地下水动力学

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课程设计

地下水动力学 资源与环境工程学院 专 业： 勘 技 卢 应 红 学 号： 0401021106 04 任课教师： 高 岩

2008年 1 月 17 日

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目 录

第一章 课程设计任务指导书……………………… 4

第二章 课程设计要求…………………………………… 6

第三章 抽水试验目的任务及类型………………………

第四章 课程设计内容……………………………………

第五章 参考文献…………………………………………

7 8 15 2

地下水动力课程设计任务书

一．课程设计要求

了解抽水试验的任务，掌握求取水文地质参数的基本方法，进行模拟操作学习。 二，主修课程 ：

水文地质学基础，地下水动力学。 三，参考文献

1， 水文地质手册(地质出版社，1978) 2， 供水水文地质手册(地质出版社，1983)

3， 专门水文地质手册(房佩贤等编，地质出版社) 4， 供水水文地质勘查规范(GB50027-2001) 四，抽水试验目的任务及类型

1， 目的任务

(1)，研究井的涌水量Q与水位降深的关系与抽水延续时间T的关系 (2)，确定含水层的水文地质参数K，T，u，u﹡， （3），研究降落漏斗的形状，大小及扩展过程。

(4)，研究含水层与含水层之间与地表水体之间有水力联系， (5)，确定含水层边界位置及性质。 (6)，进行开采或疏干的模拟。 五，课程设计内容

1， 钻孔抽水抽水试验资料

选用钻孔ZK24作单孔抽水试验，孔口高程1070.91m，孔深30.20m，开孔口径150mm,钻至7.00m处变径为130mm，钻至20.00mm处变径为110mm，钻至30.20m处终孔(钻孔地质资料详见ZK24柱状图)。止水套管下至中风化基岩面上，长7.00m，止住上层滞水的影响。单孔抽水试验分别作三次降深(S1=1.15m,Q1=0.203L/s;S2=2.73m,Q2=0.374L/s ,S3=4.60m,Q3=0.513 L/s)

表1 ZK24钻孔抽水试验资料一览表 孔口高程m 孔深 m 静止水位m 观测及抽水时间 降深 S (m) 涌水量 Q (L/s) 单位涌水量 q(l/s.m) 稳定时间 (h) 水温 气温 ℃ 水位恢复时间 10 27 56 1.15 0.203 10730.20 1063.01(-7.90) 2003.03.24 8：2.73 0.374 0.91 00---2003.03.27 20：00 4.60 0.513

0.177 0.137 0.112 电潜泵 8 8 8 15 20 15 19 15 19 水泵 3

施工条件 流量计 水位计 流量箱 测钟，万用表 本次抽水试验参照现行<<供水水文地质勘查规范>>(GB27-2001)，动水位观测时间，行是每十分钟观测一次，然后依次为20分钟，30分钟，一小时。每个落程抽水总延续时间为10小时，水位流量稳定时间为8小时，恢复水位观测时间6小时，观测孔的水温，水位观测时与抽水孔同步，抽水试验情况详见表1。

根据抽水试验资料作Q-S曲线，q-S曲线， 确定影响半径。 根据单位出水量确定影响半径R经验值 单位出水量q=Q/s.m ㎡/小时-米 >7.2 7.2-3.6 3.6-1.8 1.8-1.2 1.2-0.7 <0.7 计算渗透系数K： K?0.732Q?L?S?LS????Log?R/r?Log?0.66L/r??影响半径R米 升/秒.米 >2.0 2.0-1.0 1.0-0.5 0.5-0.33 0.33-0.2 <0.2 300-500 100-300 50-100 25-50 10-25 <10 (见水文地质手册20页)

地下室为三层时基坑涌水量预测(地下室负三层3底板为-11.40m，即为1062.80m，地下水位为1063.01m，底板低于地下水位0.21m )。基坑的长，宽分别为150m，24m。

注：采用非完整井公式，R采用经验公式，计算K值。基坑涌水量预测R采用大井法，查阅资料。

把基坑降水理想成为在基坑周边施工密度足够大的若干，同时抽水，水位交叠降深至基坑底，将周边虚设的抽水井概化为一个理想的大井工作，而把基坑的面积等价于一个理想大井的面积，则整个周边钻井的涌水量就相当于大井的涌水量，称为大井法计算法。

大井法等价半径：r w=n(L+B)/4

修正系数n值表 B/L n 0 1.00 0.2 1.12 0.4 1.16 0.6 1.18 0.8 1.18 1.0 1.18 影响半径的确定： R=rw+10swK

涌水量采用潜水非整井公式

2， 在某承压水含水层进行了4次不同降深的抽水试验，获得了表1的数据，试求SW=6m时的抽水流量。 要求:

(1),确定Q—SW的关系；

(2)，确定公式中的系数(最小二乘法)；

(3),根据经验公式预测SW=6m时的抽水井流量。

表1 降深，流量统计表 降深次数 水位深度(m) 流量(m3/h)

