水文地质总复习.ppt

《水文地质总复习.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水文地质总复习.ppt（164页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、总复习,一、绪论,1、水文地质学的简单定义水文地质学是研究地下水圈的科学。地下水：地壳浅部含水层中可供生产、生活使用的井、泉水；包气带水；特点是不能依靠重力流动。火山喷发伴随的水汽；矿物水；是赋存于矿物结晶格架内部和格架之间的水。,二、地球上水的分布与循环,1）、表部层圈水。统指地壳上半部（地表以下15km17km深度范围内）到大气圈中的水。化学状态以H2O的分子形式存在；物理状态有汽、液、固三态，以液态为主。,2）、深部层圈水。地球深部指地壳下部到下地幔与地核之间的部分。但高温高压的环境使水的物理化学状态发生了变化。,自然界中的水循环,1）、水文循环。所谓水文循环是指地球表部层圈中的水，即大

2、气水、地表水及地壳浅部地下水相互间的交替转换过程。2、地质循环。地球深部层圈水与表部层圈水之间的相互转化过程称为地质循环。,三、地质基础,岩石的分类：1、岩浆岩（火山岩）；2、沉积岩；松散岩石3、变质岩地质构造：1、岩层接触关系2、褶曲3、断裂构造,四、岩石的水理性质,(一)岩石中的空隙1、孔隙由于松散岩石是由大小不等的颗粒组成，在颗粒或颗粒的集合体之间充满空隙，这些孔隙相互连通，呈小孔状，称为孔隙。松散岩石中孔隙的多少用孔隙度表示，,2、裂隙固结的坚硬岩石一般不存在或只保留有部分颗粒之间的空隙（或孔隙）。坚硬岩石主要发育各种成因的裂隙。分为成岩裂隙，构造裂隙和风化裂隙。坚硬岩石的裂隙发育程度

3、通常用裂隙率表示。,3、溶隙（溶穴）可溶性岩石，如石灰岩，白云岩等，在地下水溶蚀作用下产生的空隙（洞），称为溶穴。用岩溶率表示。,（二）、岩石中水的存在形式,按物理状态分：气态水，液态水，固态水。传统水文地质学重点研究液态水。根据其受力情况，又可以分为结合水(强结合水（吸着水），弱结合水（薄膜水）)。，毛细水和重力水。矿物内部存在的水称为矿物结合水。,（三）、岩石的水理性质,岩石的水理性质反映岩石储容或透过地下水的性能。与岩石的空隙性有密切关系。容水性岩石能容纳一定水量的性能。度量指标为容水度。容水度指岩石中所能容纳水的体积与岩石总体积之比。可用小数或百分数表示。由定义可见，容水度与一般岩石的

4、空隙度相当。但膨胀性粘土饱水后体积会增大，容水度大于孔隙度。,持水性岩石的持水性是指在重力作用下岩石仍能保持一定水量的性能。持水度：岩石在重力作用下释水后保持的水体积与岩石体积之比。在重力作用下岩石所能保持的水分主要是结合水，以及部分孔角毛细水。所以，粘性土持水度大甚至可与容水度相等，而裂隙岩石等持水度很小,给水性地下水位下降时，饱水岩石中的水在重力作用下能否自由释出或释出数量的多少，即为岩石的给水性。用给水度度量。给水度（）：当地下水位下降一个单位时，在重力作用下，单位水平面积上岩石柱体所释出的水体积。以小数或百分数表示，无量纲 粘性土给水度几乎为零，而粗粒松散岩石和裂隙岩石给水度甚至可以接

5、近容水度。,（四）、含水系统,1、包气带和饱水带地表以下第一个连续的自由水面以上部分称为包气带，水面以下部分称为饱水带。2、含水层地下水面之下，经常为地下水所饱和的透水层称之含水层 3、隔水层一般情况下不允许重力水透过或仅能透过极少量重力水的岩层属于隔水层。,含水层中的越流如果某一含水层的上覆或下伏地层为弱透水层。含水层就具有半承压性质。当这个含水层与相邻含水层之间存在水位差时，地下水便会从高水头含水层通过弱透水层流向低水头含水层。这种现象称为越流。,四、地下水的类型,（一）、地下水的分类目前较为通用的地下水分类方法，一是根据地下水的单一特征分类，如，根据地下水起源不同，可把地下水分成渗入水，

