水力学教案 第六章明槽恒定流动 【教学基本要求】 1、了解明槽水流的分类和特征，了解棱柱体渠道的概念，掌握明槽底坡的概念和梯形断面明渠的几何特征和水力要素。 2、了解明槽均匀流的特点和形成条件，熟练掌握明槽均匀流公式，并能应用它来进行明渠均匀流水力计算。 3、理解水力最佳断面和允许流速的概念，掌握水力最佳断面的条件和允许流速的确定方法，学会正确选择明渠的糙率n值。 4、掌握明槽均匀流水力设计的类型和计算方法，能进行过流能力和正常水深的计算，能设计渠道的断面尺寸。 5、掌握明渠水流三种流态（急流、缓流、临界流）的运动特征和判别明渠水流流态的方法，理解佛汝德数Fr的物理意义。 6、理解断面比能、临界水深、临界底坡的概念和特性，掌握矩形断面明渠临界水深h k 的计算公式和其它形状断面临界水深的计算方法。 7、了解水跃和水跌现象，掌握共轭水深的计算，特别是矩形断明渠面共轭水深计算。 8、能进行水跃能量损失和水跃长度的计算。 9、掌握棱柱体渠道水面曲线的分类、分区和变化规律，能正确进行水面线定性分析，了解水面线衔接的控制条件。 10、能进行水面线定量计算。 11、了解缓流弯道水流的运动特征。 【内容提要和教学重点】 这一章是工程水力学部分内容最丰富也是实际应用最广泛的一章。 本章有4个重点：明渠均匀流水力计算；明渠水流三种流态的判别；明渠恒定非均匀渐变流水面曲线分析和计算，这部分也是本章的难点；水跃的特性和共轭水深计算。学习中应围绕这4个重点，掌握相关的基本概念和计算公式。 明渠水流的复杂性在于有一个不受边界约束的自由表面，自由表面能随上下游的水流条件和渠道断面周界形状的变化而上下变动，相应的水流运动要素也发生变化，形成了不同的水面形态。
地下水动力学习题 主讲：肖长来教授 卞建民博士 6 地下水向不完整井的运动 要点：本章主要介绍地下水向不完整井的运动，其内容包括地下水向不完整井的运动特点；井底、井壁进水的稳定承压不完整井流公式；稳定潜水不完整井流公式；非稳定的不完整井流公式以及公式的应用等。 本章要求掌握不完整井流特点、各公式的适用条件，应用有关公式预报地下水位以及利用抽水试验资料确定含水层的水文地质参数等方法。 6.1 不完整井流的特点 习题6-1 一、填空题 1．根据过滤器在含水层中进水部位的不同，将不完整井分为：_________，______________和____________三种类型。 2．实验证明，在r＜（1.5~2.0）M范围内，地下水流是__________，而在此范围以外，水流为_________，因此，在二维流区可按________的方法确定水文地质参数。 3．不完整井的降深要____________同样条件下完整井的降深。 4．在相同条件下，不完整程度（l／M）大的井流量要_______不完整程度小的井流量。当l／M=1时，流量达到_________。 5．不完整井的流量与过滤器在含水层中的位置有关。当过滤器位于__________时，流量最大，而当过滤器________________时，流量最小。 二、判断题 6．因为在同一降深条件下，不完整井的流量要小于完整井的流量，所以开采地下水时，都应采用完整井。（） 7．用井点疏干的方法降低地下水位时，不完整井的效果更佳。（） 三、分析题 8．试绘出图6-1中当过滤器位于承压含水层中不同位置时的流网。