1 1 7.20 2 2 13.10 2 3 20.50 4 4 28.80 4

第 二 章 课程设计要求

了解抽水试验的任务，掌握求取水文地质参数的基本方法，进行模拟操作学习。 地下水动力学是研究地下水在含水层中运动规律的科学，是我勘查技术与工程专业的一门十分重要的专业基础理论课。主要讲述地下水渗流的基本概念和基本理论，描述地下水流动的数学模型，地下水向河渠的运动，地下水向完整井、非完整井的运动，地下水运动中的若干专门问题。运用这些基本理论和方法求水文地质参数，分析水文地质问题，对地下水进行定量评价。地下水动力学是模拟地下水流基本状态和地下水中溶质运移过程，地下水运动要素的时空变化规律，对地下水从数量上和质量上进行定量评价和合理开发利用，以及兴利防害的理论基础。

地下水动力学是地下水科学研究的重要理论课，是水文地球化学、水文地质数值法、地下水资源管理、水资源勘察等专业课程的重要支柱。

课程设计的目的在于巩固和加深对水文地质课程，包括水文地质学基础、地下水动力学、水文地质勘察等所学的知识，培养学生综合分析和解决问题的能力。

地下水动力学是水文地质或水文地质工程地质等专业的一门重要的专业基础理论课，学习本课程的目的在于掌握地下水运动的基本理论，运用这些理论分析水文地质问题，建立相应的数学模提出适当的计算和模拟方法，对地下水进行定量评价。

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第三章 抽水试验目的任务及类型

目的任务

(1)，研究井的涌水量Q与水位降深的关系与抽水延续时间T的关系。 (2)，确定含水层的水文地质参数K，T，u，u﹡， （3），研究降落漏斗的形状，大小及扩展过程。

(4)，研究含水层与含水层之间与地表水体之间有水力联系。 (5)，确定含水层边界位置及性质。 (6)，进行开采或疏干的模拟。

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第四章 课程设计内容

1,钻孔抽水抽水试验资料

选用钻孔ZK24作单孔抽水试验，孔口高程1070.91m，孔深30.20m，开孔口径150mm,钻至7.00m处变径为130mm，钻至20.00mm处变径为110mm，钻至30.20m处终孔(钻孔地质资料详见ZK24柱状图)。止水套管下至中风化基岩面上，长7.00m，止住上层滞水的影响。单孔抽水试验分别作三次降深(S1=1.15m,Q1=0.203L/s;S2=2.73m,Q2=0.374L/s ,S3=4.60m,Q3=0.513 L/s)

表1 ZK24钻孔抽水试验资料一览表 孔口高程m 孔深 m 30.20 1063.01(-7.90) 静止水位m 观测及抽水时间 降深 S (m) 1.15 涌水量 Q (L/s) 1070.91 2003.03.24 8：00---2003.03.27 20：00 4.60 0.513 0.112 8 2.73 0.374 0.137 8 0.203 0.177 8 15 20 15 19 15 19 施工条件 水泵 流量计 水位计 电潜泵 流量箱 测钟，万用表 56 27 10 单位涌水量 q(l/s.m) 稳定时间 (h) 水温 气温 ℃ 水位恢复时间 本次抽水试验参照现行<<供水水文地质勘查规范>>(GB27-2001)，动水位观测时间，行是每十分钟观测一次，然后依次为20分钟，30分钟，一小时。每个落程抽水总延续时间为10小时，水位流量稳定时间为8小时，恢复水位观测时间6小时，观测孔的水温，水位观测时与抽水孔同步，抽水试验情况详见表1。 根据抽水试验资料作Q-S曲线，q-S曲线，

确定影响半径 根据单位出水量确定影响半径R经验值 单位出水量q=Q/s.m ㎡/小时-米 >7.2 7.2-3.6 3.6-1.8 1.8-1.2 1.2-0.7 <0.7 计算渗透系数K。 升/秒.米 >2.0 2.0-1.0 1.0-0.5 0.5-0.33 0.33-0.2 <0.2 300-500 100-300 50-100 25-50 10-25 <10 影响半径R米 7

K?0.732Q??L?SLS??Log?0.66L/r???Log?R/r??

