含水层厚度的确定

布含水层厚度的确定

一、松散含水层厚度

第四系含水层的含水性比较均匀，其厚度根据地下水位、钻孔所揭露的松散岩层的颗粒组成以及岩性结构等，直接按钻孔揭露情况的编录资料来确定。 二、基岩含水层厚度

含水不均匀的基岩裂隙和岩溶含水层，其厚度的确定，一般是根据钻孔揭露的岩层裂隙、岩溶发育情况。钻孔需易水文地质观测和物探资料，以及必要时依据水文地质分层试验等资科结合成因和分布规律等，经综合分析研究确定。

（1）用简易水文地质观测、电测井及岩心水文地质编录资料，进行综合整理。按勘探剖面编制简易水文地质、电测井成果综合对比图。图中要包括以下内容： 各钻孔揭露的地层、岩性及换层深度或标高；

岩心采取率、冲洗液消耗量、岩石质量指标（即SQD指标）及电测井成果曲线； 岩心的线裂隙率、级岩溶率和较大溶洞的起止深度或标高；

钻孔水位观测成果曲线和水位发生突变、涌水、漏水段的起止深度或标高等。 综合研究分析上述成果，编制裂隙或岩溶含水层的富水性分带图，在此基础上确定裂隙或岩溶含水层的强、弱含水带的厚度。

（2）按裂隙或溶洞发育程度确定，一般采用如下指标衡量：

直线裂隙率小于3%的闭合状裂隙带，或虽然裂隙率大于3%但裂隙已被其它矿物如方解石、石英脉等所充填的裂隙带，均可视为相对隔水层。裂隙率大于3%以上的张性裂隙带，则可视为裂隙含水层。

溶洞发育程度，可采用岩溶率或岩溶能见率两个指标来衡量：

可用作图法编制矿区范围内岩溶率随深度的变化曲线或用反映溶洞发育与各种因索关系的溶洞投影图。从图上确定出岩溶率高、能见率也高的岩段为强含水带，次高岩段为弱含水带。

（3）进行过钻孔简易分段注（压）水试验的矿区，可用下列指标划分含水带： 单位吸水率q＞0.001L/s.m为含水带；q＜0.001L/s.m时可认为是相对隔水层。 （4）根据上述资料，结合研究矿区的风化裂隙、构造裂隙或破碎带、岩溶发育的基本规律，可以划分出比较可靠的含水层厚度。对于各钻孔含水带厚度变化很大，又难于形成统一含水层的情况，可很据各钻孔强弱含水带所控制的面积，取其面积加权平均值，分别定出强、弱含水层的厚度。

水量计算

图 1-55 无压完整井（群井）涌水量计算简图 （ b ）无压非完 整井 图 1-56 无压非完整井计算简图 在实际工程中往往会遇到无压非完整井的井点系统（图 1-56 ），这时地下水不仅从井的面流入，还从井底渗入。因此涌水量要比完整井大。为了简化计算，仍可采用公式（ 1-43 ）或（ 1-44 ）。此时，式中 H 换成有效含水深度 H 0 ，有效含水深度 H 0 的意义是，抽水是在 H 0 范围内受到抽水影响，而假定在 H 0 以下的水不受抽水影响，因而也可将 H 0 视为抽水影响深度。 于是，无压非完整井的涌水量对于单井有： 或 对于群井有：

或 （ 1-45 ） （ 1-46 ） 式中 H 0 ——有效含水层厚度， m ；

a ．水井分类

确定井点管数量时，需要知道井点管系统的涌水量。井点管系统的涌水量根据水井理论进行计算。根据地下水有无压力，水井分为无压井和承压井。当水井布置在具有潜水自由面的含水层中时（即地下水面为自由面），称为无压井；当水井布置在承压含水层中时（含水层中的水充满在两层不透水层间，含水层中的地下水水面具有一定水压），称为承压井。根据水井底部是否达到不透水层，水井分为完整井和非完整井，当水井底部达到不透水层时称为完整井，否则称为非完整井。因此，井分为无压完整井、无压非完整井、承压完整井、承压非完整井四大类（图 1-53 ）。各类井的涌水量计算方法都不同，实际工程中水应分清水井类型，采用相应的计算方法。下面我们分析无压完整井的涌水量计算问题。