6、凝结水，初生水，埋藏水等；根据地下水的矿化程度分为淡水、微咸水、咸水、盐水和卤水等；按地下水的埋藏条件，可将地下水分成包气带水、潜水和承压水等；按含水介质类型可把地下水分成孔隙水、裂隙水和岩溶水等。一是根据地下水的综合特征分类。有一种综合分类法综合考虑了地下水埋藏条件和含水介质特征，把地下水分成九种类型。,（二）、各类型地下水的特征1、包气带水包气带水是最接近地表的地下水，受气候因素影响最大。分布区与补给区一致。其中土壤水受毛管力和重力作用为主，因此主要作垂直运动（上层滞水可有水平运动，但不构成包气带水运动的主流）。补给以降水和灌水入渗为主，以及潜水和凝结水补给；消耗以下渗和蒸发蒸腾为主。,2

7、、潜水潜水是地表以下，第一个稳定的隔水层（或弱透水层）以上，具有自由水面的重力水。这个自由水面称为潜水面。潜水面距地面的距离称为潜水面的埋藏深度。由潜水面往下至隔水层顶板之间储存有重力水，称之为潜水含水层。潜水面距隔水层顶板的距离就是含水层的厚度（区域上来看，这个厚度通常是变化的）。潜水面的绝对高程就称为潜水位。,认识潜水等水位线图,也称潜水面等高线图。利用潜水等水位线图可解决下述问题：确定潜水流向；确定潜水面的水力坡度；确定潜水与地表水之间的互补关系；确定潜水面埋藏深度；推断含水层岩性和厚度的变化；根据潜水等水位线图可以合理布置取水或集水设施；通过时间同步的长系列潜水等水位线图，可以分析潜水

8、的区域分布特点，为水资源的合理开发提供依据。,3、承压水承压水是充满地表以下任意两个隔水层或弱透水层之间具有承压性质的重力水。在没有揭露承压含水层时，承压水的绝对水位是理论值。当通过钻井等手段揭穿了顶板之后，立即观测到的水位称为初见水位，其后，在无外部干扰情况下水位会因静水压力的改变而变动，直至一个稳定状态，称为静止水位（通常高于初见水位，可依此判别是否承压水）。此时的水面标高是真正的承压地下水的水位或测压水位。或称承压水头（承压水头理论上是指承压水的静止水位至含水层顶板的距离，也称之为承压水头高度）。地面标高与承压水位之差为承压水位埋深。承压水头高出地面称为正水头，低于地面称为负水头。,承压

9、水等水压线图承压水等水压线图是承压含水层测压水位的等高线图。注意等测压水位面是虚构的面。一般情况下，钻孔打到图上标示的水位并不能取到水，必须打到承压含水层本身才能有水。这是与潜水等水位图不一样的地方。因此，需要结合承压含水层顶板等值线图确定含水层的埋深。利用等水压线图可以解决下列问题：确定承压水的流向；确定承压水面的坡度；确定承压水与其他含水层或地表水之间的关系；初步判断含水层厚度和透水性等。,承压含水层弹性储水与释水的度量指标是储水系数（或弹性给水度），物理含义是，当测压水位改变一个单位时，单位面积含水层柱体所增加或释放出的水量，无量纲。,五、地下水运动的基本定律,渗流的几个概念,层流当液体

10、流速较小时，液体质点做有序，互不混杂的流动称为层流。紊流当液体流速较大时，液体质点无序，互相混杂的流动称为紊流。,渗流的几个概念,稳定流：流场中任意点的所有运动要素（流速、流量、压强等）仅是空间坐标的函数称为稳定流；非稳定流：流场中任意点的所有运动要素（流速、流量、压强等）同时是空间坐标和时间变量的函数称为非稳定流。,（二）地下水运动的基本规律,等效渗流概念及空间平均模式的物理模型所谓等效是指在保持岩层中渗透流量、渗透压强以及渗流阻力等效的原则下，假设实际渗流充满整个岩体空间（即忽略岩体骨架）。此时认为渗流是连续水流，渗流场中各运动要素同时是时间和空间的连续函数。,u渗透流速【LT-1】；Q单

11、位时间内透过过水断面的渗透流量【L3T-1】；A过水断面（垂直于渗流的岩层断面）面积【L2】。,v渗流的实际流速（或实际平均流速）【LT-1】；Q单位时间内透过过水断面的渗透流量【L3T-1】；A实际过水断面（垂直于渗流的岩层断面）面积【L2】。,渗透流速与实际流速关系,（二）地下水运动的基本规律,线性渗透定律达西定律K 岩石的渗透系数（或称水力传导系数）【LT-1】；hw 水头损失，渗流通过的两过水断面之间的水位差【L】,J称为水力坡度或水力梯度；l两过水断面距离（渗透长度）【L】。式中其他符号意义同前述。,（二）地下水运动的基本规律,水力梯度（或称水力坡降）反映了渗流流经两个过水断面之间水

