地下水开发利用讲稿

1、地下水利用(讲稿)2003年1月9日目录一、地下水基本特征3（一）成因类型（以河北平原为例）3（二）地下水分类3（三）含水层性质41定义42导水43给水4二、地下水资源评价5（一）含义：51特点：52定义：6（二）评价方法综述61四大储量法：62地下水动力学法：63数理统计法：64水均衡法：6（三）水均衡法61均衡空间62均衡时段73均衡要素计算74资源评价13（四）水质评价13三、地下水开采技术14（一）机井规划141井距142井深：15（二）成井工艺161.开孔：162.下管：173.填砾：174.洗井175.抽水试验：17（三）机泵配套181选泵：182选机193选变压器：21四、地下水

2、开采技术政策：21（一）日取地下水量在5万吨以上的项目须进行水资源论证，编制论证报告并报水利部进行审查。21（二）在地下水超采区，严格控制开采地下水；在地下水严重超采地区要划定地下水禁止开采或者限制开采区。21（三）深层地下水不宜作为灌溉水源，大量开采。22地下水利用一、 地下水基本特征（一）成因类型（以河北平原为例）山区丘陵区平原区海洋基岩岩溶裂隙水水质好，开采难冲积、洪积扇砾石、粗砂全淡水水质好，水量丰，易开采冲积平原，古河道带中细砂 细粉砂淡水 微咸水 咸水 含氟淡水水质较差，水量一般，开采较难 水质差，水量少，开采难咸水（二）地下水分类不作为水资源考虑包气带水 上层滞水 饱水带为主要水

3、资源（三）含水层性质1定义指地下水储存和运动的空间同时具备透水、饱含重力水和有水源补给条件。2导水导水：指含水层导水能力，用导水系数T表示。潛水 T=kh；承压水 T=km.式中，T导水系数，m2/s； k含水层渗透系数，m/s； h潛水含水层厚度，m； m承压水含水层厚度，m。3给水给水：指含水层给水能力，用给水度和释水系数表示。潛水：指重力疏干水的能力，称给水度。式中，重力给水度，无因次，理论值为0.10.25，采用值为0.020.12。承压水：指弹性释水的能力，称释水系数。式中，弹性释水系数，无因次，为10-310-5； 比弹性释水系数，1/m(单位含水层厚度的释水系数)；承压水层厚度，

4、cm；水单位体积重量，kg/cm3；孔隙率；水体压缩系数，为（56）10-5,cm2/kg；土体压缩系数，为（150）10-5,cm2/kg。分析结论：单位土体内潛水给水能力大于承压水； 给出相同水量时，潛水的水位变化比承压水小。二、地下水资源评价（一）含义：地下水资源含义：包括质和量两方面内容。先讨论量的内容。1特点：地下水：分布广，自身运动，采后可恢复；矿产资源：局部分布，自身稳定，采后不可恢复。地下水资源的评价比矿产资源复杂。2定义：指开采后可以得到恢复的资源，且现状开采技术条件（机泵设备）可以采出的资源，同时满足上述条件的地下水资源，称为可开采量（地下水实际资源量）。（二）评价方法综述

5、1四大储量法：解放后曾长期用过，因为存在问题较多，现已不再使用。2地下水动力学法：用数学物理方程来研究地下水运动规律。如：J.Dupuit稳定流公式（法国人裘布依1863年提出）和C.V.Theis非稳定流公式（美国人泰斯1935年提出），是根据地下水位变化规律评价地下水的出水量值，方法复杂，精度较高。3数理统计法：用概率统计原理来处理观测试验数据。要求有长系列资料建立起地下水位下降值与开采量间的相关关系，据此可用最大设计降深推求最大出水量值，一些比较简单的场合可以采用。4水均衡法：是水量平衡的方法，指在一定的均衡时空内，补给量减排泄量等于水量变化。方法简单，概念清楚，精度较低，使用较多。还有

6、一些方法，但主要是这四种，这里介绍水均衡法。（三）水均衡法1均衡空间用地下水库概念描述。（1）最低静水位，指提水设备吸程所允许达到的最低水位。（2）正常高水位：指保证作物正常生长和防止土壤次生盐碱化允许的地下水极限水位。（3）最高渍水位：指雨季涝水渗入后允许在短期内滞蓄的最高水位。通常把一定区域范围内的正常高水位与最低静水位之间的空间取作均衡空间。2均衡时段地下水位在一年内有上升也有下降，36月采水多，水位下降；68月降水多，水位上升。可在36月加大开采深度，动用正常开采深度以下含水层中的地下水，满足灌溉用水需要；在68月降水又回补地下水，使地下水位又恢复正常。此为地下水库的年调节。为此地下水

