量是合理水位出现稳定期，说明补给量相当于消耗量，实际开采量是合理的，有保证的。否则该方法不适用的，有保证的。否则该方法不适用 第二节第二节 地下水资源数量计算与评价地下水资源数量计算与评价 如果年末地下水位变化值为负，表明年内排泄量大于补给如果年末地下水位变化值为负，表明年内排泄量大于补给量；若为正，表明补给量大于排泄量。若水位稳定，说明补排量；若为正，表明补给量大于排泄量。若水位稳定，说明补排相当，实际开采量是合理的，即可作为可开采量。相当，实际开采量是合理的，即可作为可开采量。实际上，浅层地下

62、水被大量开采利用的情况下，补排相当很少实际上，浅层地下水被大量开采利用的情况下，补排相当很少见，但实际该方法是评价可开采量的常用方法见，但实际该方法是评价可开采量的常用方法。例二例二 下表为某河流域内一供水水源地下表为某河流域内一供水水源地19801980至至19821982年地下水均衡年地下水均衡计算成果表，计算成果表，19801980年为干旱年份，年为干旱年份，19811981年为平水年份，年为平水年份，19821982年年为丰水年份。从表中可知，枯水年负均衡缺水为丰水年份。从表中可知，枯水年负均衡缺水37983798万万m m ，平水，平水年和丰水年余水量年和丰水年余水量38673867

63、万万m m 。评价：该地区平水年实际开采量评价：该地区平水年实际开采量61006100万万m m 是合理的；若干旱年是合理的；若干旱年份出现负平衡，但平水年份和丰水年份余额满足补偿干旱年份份出现负平衡，但平水年份和丰水年份余额满足补偿干旱年份的缺额，所以开采量的缺额，所以开采量61006100万万m m 是有保证的是有保证的。 第二节第二节 地下水资源数量计算与评价地下水资源数量计算与评价 地下水均衡计算表地下水均衡计算表 单位万单位万m m 均衡要素均衡要素枯水年枯水年平水年平水年丰水年丰水年降雨入渗补给量4728361010河道渗漏量199064068450地下径流流入量804840960

64、总计3266808210420地下径流流出量701825985潜水蒸发量263320305实际开采量610061006100总计706472457390均衡差-37988373030 第三节第三节 地下水资源质量计算与评价地下水资源质量计算与评价一、灌溉水质一、灌溉水质 指水的理化性质在灌溉中对土壤和作物的适用性。指水的理化性质在灌溉中对土壤和作物的适用性。用灌溉用灌溉水中所含溶解固体盐总量即矿化度表示，水中所含溶解固体盐总量即矿化度表示，毫克毫克/ /升或克升或克/ /升。升。此外，灌溉水中的固体颗粒会引起对灌溉渠道的淤积、堵塞喷此外，灌溉水中的固体颗粒会引起对灌溉渠道的淤积、堵塞喷头、影响

65、土壤的透水性。头、影响土壤的透水性。二、灌溉用水的水质评价二、灌溉用水的水质评价（一）用矿化度指标进行水质评价（一）用矿化度指标进行水质评价 矿化度是指水中溶盐的总含量，这些盐分有些对作物有害矿化度是指水中溶盐的总含量，这些盐分有些对作物有害如钠盐，有些无害如钙盐，有益的如磷酸盐和硝酸盐，因此用如钠盐，有些无害如钙盐，有益的如磷酸盐和硝酸盐，因此用该指标进行灌溉水质评价时必须对盐分进行分析见表教材该指标进行灌溉水质评价时必须对盐分进行分析见表教材3-53-5。国内灌溉水质标准为总盐量国内灌溉水质标准为总盐量1 12g/L2g/L，并规定在以下具体条件地，并规定在以下具体条件地区水质标准可放宽：

66、干旱半干旱地区；具有一定灌排设施的地区水质标准可放宽：干旱半干旱地区；具有一定灌排设施的地区；能保证一定的排水和径流条件的地区；有一定的淡水资源区；能保证一定的排水和径流条件的地区；有一定的淡水资源满足冲洗土体盐分的地区；土体透水性好，并能掌握耐盐作物满足冲洗土体盐分的地区；土体透水性好，并能掌握耐盐作物类型和生育阶段的地区。类型和生育阶段的地区。 第三节第三节 地下水资源质量计算与评价地下水资源质量计算与评价（二）灌溉系数（二）灌溉系数（KaKa）法）法 指以英寸表示的水层厚度，该水层蒸发后所剩余的盐量使指以英寸表示的水层厚度，该水层蒸发后所剩余的盐量使土壤累计盐分达到作物难以忍受的程度。土

67、壤累计盐分达到作物难以忍受的程度。分级如下：分级如下：Ka1.2 Ka18 Ka18 水质良好水质良好（三（三）盐度、碱度、矿化度法）盐度、碱度、矿化度法 这是河南省水文地质豫东组提出来的，把灌溉水对农作物这是河南省水文地质豫东组提出来的，把灌溉水对农作物和土壤的危害分为和土壤的危害分为4 4种类型，即盐害、碱害、盐碱害和综合危害。种类型，即盐害、碱害、盐碱害和综合危害。1 1 盐害：主要指氯化钠和硫酸钠对农作物和土壤的危害，指标盐害：主要指氯化钠和硫酸钠对农作物和土壤的危害，指标用盐度表示，盐度就是在液态条件下氯化钠和硫酸钠的允许含用盐度表示，盐度就是在液态条件下氯化钠和硫酸钠的允许含量。量

68、。2 2 碱害碱害 主要指碳酸钠和重碳酸钠对农作物和土壤的危害，用碱主要指碳酸钠和重碳酸钠对农作物和土壤的危害，用碱度表示，就是在液态条件下碳酸钠和重碳酸钠的允许含量。度表示，就是在液态条件下碳酸钠和重碳酸钠的允许含量。 第三节第三节 地下水资源质量计算与评价地下水资源质量计算与评价3 3 盐碱害盐碱害 当盐度大于当盐度大于10me/L10me/L，并有碱度存在时，即为盐碱害，并有碱度存在时，即为盐碱害，更为严重。更为严重。4 4 综合危害综合危害 水中的氯化钙和氯化镁等有害成分与碱害盐害一起，水中的氯化钙和氯化镁等有害成分与碱害盐害一起，对作物和土壤的危害称为综合危害，用总矿化度表示。对作物

69、和土壤的危害称为综合危害，用总矿化度表示。 属于盐害、碱害和综合危害的水质，教材表属于盐害、碱害和综合危害的水质，教材表3-83-8列出了灌溉列出了灌溉水质评价指标，将水质分为淡水，中等水，盐碱水和重盐碱水。水质评价指标，将水质分为淡水，中等水，盐碱水和重盐碱水。 属于盐碱类型的灌溉水，教材表属于盐碱类型的灌溉水，教材表3-93-9列出双指标进行评价，列出双指标进行评价，即当盐度大于即当盐度大于1010时，按盐害和碱害这一对指标评价水质。时，按盐害和碱害这一对指标评价水质。（四）综合危害系数（四）综合危害系数（K)K)法法 这是河北沧州地区农科所提出的一种兼顾盐害和碱害的水这是河北沧州地区农科

70、所提出的一种兼顾盐害和碱害的水质评价法。教材表质评价法。教材表3-103-10给出了灌溉水质评价指标。给出了灌溉水质评价指标。三、农业用水水质标准三、农业用水水质标准1 1 生活饮用水水质标准生活饮用水水质标准 第三节第三节 地下水资源质量计算与评价地下水资源质量计算与评价 水质指标分四大类，共计水质指标分四大类，共计3535项，见表项，见表3-123-12GB 5749-85。2 2 农田灌溉水质标准农田灌溉水质标准 该标准适合于以地表水，地下水，工业废水和生活污水做农该标准适合于以地表水，地下水，工业废水和生活污水做农田灌溉用水。表田灌溉用水。表3-13 GB 5084-923-13 GB

71、 5084-92农田灌溉水质标准农田灌溉水质标准。 第三章第三章 地下水资源计算的数值法地下水资源计算的数值法第一节第一节 基本概念基本概念一、前言一、前言 在地下水资源评价中，需要通过求解数学模型得到地下水在地下水资源评价中，需要通过求解数学模型得到地下水位的变化过程与水文地质参数等。数学模型是用来描述一个系位的变化过程与水文地质参数等。数学模型是用来描述一个系统的结构、空间形式、边界条件和系统内部运动状态等的一组统的结构、空间形式、边界条件和系统内部运动状态等的一组数学关系式。数学关系式。 地下水非稳定运动理论是以质量守恒性（连续性原理）和地下水非稳定运动理论是以质量守恒性（连续性原理）和

72、能量转换性（达西定律）为基础，对任何复杂的地下水流系统能量转换性（达西定律）为基础，对任何复杂的地下水流系统都可建立相应的数学模型，即支配地下水运动的偏微分方程以都可建立相应的数学模型，即支配地下水运动的偏微分方程以及决定其解初始条件和边界条件。如果渗流区域的几何形状比及决定其解初始条件和边界条件。如果渗流区域的几何形状比较简单，其含水层是均质的、各项同性的情况，可以求得解析较简单，其含水层是均质的、各项同性的情况，可以求得解析解，如泰斯数学模型及其解析求解得到泰斯公式。解，如泰斯数学模型及其解析求解得到泰斯公式。 第三章第三章 地下水资源计算的数值法地下水资源计算的数值法 实际应用中地下水条

73、件复杂，如渗流区域形状不规则；含实际应用中地下水条件复杂，如渗流区域形状不规则；含水层是非均匀的，含水层的厚度随时空变化，隔水底板不平；水层是非均匀的，含水层的厚度随时空变化，隔水底板不平；地下水的补水源中包含线性补给和局部的面状补给；排泄条件地下水的补水源中包含线性补给和局部的面状补给；排泄条件的复杂和变化；含水层不同地段的各向异性等等；使得地下水的复杂和变化；含水层不同地段的各向异性等等；使得地下水资源计算评价模型复杂，解析法求解困难，若对实际问题过渡资源计算评价模型复杂，解析法求解困难，若对实际问题过渡简化，计算结果与实际不符，从而失去了实用价值。简化，计算结果与实际不符，从而失去了实用

74、价值。 把把复杂的非线性偏微方程转化为线性代数方程组，然后对复杂的非线性偏微方程转化为线性代数方程组，然后对其求解，这是一种离散近似的计算方法即数值法，所要求解的其求解，这是一种离散近似的计算方法即数值法，所要求解的不是域内的连续函数值而是域内各结点上函数的近似值。数值不是域内的连续函数值而是域内各结点上函数的近似值。数值方法作为一种求解近似解的方法被广泛用于地下水水位预报和方法作为一种求解近似解的方法被广泛用于地下水水位预报和资源评价中。资源评价中。 第三章第三章 地下水资源计算的数值法地下水资源计算的数值法二、数值法求解地下水流数学模型的基本步骤二、数值法求解地下水流数学模型的基本步骤（1