图6-1 9．实验证明，在各向同性含水层中，当r≥（1.5~2.0）M时，抽水井不完整程度的影响就可以忽略。那么，对各向异性含水层，则要求r为多大时才能忽略抽水井不完整程度的影响？ 10．试分析含水层的各向异性对不完整井流量的影响。 6.2 稳定的不完整井流 维里金（Verigin）导出了不完整井抽水时任意点的降深公式： 承压水：(ln0.5) 2c Q R s KM r ξ π =+(5—1) 潜水：() 2l n0.5 c Q R H s s K r ξ π ?? -=+ ? ?? (5—2) 式中： c ξ为不完整井的阻力系数。对承压含水层，当过滤器紧靠隔水顶板（c=0，c为过滤 器顶部至隔水顶板的距离）时， c ξ值由表6—1确定，而当过滤器位于含水层中部（c≠0） 时， c ξ值由表6—2确定。对潜水含水层，则表6—1和表6—2中的M用 () 2 w s H-，l用0 () 2 w s l-，c用 () 2 w s c-代替即可。 表6-1 不完整井阻力系数 c ξ值（c=0）
基础施工过程中地下水的处理 前言 当基础深度在天然地下水位以下时，在基础施工中常常会遇到地下水的处理问题。一般认为，基坑开挖要具备以下的必要条件：首先保持基坑干燥状态，创造有利于施工的环境；其次是确保边坡稳定，做到安全施工，如果忽视这些必要条件，其后果是严重的。有的基坑积水或土质稀软，工人难以立足，无法施工；有的出现“流砂现象”导致边坡塌方，地质破坏；有的内部基坑土体发生较大的位移，影响邻近建筑物的安全。之所以会出现这些异常情况，都是由地下水引起的。所以，在基坑施工中应对地下水的处理给予应有的重视。 一、地下水的人工处理 地下水的处理有多种可行的方法，从降水方式来说可总分为止水法和排水法两大类。止水法，即通过有效手段，在基坑周围形成止水帷幕，将地下水止于基坑之外，如沉井法、灌浆法、地下连续墙等；排水法是将基坑范围内地表水与地下水排除，如明沟排水、井点降水等。 止水法相对来说成本较高，施工难度较大；井点降水施工简便、操作技术易于掌握，是—种行之有效的现代化施工方法，已广泛应用。本文结合工程实例对井点降水法作一简要介绍。 井点降水法，它是在拟建工程的基坑周围设能渗水的井点管，配置一定的抽水设备，不间断地将地下水抽走，使基坑范围内的地下水降低至设计深度。井点法防水适用于具有不同几何形状的基坑，它有克服流砂、稳定边坡的作用。由于基坑内土方干燥，有利机械化施工，缩短工期，保证工程质量与安全。 目前国内常用的井点降水法有轻型井点、喷射井点、电渗井点。在我国，井点降水法是新中国成立后才逐步发展起来的。在工程的基坑＜槽＞附近埋设大量的渗水井点管，与此同时地面组装抽水管路系
统，通过井群连续抽吸地下水，使基坑范围内的地下水位降低到基坑以下一定深度，以保持基坑干燥状态。通常把这一方法叫做井点降水法。 井点降水法具有下列优点：施工简便，操作技术易于掌握；适应性强，可用于不同几何图形的基坑；降水后土壤干燥，便于机械化施工和后续工作工序的操作；井点作用下土层固结，土层强度增加，边坡稳定性提高；地下水通过滤水管抽走，防止了流砂的危害；节省支撑材料，减少土方工程量等。井点降水法已成为目前在含水透水位土层实施的一种行之有效的方法。 1.轻型井点降水法 （1）轻型井点抽水系真空作用抽水，除管路系统外，很大程度取决于抽水设备。目前常用的真空泵型、隔膜泵型配套抽水装置。 轻型井点井点管、过滤管、集水总管、主管、阀门等组成管路系统，并由抽水设备启动，在井点系统中形成真空，并在井点周围一定范围形成一个真空区，真空区通过矽井扩展到一定范围。在真空力的作用下，井点附近的地下水通过砂井，经过滤器被强制性吸入井点系统内而使井点附近的地下水位得到降低。在作业过程中，井点附近的地下水位与真空区外的地下水位之间，存在一个水头差，在该水头差作用下，真空区外的地下水是以重力方式流动的。所以常把轻型井点降水称真空强制抽水法，更确切地说应是真空—重力抽水法。只有在这两个力作用下，基坑地下水才会降低，并形成一定范围的降水的漏斗抛物线。 井点管与总管的联接可用钢管和透明塑料管，因受真空力的作用，塑料管内装有弹簧，以加强抗外部张力，保证地下水流畅通。 总管与总管的联接有法兰法和套箍法两种形式。 （2）施工时应注意的问题 经过降低地下水位后，土壤会产生固结，也就会在抽水影响半径