12、头损失的比例，或者说水力梯度是沿水流方向上单位渗透路径上的水头损失。达西定律是线性关系式，反映了渗流有序互不混杂运动的特性。达西定律可以很好的描述层流运动。因此达西定律是线性渗透定律。,（二）地下水运动的基本规律,非线性渗透定律哲才（A.Chezy）公式：,（二）地下水运动的基本规律,渗透性的量化评价渗透系数渗透系数K的物理意义渗透系数反映了渗流的速度，因此与速度具有相同的量纲。说明当水力梯度一定时，渗透系数愈大，透过岩层的水量就愈大，岩石的渗透性就愈好；渗透系数与水力坡降成反比，渗透系数愈大，水力坡降就愈小，岩石透水性好，水头损失就小。因此渗透系数能定量反应岩石的渗透性。,（二）地下水运动的

13、基本规律,水头、水头损失的概念,由于一般情况下水力梯度很小，在实际应用时，往往取两断面间的平均水力梯度，即：,地下水渗流的连续性方程：,（二）地下水运动的基本规律,2）承压水运动方程假设承压含水层具有可压缩性，且符合弹性理论，并设渗透介质及渗流本身的压缩与膨胀主要发生在垂直方向上，其余方向认为是不变的。则水的密度和介质的孔隙度都是压力的函数。,令分别称S为贮水系数（或弹性给水度）T为导水系数。,承压含水层存在越流时,设上、下弱透水层厚度分别为1、M2；渗透系数分别为K1、K2。由于K1、K2K，可近似认为水垂直通过弱透水含水层进入主含水层以后折向水平流动。此时，越流含水系统地下水运动方程可表示

14、成,称为越流因素，量纲【L】越流方程可写成：称为越流系数,3）潜水运动方程,但潜水体积随自由水面变化，因为有外部水量通过自由水面进入潜水含水层。所以，对三维潜水流必须加上潜水面的边界条件。,潜水二维流偏微分方程的推导裘布依（Dupuit）假设潜水面比较平缓；垂直流速可以忽略不计，或者说水头不随深度变化；任意过水断面上的水平流速相等；含水层底板是水平的。即令,潜水二维流偏微分方程：若底板是倾斜的，设底板方程为：b=b(x,y),潜水偏微分方程可表示为：,4）汇源项,有汇源项时，承压水流动方程可表示成：W称为汇源项。对地下渗流场而言，W为正时表示是汇，W为负时表示是源。习惯上以抽水为汇，注水为源。

15、有时为了书写简洁，往往把抽（排）、注水与越流、入渗等捆绑在一起，统称汇源项。,地下渗流的定解问题及求解方法,泛定方程与定解条件同时构成渗流场的定解问题。1）初始条件所谓初始条件就是在解非稳定流时给定计算起始时刻渗流场内各点的水头值。一般表述为：式中，渗流域；渗流域内已知函数。,2）边界条件a)第一类边界条件或称已知水头条件。即边界上每一时刻的水头都是已知的。一般表述为：式中，S1渗流场边界曲面；1二维渗流场边界曲线；边界曲面上的已知水头；边界线上的已知水头。,b)第二类边界条件,也称已知流量边界。此时水头对于边界的法向偏导数已知或边界上单位面积或长度的法向流量已知。一般表述为：为隔水边界,C)

16、第三类边界条件,又称混合边界条件。一般表述为：式中，、为边界上的已知函数。3）求解方法直接积分法，数值法，势函数法，复势法等,地下水运动,二、井流计算,一、基本概念,一）地下水开采井分类根据水井贯穿含水层的状况：完整井；不完整井。根据水井揭露的含水层性质：承压含水层完整井，承压含水层不完整井；潜水含水层完整井，潜水含水层不完整井。,二）与抽水有关的几个术语静水位（初始水位）H0(x,y,0)：未抽水之前，或者说未经人为扰动时的地下水位（标高）。动水位H(x,y,t)：抽取地下水时，在影响边界范围内，任意点的地下水位。影响边界：抽水井抽水时，渗流场中水力坡度为零的曲面或曲线称为抽水影响边界。,降

