专门水文地质学课程设计报告书.docx
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专门水文地质学课程设计报告书
专门水文地质学课程设计
班级：
水资111
学号：
1108100251
姓名：
祖成庆
1概述
1.1工程建设的必要性
为了满足生活、工业及农业用水需求，就要通过取水工程从水源地中对地下水进行开发利用。
在选择水源地位置的时候，一般要考虑技术和经济方面的问题：
为满足水量要求和节省建井投资，供水水源地或开采地段应尽可能选择在含水层层数多、厚度大、渗透性强、分布广、具有调节能力、水量丰富、水质良好的地段上。
为增加开采补给量，保证水源地长期均衡开采，水源地应尽可能选择在可以最大限度拦截区域地下径流的地段，接近补给水源和能充分夺取各种补给量的地段。
为保证水源地投产后能按计划正常运行，选择水源地时应从区域水资源综合平衡观点出发。
为保证取出水的质量，水源地应选择在不易引起水质污染和恶化、便于保护的地段。
在选择水源地时，还应从经济、安全和扩建前景方面考虑。
白岩水源地位于贵州省黔南福泉市黄丝镇，该镇东邻马场坪办事处，西抵贵定县定东乡，南交麻江县景阳乡，北接福泉市岔河乡。
距贵阳约80公里，距都匀约45公里，福泉市府约26公里，凯里市约80公里。
全镇行政区域面积139多平方公里，辖4个村，55个村民组，共有4430余户2.03万人，耕地面积1.67万亩，湘黔铁路、株六铁路复线、贵新高等级公路、210国道穿境而过，区位优势明显，自然资源丰富。
该水源地的建立与保护，使黄丝镇2万多人的饮水得到保证，缓解该镇饮水困难的压力，带动其经济社会发展，维护生态平衡发展。
同时，该水源地对其周边县市有着巨大的影响，能够在一定程度上缓解相邻地区的生活及工农业用水问题，对整个福泉市乃至整个黔南的发展起着至关重要的作用。
因此，该水源地的建立与保护很有必要性。
1.2本报告执行的标准及技术规范
（1）《供水水文地质勘查规范》（GB50027—2001，原国家冶金工业局，2001）；
（2）《供水水文地质手册》（机械工业勘测单位，1983.3，地质出版社）；
（3）《贵州建筑岩土工程技术规范》（DB2246—2004，贵州省建设厅，2004）；
（4）《工程勘察设计收费标准》（国家发改委、建设部，2002）；
（5）《地下水水质标准》（GB/T14848-93，国家技术监督局，2004）。
2水源地水文地质条件
2.1气象水文
白岩水源地位于贵州省中部福泉市，黔南布依族苗族自治州北部。
介于东经107°14′24″～107°45′35″和北纬26°32′28″～7°02′23″之间。
境内地势西部和北部较高，东部次之，中部和南部较低，最高海拔1715.8米，最低海拔614米，平均海拔1020米。
地貌类型以山地为主，丘陵次之，坝地较少。
土壤类型以石灰土最多，黄壤次之，水稻土和紫色土较少。
在气候分区上，属亚热带季风气候华中湿润区，热量丰富、雨量充沛，无霜期长，年均温14℃左右，，无霜期245～278天，年均降水量1033～1220mm。
2.2地形地貌
白岩水源地属中低山沟谷区，最高点为白岩山头，高程1338.5m，最低点为白岩脚翁光河，高程1150m，最大高差约232m，山坡坡度一般为30°～40°。
2.3含水层及富水性
白岩水源地出露地层有：
1）中寒武系石冷水组（∈2s），为灰色或灰白色中厚层与薄层白云岩互层，间夹泥质白云岩，可分3段，厚度86m，产状60°∠32°。
为强含水岩层。
2）寒武系中上统娄山关群（∈2-3ls），为浅灰、灰色中厚层细晶白云岩，厚度165m，风化严重。
为强含水岩层。
3）中寒武系高台组（∈2g），为灰色中厚层泥质白云岩及泥岩，厚度45m。