国家地下水监测工程（水利部分）云南省监测井建设工程第2标段 施工合同 发包方： 承包方：
发包方：（以下简称甲方） 承包方：（以下简称乙方）为圆满完成甲方承担的国家地下水监测工程（水利部分）云南省监测井建设工程第2标段水井施工任务，经甲乙双方在平等自愿的基础上友好协商，乙方自愿在对实地进行踏勘及分析水文地质资料的基础上，分包承担甲方部分水井施工工程，为明确甲、乙双方在施工过程中的权利、义务和经济责任，根据《中华人民共和国合同法》，双方本着各负其责，互相配合的原则，经协商一致同意达成以下条款，并共同遵守： 第一条施工地点和任务 一、工程名称：国家地下水监测工程（水利部分）云南省监测 井建设工程第2标 二、工程地点：云南省临沧市 三、工程量：施工水文地质监测井11口，总进尺约1715.0米。 四、工作内容：人员设备进出场、水井凿井、洗井、成井、下管、填砾、抽水试验、取水样、岩土样。施工过程中乙方须认真观测和做好各项原始记录。 第二条技术质量要求 一、按照相关国家标准和《国家地下水监测工程（水利部分）云南省监测井建设工程第2标段技术要求》执行。 二、成井质量按照《水文水井地质钻探规程》（DZ/T0148-2014）和《地下水监测井建设规范》（DZ/T0270-2014）执行。 第三条工程价款及付款办法 一、工程价款 1、本工程采用阶梯进尺每米综合单价的形式： 0-50m阶梯段（含50m）工程承包综合单价为元/进尺米； 50-100m阶梯段（含100m）工程承包综合单价为元/进尺米； 100-300m阶梯段（含300m）工程承包综合单价为元/进尺米； 最终按甲方实际验收工程量进行结算。工程单价不因地质条件、
第四章 地下水向完整井的稳定运动 一、名词解释 1. 潜水完整井：贯穿整个潜水层，在全部潜水层上都安装过滤器，并能全面进水的水井。 2. 承压不完整井：不完全贯穿，没有完全揭露承压含水层，只有井底和部分含水层能进水的水井。 3. 降深：从井中抽水，井周围附近含水层的水流入井中，井中和井附近的水位将降低，水位降低值称为水位降深，简称降深。 4. 井损：井管外面的水通过过滤器的孔眼进入井内造成的水头损失和井管内部水向上运动至水泵吸水口的途中造成的水头损失，两者统称为井损。 5. 有效井半径：有限井半径是从井轴到井管外壁某一点的水平距离。在该点上，按稳定流理论计算的降深等于过滤器外壁的实际降深。 7. 叠加原理：如H1，H2，……，Hn 是关于水头H 的线性偏微分方程的特解，C1，C2，……，Cn 为任意常数，则这些特解的线性组合：∑==n i i i H C H 1，也是该 非齐次方程的解。 8. 干扰井：各井之间的距离小于影响半径时，彼此的降深和流量会发生干扰，这样的井称为干扰井。 二、填空题 1. 根据揭露含水层的厚度和进水条件，抽水井可分为完整井和非完整井两类。 2. 承压水井和潜水井是根据水井所揭露的含水层类型来划分的。 3. 从井中抽水时，水位降深在井中心处最大，而在降落漏斗的边缘处最小。 4. 对于潜水稳定井流，抽出的水量主要等于降落漏斗的体积乘以给水度；而对于承压水井，抽出的水量则等于降落漏斗的体积乘以弹性贮水系数。 5. 对潜水井来说，测压管进水口处的水头不等于测压管所在地的潜水位。 6. 填砾的承压完整抽水井，其井管外面的测压水头要高于井管里面的测压水头。 7. 地下水向承压水井稳定运动的特点是：流线为指向井轴的径向直线；等水头面为以井为共轴的圆柱面；各断面流量相等。 8. 由于裘布依公式没有考虑渗出面的存在，所以，仅当r>H 0时，用裘布依公式计算的浸润曲线才是准确的。 9. 在承压含水层中进行稳定流抽水时,通过距井轴不同距离的过水断面上流量处处相等，且都等于井的流量 。 12. 常见的Q ～Sw 曲线类型有直线型、抛物线型 、幂函数曲线数型和对数曲线型四种。