75、 1）将研究区域按照某种规则进行剖分或离散化形成若干）将研究区域按照某种规则进行剖分或离散化形成若干 个剖分单元。对时间离散化，划为若干时段。个剖分单元。对时间离散化，划为若干时段。（2 2）将若干个小单元作为地下水的小均衡区域，并定义特征点）将若干个小单元作为地下水的小均衡区域，并定义特征点 上的各种物理量。上的各种物理量。（3 3）建立某一时段内结点之间制约各种物理量的关系式。）建立某一时段内结点之间制约各种物理量的关系式。（4 4）利用初始条件和边界条件，建立在某时段内边界结点和）利用初始条件和边界条件，建立在某时段内边界结点和 内部节点的关系式。内部节点的关系式。（5 5）求解由（）求

76、解由（3 3）和（）和（4 4）组成的方程组，即可求得某一时刻，）组成的方程组，即可求得某一时刻， 研究区域上各离散点的水位研究区域上各离散点的水位H H值，其集合值，其集合H H就是渗流区域就是渗流区域 上某一时刻地下水位上某一时刻地下水位H H的近似解。的近似解。（6 6）重复（）重复（3 3）（）（5 5），可计算下一时刻的水头），可计算下一时刻的水头H H集合值。集合值。 本章介绍常用的两种方法：有限差分法和有限元法本章介绍常用的两种方法：有限差分法和有限元法。 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算第二节 地下水资源数量计算的有限差分法一、基本原理和求解思路一、基

77、本原理和求解思路 把描述地下水运动的偏微分方程及其求定解问题，近似的用把描述地下水运动的偏微分方程及其求定解问题，近似的用一组差分方程代替，然后求解差分方程组。一组差分方程代替，然后求解差分方程组。 首先将地下水区域离散化网格状的小区域，简化为有限个结首先将地下水区域离散化网格状的小区域，简化为有限个结点，并对时间坐标离散化；采用一定差分格式将微分方程变成差点，并对时间坐标离散化；采用一定差分格式将微分方程变成差分方程；解差分方程组；边界条件处理。求解结果为各结点在各分方程；解差分方程组；边界条件处理。求解结果为各结点在各时段的的水位。时段的的水位。1 1、区域离散化：用两组正交的平行线，把区

78、域剖分成有限个小、区域离散化：用两组正交的平行线，把区域剖分成有限个小区域。小区域的中心为结点，近似认为：结点水位区域。小区域的中心为结点，近似认为：结点水位H H代表小区域代表小区域各点的水位，小区域内的各参数视为常数，相邻小区域之间水位各点的水位，小区域内的各参数视为常数，相邻小区域之间水位近似为线性变化。结点编号：（近似为线性变化。结点编号：（i, ji, j）, ,剖分网格的边长为剖分网格的边长为x,y,x,y,也即相邻结点的间距、空间步长。也即相邻结点的间距、空间步长。2 2、时间坐标离散化：时间坐标取向前差分格式，、时间坐标离散化：时间坐标取向前差分格式，TT为时间步长。为时间步长

79、。3 3、承压含水层二维非稳定流偏微分方程进行差分、承压含水层二维非稳定流偏微分方程进行差分 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算二、非均质各向异性的承压含水层二维非稳定流微分方程二、非均质各向异性的承压含水层二维非稳定流微分方程 u* （1） H H地下水水头地下水水头 T T导水系数导水系数 u*u*承压含水层出水系数承压含水层出水系数垂直方向水量交换量，不给为正，消耗为负，包括入渗、蒸发、越流补垂直方向水量交换量，不给为正，消耗为负，包括入渗、蒸发、越流补给或抽水。给或抽水。 (Ti+1/2,j |i+1/2,j Ti-1/2,j |i1/2,j)/xTi+1/2,

80、j(Hi+1,jHi,j )/xTi-1/2,j(Hi,jHi-1,j)/x (Ti,j+1/2 |i,j+1/2Ti,j-1/2 |i,j-1/2)/y Ti,j+1/2(Hi,j+1Hi,j)/yTi,j-1/2(Hi,jHi,j-1)/y 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算 u* u* u*( u*( )/ )/tktk T Ti-1/2,ji-1/2,j H Hi-1,ji-1,j/x/x ( T( Ti-1/2,ji-1/2,jT Ti+1/2,ji+1/2,j )H )Hi,ji,j /x /x T Ti+1/2,ji+1/2,j H Hi+1,ji+1,j

81、 /x /x T Ti,j-1/2 i,j-1/2 H Hi,j-1i,j-1/y/y (T(Ti,j-1/2i,j-1/2T Ti,j+1/2i,j+1/2 )H)Hi,ji,j /y /y T Ti,j+1/2 i,j+1/2 H Hi,j+1i,j+1/y/y i,ji,ju ui,ji,j( ( )/ )/tKtK （2 2）式2为离散后的差分方程，采用中心差分格式，时间采用向前差分三、显式差分格式：水头H取时段（k,k+1)初tk时刻的值，等步长 xy 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算T Ti-1/2,ji-1/2,j ( T( Ti-1/2,ji-1/2,

82、jT Ti+1/2,ji+1/2,j ) ) T Ti+1/2,ji+1/2,j T Ti,j-1/2 i,j-1/2 (T(Ti,j-1/2i,j-1/2T Ti,j+1/2i,j+1/2 ) ) T Ti,j+1/2 i,j+1/2 i,ji,jxx u ui,ji,jxx ( ( )/ )/tKtK （3 3） = + = +11T Ti-1/2,ji-1/2,j - -（T Ti-1/2,ji-1/2,jT Ti+1/2,ji+1/2,j +T+Ti,j-1/2i,j-1/2T Ti,j+1/2i,j+1/2 ） T Ti+1/2,j i+1/2,j T Ti,j-1/2i,j-1/2

83、T Ti,j+1/2 i,j+1/2 11i,ji,jxx （4 4）1=1=tKtK/ /u ui,ji,jxx (4)(4)式在满足稳定条件时，显式差分才是稳定的，其解才收敛于式在满足稳定条件时，显式差分才是稳定的，其解才收敛于微分方程（微分方程（1 1）的解。）的解。 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算（1 1）当）当 r1(T r1(Ti-1/2i-1/2, ,j jT Ti+1/2,ji+1/2,jT Ti,j-1/2i,j-1/2T Ti,j+1/2i,j+1/2)1)1时，显式差时，显式差 分格式才是稳定的，差分方程的解收敛于微分方程的解。分格式才是稳定的

84、，差分方程的解收敛于微分方程的解。（2 2）tktk u ui,ji,jxx （T Ti-1/2,ji-1/2,jT Ti+1/2,ji+1/2,jT Ti,j-1/2i,j-1/2T Ti,j+1/2i,j+1/2) ) 校核或选取时段或步长，当含水层校核或选取时段或步长，当含水层T T值较大，值较大，U U值较小时，值较小时，可选取较大的步长。可选取较大的步长。（3 3）适用于参数估算或其它差分格式计算中的初值估算。）适用于参数估算或其它差分格式计算中的初值估算。四、隐式差分格式：四、隐式差分格式：水头水头H H取时段（取时段（k,k+1)k,k+1)末末tktk1 1时刻的值，时刻的值，

85、 等步长等步长xxyyT Ti-1/2,ji-1/2,j ( T( Ti-1/2,ji-1/2,jT Ti+1/2,ji+1/2,j ) ) T Ti+1/2,ji+1/2,j T Ti,j-1/2 i,j-1/2 (T(Ti,j-1/2i,j-1/2T Ti,j+1/2i,j+1/2 ) ) T Ti,j+1/2 i,j+1/2 i,ji,jxx u ui,ji,jxx ( ( )/ )/tKtK （6 6） 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算T Ti-1/2,ji-1/2,j ( T( Ti-1/2,ji-1/2,jT Ti+1/2,ji+1/2,jT Ti,j-1

86、/2i,j-1/2T Ti,j+1/2i,j+1/2u ui,ji,jxx / /tKtK) ) T Ti+1/2,ji+1/2,j T Ti,j-1/2 i,j-1/2 T Ti,j+1/2i,j+1/2 u ui,ji,jxx / /tKtK i,ji,jxx （7 7）左端包含左端包含k+1k+1时刻时刻5 5个未知水头，称为隐式差分格式。个未知水头，称为隐式差分格式。简化为一线性代数方程组：简化为一线性代数方程组：a ai,j i,j b bi,j i,j c ci,j i,j e ei,j i,j f fi,j i,j d di,ji,j i i1,2,.,n ; j1,2,.,n

87、; j1,2,.,m 1,2,.,m （8 8）采用隐式差分格式计算量较显式格式大，但它具有无条件稳定采用隐式差分格式计算量较显式格式大，但它具有无条件稳定的优点。的优点。 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算五、中心差分格式五、中心差分格式（2 2）式等式左端水头）式等式左端水头H H取时段（取时段（k,k+1)k,k+1)末末t tk k1/21/2时刻的值时刻的值T Ti-1/2,ji-1/2,j ( T( Ti-1/2,ji-1/2,jT Ti+1/2,ji+1/2,j） T Ti+1/2,ji+1/2,j T Ti,j-1/2 i,j-1/2 （T Ti,j-1

88、/2i,j-1/2T Ti,j+1/2i,j+1/2） T Ti,j+1/2i,j+1/2 i,ji,jxx u ui,ji,jxx / /tKtK（ ）若时段内水头变化比较均匀。时段中间水头可取时段始末的平若时段内水头变化比较均匀。时段中间水头可取时段始末的平均值，即均值，即 （ ）/2/2差分格式的导水系数可采用等差中值法计算，以差分格式的导水系数可采用等差中值法计算，以T Ti+1/2,ji+1/2,j为例为例 T Ti+1/2,ji+1/2,j（T Ti+1,ji+1,jT Ti,ji,j ）/2/2 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算T Ti-1/2,ji-1

89、/2,j ( T( Ti-1/2,ji-1/2,jT Ti+1/2,ji+1/2,jT Ti,j-1/2i,j-1/2T Ti,j+1/2i,j+1/22u2ui,ji,jxx / /tKtK) ) T Ti+1/2,ji+1/2,j T Ti,j-1/2 i,j-1/2 T Ti,j+1/2i,j+1/2 22i,ji,jxx T Ti-1/2,ji-1/2,j （T Ti-1/2,ji-1/2,jT Ti+1/2,ji+1/2,jT Ti,j-1/2i,j-1/2T Ti,j+1/2i,j+1/22u2ui,ji,jxx /tKtK ） T Ti+1/2,ji+1/2,j T Ti,j-1

90、/2i,j-1/2 T Ti,j+1/2i,j+1/2 a ai,j i,j b bi,j i,j c ci,j i,j e ei,j i,j f fi,j i,j d di,ji,j（9 9）式左端包含）式左端包含k+1k+1时刻时刻5 5个未知水头，无条件稳定，精度比隐个未知水头，无条件稳定，精度比隐式差分要高。式差分要高。 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算六、边界条件处理六、边界条件处理1 1、第一类边界条件、第一类边界条件：已知边界结点水头，将边界结点水头代入：已知边界结点水头，将边界结点水头代入 内结点方程，重新整理即可。如边界点已知水头内结点方程，重新整理