地下室为三层时基坑涌水量预测(地下室负三层3底板为-11.40m，即为1062.80m，地下水位

为1063.01m，底板低于地下水位0.21m )。基坑的长，宽分别为150m，24m。

注：采用非完整井公式，R采用经验公式，计算K值。基坑涌水量预测R采用大井法，查阅资料。

图1 Q –S 曲线

图2 q –s 曲线

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根据单位出水量确定影响半径R经验值

由于单位涌水量

q1?0.17升7/秒*米 ； q2?0.137升/秒*米；

q3?0.112=0.112升/秒*米。

单位涌水量q均小于0.2 升/秒*米, 因此取 R=10m。

计算渗透系数K：

K?0.732Q

S??L?SL??log(R/r)?log(0.66L/r)??其中，L=孔深-（静止水位～地面距离）-降深，则有

L1?30.20-7.90-1.15=21.15（m）；

L2?30.20-7.90-2.73=19.57(m);

L3?30.20-7.90-4.60=17.70(m)。

井半径r1?r2?r3?0.132?0.065(m) 代入相关数据，得：

K0.732Q11?S??L1?S1L1?1?log(R)?log(0.66L?1/r11/r1)??0.732?0.203?0.001?24?60?60 1.15???21.15?1.15?lg(10/0.065)?21.15?lg(0.66?21.15/0.065)???0.22(m/d)K0.732Q22?S?L?S2L2?2?2log(R/r??/r?22)log(0.66L22)??0.732?0.374?0.001?24?60?60

2.73???19.57?2.7319.57??lg(10/0.065)?lg(0.66?19.57/0.065)???0.46(m/d)K0.732Q33?S?L3?S3L3?3?log(Rr???3/3)log(0.66L3/r3)??0.732?0.513?0.001?24?60?60

4.60???17.70?4.6017.70??lg(10/0.065)?lg(0.66?17.70/0.065)???0.39(m/d) ? K?13(K?K112?K3)?3??0.22?0.46?0.39??0.36?m/d?

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把基坑降水理想成为在基坑周边施工密度足够大的若干，同时抽水，水位交叠降深至基坑底，将周边虚设的抽水井概化为一个理想的大井工作，而把基坑的面积等价于一个理想大井的面积，则整个周边钻井的涌水量就相当于大井的涌水量，称为大井法计算法。

大井法等价半径：r w=n(L+B)/4

修正系数n值表

B/L N 0 1.00 0.2 1.12 0.4 1.16 0.6 1.18 0.8 1.18 1.0 1.18 影响半径的确定：

R=rw+10swK

涌水量采用潜水非整井公式: 由以上已知条件可作图形：

由公式：Q?1.37K(2h0?S)S?4KrS

lgR?lgrrw?nL?B4

sw?0.21m

B24??0.16 L150由修正系数n值表可查得

n?1.10

10

rw?nL?B150?24?1.096??47.676(m) 44故可求影响半径R

R?rw?10SwK?47.676?10?0.210.36?48.936(m)

由课程设计任务指导书中已知条件，由已知

SW=0.21m, K=0.005 l=150m R=48.936m rw?47.676m 选择井壁井底同时进水的公式：

Q?1.37K(2h0?S)S?4KrS,

lgR?lgrR?rw?10SwK?47.676?10?0.210.36?48.936(m)。 Q?1.37K(2h0?S)S?4KrSlgR?lgr

0.36(2?0.21?0.21)0.21?1.37?4?0.36?47.676?0.21lg48.936?lg47.676?14.42(m3/d)：

以上式中：

K----渗透系数。 Q----单孔的涌水量。

S-----含水层任一点的水位降深。 L-----含水层长度。

R-----影响半径，引用影响半径。 r----- 抽水主孔半径。

2,在某承压水含水层进行了4次不同降深的抽水试验，获得了表1的数据，试求SW=6m时的抽水流量。 要求:

(1),确定Q—Sw的关系；

(2)，确定公式中的系数(最小二乘法)；

(3),根据经验公式预测SW=6m时的抽水井流量。

表1 降深，流量统计表 降深次数 水位深度(m) 流量(m3/h) 1 1 7.20 2 2 13.10 2 3 20.50 4 4 28.80 由表1中已知条件可得Q—Sw的关系曲线图如下所示:

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可知Q—SW为线性关系。 2）由于Q—SW 为线性关系， 所以设 Q?aSw?b

sw =（1+2+3+4)/4 =2.50 ；

Sw?6.25；

21n2 S??Sw?7.50

ni?12w Q =（7.2+13.1+20.5+28.8 ）/ 4=17.40； Q?302.76； Q2?368.29

21n?52.53； SwQ?n?SwiQii?1 12

a?SwQ?swQ2.5?17.4S2S2?52.525?w?w7.5?6.25?7.22

b?Q?asw?17.4?7.22?2.5??0.65

得出：Q?aSw?b?7.22?6?0.65?42.67

r?SwQ?sw?Q(S22?52.525?2.5?17.4w?S2Q2w)(Q?)(7.5?6.25)(368.285?302.76)?0.997

由于r?1故可得Q与SW成线性关系

3）当

Sw?6m时， Q?aS3w?b?7.22?6?0.65?42.67m/h。

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第五章 参考文献

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水文地质手册(地质出版社，1978)

2 供水水文地质手册(地质出版社，1983)

3 专门水文地质手册(房佩贤等编，地质出版社) 4 供水水文地质勘查规范(GB50027-2001)

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