7、的均衡计算，多以“年”为计算时段，而不是以生育期为计算时段。3均衡要素计算（1）侧向流入量：；式中：侧向流入水量，m3；侧向径流流量：m3/d； B过水断面宽，m； h最低水位时含水层厚度，m； I水力坡度； K含水层渗透系数，m/d，为0.1120； 年内发生径流的天数，。提示：1）Q值是地下水的流量；2）（）.构成对均衡区的补给；3）平原区地下水径流微弱，此项补给可不计。（2）降水入渗量：式中：年降水入渗补给量，m3； P年降水量，m； F均衡区面积，m2； 降水入渗补给系数，0.10.3。（3）河水补给量： 式中：均衡期（年）内河道渗漏补给量，m3； 、上、下游水文站实测年过水量，m3；

8、 上、下游水文站间水面蒸发量与两岸浸润带蒸发量之和占（）的比率，取5%左右，多由试验定； 、计算河段和两水文站间长度，m。（4）灌溉入渗补给量：灌溉水对地下水的入渗补给分两部分，一是渠系渗漏补给，二是田间渗漏补给。a）渠系渗漏补给量：式中：渠系渗漏年补给量。指在灌区内斗渠以上各级渠道（含斗渠）渗漏对地下水的补给量，m3； 渠首年引水量，选用平水年资料，m3； m渠系渗漏补给系数； 。取；则：=。式中：经由渠系输送田间（进入农渠）的年净灌水量，m3； 渠系沿途各种年水量损失之和，m3； 渠系水有效利用系数； 修正系数与地下水埋深，渠系过水历时有关的系数，可参考取值，粘性土为0.320.4；亚砂土

9、为0.50.6。b）田间渗漏补给量：式中：田间渗漏补给量，m3； 、分别为引地上水和地下水的田间灌溉年净用水量，m3； 、分别为地上水、地下水田间渗漏补给系数（或灌溉回归系数）；式中：重力给水度；潛水位平均升幅，m；F均衡区面积，m2；均衡时段内地下水平均开采水深，m。提示：1）斗渠以下（不含斗渠）的渠系分布密度很大，灌区内的渗漏已呈大面积均匀分布下渗，可作为田间灌溉入渗的情况一并考虑； 2）井灌区可以作为田间灌溉入渗情况计算；3）实施节水灌溉的工程设计，此项补给可不计。（5）越流补给量：式中：由于承压水位与潛水位间存在的水位差发生的穿越隔水层（弱透水层）的层间补给量，m3；弱透水层渗透系数，

10、m/d；计算过水断面积，m2；承压水位与潛水位间水头差，m；弱透水层厚度，m；均衡期（年）的天数，d。提示：实际生产中，多发生承压水补给潛水的情况，使潛水位上升高度为h。如：；m3/m2；=1m2；则h=1.825m。（6）容积储存量：式中：潛水含水层容积储量，m3； 潛水含水层体积，m3； 重力给水度。（7）弹性储存量：式中：承压水弹性释放储量，m3； 承压水含水层计算面积，m2； 承压含水层释水系数； 承压含水层压力水头，m。（8）潛水蒸发量：式中：年内发生的潛水蒸发总水量，m3；潛水蒸发量，mm/d； 水面蒸发量，mm/d； 潛水位埋深，m； 潛水发生蒸发时的临界埋深，m，可近似的取=3

11、m（当时不再发生蒸发）； 因气候、土质而异的指数，n=13； 年内实际发生潛水蒸发的天数，d。（9）开采水量：或1）潛水： 2）承压水：式中：年开采地下水总量，m3；，潛水、承压水开采量，m3/d； 含水层渗透系数，m/d； 含水层原始水位，m； 抽水稳定水位，m； 抽水降深，m； 抽水影响半径，m； 井的半径，m； 年内实际开采地下水天数，d。提示：1)第（1）（5）项为补给量；第（6）（7）项为储存量；第（8）（9）项为消耗量。2)侧向流出计算等于侧向流入计算；补给河流计算等于河水补给计算；越层排泄计算等于越层补给计算；人工回灌计算等于开采水量计算。3）不同均衡区可能有不同的均衡要素，可以