91、即可。如边界点已知水头HbHb在结点在结点（1,31,3）上：）上： = = Hb = = Hb ， 只需将该值代入与结点只需将该值代入与结点（1,31,3）有关的内结点即可。）有关的内结点即可。a a2,3 2,3 b b2,32,3 c c2,32,3 e e2,32,3 f f2,32,3 d d2,32,32 2、第二类边界条件：隔水边界。在隔水边界外再设一排虚结点，、第二类边界条件：隔水边界。在隔水边界外再设一排虚结点，令虚结点的导水系数为零（令虚结点的导水系数为零（T T0)0)，这样在隔水边界内侧结点上，这样在隔水边界内侧结点上列差分方程时，自然会形成隔水边界，如图所示（列差分方

92、程时，自然会形成隔水边界，如图所示（a)a)。 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算3 3、第三类边界条件：、第三类边界条件：已知边界侧向径流量。流入均衡区为正，已知边界侧向径流量。流入均衡区为正，流出为负，并记入流出为负，并记入i,ji,j项中，形成隔水边界同二类进行处理。项中，形成隔水边界同二类进行处理。4 4、第四类边界条件、第四类边界条件：侧向径流量为时间的函数。取时段初与时：侧向径流量为时间的函数。取时段初与时段末的径流量的平均值并入段末的径流量的平均值并入i,ji,j项中，形成隔水边界同二类进项中，形成隔水边界同二类进行处理。行处理。若第若第2 2、3 3、4

93、 4类边界结点在边界上，类边界结点在边界上，T = qT = q则外法线方向则外法线方向n(xn(x轴负方向），边界水头有如下关系轴负方向），边界水头有如下关系 T T（ ）/ /xx = q = q （1111）隔水边界时隔水边界时q=0q=0，计算时将（，计算时将（1111）式所得边界方程与内结点方程）式所得边界方程与内结点方程联立求解，即可求得各结点水头值。联立求解，即可求得各结点水头值。 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算七、例题七、例题 一维承压含水层非稳定渗流数学模型有限差分法。一维承压含水层非稳定渗流数学模型有限差分法。 承压含水层均质等厚，各向同性，顶板

94、和底板水平且无限延承压含水层均质等厚，各向同性，顶板和底板水平且无限延伸，含水层水头与两侧河流水位相同。由于某种原因，两条对伸，含水层水头与两侧河流水位相同。由于某种原因，两条对称边界河流水位突然下降至称边界河流水位突然下降至0 00 0，求解含水层的水头随时间下，求解含水层的水头随时间下降的过程。降的过程。 u* u* (0 (0xx01 ,t0 22 q q( (x,y,t) nx,y,t) n为外法线方向，为外法线方向， x,yx,y2 ,t02 ,t0 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算解解 1 1、区域剖分为、区域剖分为p p个单元，个单元，m m个结点，个结

95、点，n1n1个内结点，个内结点，n2n2个边界点，个边界点， 未知水头未知水头n nn1+n2n1+n2。 模型近似解模型近似解 (x,y,t) (x,y,t) H Hj j(t)(t)j j(x,y)(x,y)2 2、迦辽金方程、迦辽金方程 u* i(x,y)dxdyu* i(x,y)dxdy0 0 i(x,y)dxdy i(x,y)dxdy dxdy dxdy dxdy dxdy dl dl dxdy dxdy 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算 idl idl idl idl q(x,y,t)idl idl H Hj j(t) (t) H Hj j(t) (t)

96、H Hj j(t)(t) q(x,y,t)idl idl （i=1,2,.,n) i=1,2,.,n) （2 2）（2 2）式为区域）式为区域内结点内结点i i的伽辽金有限元方程。的伽辽金有限元方程。 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算 根据根据ii的性质，实际上在区域的性质，实际上在区域上直接对结点上直接对结点i i有影响的是有影响的是以以i i为公共顶点的单元结点组成的区域为公共顶点的单元结点组成的区域DiDi，其他节点的影响为零。，其他节点的影响为零。3 3、线性代数方程组、线性代数方程组将（将（2 2）式写成矩阵形式）式写成矩阵形式 f fi i （i=1,2,

97、.,n) i=1,2,.,n) (3) (3)(3)(3)式结合数学模型中的边界条件和初始条件，可将原偏微分的式结合数学模型中的边界条件和初始条件，可将原偏微分的求解转化为常微分方程的初值问题，即完成了在空间的离散化，求解转化为常微分方程的初值问题，即完成了在空间的离散化，在进行时间的离散化，从而构成线性代数方程组。在进行时间的离散化，从而构成线性代数方程组。 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算 （4 4）显式差分格式：显式差分格式：隐式差分格式：隐式差分格式：中心差分格式：中心差分格式：统一格式：统一格式： （5 5） 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数

98、量数值计算 将第一类边界点（将第一类边界点（m-nm-n）已知水头移到等号右端）已知水头移到等号右端 得到伽辽金有得到伽辽金有限元方程组。限元方程组。 （5 5）4 4、系数矩阵、系数矩阵（1 1）导水矩阵）导水矩阵 （i=1,2,.,n) i=1,2,.,n) ， ， ， 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算导水矩阵由导水系数导水矩阵由导水系数T T和单元集合特征量组成，与变量无关。计和单元集合特征量组成，与变量无关。计算导水矩阵元素时，只有当单元结点号码与算导水矩阵元素时，只有当单元结点号码与i,ji,j相同时，才参加相同时，才参加计算，否者跳过该结点。计算，否者跳过

99、该结点。2 2、储水矩阵、储水矩阵 （i=1,2,.,n) i=1,2,.,n) = = （i ij) j) （i=j) i=j) 3 3、水量矩阵、水量矩阵 水量交换水量交换： = （i=1,2,.,n)i=1,2,.,n) 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算边界流量边界流量GiGi的计算的计算：Gi= =Gi= =（ ）/2/2当结点位于第二类边界点时才有此项，对于其它结点此项均为零。当结点位于第二类边界点时才有此项，对于其它结点此项均为零。 等于交于边界点等于交于边界点i i的边界单宽流量与边界长的乘积。的边界单宽流量与边界长的乘积。井群处理：井群处理： Qi=

100、Qi= （w w井位于单元井位于单元e e内）内） =Qw =Qw （w w井位于结点井位于结点i i上）上） = = （w w井位于外结点上）井位于外结点上） 水量矩阵：水量矩阵： （i=1,2,.,n)i=1,2,.,n) 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算 例题例题 设有一承压含水层渗流区域设有一承压含水层渗流区域，其形状近似，其形状近似500500400m400m的矩形，在的矩形，在ABAB边界上有单宽流量边界上有单宽流量q1=0.6mq1=0.6m /(d.m)/(d.m)侧向补给流量，侧向补给流量，BCBC为隔水边界，为隔水边界，CDCD和和ADAD为定水头

101、边界。区域（为定水头边界。区域（200,100200,100）处有一）处有一抽水井抽水井Qw=1080mQw=1080m /d/d。各点的初始水头均为。各点的初始水头均为100m100m，渗流区域为均，渗流区域为均质各向同性的含水层，导水系数质各向同性的含水层，导水系数T=120T=120/d,/d,储水系数储水系数u*=0.0003u*=0.0003。求当求当t=0.2dt=0.2d与与t=2dt=2d时区域内地下水水头的分布情况。时区域内地下水水头的分布情况。解：解： u* u* （1 1） H(x,y,0) H(x,y,0)HaHa（x,y) x,y) x,y x,y ,t=0 ,t=0

102、 H(x,y) H(x,y)H Hb1b1 x,yAD x,yAD ,t0 ,t0 H(x,y) H(x,y)H Hb2b2 x,yCD x,yCD ,t0 ,t0 ABABq1 q1 n n为外法线方向，为外法线方向， x,yABx,yAB ,t0 ,t0 BCBCq2q2 n n为外法线方向，为外法线方向， x,yBCx,yBC ,t0 ,t0 QwQw 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算一、采用有限差分法求解一、采用有限差分法求解1 1、剖分离散、剖分离散 取取x=y=100m,x=y=100m,将区域剖分为将区域剖分为2020个小网格，横向（个小网格，横向（x

103、x方向）方向）为为i i，纵向（，纵向（y y方向）为方向）为j j，结点编码，结点编码，3030个结点。由于个结点。由于ABAB和和BCBC为为第二类边界，需对边界结点进行处理，即在边界处增加一排虚第二类边界，需对边界结点进行处理，即在边界处增加一排虚结点，也依次编码，这样共计结点，也依次编码，这样共计3939个结点，其中一类边界点个结点，其中一类边界点1010个，个，未知边界点未知边界点2929个，包含虚结点个，包含虚结点9 9个。时间步长个。时间步长t=0.2dt=0.2d。2 2、首先计算第一时段、首先计算第一时段k=1k=1 tk=0.2d tk=0.2d，tk=0tk=0，tk+1

104、=0.2dtk+1=0.2d。在。在（tktk，tk+1/2tk+1/2）时段）时段内沿内沿i(x)i(x)方向取隐式，沿方向取隐式，沿j(y)j(y)方向取显式，交替方向隐式差分方程：方向取显式，交替方向隐式差分方程： 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算 a ai,j i,j b bi,j i,j c ci,j i,j d di,j i,j （2 2） a ai,j i,j T Ti-i- ,j,j/x/x , , b bi,j i,j (T(Ti-i- ,j,jT Ti+i+ ,j,j)/x)/x2u2ui,j i,j /tk/tk c ci,j i,j T Ti+

105、i+ ,j,j/x/x d di,ji,j (T(Ti i,j,j- - T Ti i,j,j+ + )/y)/y - -2 2u ui,j i,j /tk)/tk) (T(Ti i,j,j- - T Ti i,j,j+ + )/y)/yi,ji,j对于结点（对于结点（2,12,1）代入差分方程）代入差分方程（2 2）得：得： a a2,1 2,1 b b2,1 2,1 c c2,1 2,1 d d2,12,1 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算a a2,12,1T T2-2- ,1,1/x/x 120/100120/100 0.0120.012b b2,1 2,1 -

106、(T-(T2-2- ,1,1T T2+2+ ,1,1)/x)/x2u2u2,1 2,1 /tk/tk -(120+120)/100-(120+120)/100 -2-20.0003/0.20.0003/0.2-0.027-0.027c c2,1 2,1 T T2+2+ ,1,1/x/x 120/100120/100 0.0120.012d d2,12,1 (T(T2-2- ,1,1T T2+2+ ,1,1)/y)/y - -2 2u u2,1 2,1 /tk)/tk) (T(T2 2,1,1- - T T2 2,1,1+ + )/y)/y 100100a a2,12,1 为虚结点（为虚结点（2

107、,02,0）的水头值，根据边界条件确定，）的水头值，根据边界条件确定， ABABq q1 1 ，n n为外法线方向为外法线方向(y(y轴负方向轴负方向) )，差分得到，差分得到 100+0.6 100+0.6100/120=100.5m 100/120=100.5m 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算d d 2,12,1(120(120120120)/100)/100 2 20.0003/0.2)0.0003/0.2) (120(120100.5100.5120120100)/100100)/1000.120.12100100-1.506-1.506对于结点（对于结点（