含水性一般，据泥质白云岩中泥质的含量而定，泥岩为弱透水层或隔水层。
4）二叠系中统栖霞、茅口组（P2q+m），为灰色厚层灰岩，厚度大于220m，岩溶强烈发育。
为强含水岩。
2.4地下水补径排特征
该水源地主要补给来源为大气降水，也有部分越流补给。
降水在该地白云岩及灰岩中储存运移。
其排泄路径主要是通过区内较为发育的断裂构造而进行，推测为断裂构造蓄水系统类型。
区内主要断裂构造有：
a）F1断层为一条区域性断层，倾向南东，倾角78°，断层破碎带出露宽度25～75m。
b）F2断层为一条区域性断层，在罗家湾附近交汇到F1断层上，倾向北东，倾角65°，断层破碎带宽5～20m。
电测深剖面资料表明，断层下盘影响带的宽度约40m，电测深异常影响深度60～80m。
c）F3、F5断层性质不明。
2.5地下水环境
白岩溪为与岩层走向近直交的横向河谷，本坡自然角28°～40°，谷底高程1172m，坡顶高程1225m，相差53m，坝址区近垂直于该河谷发育有几条冲沟，其中罗家湾向出露有S06上升泉，流量4.46L/s。
白岩溪谷之中，主要为白云岩含水层，含比较丰富的岩溶地下水，地下水具承压性质（自流水），测压水头最高达+8.36m，地下水枯季总流量48.16L/s。
水源地北、东、南面为地表水分水岭，西面为隔水层边界，坝址区北西面，钻孔揭露存在地下水分水岭。
地下水补给主要为大气降水补给，局部地段存在越流补给，例如罗家湾S06泉，推断为库区以南在P2q+m岩溶管道含水系统沿F1和F2断层交汇部产生对库区的越流补给。
以F2断层为界，西盘（下盘）为岩溶裂隙承压分布区，东盘（上盘）为岩溶裂隙潜水分布区。
承压水分布区，为∈2s薄～中厚层白云岩，其间夹薄层泥质白云岩（起相对隔水作用），形成层向承压水，出露上升泉S06，钻孔揭露承压水头+0.20～+8.61m，流量1.046～1.83L/s。
潜水分布区，为∈2-3ls薄～中厚层白云岩，构造及风化裂隙发育，赋水性相对较均匀，地下水沿裂隙和层向裂隙由库区两侧向沟谷汇集排泄，并在沟底以下降泉形式出露地表，流量在0.001～0.5L/s。
图2-1白岩水源地水文地质简图
3抽水试验
抽水试验是通过从钻孔或水井中抽水，定量评价含水层富水性，测定含水层水文地质参数和判断某些水文地质条件的一种野外试验方法。
3.1抽水试验目的
1）直接测定含水层的富水程度和评价井（孔）的出水能力；
2）水试验是确定含水层水文地质参数（K、T、μ、α）的主要方法；
3）抽水试验可为取水工程设计提供所需的水文地质数据，如单井出水量、单位出水量、井间干扰系数等，并可根据水位降深和涌水量选择水泵型号；
4）通过抽水试验，可直接评价水源地的可（允许）开采量；
5）可以通过抽水试验查明某些其他手段难以查明的水文地质条件，如地表水与地下水之间及含水层之间的水力联系，以及边界性质和强径流带位置等。
本次抽水试验的目的主要是为查清∈2s白云岩地层水文地质参数，评价Q涌，F2断层阻水、导水性，地下水沿F2下盘的越流补给条件等。
3.2抽水试验主孔、观测孔布置要求及原则
3.2.1抽水孔（主孔）的布置要求
A.布置抽水孔的主要依据是抽水试验的任务和目的，目的和任务不同，其布置原则各异。
B.在布置带观测孔的抽水井是，要尽量考虑利用已有水井作为抽水时的水位观测孔。
C.抽水孔附近不应有其他正在使用的生产水井或其他与地下水有联系的排灌工程。
D.抽水井附近应有较好的排水条件。
3.2.2观测孔布置的原则
1）为了求取含水层水文地质参数的观测孔，一般应和抽水主孔组成观测线，所求水文地质参数应具有代表性。
2）当抽水试验的目的在于查明含水层的边界和位置时，观测线应通过主孔、垂直于欲查明的边界位置，并应在边界两侧附近均布置观测孔。