第三章施工部署 3.1施工部署 本工程由5眼地下水环境监测井建设、井台、水准点、标志牌建设等组成。为确保工程质量、确保工期，我们采取以下案措施。 由于场地地下水环境以有机物污染为主，监测井管井须由坚固、耐腐蚀、对地下水水质无污染的材料制成，本次选用316L不锈钢作为监测井管材；监测井的深度根据监测目的、所处含水层类型及其埋深和厚度来确定，尽可能超过第一含水层的隔水底板以下0.5，监测井顶角偏斜不得超过1°，监测井井管径50mm，一径到底，中途不变径。滤水管长度等于监测目的层中含水层总厚度，滤水段透水性能良好，向井注入灌水段1m井管容积的水量，水位复原时间不超过10min，滤水材料应对地下水水质无污染，监测井目的层与其它含水层之间止水良好，监测井不得穿透潜水含水层下的隔水层的底板，设计动水位以下的含水层段应安装滤水管，反滤层厚度不小于50mm，（井身结构详见图3-1）成井后应进行抽水洗井，监测井应设明显标识牌，井()口应高出地面300mm，井()口安装盖(保护帽)，口地面应采取防渗措施，井围设置4根警示柱。
图3-1 井身结构示意图 3.2施工准备 3.2.1人员动员期 接到业主开工通知后将利用三天时间进行施工总动员，首先由项目部经理召集各部门和施工队用一天时间进行管理层的施工动员，其次由各部门负责人和施工队长用两天时间对其管辖围的管理人员，施工作业班组长及施工人员进行施工动员。 动员工作的主要容：①介绍本次地下水监测的基本情况和建设意义；②讲述有工程的概况和施工特点、施工法和注意事项；③强化对工期、质量、安全、环保和成本意识教育；④明确该工程创优目标、体系、措施。经过逐级动员，力求
高三地理重要知识点：地下水 1．类型：地下水按照埋藏条件划分为潜水和承压水 2．地下水的来源： ①主要是大气降水。降雨历时长，强度不大，地形平缓，植被良好的情况，对地下水补给最有利。 ②河湖水补给。河湖水位高于潜水面时，河湖水补给两岸潜水。反之，潜水补给河湖水。黄河下游只有河水补给地下水。 ③凝结水：在干旱地区，大气降水很少，主要是大气中水汽直接凝结渗入地下。 ④原生水：主要与岩浆活动有关，数量很少。 3．地下水的问题与保护： ①不合理灌溉——土壤盐渍化——科学管理。 ②过量开采——地下漏斗区，地面下沉；沿海海水入侵，地下水水质变坏。——及时人工回灌。 ③保护自流水补给区的自然环境。 4．潜水面的形状及其表示方法 潜水面通常是一个起伏的曲面，一般倾向于邻近的低洼地区，即潜水的排泄区，如冲沟、河谷等。它的起伏与地貌大体一致，但比地貌的起伏要小些。山区潜水面的坡度较大，可达百分之几。潜水面的形状可以用潜水剖面图和潜水等水位线图来表示。前者是在地质剖面图上，将已知各点的潜水位联接起来而成，它可以反映出潜水面形状与地貌、隔水底板及含水层岩性的关系等。所谓潜水等水位线图就是潜水面的等高线图。它是根据潜水面上各点的水类型 位置 流向 补给 分布 深度和水质 潜水 （重力水） 地表以下第一个隔水层以上 从高处流向低处 雨水和地表水 分布区与补给区一致 埋藏浅，易开采，易污染 承压水 （自流水） 上下两个隔水层之间 从压力大处流向压力小处 潜水 分布区与补给区不一致 埋藏深，水质好，流量稳定