108、3,13,1）代入差分方程得：）代入差分方程得： a a3,1 3,1 b b3,13,1 c c3,13,1 d d3,13,1a a3,13,1T T3-3- ,1,1/x/x 120/100120/100 0.0120.012b b3,1 3,1 (T(T3-3- ,1,1T T3+3+ ,1,1)/x)/x2u2u3,1 3,1 /tk/tk -(120+120)/100-(120+120)/100 -2-20.0003/0.20.0003/0.2-0.027-0.027c c3,1 3,1 T T3+3+ ,1,1/x/x 120/100120/100 0.0120.012d d3,

109、13,1 (T(T3 3,1,1- - T T3 3,1,1+ + ) )/y/y - -2 2u u3,1 /3,1 /tk)tk) (T(T3 3,1,1- - T T3 3,1,1+ + ) )/y/y3,13,1 为二类边界虚结点（为二类边界虚结点（3,03,0）水头值，类似求解）水头值，类似求解 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算对于结点（对于结点（4,14,1）和（）和（5,15,1）也同理可得出差分方程：）也同理可得出差分方程： a a4,1 4,1 b b4,14,1 c c4,14,1 d d4,14,1 a a5,1 5,1 b b5,15,1 c

110、c5,15,1 d d5,15,1对于结点（对于结点（6,16,1）有）有 a a6,1 6,1 b b6,16,1 c c6,16,1 d d6,16,1 为二类边界虚结点（为二类边界虚结点（7,17,1）水头值，）水头值， BCBCq q2 2 n n为外法线方向（为外法线方向（x x轴方向）轴方向） a a6,1 6,1 b b6,16,1 c c6,16,1（ ）d d6,16,1 a a6,1 6,1 （b b6,16,1c c6,16,1） d d6,16,1c c6,16,1 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算 a a6,1 6,1 b b 6,16,1

111、d d 6,16,1式中式中 a a6,16,1T T6-6- ,1,1/x/x b b6,1 6,1 (T(T6-6- ,1,1T T6+6+ ,1,1)/x)/x2u2u6,1 6,1 /tk/tkc c6,1 6,1 T T6+6+ ,1,1/x/x d d6,16,1(T(T6-6- ,1,1T T6+6+ ,1,1) )/ /yy 2 2u u6,1 6,1 /tk)/tk) (T(T6 6,1,1- - T T6 6,1,1+ + ) )/ /yy 6,16,1b b 6,1 6,1 b b6,16,1c c6,1 ,6,1 ,d d 6,16,1d d6,16,1c c6,1 6

112、,1 为虚结点（为虚结点（6,06,0）的水头值，根据结点（）的水头值，根据结点（6,16,1）处的边界条件）处的边界条件确定，即确定，即 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算对于区域对于区域j=1j=1时各结点（时各结点（2,12,1）、（）、（3,13,1）、（）、（4,14,1）、（）、（5,15,1）、）、（6,16,1）可得到方程组：）可得到方程组：-0.027 -0.027 0.012 0.012 -1.56-1.560.012 0.012 0.027 0.027 0.012 0.012 -0.306-0.3060.012 0.012 0.027 0.027

113、0.012 0.012 -0.306-0.3060.012 0.012 0.027 0.027 0.012 0.012 -0.306-0.3060.012 0.012 0.015 0.015 -0.306-0.306为三角型方程组，采用追赶法求解的各节点水头见下表。为三角型方程组，采用追赶法求解的各节点水头见下表。 然后对然后对j=2j=2行进行计算行进行计算，亦然对，亦然对x x方向去隐式，方向去隐式，y y方向取显式，方向取显式，分别对结点（分别对结点（2,22,2）、（）、（3,23,2）、（）、（4,24,2）、（）、（5,25,2）、（）、（6,26,2）列）列方程组，对结点（方程组

114、，对结点（2,22,2）和（）和（6,26,2）列边界条件，对结点（）列边界条件，对结点（3,23,2）考虑抽水井影响，可得考虑抽水井影响，可得a ai,2i,2、b bi,2i,2、c ci,2i,2、d di,2i,2值（值（i=2,3i=2,3，4,5,64,5,6），如下表所示，采用追赶法求解方程组的水头。），如下表所示，采用追赶法求解方程组的水头。 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算同理对同理对j=3j=3和和j=4j=4列差分方程求得相应水头值，列差分方程求得相应水头值，t=0.2dt=0.2d时中间水时中间水头传递值结果见下表。至此第一时段所有未知结点计算

115、完成。头传递值结果见下表。至此第一时段所有未知结点计算完成。jiaibicidiHi,jjiaibicidiHi,j20.12-0.0270.12-1.506100.77220.12-0.0270.12-1.5010030.12-0.0270.12-0.306101.23730.12-0.0270.12-0.30100140.12-0.0270.12-0.306101.511340.12-0.0270.12-0.3010050.12-0.0270.12-0.306101.66350.12-0.0270.12-0.3010060.12-0.0150.12-0.306101.73060.12-0.

116、0150.12-0.3010020.12-0.0270.12-1.50096.56620.12-0.0270.12-1.5010030.12-0.0270.12-0.19292.27230.12-0.0270.12-0.30100240.12-0.0270.12-0.30095.048440.12-0.0270.12-0.3010050.12-0.0270.12-0.30096.58550.12-0.0270.12-0.3010060.12-0.0250.12-0.30097.26860.12-0.0150.12-0.30100 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算3 3

117、、在（、在（t tk+0.5k+0.5,t,tk+1k+1) )时段内，沿时段内，沿i(xi(x）方向取显式，沿）方向取显式，沿j(yj(y）方）方向取隐式。根据交替隐式向取隐式。根据交替隐式差分格式得：差分格式得： a ai,j i,j b bi,j i,j c ci,j i,j d di,ji,j a ai,j i,j T Ti i,j,j- - /y/y , , b bi,j i,j -(T-(Ti i,j,j- - T Ti i,j,j+ + )/y)/y2u2ui,j i,j /tk/tk c ci,j i,j T Ti i,j,j+ + /y/y d di,ji,j (T(Ti-i

118、- ,j,jT Ti+i+ ,j,j)/x)/x - -2 2u ui,j i,j /tk)/tk) (T(Ti-i- ,j ,j T Ti+i+ ,j ,j )/x)/xi,ji,j对结点（对结点（2,12,1）则有）则有 a a2,1 2,1 b b2,1 2,1 c c2,1 2,1 d d2,12,1a a2,1 2,1 T T2 2,1,1- - /y/y ，b b2,1 2,1 -(T-(T2 2,1,1- - T T2 2,1,1+ + )/y)/y2u2u2,1 2,1 /tk/tk 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算c c2,1 2,1 T T2 2,

119、1,1+ + /y/y d d2,12,1 (T(T2-2- ,1,1T T2+2+ ,1,1)/x)/x - -2 2u u2,1 2,1 /tk)/tk) (T(T2-2- ,1 ,1 T T2+2+ ,1 ,1 )/x)/x2,12,1 由于结点（由于结点（2,12,1）为二类边界点，则有）为二类边界点，则有 代入差分方程整理得：代入差分方程整理得： b b 2,1 2,1 c c2,1 2,1 d d 2,12,1 b b 2,1 2,1 b b2,1 2,1 a a2,1 2,1 ，d d 2,12,1d d2,12,1a a2,12,1同理对结点（同理对结点（2,22,2）、（）、

120、（2,32,3）列差分方程，得各计算参数）列差分方程，得各计算参数a a2,j2,j、b b2,j2,j、c c2,j2,j、d d2,j2,j(j=2,3)(j=2,3)值见下表。值见下表。对结点（对结点（2,42,4）列差分方程得）列差分方程得 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算a a2,4 2,4 b b2,42,4 c c2,42,4 d d2,42,4结点（结点（2,52,5）为第一类边界点。即）为第一类边界点。即a a2,4 2,4 b b2,42,4 d d2,42,4c c2,4 2,4 d d 2,42,4a a2,4 2,4 T T2 2,4,4-

121、- /y/y ，b b2,4 2,4 -(T-(T2 2,4,4- - T T2 2,4,4+ + )/y)/y2u2u2,4 2,4 /tk/tkc c2,4 2,4 T T2 2,4,4+ + /y/y d d2,42,4 (T(T2-2- ,4,4T T2+2+ ,4,4)/x)/x - -2 2u u2,4 2,4 /tk)/tk) (T(T2-2- ,4 ,4 T T2+2+ ,4 ,4 )/x)/x2,42,4 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算-0.015 -0.015 0.012 0.012 -0.3046-0.30460.012 0.012 0.027

122、 0.027 0.012 0.012 -0.2794-0.27940.012 0.012 0.027 0.027 0.012 0.012 -0.300-0.3000.012 0.012 0.015 0.015 -1.50-1.50解方程组的结点（解方程组的结点（2,12,1）、（）、（2,22,2）、（）、（2,32,3）、（）、（2,42,4）水头值。）水头值。然后分别计算然后分别计算i=3,4,5,6i=3,4,5,6列，去不同的列，去不同的j j值代入差分方程，求得值代入差分方程，求得相应结点水头，相应结点水头，t=0.2dt=0.2d时时 计算结果见下表计算结果见下表2 2。4 4、计

123、算、计算k=2k=2段结点水头段结点水头 tk=0.2dtk=0.2d，tk+1=0.4dtk+1=0.4d。将各结点在。将各结点在tk=0.2dtk=0.2d时刻水头值作为时刻水头值作为时段初值，重复以上计算过程可计算该时段末的水头值。时段初值，重复以上计算过程可计算该时段末的水头值。结果见表结果见表3 3。 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算ijaibicidiHi,jijaibicidiHi,j10.12-0.0150.12-0.304100.772430.12-0.0270.12-0.3010020.12-0.0270.12-0.279101.23740.12-

124、0.0270.12-1.50100230.12-0.0270.12-0.300101.51110.12-0.0150.12-0.3110040.12-0.0270.12-1.500101.663520.12-0.0270.12-0.27910010.12-0.0150.12-0.307101.73030.12-0.0150.12-0.30100320.12-0.0270.12-0.25396.56640.12-0.0270.12-1.5010030.12-0.0270.12-0.30092.27210.12-0.0150.12-0.28910040.12-0.0270.12-1.50095.0

125、48620.12-0.0270.12-0.31610010.12-0.0150.12-0.30996.58530.12-0.0270.12-0.30100420.12-0.0250.12-0.27097.26840.12-0.0150.12-1.50100 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算参数参数（i, j）123456110099.05197.48798.93399.73499.910K=1210098.42896.24197.91198.836100.752310099.13097.91898.84399.356100.417410099.61399.07599.