17、落漏斗渗流场中有汇点时，由影响边界至汇点（抽水井中心），水头下降形成的以抽水井为中心的漏斗状的凹形曲面。称之为降落漏斗。水位降深s(x,y,t)降落漏斗内任意点的静水位与动水位之差称为水位降深；s(x,y,t)=H0(x,y,0)-H(x,y,t),有抽水井的地下渗流场真正达到稳定状态需要满足下述水文地质条件：含水层有侧向补给，且侧向补给量等于抽水量；降落漏斗区有垂向补给，如潜水接受降水入渗补给，且补给量等于抽水量；地下水系统底界有越流补给抽水含水层，且补给量等于抽水量。,二、稳定井流,一）承压完整井设在均质，各项同性，厚度处处为M的承压水含水层中，渗透系数为K，初始时刻，含水层中水位处处为H

18、0。承压水稳定流方程为：,二、稳定井流,一）承压完整井设在均质，各项同性，厚度处处为M的承压水含水层中，渗透系数为K，初始时刻，含水层中水位处处为H0。设有半径为rw的完整井抽水，成为渗流场中的汇点。渗流场中的地下水呈径向流流向抽水井，影响半径为R。在柱坐标(r,z)下承压水径向稳定流方程可表述为：,抽水达到稳定时，在径向坐标r处取与抽水井管同轴的圆柱面为过水断面，则当抽水井抽水量为Q时，过水断面的流量也等于Q。此时，水头是对称的，与无关。即：。柱坐标方程变为：,承压水完整井流的定解问题：Hw抽水井水位,因为：由达西定律可知断面上的流量：,因此有,sw抽水井中心水位降深,如果在降落漏斗范围的渗

19、流场中，距抽水井分别为r1，r2处有两眼观测井，观测到水位分别为H1，H2，则定解问题可改写成：,二）完整的潜水井设在均质，各向同性，潜水面水平，因而含水层厚度基本不变的潜水含水层中，渗透系数为K，初始时刻，含水层中水位处处为h0。即满足裘布依（Dupuit）假设潜水面比较平缓；垂直流速可以忽略不计，或者说水头不随深度变化；任意过水断面上的水平流速相等；含水层底板是水平的,设有半径为rw的完整井抽水，成为渗流场中的汇点。渗流场中的地下水呈径向流流向抽水井，影响半径为R。柱坐标下潜水稳定流方程可表述为：,抽水达到稳定时，在径向坐标r处取与抽水井管同轴的圆柱面为过水断面，则当抽水井抽水量为Q时，过

20、水断面的流量也等于Q。此时，水头是对称的，与无关。而且由于含水介质是均质各向同性，即Kr=K=K。柱坐标方程变为：,把h2看做一个变量，通过线性化变化，使方程变为：h潜水含水层厚度,定解问题,如果在降落漏斗范围的渗流场中，距抽水井分别为r1，r2处有两眼观测井，观测到水位分别为H1，H2，则定解问题可改写成：,三、非稳定井流,一）承压含水层完整井非稳定流的泰斯（Theis）解 设均质、各向同性、等厚、水平延伸的无限含水层中，初始时刻渗流场中任意点，。当抽水水头下降时引起的水量释放是瞬时完成的。设有井径无限小（设为rw）的完整井进行定流量抽水，成为渗流场中的汇点。渗流场中的地下水呈径向流流向抽水

21、井，并服从达西定律。,在柱坐标下承压水非稳定流井流的定解问题：s=H0-H水位降深,解析解 称为泰斯（Theis）公式,称为雅柯布（Jacob）公式,二）潜水含水层完整井非稳定井流的布尔顿（Boulton）解布尔顿假设：含水层为均质各向同性，底板水平的无限含水层；初始自由水面水平；完整抽水井在无限含水层中是一个汇点（井径无限小）；定流量抽水，降深s(rw,t)H0；水流服从达西定律；抽水时含水层中的水不能瞬时释放，存在滞后现象。,定解问题：,布尔顿给出解析解：抽水早期：抽水中期：抽水晚期：,式中：疏干因素，【L】；无压含水层A组井函数；无压含水层B组井函数；零阶第二类变形贝塞尔函数。,四、求水