3）当抽水试验的目的在于查明垂向含水层之间的水力联系时，则应在同一观测线上布置分层的水位观测孔。
4）观测孔深度：
要求揭穿含水层，至少深入含水层10～15m。
根据本次抽水试验的目的和任务：
抽水试验主孔的布置远离含水层的透水、隔水边界，布置在含水层的导水及储水性质、补给条件、厚度和岩性条件等有代表性的地方。
本次抽水试验主孔应布置在寒武系娄山关组的白云岩含水层中，即白岩溪右岸；并且在寒武系石冷水组白云岩布置主孔也能实现抽水试验的目的，即也可将主孔布置在白岩溪左岸。
最终将抽水试验主孔布置在翁光河右岸白岩溪左岸附近的ZK3,而观测孔根据抽水试验的目的布置在白岩溪中部的ZK4。
3.3抽水试验类型
本次抽水试验分别进行了稳定流单孔抽水和非稳定流单孔抽水试验。
3.4技术要求
3.4.1稳定流抽水试验的技术要求
（一）对水位降深的要求：
为提高水文地质参数的计算精度和预测更大水位降深时井的出水量，正式的稳定流抽水试验一般要求进行3次不同水位降深（落程）的抽水，要求各次降深的抽水连续进行；对于富水性较差的含水层或非开采含水层，可只做一次最大降深的抽水试验。
一般抽水试验所选择的最大水位降深值（Smax）：
潜水含水层Smax=（1/3～1/2）H（H为潜水含水层厚度）；承压含水层，Smax小于或等于承压含水层顶板以上的水头高度。
当进行3次不同水位降深抽水试验时，其余两次试验的水位降深，应分别等于最大水位降深的1/3～1/2。
当含水层富水性较好，而勘探中使用的水泵出水量又有限时，要求Smax等于水泵的最大扬程（或吸程）即可。
当Smax降深值不太大时，相邻两次水位降深之间的水头差也不应小于1m。
（二）抽水试验流量的设计：
由于水井流量的大小主要取决于水位降深的大小，因此一般以求得水文地质参数为目的的抽水试验，无须专门提出抽水流量的要求。
但为保证达到试验规定的水位降深，试验进行前仍应对最大水位降深时对应的出水量有所了解，以便选择适合的水泵。
其最大出水量，可根据同一含水层中已有的出水量推测，或根据含水层的经验渗透系数值和设计水位降深值估算，也可根据洗井时的水量来确定。
（三）对抽水试验孔水位降深和流量稳定后延续时间的要求：
按稳定流抽水试验所求得的水文地质参数的精度，主要影响因素之一是抽水试验时抽水井的水位和流量是否真正达到了稳定状态。
生产规范一般是通过规定的抽水井水位和流量稳定后的延续时间来作保证。
如果抽水试验目的仅为获得含水层的水文地质参数，水位和流量的稳定延续时间达到24h即可；如抽水试验的目的，除获取水文地质参数外，还必须确定出水井的出水能力，则水位和流量的稳定延续时间至少应达到48～72h或者更长。
当抽水试验带有专门的水位观测孔时，距主孔最远的观测孔的水位稳定延续时间应不少于2～4h 。
此外，在确定抽水试验是否达到稳定状态时，还必须注意：
稳定延续时间必须从抽水孔的水位和流量均达到稳定后开始计算；要注意抽水孔和观测孔水位或流量微小而有趋势性的变化。
（四）水位和流量观测时间的总要求：
水位和流量的观测时间间隔，应由密到疏，停抽后还应进行恢复水位的观测，直到水位的日变幅接近天然状态为止。
3.4.2非稳定流抽水试验的技术要求
（一）对抽水流量值的选择要求：
在定流量的非稳定流抽水中，水位降深是一个变量，故不必提出一定的要求，而对抽水流量值的确定则是重要的。
在确定抽水流量值时，应考虑以下情况：
a对于主要目的在于求得水文地质参数的抽水试验，选定抽水流量时只需考虑对该流量抽水到抽水试验结束时，抽水井中的水位降深不致超过所用水泵的吸程；b对于探采结合的抽水井，可考虑按设计需水量或按设计需水量的1/3～1/2的强度来确定抽水量；c可参考勘探井洗井时的水位降深和出水量来确定抽水流量。
（二）对抽水流量和水位的观测要求：