126、48699.714100.1855100100.00100.00100100100110099.08997.97398.77799.48499.893K=2210098.42096.35597.79599.608101.040310099.13898.18798.68399.079100.607410099.62199.24399.34499.520100.1995100100.00100.00100100100110099.09297.92198.82399.59099.731K=3210098.43096.11697.85698.635101.311310099.13899.11198.6

127、9599.061100.791410099.63299.19599.36099.523100.2925100100100100100100 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数值计算参数参数（i, j）123456110099.13598.14899.189100.68996.549K=4210098.38396.13597.31597.209104.937310099.130298.23298.72599.217100.196410099.62299.26199.36299.581100.0165100100.00100.00100100100 第三章第三章 地下水资源数量数

128、值计算地下水资源数量数值计算二、伽辽金有限元法二、伽辽金有限元法1 1、剖分编号、剖分编号 采用三角形单元将区域均匀剖分，进行单元编号和结点标采用三角形单元将区域均匀剖分，进行单元编号和结点标号，各三角形单元面积相等，边长号，各三角形单元面积相等，边长100m100m，单元数，单元数p=40p=40。节点数。节点数共计共计m=30m=30，二类边界点，二类边界点n2=10n2=10，一类边界点，一类边界点n3=8n3=8，内结点，内结点n1=12n1=12，未知结点数，未知结点数n=22n=22个。个。2 2、伽辽金矩阵方程、伽辽金矩阵方程 第三章第三章 地下水资源数量数值计算地下水资源数量数

129、值计算隐式差分格式：隐式差分格式：3 3、各系数矩阵、各系数矩阵 （i=1,2,.,n) i=1,2,.,n) p p与与i,ji,j同时有关的单元数。同时有关的单元数。储水矩阵储水矩阵 和水量交换矩阵和水量交换矩阵 各元素求出，形成代数方程组，各元素求出，形成代数方程组，求解各时段某各节点水头求解各时段某各节点水头H H值。结果见教材表值。结果见教材表5-75-7。 第四章 地下水开采建筑物设计一、一、 管井构造管井构造1 1、井头、井头（1 1）井口周围回填粘土或灰土：直径）井口周围回填粘土或灰土：直径1 1米，深米，深1.51.5米范围。米范围。 夯实保持井头的坚固稳定。夯实保持井头的坚

130、固稳定。（2 2）混凝土座：高出泵房地板）混凝土座：高出泵房地板0.30.3米，便于安装检修。米，便于安装检修。（3 3）井壁管高出底板）井壁管高出底板0.30.30.50.5米，外围加防护管（钢或铸铁）。米，外围加防护管（钢或铸铁）。若安装离心泵，防护管上端口加焊法兰与水泵进水管采用法兰若安装离心泵，防护管上端口加焊法兰与水泵进水管采用法兰连接；若安装深井泵，水泵电机固定在混凝土座上。连接；若安装深井泵，水泵电机固定在混凝土座上。2 2、井身：采用井壁管加固井壁。、井身：采用井壁管加固井壁。3 3、滤水管：设在含水层段，为进水部分。、滤水管：设在含水层段，为进水部分。4 4、沉砂管：设在不透

131、水底板内、沉砂管：设在不透水底板内5 5米以上。米以上。 第四章 地下水开采建筑物设计二、井壁管及其连接方式二、井壁管及其连接方式1 1、管固丝扣：钢管，塑料管、管固丝扣：钢管，塑料管2 2、焊接：钢管，塑料管；混凝土管和钢筋混凝土管：在接口、焊接：钢管，塑料管；混凝土管和钢筋混凝土管：在接口 处涂粘接材料，然后用圆钢竖向焊接在接口上下的预埋件上。处涂粘接材料，然后用圆钢竖向焊接在接口上下的预埋件上。3 3、粘接：塑料管，混凝土管接口采用环氧树脂粘接剂粘接，、粘接：塑料管，混凝土管接口采用环氧树脂粘接剂粘接， 强度很高。强度很高。三、滤水管设计三、滤水管设计（一）（一） 基本要求：基本要求：1

132、 1、防止涌砂产生：滤水管孔眼直径及滤料直径应根据含水层、防止涌砂产生：滤水管孔眼直径及滤料直径应根据含水层 的颗粒大小确定。的颗粒大小确定。2 2、尽可能增大进水面积和减小进水阻力。、尽可能增大进水面积和减小进水阻力。3 3、防止机械堵塞，应耐腐蚀，抗锈结。、防止机械堵塞，应耐腐蚀，抗锈结。4 4、强度高，耐久性、强度高，耐久性 5 5、简单易制作，成本低。、简单易制作，成本低。 第四章 地下水开采建筑物设计（二）二） 滤水管长度滤水管长度L L和外径和外径D D确定确定L LM(M(承压含水层承压含水层) , L) , L(1/2(1/23/4)H0(3/4)H0(潜水含水层潜水含水层)

133、)滤水管外径在滤水管外径在250250450mm450mm范围内选取。范围内选取。( (三）三） 滤水管类型选择滤水管类型选择1 1、圆孔滤水管：采用金属管或混凝土管，孔眼为梅花状分布。、圆孔滤水管：采用金属管或混凝土管，孔眼为梅花状分布。 tD50 tD50 t t孔眼直径根据含水层颗粒大小和均匀性而定。孔眼直径根据含水层颗粒大小和均匀性而定。 放大系数小颗粒均质含水层放大系数小颗粒均质含水层2.52.53 3； 粗颗粒非均质含水层粗颗粒非均质含水层 3 34 4。 D50 D50含水层取样标准筛分后，累积过筛量占含水层取样标准筛分后，累积过筛量占5050的粒径。的粒径。水平孔距水平孔距 a

134、 a(3(35) t 5) t ，垂直孔距，垂直孔距b b3/2 a3/2 a缺点易产生机械堵塞，进水阻力大。缺点易产生机械堵塞，进水阻力大。 第四章 地下水开采建筑物设计2 2、条孔滤水管、条孔滤水管 采用金属管，开孔率大，进水阻力小，机械堵塞小。采用金属管，开孔率大，进水阻力小，机械堵塞小。水平孔宽水平孔宽t(1.5t(1.52.0) D502.0) D50。3 3、缠丝缝式滤水管、缠丝缝式滤水管 在圆孔滤水管外围竖向垫筋在圆孔滤水管外围竖向垫筋88，在用，在用33铁丝螺旋向上缠绕。铁丝螺旋向上缠绕。4 4、砂砾滤水管：、砂砾滤水管： 将砂砾石滤料围填在上述各种滤水管外，构成一定厚度的滤将

135、砂砾石滤料围填在上述各种滤水管外，构成一定厚度的滤水层。二者合称砂砾滤水管水层。二者合称砂砾滤水管5 5、贴砾滤水管：用环氧树脂等高强度粘结剂将砾石紧贴在条孔、贴砾滤水管：用环氧树脂等高强度粘结剂将砾石紧贴在条孔 滤水管外围。滤水管外围。 优点是强度高，节省井的扩孔和周围填滤料的费用。可用优点是强度高，节省井的扩孔和周围填滤料的费用。可用于深井（于深井（200m200m），粉沙含水层，贴砾层厚度），粉沙含水层，贴砾层厚度2020毫米。毫米。 第四章 地下水开采建筑物设计（四）滤水管水力计算（四）滤水管水力计算1 1、允许滤水速度：如果滤水层和滤水管滤水速度过大，、允许滤水速度：如果滤水层和滤水

136、管滤水速度过大， 将扰动周围含水层，产生涌砂，堵塞滤水管。将扰动周围含水层，产生涌砂，堵塞滤水管。V V允允C / 864C / 864C C经验系数经验系数606070 , K70 , K含水层渗透系数含水层渗透系数m/d m/d V V允允cm/scm/sV V允允56.6756.672 2、有效滤水面积、有效滤水面积 F F效效=MD=MD滤滤L , ML , M0.30.30.40.43 3、最大出水量、最大出水量QmaxQmax要求的最小滤水面积要求的最小滤水面积Fmin=Qmax / VFmin=Qmax / V允允 , Qmax , Qmaxm m /h/h 第四章 地下水开采建

137、筑物设计5 5、骨架管、骨架管 缠丝缝宽缠丝缝宽tDmin , DmintDmin , Dmin滤料最小粒径滤料最小粒径mmmm 缠丝缝隙率缠丝缝隙率P P(1-d1/m1)( 1-d2/m2) (1-d1/m1)( 1-d2/m2) d1 d1垫条直径垫条直径mm m1mm m1垫条间距垫条间距mmmm d2 d2缠丝直径缠丝直径mm m2mm m2缠丝中心距缠丝中心距mmmm穿孔管开孔率：穿孔管开孔率：P1P1cd2/(4ab)15%cd2/(4ab)15%d d圆孔直径圆孔直径mm , amm , a孔眼横向中心距孔眼横向中心距mmmmb b孔眼竖向中心距孔眼竖向中心距mm , cmm

138、, c竖向垫条挡住系数竖向垫条挡住系数0.90.90.950.95 第四章 地下水开采建筑物设计四、滤水管围填滤料设计四、滤水管围填滤料设计1 1、含水层取样筛分，确定含水层特征粒径。、含水层取样筛分，确定含水层特征粒径。2 2、确定滤料级配：、确定滤料级配：D D平均平均M D50M D50 D D平均平均滤料标准颗粒粒径滤料标准颗粒粒径mm mm ；M M放大系数放大系数5 57 7 D50 D50含水层的标准颗粒粒径含水层的标准颗粒粒径mmmm。 一般将井周围含水层中校细颗粒和泥质用强力洗井的方法一般将井周围含水层中校细颗粒和泥质用强力洗井的方法将其冲出，滤水管正常工作时，围填滤料层挡住

139、含水层中较大将其冲出，滤水管正常工作时，围填滤料层挡住含水层中较大的颗粒。这部分设计冲出的最大颗粒粒径成为含水层的标准颗的颗粒。这部分设计冲出的最大颗粒粒径成为含水层的标准颗粒粒径。一般取标准筛分粒粒径。一般取标准筛分D50D503 3、滤料厚度：、滤料厚度：100100150mm(150mm(粗中砂含水层）；粗中砂含水层）；150150200mm200mm （粉细纱含水层）（粉细纱含水层）4 4、滤料：采用圆形砾石和卵石，材质为石英石。、滤料：采用圆形砾石和卵石，材质为石英石。 第五章 井 灌 区 规 划 第一节第一节 概述概述一一 、规划原则、规划原则（1 1）按照农田水利的统一规划，合理

140、进行灌、排、路、林、电）按照农田水利的统一规划，合理进行灌、排、路、林、电 的整体布置。的整体布置。（2 2）充分利用地表水，优先开采浅层地下水，严格控制开采深层水。）充分利用地表水，优先开采浅层地下水，严格控制开采深层水。（3 3）平原区开展人工补给地下水，适当控制和拦蓄地面水，加大）平原区开展人工补给地下水，适当控制和拦蓄地面水，加大 入渗量。入渗量。（4 4）丘陵区采用井塘结合，平时提水储存，旱时放塘浇地。）丘陵区采用井塘结合，平时提水储存，旱时放塘浇地。（5 5）在地下水位高的地区或渠灌水源不足时，可实行自流灌溉和）在地下水位高的地区或渠灌水源不足时，可实行自流灌溉和 井灌结合，地表水