22、文地质参数,1、利用泰斯公式确定水文地质参数配线法对泰斯井函数和两边取对数，得到：,显然，在双对数坐标系内，st曲线与标准曲线具有相同的形状，只是纵横坐标平移了。因此，只要让这两条曲线重合，读取图上任意点的值，代入相关公式，即可求出我们需要的S，T值。故称之为配线法。具体步骤：在双对数纸上绘制 标准曲线；在与绘制标准曲线模数相同的透明双对数纸上绘制以s为纵坐标，t为横坐标的st曲线；在保持对应坐标轴平行的情况下，把透明双对数纸重叠在绘有标准曲线的对数纸上移动，直至两条曲线基本重合为止；,在重合曲线上或曲线外任取一点，读取该点在两张对数纸上的坐标，即读取：将得到的值代入下式求参数;,直线图解法改

23、写雅柯布公式;可见，slgt为线性关系，其斜率为。,在半对数纸上以s为纵坐标，以t为横坐标，把抽水的历时时间和相应时刻的降深点上，连成直线（或取直线）。求得直线的斜率i，并代入下式计算导水系数延长直线直至使s=0(t=t0)。则,水位恢复法含水层中的抽水井一旦停止抽水，水位将回升。这个过程称为水位恢复。设含水层中的抽水井在t=0时刻以定流量开始抽水，而在t=tp时刻停止抽水。当ttp时，观测孔水位降深为s=H0-H称为剩余降深。对应于s，有t=t-tp（t为抽水以来的历时时间）。如果把剩余降深s视为抽水（由t=0至t,流量为Q）与注水（t=t-tp时段里，注水量为Q）的叠加，则由泰斯公式可得：

24、,当 时，可简化成：因此可以类比直线图解法，在半对数坐标纸上绘制曲线（应为直线）。其斜率为：从而有：,地下水的基本化学成分及形成机理,地下水是一种混合溶液。自然界已发现的元素，大多可在地下水中找到。水是一种良好的溶剂。可以溶解岩土中的矿物盐类，同时，水又是一种载体，可以迁移，分散与富集地壳中的元素。地下水与岩土之间处于一种化学平衡关系。,一、地下水中的主要化学成分,地下水中既溶有各种不同的气体、离子、分子化合物，也溶有许多有机物。1、地下水中的主要气体成分O2、N2、H2S及CO2等。一般情况下含量较低。,地下水中的O2和N2主要来源于大气降水。地下水中溶解氧含量大于3.5mg/L时，表明地下

25、水是处于氧化地球化学环境；当地下水中N2含量远超O2含量时，说明地下水处于还原的地球化学环境中，大量的O2耗于氧化。,地下水中CO2来源于由于表生带的生物化学作用使有机物分解作用以及地壳深部变质作用和火山作用。浅部地下水中的CO2的主要是大气及土壤层中生物化学作用的产物，随下渗水流进入地下水。地壳中某些深部封闭环境中的地下水中的CO2，可能是碳酸盐岩变质过程中分解的结果，或上地幔易挥发馏分中的CO2逸出有关。,地下水中的H2S有两种主要的来源。一是由生物化学作用形成：这种作用通常发生在温度不高于80的地壳浅部 另一种来源是由地壳深部变质作用和火山作用形成,2、地下水中的主要离子成分,氯离子沉积

26、岩中岩盐或其他含氯化合物的溶解；岩浆岩中的含氯矿物（如氯磷灰石、方解石等）的风化溶解；直接来自热流及岩浆火山喷发物；人为污染。氯离子是地下水中最稳定的离子。含量随矿化度增高而增加。高矿化水中氯离子含量可达数克/升，甚至高达100g/L以上。,硫酸根离子石膏或其他硫酸盐岩的溶解；含硫矿物的氧化；煤系地层和金属硫化物矿床中的黄铁矿等硫化物的水解。“酸雨”降落地表，渗入地下。硫酸根离子是中等矿化水中最主要的阴离子。,重碳酸根离子地下水中的重碳酸根离子来自有地下水对碳酸盐岩的溶解。地下水中的重碳酸根离子的含量一般不超过数百毫克/升，是低矿化水中的主要阴离子。,钠离子 沉积岩中岩盐及其他钠盐的溶解；岩浆

27、岩和变质岩地区的含钠矿物的风化溶解：海水入侵。钠离子在低矿化水中含量仅为数毫克/升至数十毫克/升。但在高矿化水中可达数十克/升或者更高。所以钠离子是高矿化水中的主要阳离子。但由于钠离子易被岩石吸附，因此含量又总是低于氯离子。,钾离子 钾离子主要来源于沉积岩中钾盐的溶解，以及岩浆岩、变质岩中含钾矿物的风化溶解。在地下水中钾离子的含量远低于钠离子，是由于钾离子大量地参与形成不溶于水的次生矿物，如水云母等，并易为植物吸收。,钙离子 地下水中的钙离子主要来自于灰岩、白云岩以及含石膏沉积岩的溶解。岩浆岩、变质岩中含钙矿物的风化溶解也是这类地区钙离子的重要来源之一。钙离子是低矿化水中的主要阳离子，含量一般