12、根据需要在上述公式中取舍。4资源评价（1）可开采量的概念：是指两方面：一是开采的水量可以得到恢复；二是开采技术条件（机泵设备）允许，这两方面同时满足时的地下水开采量。地下水资源评价内容是确定可开采量值，预测开采后的地下水变化规律。（2）评价方法实际生产中，多取项为零，此项水量仅作为应急的备用值考虑。当地下水埋深大于3m时，项也可以取零。当时，即为可开采量（开采技术条件允许）；当时，要论证保证程度。提示：1）开采量与可开采量是两个不同的概念。前者是井水出水量，但不是整个含水层可以产生的水量，只是一个实际开采值，而后者是一个合理的设计值；2）可开采量与补给量、开采技术条件、经济合理，不使水质恶化、

13、水位持续下降等有关，也与含水层的调蓄空间有关；3）不能直接用现状（或规划）的开采量作为可开采量；4）一般情况下，可用项评价值。此时的项只要能满足开采技术条件要求，并且能够得到恢复时，对应的值即为可开采量；5）在水文地质条件复杂，各项补给量不易确定时，可用抽水试验来求设计条件下的补给值，从而确定可开采量值。实例：河北定县清风店黑龙泉的地下水资源评价方法。（四）水质评价灌溉用水的地下水水质评价主要是从水温、矿化度及水中盐类三个方面来考虑的。灌溉用水的水温不宜过高或过低，北方小麦要求水温在1015为宜。南方水稻则要求水温在1520为宜。矿化度过高的水对作物和土壤都会产生有害的影响。一般灌溉用水的矿化

14、度以不超过1.7g/l为好。但是，往往很难达到这个要求。目前最大允许值不应超过5g/l，干旱年份利用微咸水灌溉12次是有显著增产效果的，所以对25g/l的微咸水也应作出评价。水中盐类成分不同，对作物有不同的影响，有些盐类例如CaCo3和MgCo3对作物生长并无害处，有的甚至有益。如：硝酸盐和磷酸盐具有肥效，对作物生长危害最大的是钠盐，尤以Na2Co3危害最大，它腐蚀作物的根部，使作物死亡。同时，破坏土壤的团粒结构。其次是Nacl，它使土壤盐化。对于易透水的土壤来说，钠盐的允许含量一般Na2Co3 应小于1g/l，Nacl含量应小于5g/l，如果两者同时存在，则其允许值更低些。三、地下水开采技术

15、（一）机井规划1井距有两种情况：（1）地下水充沛地区，开采补给取单井灌溉面积为，则：（hm2）井距：（m）式中：单井出水量，m3/h； 灌溉水利用系数； 灌水定额，m3/hm2； 每天灌水时间，h/d； 灌水周期，d； 干扰抽水的水量削减系数，经抽水试验确定，要求不大于0.2； 系数，按方格形布置时=25.8；按梅花布置时=27.8。井数： 式中：机井灌区面积，hm2。提示：在Q=常数时，；应设法降低m值，提高L值。（2）地下水不充沛地区，开采补给。按每Km2面积上平均布井数为n，则：井数：式中：开采模数，m3/km2/a，可查水文地质图求值； T年灌溉天数d/a。井距：（m）式中，其它符号意

16、义同前。2井深：由以下两项组成：（1）能保证单井出水量要求，采用砂层出水率法（适用于潛水含水层）。成井时，使实际出水量大于（等于）设计出水量，式中：、各含水层单层厚度，m； 设计降深，m； 、.各含水层单层出水率，t/h.m2。视岩性不同而异，约为0.150.35。，由于，又，可见有理论意义。生产中，依设计s，钻进中取值及对应的该层值，求值。当满足时，即可用此时的井深确定设计井深。否则，应继续加大井深，增加m、Q值。（2）预留510米井深作为沉沙管（沉淀管）；基岩中的井管一般为24米。以上两项之和即为设计井深值。在具体布井时，还要考虑地形（尽量将井位放在高处），地下水流向（使成排的井群垂直地下

17、水流向）、作物种植（旱作、水稻及菜地、果园等）、输电线路（布线长度最短）、变压器布设（尽可能在负荷的中心成放射状）等因素。还应注意不使局部地方布井过密或形成空白。理论上讲，井群间的相互干扰是不可避免的，但是实际生产中，由于井群干扰，使机井出水量减少，在20%以内是允许的。井群布置后，还应用下式校核：实际采水总量设计采水总量，表示井数已够；实际采水总量4002004001002001003.填砾：在井管与井壁间填砾料，起过滤作用（只进水，不进砂）。填砾体积： （m3）式中：、钻孔直径，井管外径，m； L填砾高度，m； 超径系数，取1.5。提示：在井口处，要填封闭胶泥卷，防止地面水渗入。4.洗井清