a ）无压完整井； b ）无压非完整井； c ）承压完整井； d ）承压非完整井

图 1-53 水井的分类

b ．水井涌水量计算

（ a ）无压完整井涌水量计算

目前有关水井的计算方法都是以法国水力学家裘布依（ Dupuit ）的水井理论为基础的。

裘布依理论对无压完整井的基本假定是：抽水影响半径内，从含水层的顶面到底部任意点的水力坡度是一个恒值。并等于该点水面处的斜率；抽水前地下水是静止的，即天然水力坡度为零；对于承压水，顶、底板是隔水的；对于潜水适用于井边水力坡度不大于 1/4 ，底板是隔水的，含水层是均质水平的；地下水为稳定流（不随时间变化）。

当均匀地在井内抽水时，井内水位开始下降。经过一定时间的抽水，井周围的水面就由水平的变成降低后的弯曲水面，最后该曲线渐趋稳定，成为向井边倾斜的水位降落漏斗。图 1-54 所示为无压完整井抽水时的水位变化情况。在纵剖面上流线是一系列曲线，在横剖面上水流的过水断面与流线垂直。

图 1-54 无压完整井（单井）涌水量计算简图

1 —流线； 2 —过水断面

由此可导出单井涌水量的裘布依微分方程，设不透水层基底为 x 轴，取井中心轴为 y 轴，对于距井轴 x 处水流的过水断面近似的看作为一垂直的圆柱面，其面积为

（ 1-39 ）

式中 x ―― 井中心至过水断面处的距离；

y ―― 距井中心 x 处水位降落曲线的高度（即此处过水断面的高）。

根据裘布依理论的基本假定，这一过水断面水流的水力坡度是一个恒值，并等于该水面处的斜率，则该过水断面的水力坡度。

由达西定律水在土中的渗透速度为：

（ 1-40 ）

由式（ 1-39 ）和式（ 1-40 ）及裘布依假定，可得到单井的涌水量， m 3

/d ； （ 1-41 ）

将上式分离变量： （ 1-42 ）

水位降落曲线在 x = r 时， y = l' ；在 x = R 时， y = H ， l ' 与 H 分别表示水井中的水深和含水层的深度。对式（ 1-42 ）两边积分：

于是

设水井中水位降落值为 S ， l' = H – S ，则

或 （ 1-43 ）

式中 K ——土的渗透系数， m/d ；H ——含水层厚度， m ；S ——水井处水位降落值， m ；R ——水井的降水影响半径， m ；r ―― 水井的半径， m 。

裘布依公式的计算与实际有一定出入，这是由于在过水断面处的水力坡度并非恒值，在靠近井的四周误差较大。但对于离井外有相当距离处，其误差是很小的（图 1-54 ）。

公式（ 1-43 ）是无压完整单井的涌水量计算公式。但在井点系统中，各井点管是布置在基坑周围，许多井点同时抽水，。即群井共同工作，其涌水量不能用各井点管内涌水量简单相加求得。群井涌水量的计算，可把由各井点管组成的群井系统，视为一口大的单井，设该井为圆形的，假设在群井抽水时，每一井点管（视为单井）在大圆井外侧的影响范围不变，仍为 R ，则有 R' = R + x 0 。在上述单井的推导过程中积分的上下限成为： x 由 x 0 → R' ， y 由 l' → H 。

此处， l' 为井点管中的水深（ m ）。于是由式（ 1-42 ）积分可得群井的涌水量 Q （ m 3 /d ）计算公式（图 1-55 ）；

或 （ 1-44 ）

式中 R' ―― 群井降水影响半径， R'=R+ x 0 ， m ；x 0 ―― 由井点管围成的大圆井的半径， m ；

S ——井点管处水位降落值， m 。

式（ 1-44 ）即为实际应用的群井系统涌水量的计算公式。 图 1-55 无压完整井（群井）涌水量计算简图

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