28、为数百毫克/升。,镁离子 地下水中的镁离子主要来源于含镁的碳酸盐类岩石，如白云岩等的溶解，岩浆岩、变质岩中含镁矿物的风化溶解。,镁离子在地下水中的含量为每升数毫克至数十毫克。除含白云质岩石地区外，地下水中镁离子含量总少于钙离子。原因在于镁元素在地壳上的丰度低于钙，而且，镁离子易被岩石颗粒吸附以及被植物吸收。,二、地下水化学成分的形成作用,1、溶滤作用指水岩土相互作用时，岩土中的一部分物质溶于水中的作用。溶滤作用既包括在不破坏矿物结晶格架的情况下，矿物的部分化学物质进入水中的作用，也包括岩土中可溶盐的溶解，难溶盐及不溶盐的风化溶解作用。,2、浓缩作用地下水受蒸发失去水分，使盐分富集的过程称为浓缩

29、作用。浓缩作用不仅使地下水矿化度增高，水的成分也将随之发生改变。浓缩作用一般发生在以地下水蒸发为主要排泄途径的地区。,3、脱碳酸作用由于温度升高或压力降低，使CO2溶解度变小，一部分溶解CO2转为游离CO2自水中逸出，即脱碳酸作用。脱碳酸的作用是水中 减少，矿化度降低。,4、脱硫酸作用,在还原环境中，当有有机质存在时，脱硫细菌能使水中还原为H2S，这种作用称为脱硫酸作用。脱硫酸作用的结果，是地下水中硫酸根离子减少以至消失，硫化氢气体增多，重碳酸根离子增加，pH值变大。,5、阳离子交换作用岩土颗粒表面带有负电荷，能够吸附阳离子。在一定条件下，岩土颗粒吸附的某些阳离子能与地下水中的阳离子发生置换，

30、这种作用称为阳离子交换作用，或称阳离子交替吸附作用。离子的吸附能力与离子在水中的浓度有关。地下水中某种离子的浓度大，则该种离子交换能力也大,6、混合作用两种或两种以上不同化学成分，不同矿化度的地下水混合后，形成一种完全不同于原来的地下水，称为水的混合作用。,三、地下水化学成分分析内容及资料整理,简分析主要用于了解区域地下水化学成分及其变化规律。分析项目除物理性质外，主要测试和计算分析七大离子，矿化度，总硬度，pH值，以及耗氧量等,全分析一般定量分析 耗氧量，pH值以及干涸残余物等内容,地下水的硬度总硬度 暂时硬度 永久硬度 极软水软水微硬水硬水极硬水,地下水的总矿化度淡水微咸水咸水盐水卤水,地

31、下水的酸碱性强酸性水弱酸性水中性水弱碱性水强碱性水,库尔洛夫式 舒卡列夫分类法,地下水资源评价,二、地下水资源的特征和分类（二）地下水资源分类,根据供水水文地质勘察规范（GB500272001），在供水水文地质勘察评价中把地下水资源划分为补给量、储存量和允许开采量三大类。1、补给量2、储存量3、允许开采量,二、地下水资源的特征和分类（二）地下水资源分类,1、补给量供水水文地质勘察规范（GB500272001）规定，地下水的补给量应计算由下列途径进入含水层（带）的水量：地下水径流的流入。降水渗入。地表水渗入。越层补给。其他途径渗入。并规定，计算补给量时，应按自然状态和开采条件两种情况进行。,二、

32、地下水资源的特征和分类（二）地下水资源分类,2、储存量供水水文地质勘察规范（GB500272001）把储存量区分为潜水含水层的储存量和承压水含水层的弹性储存量。GB500272001并没有给出储存量的通常意义上的定义。但可以看出，规范明确了地下水储存量就是含水层中的重力水体积。,二、地下水资源的特征和分类（二）地下水资源分类,3、允许开采量供水水文地质勘察规范（GB500272001）规定，允许开采量的计算和确定，应符合下列要求：取水方案在技术上可行，经济上合理。在整个开采期内动水位不超过设计值，出水量不会减少。水质、水温的变化不超过允许范围。不发生危害性的环境地质现象和影响已建水源地的正常生