18、除井壁，井内和含水层中的泥浆，多用空压机自上而下吹洗，汽水混合后比重小而溢出井外，最后井水变清即正常运转15分钟采取水样，用容积法测定的含砂量为：中、细砂含水层不得超过万分之一；粗砂、卵、砾石含水层不得超过五万分之一。5.抽水试验：洗井后进行抽水试验，观测如下三条曲线：Qt；st； Qs。通过对三条曲线分析，可以确定水文地质参数，最大出水量和对应的降深值，为资源评价提供依据。提示：成井后应该提交综合报告，内含机井柱状图，抽水试验成果图表等。（三）机泵配套1选泵：类型：一般可参考下表初选水泵类型动水位埋深（m）宜选水泵类型30深井泵型号：依最大出水量和设计扬程选水泵型号。最大出水量为符合可开采量

19、的单井出水量。设计扬程： =（1.151.25）而 =式中：水泵总扬程，m； 吸水扬程，m； 实际吸水扬程，m（动水位埋深）； 压水扬程，m； 实际压水扬程，m； 进水水面与出水水面高差（即几何高差），m； 、分别为吸水和压水损失扬程，由沿程损失和局部损失组成。水泵设计扬程应小于（或等于）水泵“铭牌”上的扬程。水泵扬程示意图提示：高扬程提水工程，应根据地形分区，提蓄结合等因素，结合行政区划和管理要求，选用一级或多级设站，多级设站时按整个提水灌溉工程动力机装置功率最小的原则确定各级站址。2选机使水泵转速与电机转速配套；使动力机的配套功率和水泵的轴功率相匹配。（1）转速配套：动力机按照它的额定转速

20、运转时，拖动的水泵也在额定转速下运转，即两者都在额定转速下运转。当水泵和动力机的额定转速相等，转向也相同时，采用联轴器直接传动。如果转速不等或转向也不同时，就要使用皮带传动装置间接传动，使两者的转速配合，以达到传递功率的目的。（2）功率配套：或上式还可写为：（马力） 及（KW）式中：动力机配套功率（KW或马力） 1KW=1.36马力=102kg.m/s2； 水泵轴功率（KW或马力） 1马力=0.736KW=75 kg.m/s2； 、分别为水泵的额定流量（/s）、扬程（m）、效率（%）； 传动效率； 水的容重，1kg/； 备用系数，可查下表定：水泵轴功率（KW，马力）100K（电机）21.31.

21、31.151.101.151.081.051.05K（柴油机）1.51.31.31.21.21.151.15提示：1）电机功率单位为KW，柴油机功率单位为马力； 2）应首先采用电动机。对电源紧缺且非经常运行的泵站可采用柴油机，但必须配备能储存1015d燃料油的储备设备。3选变压器：以泵站供电为主的变压器，其容量可根据泵站电机功率和照明用电数值，参考下表选用：电机与照明功率（KW）变压器容量（KVA）71010142018.52230304050455060556075708010090100125125140180四、地下水开采技术政策：（一）日取地下水量在5万吨以上的项目须进行水资源论证，编

22、制论证报告并报水利部进行审查。有关政策全文见建设项目水资源论证管理办法（2002年3月24日水利部、国家发展计划委员会令第15号发布），2002年5月1日起施行。 在每小时开采地下水2088.33m3时，就可达到日取水5万吨的指标，根据水利部提出的技术经济指标规定：单位流量（1m3/h）控制面积应为2.54亩，则上述指标对应的耕地面积应为52088333.33亩。这样规模的项目在土地开发整理工程中是会遇到的。（二）在地下水超采区，严格控制开采地下水；在地下水严重超采地区要划定地下水禁止开采或者限制开采区。2002年10月1日开始执行的水法第三十六条规定：“在地下水超采地区，县级以上地方人民政府应当采取措施、严格控制开采地下水。在地下水严重超采地区，经省、自治区、直辖市人民政府批准，可以划定地下水禁止开采或者限制开采区。在沿海开采地下水应当经过科学论证，并采取措施防止地面沉降和海水入侵”。水利部水资源司司长吴季松在2002年两会期间著文指出：“全国地下水超采区共有164片，超采区面积达18.2万平方公里，其中严重超采区面积占42.6%。辽宁、山东