当进行定流量的非稳定流抽水时，要求抽水量从自始至终均保持定值，而不只是在参数计算取值段的流量为定值。
对定降深抽水的水位定值要求亦如此。
同稳定流抽水试验要求一样，流量和水位观测应同时进行；观测的时间间隔应比稳定流抽水大；抽水停抽后恢复水位观测，应一直进行到恢复水位变幅接近天然水位变幅时为止。
由于利用恢复水位资料计算的水文地质参数，常比利用抽水观测资料求得可靠，故非稳定流抽水恢复水位观测工作，更有重要意义。
（三）抽水试验延续时间的要求：
当抽水试验的目的主要是求得含水层的水文地质参数时，抽水延续时间一般不必太长，只要水位降深（S）—时间对数（lgt）曲线的形态比较固定和能够明显地反映含水层的边界性质即可停抽。
我国一些水文地质学者，在研究含水层导水系数（T）随抽水延续时间的变化规律后得出结论：
根据非稳定流抽水初期观测资料所计算出的不同时段的导水系数值变化较大；而当抽水延续到24h后所计算的T值与延续100h后所计算的T值之间的相对误差，绝大多数情况下均小于5%。
故从参数计算的结果考虑，以求参为目的的非稳定流抽水试验的延续时间，一般不必超过24h。
当有越流补给时，如用拐点法计算参数，抽水至少应延续到能可靠判定拐点（Smax）为止。
如需利用稳定状态时段的资料，则水位稳定段的延续时间应符合稳定流抽水试验延续时间的要求。
当抽水试验目的主要在于确定水井的涌水量（对定流量抽水来说，应为在某一涌水量条件下，水井在设计使用年限内的水位降深）时，试验延续时间应尽可能长一些，最好能从含水层的枯水期末期开始，一直抽到雨季初期；或抽水试验至少进行到S-lgt曲线能可靠地反映出含水层边界性质为止。
如为定水头补给边界，抽水试验应延续到水位进入稳定状态后的一段时间为止；有隔水边界时，S-lgt曲线的斜率应出现明显增大段；当无边界时，S-lgt曲线应在抽水期内出现匀速下降。
3.5抽水试验的设备及安装
3.5.1抽水设备的选择
综合考虑水位埋深、流量大小、孔径大小等因素的基础上，本次抽水试验设备为空气压缩机，它适用于水位埋藏较深（在通常设备压力条件下，一般为60～70米），水量大小皆可的小口径钻孔。
同时，它不受井管弯曲和井中泥沙的影响，运输方便。
并且其可在洗孔基础上做抽水试验，有利于参数的帅选。
3.5.2抽水设备的安装
用空气压缩机抽水时，孔内风管与出水管的安装形式如图3-1,所示。
图中Ⅰ为同心式，风管安装在出水管内，一般适用于小口径抽水；Ⅱ为并列式，风管和出水管并列安装，效能比同心式较高，适用于大口径钻孔抽水；Ⅲ为利用井壁管或井壁作为出水管，其实质也属于同心式，但不需要再下入出水管。
在下列情况下可用井壁管作出水管：
（1）在水头压力较高的承压含水层中抽水；
（2）在含水层上部井壁完整和不漏水的稳定地层中抽水。
图3-1用空气压缩机抽水时孔内安装形式
用空气压缩机抽水，安装时应注意：
1）为了测得动水位，需下入测水管。
下入深度至少应超过混合器5米；而出水管至少应超过混合器3～5米；
2）混合器应导正于出水管的中心，下入位置由风管浸没比来计算，但应比过滤器顶端高3～5米。
严禁直接对准过滤器工作部分，以免水气混合物测向溢水，影响出水量和动水位的测量；
3）风管、测水管、出水管的口径应与钻孔涌水量及风量等相互适应；
4）出水管上应安装水气分离器（如消能桶、出水三通等），以减少出水的冲力，便于流量观测；
5）为避免下入的风管、出水管等发生漏风、漏水现象，在下管前应进行严格检查，各接口丝扣要缠棉纱、涂铅油拧紧。
6）在抽水之前，应计算风管浸没比、每抽1m3水所需的压缩空气量以及抽水所需的风压计算，抽水风压计算有：
a：
抽水开始时的启动风压力PV=0.1（H+h-h0+2）
b：
抽水的工作风压力Pm=0.1（H+Lp）