33、产。,二、地下水资源的特征和分类（二）地下水资源分类,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价补给量,根据供水水文地质勘察规范（GB500272001），研究（评价）区域地下水的补给量可表示成：,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价补给量,水平方向的补给量对于研究区外径流进入均衡区的地下水，在定解问题中一般是作为边界条件来处理。根据已知资料的占有程度，把边界条件作为第一类、第二类或第三类边界条件。,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价补给量,规范给出了流入量的计算采用达西公式：式中 边界上的流入量，【L3T-1】；边界长度，【L】；含水层厚度【L】；渗透系数，【LT-1】；水力坡度，无

34、量纲。,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价补给量,对于边界上含水层厚度、渗透系数和水力坡度变化较大的情况，可对边界分段上的水平净流量分段求和,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价补给量,当采用第二类边界条件时，法向流量表示成：式中 单宽流量；水力坡度方向与边界外法向夹角。,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价补给量,垂直方向的补给量地下水垂直方向的补给量一般可表达为：,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价补给量,降水入渗补给量供水水文地质勘察规范（GB500272001）规定：按降水入渗系数计算时式中 日平均降水入渗补给量（m3/d）；年平均降水入渗系数；降水入渗的面积（m2

35、）；年降水量（m）。,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价补给量,对于地下水径流条件较差，以垂直补给为主的潜水分布区，计算降水入渗补给量时式中 一年内每次降水后，地下水 水位升幅之和（m）；潜水含水层给水度。,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价补给量,地表水体补给量供水水文地质勘察规范（GB500272001）规定：河、渠的入渗补给量可根据勘察区上下游断面的流量差或河渠渗入的有关公式计算和确定。通常对于常年有水的河流等地表水体，如果切割含水层深度较大时，作为第一或第三类边界条件进行处理即可。而对于不与含水层直接接触的地表水体，或者间歇性的季节河流，水体与地下水位脱节，就不应再视为边界

36、，而应视为垂直方向的补给带（区）。,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价补给量,式中 地表水水面面积，【L2】；含水层的垂向渗透系数，【LT-1】；地表水体水位标高，【L】；地下水位标高【L】；河床至地下水面的距离【L】；河床标高【L】。,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价补给量,如进行数值计算，则要在地表水体的单元上，加上地表水渗漏补给量,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价补给量,越流补给量对于第一类越流，可按下式计算 对于非均质各向同性开采含水层，可直接用下式计算：,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价补给量,式中 称为越流因素，量纲【L】。分别为上、下含水层水头，【L

37、】；分别为上、下弱透水层的厚度，【L】；分别为上、下弱透水层的垂向渗透系数，【LT-1】；分别为上、下弱透水层的越流过水断面面积【L2】；开采含水层水位或开采降落漏斗的平均水位【L】；为主含水层的导水系数，【L2T-1】。,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价补给量,灌溉回渗补给量供水水文地质勘察规范（GB500272001）规定，农田灌溉水和人工漫灌水的入渗补给量，可根据灌入量、排放量减去蒸发量及其他消耗量进行计算。式中 灌溉水量；灌溉回渗系数。值需要根据作物类型、灌溉方式和定额，由实验确定。,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价储存量,容积储存量也即潜水含水层的储存量。供水水文地质

38、勘察规范（GB500272001）规定，可按下式计算：式中 Q容储 地下水的储存量（m3）；潜水含水层的给水度；V潜水含水层的体积（m3）；,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价储存量,当含水层厚度或给水度不同时，要分区计算。因此，可表示成：地下水的容积储存量【L3】；第i计算区潜水含水层的给水度；第i计算区面积，【L2】；第i计算区潜水含水层的厚度，【L】n计算分区数目。,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价储存量,弹性储存量承压水含水层的弹性储存量，可按下式计算：式中 Q弹储地下水的弹性储存量（m3）；F含水层的面积（m2）；S弹性释水系数；h承压水含水层自顶板算起的压力水头高度（

39、m）。,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价储存量,对于分区计算的弹性储存量，可表示成：式中 地下水的弹性储存量【L3】；第i计算区承压含水层的贮水系数；第i计算区面积，【L2】；第i计算区承压水位高程，【L】；第i计算区承压含水层顶板高程，【L】；n计算分区数目。,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价允许开采量,供水水文地质勘察规范（GB500272001）把供水水源地按需水量的大小，分为四级：特大型：需水量 15万m3/d；大 型：5万m3/d 需水量15万m3/d；中 型：1万m3/d 需水量5万m3/d；小 型：需水量1万m3/d。对不同水文地质条件下允许开采量的计算和确定，规