141、和地下水统一调度，调节地下水位，防止井灌结合，地表水和地下水统一调度，调节地下水位，防止 耕地盐碱化。耕地盐碱化。（6 6）开采和保护并重。（）开采和保护并重。（7 7）开采和监测结合，必须规划地下水）开采和监测结合，必须规划地下水 观测网，监测地下水动态，合理调控地下水开采。观测网，监测地下水动态，合理调控地下水开采。 第五章 井 灌 区 规 划二二 、基本资料及分析整理、基本资料及分析整理1 1、自然地理：地理和地貌特征；河流、湖泊、水池的分布；规、自然地理：地理和地貌特征；河流、湖泊、水池的分布；规 划区的面积和耕地面积；土壤的类别和分布情况。划区的面积和耕地面积；土壤的类别和分布情况。

142、2 2、水文和气象：理念降水量和蒸发；地表水体的水文变化情、水文和气象：理念降水量和蒸发；地表水体的水文变化情 况；历年旱涝灾害；历年气温和霜期，冻土深度。况；历年旱涝灾害；历年气温和霜期，冻土深度。3 3、水文地质条件：地质构造和地层岩性特征，包括各个含水层、水文地质条件：地质构造和地层岩性特征，包括各个含水层 的分布成因，埋深以及富水性等；地下水的补给、排泄和的分布成因，埋深以及富水性等；地下水的补给、排泄和 径流条件；水质评价；地下水动态特征；地下水资源评价径流条件；水质评价；地下水动态特征；地下水资源评价 和可开采量评价；环境水文地质情况；和可开采量评价；环境水文地质情况；4 4、农业

143、生产情况、其它用水对象的用水情况及水利工程现状、农业生产情况、其它用水对象的用水情况及水利工程现状 包括农作物种类、种植面积、复种指数和单位面积产量；包括农作物种类、种植面积、复种指数和单位面积产量； 灌溉方法，灌溉制度，灌溉定额，排水情况。灌溉方法，灌溉制度，灌溉定额，排水情况。5 5、社会经济情况和技术经济条件：规划区内企业、交通和、社会经济情况和技术经济条件：规划区内企业、交通和 环保情况；电网。环保情况；电网。 第五章 井 灌 区 规 划6 6、图表与图件包括：、图表与图件包括：（1 1）第四纪地质地貌图）第四纪地质地貌图（2 2）水文地质分区图）水文地质分区图 附各区典型钻孔柱状图和

144、主要地质剖面图附各区典型钻孔柱状图和主要地质剖面图（3 3）潜水典型年和季节地下水等水位线图。）潜水典型年和季节地下水等水位线图。 承压水等水位线图。承压水等水位线图。（4 4）各分区典型观测孔潜水动态图）各分区典型观测孔潜水动态图 包括降雨和补给水源的关系图。包括降雨和补给水源的关系图。（5 5）分区抽水试验图和有关水文地质参数汇总表）分区抽水试验图和有关水文地质参数汇总表 包含单井和群井抽水试验，单位出水量和单井出水量，含包含单井和群井抽水试验，单位出水量和单井出水量，含水层的给水度，渗透系数，导水系数，导压系数，影响半径和水层的给水度，渗透系数，导水系数，导压系数，影响半径和干扰系数。干

145、扰系数。 第五章 井 灌 区 规 划 第二节第二节 水量平衡计算水量平衡计算一、需水量一、需水量 典型年需水量包括农业灌溉需水量、乡镇工业用水和人畜用典型年需水量包括农业灌溉需水量、乡镇工业用水和人畜用水。按有关定额标准确定，见教材表水。按有关定额标准确定，见教材表7-47-4、7-57-5、7-67-6。二、地下水允许开采量二、地下水允许开采量三、供需水量平衡分析三、供需水量平衡分析（一）采用典型年法（一）采用典型年法 长系列水文资料不少于长系列水文资料不少于2020年，按从大到小排序，用经验频率年，按从大到小排序，用经验频率公式计算保证率。典型年指丰水年公式计算保证率。典型年指丰水年P P

146、25%,25%,平水年平水年P P50%,50%,干旱干旱年年P P75%75%，通常利用平水年或多年平均的年供需水量进行计算。，通常利用平水年或多年平均的年供需水量进行计算。 Q Q（25Q125Q150Q250Q225Q325Q3）/100/100Q1Q1、Q2Q2、Q3Q3分别为丰水年、平水年、和干旱年的年需水量分别为丰水年、平水年、和干旱年的年需水量m m /a/a。 第五章 井 灌 区 规 划( (二二) )、采用历年的供需水量资料进行调节计算、采用历年的供需水量资料进行调节计算1 1、供需水量调节计算原理、供需水量调节计算原理 供需水量调节计算是利用已有的历史资料计算，认为今后供需

147、水量调节计算是利用已有的历史资料计算，认为今后可能出现的情况与历史过程相同，采用历史列表法，逐年计算可能出现的情况与历史过程相同，采用历史列表法，逐年计算规划区潜水允许开采量、需水量和供需水量平衡。该法适用于规划区潜水允许开采量、需水量和供需水量平衡。该法适用于地下水研究程度较高、资料系列较长、径流微弱（潜流比降小地下水研究程度较高、资料系列较长、径流微弱（潜流比降小于于1/5000)1/5000)、埋藏较浅的潜水平原区。、埋藏较浅的潜水平原区。 首先计算年内调节水量平衡关系和灌溉保证率，若保证率首先计算年内调节水量平衡关系和灌溉保证率，若保证率较低，将含水层视为地下水库，再进行多年调节计算。

148、对长系较低，将含水层视为地下水库，再进行多年调节计算。对长系列系列资料，不考虑侧向补排，供需水量进行调节计算公式：列系列资料，不考虑侧向补排，供需水量进行调节计算公式： Q QW Wh h （1 1） Q Q为潜水年允许开采量为潜水年允许开采量mmmm； W W为年需水总量为年需水总量mmmm， 为潜水给水度，为潜水给水度， h h为年末潜水位变化值为年末潜水位变化值mm mm 第五章 井 灌 区 规 划2 2、含水层起调埋深确定、含水层起调埋深确定 是指潜水层在正常开采条件下，为保证作物高产稳产、防止是指潜水层在正常开采条件下，为保证作物高产稳产、防止土壤沼泽盐渍化、避免土地沙化、维持生态平

149、衡所应保持的潜土壤沼泽盐渍化、避免土地沙化、维持生态平衡所应保持的潜水埋深。根据土壤类型和试验成果选定，当潜水埋深较小时，水埋深。根据土壤类型和试验成果选定，当潜水埋深较小时，起调埋深取起调埋深取3 3米；当潜水埋深较大时，采用多年平均埋深。米；当潜水埋深较大时，采用多年平均埋深。（1 1）年内调节水量平衡计算及灌溉保证率）年内调节水量平衡计算及灌溉保证率1 1）首先将允许开采量从大到小排序，计算频率）首先将允许开采量从大到小排序，计算频率 2 2）计算供需平衡差，平衡差为正的年份（用水得到满足）计算供需平衡差，平衡差为正的年份（用水得到满足）占总年份的百分比为灌溉保证率，占总年份的百分比为灌

150、溉保证率，P Pm/(n+1)m/(n+1)，若保证率满足，若保证率满足工程设计保证率，则计算结束，否则进行多年调节计算。工程设计保证率，则计算结束，否则进行多年调节计算。（2 2）多年调节水量平衡计算及灌溉保证率）多年调节水量平衡计算及灌溉保证率 1 1）将历年的潜水允许开采量按实际水文年度的顺序排列）将历年的潜水允许开采量按实际水文年度的顺序排列 2 2）供需水量平衡差按实际年份先后排列）供需水量平衡差按实际年份先后排列 3 3）按公式（）按公式（1 1）计算各年的水位变化值，多年调节计算）计算各年的水位变化值，多年调节计算 4 4）计算每年年末（下年初）潜水埋深）计算每年年末（下年初）潜

151、水埋深H HH Hhh 第五章 井 灌 区 规 划 5 5）计算当年调节年内最大水位变幅，）计算当年调节年内最大水位变幅，hmaxhmaxW/ ,W/ ,即认即认为当年开采期无补给，按需水量计算最大降深，在旱季末水位为当年开采期无补给，按需水量计算最大降深，在旱季末水位下降到最低值，而在雨季补给，引起水位上升。下降到最低值，而在雨季补给，引起水位上升。 6 6）计算年调节和多年调节的潜水埋深）计算年调节和多年调节的潜水埋深 每年年初地下水埋深加上当年最大水位变幅，表示在多年每年年初地下水埋深加上当年最大水位变幅，表示在多年调节下，年度潜水的最大可能埋深，调节下，年度潜水的最大可能埋深，供选配水

152、泵时参考。供选配水泵时参考。 Hmax HmaxH0H0hmax hmax 7 7）灌溉保证率计算）灌溉保证率计算 将多年调节的潜水埋深将多年调节的潜水埋深H0H0和多年调节的最大埋深和多年调节的最大埋深HmaxHmax，从，从大到小排序，得到不同开采深度的灌溉保证率。大到小排序，得到不同开采深度的灌溉保证率。 8 8）保证供需水量平衡的最大开采深度及保证率）保证供需水量平衡的最大开采深度及保证率 某例题多年调节的平衡差为某例题多年调节的平衡差为-1.3m-1.3m，从多年调节的最大开采，从多年调节的最大开采深度深度13.66m13.66m减去减去1.3m1.3m，得到，得到保证供需水量平衡保

153、证供需水量平衡的最大开采深度的最大开采深度12.36m12.36m，保证率为，保证率为86.4%,86.4%,比年调节比年调节53.3%53.3%提高许多。与灌溉保证提高许多。与灌溉保证率相应的最大开采深度为率相应的最大开采深度为14.3m14.3m，可作为选配水泵的参考。，可作为选配水泵的参考。 第五章 井 灌 区 规 划说明：由于不考虑开采条件下的测向补给和垂直方向的诱发补说明：由于不考虑开采条件下的测向补给和垂直方向的诱发补给以及测向排泄量的减少，计算结果偏于安全；开采深度为灌给以及测向排泄量的减少，计算结果偏于安全；开采深度为灌区平均值，而不是某一点，更不是降落漏斗。因此要求均匀布区平

154、均值，而不是某一点，更不是降落漏斗。因此要求均匀布井。井。4 4、例、例 某潜水井某潜水井灌区总土地面积灌区总土地面积22.043Km22.043Km，灌溉面积占，灌溉面积占79.9679.96。种植小麦，玉米，棉花和其他杂粮，小麦占。种植小麦，玉米，棉花和其他杂粮，小麦占7070，复种指，复种指数数157157；其他用水忽略不计。根据试验资料和当地灌溉经验已；其他用水忽略不计。根据试验资料和当地灌溉经验已有十四年（有十四年（1964196419771977年）亩均需水量观测资料，设计灌溉保年）亩均需水量观测资料，设计灌溉保证率证率7575，要求作供需水量调节计算？，要求作供需水量调节计算？