式中：
h0—由出水口算起的静水位深度；
Lp—空气运送途中的压力损失值（换算为米），其一般不超过5米，通常为2～3米。
同时也要计算发动机功率及出水管的直径。
3.6抽水试验的组织措施
在抽水试验过程中，每个钻孔应由相关专业人员进行，ZK3抽水孔需5名工作人员，ZK4观测孔需要1名观测人员，具体组织安排如表3-1所示。
表3-1抽水试验组织措施表
项目
人数（个）
备注
空气压缩机及附属设备
2
检查空气压缩机工作是否有异常以及置换备用机
观测记录
4
静止水位、动水位、恢复水位、流量等项观测，并及时如实记录
后勤
2
负责地面排水等各项后勤工作
3.7抽水试验经费预算
本次抽水试验需要设备有：
空压机、扬水管、混合器、风管、水位计、流量筒、集水槽、设备附属支架以及各种记录纸等。
所需人员有：
空压机及其附属设备2人，观测记录人员4名，后勤服务2名。
所需费用有设备费、人工费、零星材料费、临时费、预备费。
人工费按150元/人.天计，抽水历时共计2天。
具体各项费用预算如表3-2所示。
表3-2抽水试验经费预算表
项目
数量
单价（元/人.天）
时间（天）
金额（元）
设备
1套
1674.0
2
3348.0
工作人员
8个
150.0
2
2400.0
零星材料费
——
——
——
800.0
临时费
——
——
——
500.0
预备费
——
——
——
1000.0
总计
——
——
——
8048.0
3.8抽水试验资料整理
试验期间，对原始资料和表格应及时进行整理。
试验结束后，应进行资料分析、整理，提交抽水试验报告。
单孔抽水试验应提交抽水试验综合成果表，其内容包括：
水位和流量过程曲线、水位和流量关系曲线、水位和时间（单对数及双对数）关系曲线、恢复水位与时间关系曲线、抽水成果、水质化验成果、水文地质计算成果、施工技术柱状图、钻孔平面位置图等。
并利用单孔抽水试验资料编绘导水系数分区图。
本次抽水试验进行了稳定流抽水与非稳定流抽水，其相关数据整理如下表3-3、表3-4、表3-5所示。
表3-3稳定流抽水试验表
抽水孔号
观测孔号
孔距（m）
降次1
降次2
降次3
降深
（m）
流量
（L/s）
降深
（m）
流量
（L/s）
降深
（m）
流量
（L/s）
ZK3
9.75
8.32
6.96
ZK4´
30
34.69
29.38
21.34
表3-4非稳定流抽水试验表（Q=9.75L/s）。
时间（分）
降深（m）
恢复时间（分）
剩余降深S（m）
0.25
10.5
0.5
24.87
0.5
15
1
21.05
1
19.09
2
15.00
3
21.7
4
11.55
9
22.76
6
10.10
10
28.34
9
7.82
20
28.79
19
5.43
30
29.40
21
5.00
60
29.64
34
3.36
120
30.00
54
0.20
240
30.05
表3-5非稳定流抽水试验表（Q=9.75L/s）（S′-lgt、S-lg（1+tp/t′）、S*-lgt/t′）
时间（秒）（lgt）
降深（m）
剩余降深S′（m）
lg（1+tp/t′）
水位回升高度S*（m）
恢复时间（lgt/t′）
1.176
10.5
24.87
2.682
5.18
2.682
1.477
15
21.05
2.382
9
2.382
1.778
19.09
15.00
2.083
15.05
2.083
2.255
21.7
11.55
1.785
18.5
1.785
2.732
22.76
10.10
1.613
19.95
1.613
2.778
28.34
7.82
1.442
22.23
1.442
3.079
28.79
5.43
1.134
24.62