40、范做出了相应的规定。,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价允许开采量,当评价区的地下水在开采条件下的各项均衡要素能够确定时，采用水均衡法计算和确定允许开采量。开采条件下的水量均衡方程表示如下：单位时间内评价区含水系统中水体积的变化量；,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价允许开采量,当开采时，为负值，因此，预测可采量的的公式可表示成;可开采量；平均给水度；评价区（均衡区）面积；时段内水位的平均变幅；评价时段（均衡时段）。,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价允许开采量,在含水层厚度不大，地下水径流补给为主，储存量较少，而下游又允许疏干的情况下，可采用地下水断面径流量法确定允许开采量

41、。但规定允许开采量不大于最小的地下水径流量。对具有长期开采的动态资料，而且证明地下水有充足的补给，能形成较稳定的水位下降漏斗时，可根据总出水量与区域漏斗中心处的水位下降的相关关系，计算单位下降系数，并结合相应的补给量，确定开采时的允许开采量。,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价允许开采量,对含水层埋藏较浅的评价区，当开采期间地表水能充分补给时，可根据取水构筑物的型式和布局，采用岸边渗入公式确定允许开采量。当地下水呈周期性补给，且有足够的储存量，可采用枯水期疏干储存量的方法计算允许开采量。利用泉水作为供水水源时，根据泉的动态观测资料，结合当地的水文、气象资料评价泉的允许开采量。,四、地下水

42、资源评价（一）、地下水水量评价允许开采量,利用暗河作为供水水源时，可根据枯水期暗河出口处的实测流量评价允许开采量。如有长期观测资料，也可结合当地的水文、气象资料，根据暗河的流量频率曲线进行评价。在暗河分布地区，某个地段的允许开采量的确定，可采用地下径流模数法进行概略评价，也可选择合适的断面，通过天然落水洞、竖井或抽水孔进行抽水，计算过水断面上的总径流量进行评价。如果已有和评价区水文地质条件基本相似，且易开采多年的水源地资料，可根据两地区的相似性，用比拟法对评价区允许开采量进行评价。,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价允许开采量,对于群井开采的地段（评价区），可根据群孔抽水试验的总出水能力

43、以及开采条件下的相应补给量，结合设计要求的动水位，反复试算和调整后确定允许开采量。群井开采的计算方法：势函数法井函数法数值法,势函数法,井流势函数一般式,为单宽流量 用表达的径向流达西公式可写成：无界含水层中井流势函数的一般表示式：,对于理想的径向井流，边界条件可写作：稳定渗流场内任意点完整井势函数公式,如果要求水头，则对于承压完整井 对于无压完整井：分别为渗流场中任意点以及与影响半径R，井径 相对应的势和水头。K为渗透系数，M为承压含水层厚度。,直线隔水边界附近完整井稳定流计算,对渗流场内任意点A，实井与虚井在该点产生的总势为 分别移动A点到隔水边界和抽水井壁，有 当,承压水完整井流计算公式

44、 任意点降深潜水完整井,直线补给边界附近完整井稳定流计算 承压完整井流量公式 潜水完整井流量公式,混合边界附近完整井稳定流计算,井函数法,任意单井抽水时在观测点A引起的水位降深可由以下公式求得 无界含水层中群井非稳定流计算方法,上述式中 任意点A的水位降深(m)；井函数，承压水取费里斯数值表，无压水取博尔顿数值表；t抽水延续时间（d）；其余意义同前。,井函数是指数衰减函数，井函数随增加呈指数衰减趋势。说明当含水层和地下水抽水时间一旦确定，抽水井或注水井对任意观测点的水位影响大小，取决于它们距该观测点的距离。距离越近，影响越大；反之，影响变小。,边界附近非稳定流计算方法,隔水边界附近承压完整井有潜水完整井有,补给边界附近承压完整井有潜水完整井有,混合边界附近完整井非稳定流计算承压完整井有公式 潜水完整井,四、地下水资源评价（一）、地下水水量评价允许开采量,对于水文地质条件复杂，补给条件难以查明的评价区，可采用开采性抽水试验的实测资料直接（或适当推算）确定允许开采量。这种方法又称为开采试验法。,供水水文地质勘察规范（GB500272001）也对采用数值法计算允许开采量做了具体规定。,