155、丰水年丰水年P P25%25%需水量需水量147mm(98m147mm(98m/ /亩亩),),平水年平水年P P50%50%需水量需水量195mm(130m195mm(130m/ /亩亩), ), 干旱年干旱年P P75%75%需水量需水量248mm(165m248mm(165m/ /亩亩), ), 特特干旱年干旱年P P95%95%需水量需水量285mm(190m285mm(190m/ /亩亩) )解：解： 潜水允许开采量从大到小排列，计算每年供需平衡差，多潜水允许开采量从大到小排列，计算每年供需平衡差，多余水排走，灌溉用水保证率余水排走，灌溉用水保证率53.353.3。需要进行多年调节。

156、需要进行多年调节。 第五章 井 灌 区 规 划序号序号年度年度允许开采量（万允许开采量（万m)需水量（万需水量（万m)平衡差（万平衡差（万m)保证率保证率%119731973 729.69 729.69 259.10 259.10 470.59 470.596.76.7219641964 585.89 585.89259.10259.10 326.79 326.7913.313.3319771977 398.17 398.17259.10259.10 139.07 139.0720.020.0419711971 397.84 397.84 343.71 343.71 54.13 54.13 2

157、6.726.7519761976 389.51 389.51 343.71 343.7145.80 45.80 33.333.361969 1969 383.17 383.17 343.71 343.71 39.46 39.46 4040719741974 373.51 373.51 343.71 343.71 29.80 29.80 46.746.781966 1966 370.73 370.73 343.71 343.71 27.02 27.02 53.353.3919751975 292.32 292.32437.12437.12 144.8144.86060101970 1970 28

158、3.65 283.65437.12437.12 153.47153.4766.766.71119671967 262.96 262.96437.12437.12 174.16174.1673.373.3121968 1968 223.88 223.88 502.34 502.34 278.46278.4680801319651965 172.84 172.84 502.34 502.34329.5329.586.786.7141972 1972 152.47 152.47 502.34 502.34349.87349.8793.393.3 第五章 井 灌 区 规 划年度年度平衡差平衡差mm水位

159、变化水位变化m多年调节的多年调节的埋深埋深m当年调节最大水当年调节最大水位变幅位变幅m年调节和多年调节年调节和多年调节潜水埋深潜水埋深m1964 185.4 185.41.431.43 8.57 8.571.131.1311.1311.131965-186.94-186.94-1.44-1.4410.0110.012.192.1910.7610.761966 15.33 15.33 0.12 0.129.899.891.501.5011.5111.511967-98.81-98.81-0.76-0.76 10.65 10.651.91 1.91 11.811.81968-157.98-157.

160、98 -1.22 -1.22 11.87 11.872.192.1912.8412.841969 22.39 22.39 0.17 0.17 11.7 11.71.5 1.5 13.3713.371970-87.07-87.07 -0.67 -0.67 12.37 12.37 1.908 1.908 13.608 13.6081971 30.71 30.71 0.24 0.24 12.13 12.131.5 1.5 13.8713.871972-198.5-198.5-1.53-1.5313.6613.66 2.19 2.1914.3214.321973 266.99 266.99 2.05

161、2.0511.6111.611.131.1314.7914.791974 16.91 16.91 0.13 0.1311.4811.481.51.513.1113.111975-82.51-82.51-0.63-0.63 12.11 12.111.911.9113.3913.391976 25.99 25.99 0.20 0.20 11.91 11.911.51.513.6113.611977 78.9 78.9 0.61 0.61 11.3011.301.131.1313.0413.04 第五章 井 灌 区 规 划序号序号多年调节开采深度多年调节开采深度m年调节和多年调节开采深度年调节和多年

162、调节开采深度m保证率保证率%18.5710.766.729.8911.1313.3310.0111.5120410.6511.826.7511.312.8433.3611.4813.0440711.6113.1146.7811.7013.3753.3911.8713.39601011.9113.60866.71112.1113.6173.31212.1313.87801312.3714.3286.71413.6614.7993.3 第五章 井 灌 区 规 划 第三节第三节 工程规划工程规划一、井型选择与典型井确定一、井型选择与典型井确定 井型选择根据规划区水文地质条件和技术经济条件，含水层井型

163、选择根据规划区水文地质条件和技术经济条件，含水层埋深、厚度和岩性等确定。含水层埋深埋深、厚度和岩性等确定。含水层埋深5050米以下，可采用筒井米以下，可采用筒井或管井，管井内径或管井，管井内径0.250.250.450.45米。米。 典型井根据井型、管材、所需出水量、施工机具和施工方法典型井根据井型、管材、所需出水量、施工机具和施工方法确定，可以从旧井中选定，也可以设计新井。选定后做抽水试确定，可以从旧井中选定，也可以设计新井。选定后做抽水试验确定单井出水量，并利用典型井的资料推算建成同类井所需验确定单井出水量，并利用典型井的资料推算建成同类井所需的材料、机电设备、劳力和投资等。的材料、机电设

164、备、劳力和投资等。二、单井灌溉面积确定二、单井灌溉面积确定 我国部标我国部标SL256-2000SL256-2000机井技术规范规定计算公式：机井技术规范规定计算公式： F F0 0Q Qt t3 3T T2 2 （1 11 1）/ /m m2 2 Q Q非干扰单井稳定出水量非干扰单井稳定出水量m m /h/h m m2 2设计综合净灌水定额设计综合净灌水定额m m / /亩亩 t t3 3每天灌水小时数（每天灌水小时数（16162020小时）小时） T T2 2一次灌水周期一次灌水周期7 71010天天 第五章 井 灌 区 规 划 灌溉水利用系数，一般取灌溉水利用系数，一般取0.90.9 1

165、 1干扰抽水流量消减系数干扰抽水流量消减系数 1 1t/(tt/(tS)S)， t t周围井抽水对该井的水位消减值周围井抽水对该井的水位消减值m m，S S为设计降深为设计降深m m。 三、井距和井数确定三、井距和井数确定 根据单井出水量、单井灌溉面积、影响半径根据单井出水量、单井灌溉面积、影响半径R R0 0等确定，并等确定，并根据村庄、田块、路、林等调整实地落实井位。根据村庄、田块、路、林等调整实地落实井位。按梅花状（三角形）布井：单井控制面积按梅花状（三角形）布井：单井控制面积F F0 00.866D0.866D 井距井距D D(770F(770F0 0) ) ，井排距，井排距B=0.8

166、66DB=0.866D。 井数井数 n nF F4 4/F/F0 0，为土地利用率，为土地利用率，F F4 4为规划区总面积，为规划区总面积，F F0 0为单井灌溉面积亩。为单井灌溉面积亩。井数校核：典型年（保证率井数校核：典型年（保证率75%75%）规划井数开采量应大于需水量，）规划井数开采量应大于需水量，否则应增加井数。否则应增加井数。 第五章 井 灌 区 规 划 某拟建井灌区，承压完整井的实际抽水资料和有关灌溉参某拟建井灌区，承压完整井的实际抽水资料和有关灌溉参数见下表，要求计算考虑干扰条件下的单井灌溉面积、井距和数见下表，要求计算考虑干扰条件下的单井灌溉面积、井距和井数。井数。 抽水井

167、抽水井和编号和编号稳定抽稳定抽水降深水降深m稳定抽水稳定抽水流量流量m/h单位降深单位降深出水量出水量m/h.m观测井水观测井水位降深位降深mt1观测井观测井水位降水位降深深mt2井距井距Dm影响半径影响半径R (m)14.39140.732.050.1134275023.70139.337.640.06342750项项 目目规划区面规划区面积积F(亩）亩）土地利用土地利用系数系数综合平均综合平均灌水定额灌水定额m/亩亩每日抽水每日抽水小时数小时数t(h/d)轮灌天数轮灌天数T (d)灌水利用灌水利用系数系数数数 值值264000.93351570.92 第五章 井 灌 区 规 划（1 1）将

168、实际抽水资料换算为设计降深条件下的数据，设计降深）将实际抽水资料换算为设计降深条件下的数据，设计降深取取5 5米，换算结果见下表。米，换算结果见下表。（2 2）计算不同井距下的干扰抽水流量消减系数）计算不同井距下的干扰抽水流量消减系数以井距以井距500m500m为例，换算水位消减值为例，换算水位消减值 t1=(lg750/500)/(lg750/342) t1=(lg750/500)/(lg750/342)0.080.08=0.041m=0.041m t2=(lg750/500)/(lg750/342) t2=(lg750/500)/(lg750/342)0.130.13=0.067m=0.0

169、67m平均值平均值t=(t1+t2)/2=0.054mt=(t1+t2)/2=0.054m产生干扰抽水井数为产生干扰抽水井数为6 6个，则个，则t=6t=60.054=0.324m0.054=0.324m抽水井抽水井和编号和编号稳定抽稳定抽水降深水降深m稳定抽水稳定抽水流量流量m/h单位降深单位降深出水量出水量m/h.m观测井水观测井水位降深位降深mt1观测井水位观测井水位降深降深mt2井距井距Dm影响半径影响半径R (m)15160.332.050.1334275025188.237.640.08342750 第五章 井 灌 区 规 划流量消减系数流量消减系数1=1=t/(tt/(tS)=0

170、.324/(0.324+5)=0.061S)=0.324/(0.324+5)=0.061分别计算不同井距时的流量消减系数，见下表。分别计算不同井距时的流量消减系数，见下表。（3 3）计算干扰条件下的单井实际灌溉面积）计算干扰条件下的单井实际灌溉面积F F0 0 和实际井距和实际井距D D F F 0 0QtQt3 3T T2 2 （1 11 1）/ /m m2 2 D D =25.8=25.8FF0 0 Q Q取平均值取平均值Q=(160.3+188.2)/2=174.3mQ=(160.3+188.2)/2=174.3m /h/hD(m)F0=D/769.8t(m)t(m)11F F 0 0D

171、 D 5003250.0540.3240.0614525916004680.030.180.0354645997006370.0090.0540.011476607 第五章 井 灌 区 规 划（4 4）确定最佳单井灌溉面积和最佳井距）确定最佳单井灌溉面积和最佳井距 最佳单井灌溉面积为最佳单井灌溉面积为464464467467亩。最佳井距亩。最佳井距599599600m600m，地，地下水开采量最接近灌溉需水量。下水开采量最接近灌溉需水量。 （5 5）井数）井数 n nF4F4/F/F0 026440264400.93/464=530.93/464=53眼眼五、井群和井网布置五、井群和井网布置（

172、一）布置原则一）布置原则（1 1）地形平坦时，按梅花状或矩形网格状布置，富水区宜）地形平坦时，按梅花状或矩形网格状布置，富水区宜 集中布井。集中布井。（2 2）地面坡度较大或不平时，井位布置在高处，沿河地带）地面坡度较大或不平时，井位布置在高处，沿河地带 平行河流布置。平行河流布置。（3 3）与输电线路、道路、林带、灌排渠系相结合。）与输电线路、道路、林带、灌排渠系相结合。（4 4）在原有井灌区布井，应优先考虑旧井的改造利用。）在原有井灌区布井，应优先考虑旧井的改造利用。 第五章 井 灌 区 规 划（二）井群布置（二）井群布置 根据水文地质条件和地理条件布置方式有直线型布置、三根据水文地质条件