1.134
3.255
29.40
5.00
1.094
25.05
1.094
3.556
29.64
3.36
0.906
26.69
0.906
3.857
30.00
0.20
0.736
29.85
0.736
4.158
30.05
综合上表可得如下抽水试验成果图：
图3-2白岩水源地抽水试验成果图
4白岩水源地地下水资源评价
4.1地下水资源水量评价
在本次的白岩水源地水资源论证中，进行了稳定流抽水试验和非稳定流抽水试验。
对于稳定流抽水试验，用Dupuit稳定流公式预测其水量。
根据Dupuit稳定流公式：
第一次抽水试验：
Q1=9.75L/sM=86msw=34.69mrw=0.055m
设R0=100mε=0.01
试算：
0.337m/d①
373.59m
｜273.59>ε=0.01
将R1代入①式：
0.396m/d
405.06m
31.47>ε=0.01
将R2代入①式：
0.4m/d
406.9176m
｜1.857>ε=0.01
将R3代入①式：
0.4m/d
407.0215m
｜0.1045>ε=0.01
将R4代入①式：
0.4m/d
407.0274m
｜0.006<ε=0.01
故对第一次抽水试验，其影响半径R=407.0274m，渗透系数K=0.4m/d；
第二次抽水试验：
Q2=8.32L/sM=86msw=29.38mrw=0.055m
设R0=100m；ε=0.01；
试算：
K10.3397m/d
375m
｜275>ε=0.01
将R1代入①式：
0.4m/d
406.68m
31.68>ε=0.01
将R2代入①式：
0.403m/d
408.54m
｜1.86>ε=0.01
将R3代入①式：
0.403m/d
408.649m
｜1.86>ε=0.01
将R4代入①式：
0.403m/d
408.655m
｜0.006<ε=0.01
故对第二次抽水试验，影响半径R=408.655m；渗透系数K=0.403m/d；
第三次抽水试验：
Q3=6.96L/sM=86msw=21.34mrw=0.055m
设R0=100mε=0.01；
试算：
0.391m/d
402.439m
｜302.439>ε=0.01
将R1代入①式：
0.4638m/d
438.18m
｜35.74>ε=0.01
将R2代入①式：
0.468m/d
440.2709m
｜2.09>ε=0.01
将R3代入①式：
0.468m/d
440.3875m
｜0.117>ε=0.01
将R4代入①式：
0.4685m/d
440.394m
｜0.006<ε=0.01
故对第三次抽水试验，影响半径R=440.394m；渗透系数K=0.4685m/d；
故最终水文地质参数为：
=418.692m；=0.4238m/d；
假设降深35m,由裘布依承压完整井公式：
Q=2.73*KMsw/（lgR/rw）
=2.73*0.4238*35*86/（lg418.692/0.055）
=897.20m3/d
假设降深40m,由裘布依承压完整井公式：
Q=2.73*KMsw/（lgR/rw）
=2.73*0.4238*40*86/（lg418.692/0.055）
=1025.36m3/d
同时，也可以用图解法配合经验公式计算其水资源量，方法为：
1）根据不同降深Qi和降深Sw点绘坐标纸上，其图形为一条过原点的直线，则Q-Sw为直线型：
Q=qSw
2）确定公式中的系数q（最小二乘法）。
待定系数：
q=
=（9.75*34.69+8.32*29.38+6.69*21.34）/（34.692+29.
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