173、和地理条件布置方式有直线型布置、三 角形和环形布置。角形和环形布置。（三）井网布置（三）井网布置（1 1）从地形最高部分开始，结合地下水流向和地形平坦情况，）从地形最高部分开始，结合地下水流向和地形平坦情况， 确定第一排线，根据井距布井；并根据地面建筑物、道确定第一排线，根据井距布井；并根据地面建筑物、道 路、居民点、和地形作调整。路、居民点、和地形作调整。（2 2）根据布置方式确定第二排、第三排）根据布置方式确定第二排、第三排.（3 3）图上布井结束后，到现场逐一落实井位。）图上布井结束后，到现场逐一落实井位。（四）电网布设（四）电网布设 农村电网主要指农村电网主要指10kv10kv高压线路

174、和高压线路和400v400v低压线路，应与井网、低压线路，应与井网、道路网、林网等相结合，尽量使线路短，变压器位置适中。一道路网、林网等相结合，尽量使线路短，变压器位置适中。一般高压线路沿井网排线布置，低压线路沿渠系或道路布置，低般高压线路沿井网排线布置，低压线路沿渠系或道路布置，低压线路不超过压线路不超过1000m1000m，且末端电压不少于，且末端电压不少于340v340v。井距较小，一台。井距较小，一台变压器可控制变压器可控制4 46 6眼机井。大泵机井，一台变压器可控制眼机井。大泵机井，一台变压器可控制2 23 3眼井，甚至仅控制一眼井。眼井，甚至仅控制一眼井。 第五章 井 灌 区 规

175、 划六、规划成果六、规划成果（一）规划报告（一）规划报告（1 1）灌区基本情况（自然地理、水文地。）灌区基本情况（自然地理、水文地。（2 2）地下水资源计算与评价。）地下水资源计算与评价。（3 3）供需水量平衡计算。）供需水量平衡计算。（4 4）井灌工程规划（开采深度确定、单井灌溉面积、井距和）井灌工程规划（开采深度确定、单井灌溉面积、井距和 井数的计算、机井及配套工程）。井数的计算、机井及配套工程）。（5 5）投资概算、经济效益分析。）投资概算、经济效益分析。（6 6）实施方案。）实施方案。（7 7）附件（附图、附表、文字说明）。）附件（附图、附表、文字说明）。（二）规划图件（二）规划图件（

176、1 1）水文地质分区图：包含含水层组、岩性、富水性。）水文地质分区图：包含含水层组、岩性、富水性。 图幅比例图幅比例1/10000 1/10000 1/500001/50000。 第五章 井 灌 区 规 划（2 2）水利设施现状图：各类水利工程的分布以及灌溉范围、）水利设施现状图：各类水利工程的分布以及灌溉范围、 高压线路、变压器位置、道路、林带。图幅比例高压线路、变压器位置、道路、林带。图幅比例1/10001/1000。 （3 3）水质评价图）水质评价图 （4 4）开采条件分区图：多年平均地下水埋深、富水性、含水）开采条件分区图：多年平均地下水埋深、富水性、含水 层厚度及开发利用措施。层厚度

177、及开发利用措施。 （5 5）地下水可开采模数分区图）地下水可开采模数分区图 （6 6）井灌区规划图：灌区范围、井位、高压线和变压器位置，）井灌区规划图：灌区范围、井位、高压线和变压器位置， 固定管渠、道路、林带。图幅比例固定管渠、道路、林带。图幅比例1/100001/10000。 （7 7）分区典型地块井灌区规划图；分区典型地块的机井、灌）分区典型地块井灌区规划图；分区典型地块的机井、灌 溉范围、管渠、建筑物、高低压线路及变压器溉范围、管渠、建筑物、高低压线路及变压器, ,比例比例1/10001/1000。 （8 8）不同井型结构典型设计图。）不同井型结构典型设计图。 （9 9）其它图件：典型

178、管道系统布置图）其它图件：典型管道系统布置图1/10001/1000、排水工程规划图。、排水工程规划图。 图幅比例图幅比例1/10001/1000。 第五章 井 灌 区 规 划参考文献参考文献1 1灌溉与排水工程设计规范灌溉与排水工程设计规范GB50288GB50288199919992 2低压管道灌溉工程设计规范低压管道灌溉工程设计规范SL/T153SL/T15395953 3节水灌溉技术规范节水灌溉技术规范SL207SL20798984 4河南省县级平原绿化高级标准河南省县级平原绿化高级标准，农田灌溉水质标准农田灌溉水质标准5 5供水水文地质勘察规范供水水文地质勘察规范GB50027GB5

179、0027200120016 6供水管井技术规范供水管井技术规范GB50296GB5029699998 8灌区节水改造规划灌区节水改造规划 冯广志冯广志 中国水利水电出版社中国水利水电出版社 2004.42004.49 9农田水利学农田水利学 樊惠芳樊惠芳 黄河水利出版社黄河水利出版社 2003.12003.11111农田水利学农田水利学 郭元裕郭元裕 中国水利水电出版社中国水利水电出版社 199719971212地下水利用地下水利用 全达人全达人 中国水利水电出版社中国水利水电出版社 199619961313水利水电工程环境影响评价规范水利水电工程环境影响评价规范GB5084-92GB5084

180、-921414水利水电工程可行性研究报告编制规程水利水电工程可行性研究报告编制规程 DL5020-93 DL5020-93 第六章 井 灌 区 管 理 第一节第一节 井灌区用水管理井灌区用水管理 井灌区管理井灌区管理是根据当地水文气象条件、水文地质条件、土是根据当地水文气象条件、水文地质条件、土壤性质、作物种类等因素，制定合理的灌溉制度，选用适宜的壤性质、作物种类等因素，制定合理的灌溉制度，选用适宜的灌水方法，编制用水计划，实行节水灌溉，加强机井配套，保灌水方法，编制用水计划，实行节水灌溉，加强机井配套，保障供水，充分发挥机井效益。障供水，充分发挥机井效益。一、实行计划用水，充分发挥井灌工程效

181、益一、实行计划用水，充分发挥井灌工程效益 用水计划包括机井提水计划和配水灌溉计划两部分。用水计划包括机井提水计划和配水灌溉计划两部分。 根据作物种植情况以及需水要求，机井的供水能力，田间工根据作物种植情况以及需水要求，机井的供水能力，田间工程条件和农业生产安排情况，在可供水量和需水量平衡分析计程条件和农业生产安排情况，在可供水量和需水量平衡分析计算的基础上，确定计划年内的灌溉面积，开泵时间，各时期的算的基础上，确定计划年内的灌溉面积，开泵时间，各时期的提水量，抽水天数。提水量，抽水天数。 井灌区管理机构依据渠系和用水量的分布情况，按照用水比井灌区管理机构依据渠系和用水量的分布情况，按照用水比例

182、，拟定每次灌水的分配水量、配水顺序、配水时间及配水方例，拟定每次灌水的分配水量、配水顺序、配水时间及配水方式。式。 第六章 井 灌 区 管 理二、加强机井配套，提高抽水设备利用率二、加强机井配套，提高抽水设备利用率 根据机井的设计流量、井中动水位和地面高程计算需要扬程，根据机井的设计流量、井中动水位和地面高程计算需要扬程，依据设计流量和设计扬程选择井泵。一般井泵和电机配套供应。依据设计流量和设计扬程选择井泵。一般井泵和电机配套供应。三、提高田间工程标准，实现节水灌溉三、提高田间工程标准，实现节水灌溉 加强土地平整工作，提高渠道防渗标准。加强土地平整工作，提高渠道防渗标准。四、选用合理的灌水方式

183、四、选用合理的灌水方式 采用地埋管配合畦灌和沟灌，或者采用喷灌和滴灌方式。采用地埋管配合畦灌和沟灌，或者采用喷灌和滴灌方式。 第二节第二节 水井的管理养护与修复水井的管理养护与修复1 1、加强水井管理责任制、加强水井管理责任制2 2、加强水井的养护：健全水井技术档案，做好运行纪录，定期、加强水井的养护：健全水井技术档案，做好运行纪录，定期进行维护性抽水和清淤。进行维护性抽水和清淤。3 3、加强机泵的维修管理，提高运行效率、加强机泵的维修管理，提高运行效率 第六章 井 灌 区 管 理 第四节第四节 井灌区工程技术经济分析井灌区工程技术经济分析一、工程投资一、工程投资 包括建设前的勘探费、钻井费和

184、建井费、机泵配套费、输配包括建设前的勘探费、钻井费和建井费、机泵配套费、输配电线路、电器设备费以及渠系工程配套费。电线路、电器设备费以及渠系工程配套费。二、年费用二、年费用1 1、年运行费用、年运行费用（1 1）能源消耗费）能源消耗费 C1=N1t1f1g+N2t2f2g C1=N1t1f1g+N2t2f2g C1- C1-年能源消耗费元年能源消耗费元 ； N1,N2- N1,N2-灌溉与非灌溉动力机额定功率灌溉与非灌溉动力机额定功率KW;KW; t1,t2- t1,t2-灌溉与非灌溉动力机年运行小时数；灌溉与非灌溉动力机年运行小时数； g- g-单位功率耗能量。单位功率耗能量。 采用电动机应

185、计入线损和变损能量。采用电动机应计入线损和变损能量。（2 2）维修费）维修费 ，（，（3 3）管理费）管理费 第六章 井 灌 区 管 理2 2、折旧费、折旧费 有静态折旧法和动态折旧法。有静态折旧法和动态折旧法。 静态计算公式静态计算公式d=K1/nd=K1/n d- d-年折旧费元；年折旧费元；K1-K1-机井系统总投资元；机井系统总投资元；n-n-折旧年限（经济折旧年限（经济寿命年）。完善的机井寿命可达寿命年）。完善的机井寿命可达20203030年。年。3 3、还本年限计算、还本年限计算 Tb=K1/(B-C2+d) Tb=K1/(B-C2+d) B- B-多年平均毛效益元。还本年限不宜大

186、于多年平均毛效益元。还本年限不宜大于5 5年。年。三、效益三、效益1 1、农业增产效益、农业增产效益2 2、排水效益、排水效益3 3、水费、水费 第六章 井 灌 区 管 理四、技术经济指标四、技术经济指标1 1、机井和设备完好率、机井和设备完好率 机井的装置效率一般不能低于机井的装置效率一般不能低于35%35%。2 2、能源单耗、能源单耗 指从机井提水指从机井提水1kt.m1kt.m所消耗的能量。能源单耗和装置效率计算所消耗的能量。能源单耗和装置效率计算公式见教材。公式见教材。3 3、单井流量控制的灌溉面积、单井流量控制的灌溉面积 指单井出水量指单井出水量1m1m/h/h所能控制的灌溉面积。先进灌区可灌所能控制的灌溉面积。先进灌区可灌1010亩地。亩地。4 4、单位水量成本、单位水量成本 指年费用与年提水量的比值元指年费用与年提水量的比值元/m/m。