位标高绘制成的，一般绘制在地形图上。绘制的方法与绘制地形等高线的方法类似。 根据潜水等水位线图，可以解决下列问题：（1）潜水的流向：垂直于潜水等水位线从高水位向低水位的方向，就是潜水的流向。（2）潜水埋藏深度：将地形等高线和潜水等水位线绘于同一张图上时，则等高线与等水位线相交之点的潜水埋藏深度即为二者高程之差。（3）潜水于地表水的补给关系：根据潜水等水位线和地表水的水位高程便可以确定。 5．泉是地下水的天然露头，无论哪一种地下水都可以在适当的条件下涌出地表形成泉。泉的形成还与地质构造有关，分布最广泛的泉总是与石灰岩地区的单面山构造相联系；在断层发育的岩区，泉可以沿断层一带的透水层上升涌出地表。 6．澳大利亚盆地位于澳大利亚东部，又称自流盆地。该盆地的地质构造是一个巨大的向斜盆地。水层埋藏在上下两个隔水层之间，为承压水。含水层在湿润的东部山地出露，向西倾斜，一部分渗入地下的降水顺着倾斜的含水层流向盆地中部。盆地中部为承压水的承压区，地下水承受一定的压力，在盆地地势较低处打井，有的可以自然喷出，形成自流井。 澳大利亚自流盆地是世界上最大的自流盆地。自流井的盐度高，不宜用来灌溉农田，一般可作牲畜饮用水，因此对畜牧业发展非常有利。 7．深层地下水与浅层地下水、承压水与潜水不是一回事。深层地下水与浅层地下水是依据地下水的埋藏深度来区分的，而潜水与承压水是依据埋藏条件来区分的。
第四章地下水向完整井的非稳定运动 一、填空题 1．泰斯公式的适用条件中含水层为____________的承压含水层；天然水力坡度近为_______；抽水井为______________，井流量为_________；水流为_____________。 2．在泰斯井流中，渗流速度随时间的增加而_______，当时渗流速度就非常接近_________。 3．定降深井流公式反映了抽水期间井中水位___________，而井外水位_________，井流量随时间延续而___________的井流规律。 4．泰斯井流中没有“影响半径”这个概念，但通常取用“引用影响半径”，其表达式为____________。 5．潜水非稳定井流与承压井流比较，主要不同点有三点：⑴导水系数是__________；⑵当降深较大时___________不可忽略；⑶从含水层中抽出的水量主要来自___________。 6．博尔顿第一模型主要是考虑了____________；第二模型主要考虑了_________。 7．第一越流系统是指不考虑__________和忽略____________的越流系统；第二越流系统是指考虑____________而不考虑____________的越流系统；第三越流系统是指考虑____________而忽略____________的越流系统。 8．将泰斯公式近似地应用于潜水井流的条件是____________，当井流降深 S＜0.1H 0(含水层初始厚度)时,公式形式为____________;当0.1H0＜s＜0.3H O 时, 公式形式为____________。 二、判断题 1．根据Theis公式，降深S随井函数自变量u的增大而增大。（） 2．当涌水量Q为定值时，Theis公式中的降深与井半径成正比。（）3．经过一定的抽水时间之后，在一定的径距范围内，承压漏斗曲线平行地下降。（）
地下水监测井的建设要求及规范 地下水监测井的建设根据《地下水环境监测技术规范》（HJ/T164―2004）进行，新凿监测井一般在地下潜水层即可，按以下步骤进行： 1、用φ110～130mm的钻具钻孔，至潜水层再往下3米。 2、用扩孔器或φ170mm的钻具进行扩孔。 3、安装Φ168mm的钢管及Φ60－70mm的PVC管，PVC管底部1米为滤水管，其余为盲水管。滤水管应安装于水井底端，水井顶端的盲水管上需安装一个10厘米长的管帽。井的顶端一般超过地面0.5-1米。 4、为了避免滤料与含水层产生不必要的化学反应干扰地下水的化学性质，选取纯净石英砂（一般40目或60目）作为滤料。将石英砂注入Φ60-70mm的PVC管和Φ168mm的钢管之间，直至石英砂高出滤水管部分约30cm，然后投入30-40cm高的黄泥土形成一个环型密封圈起隔离作用，再灌入混凝土，以密封地下水监测井。在灌入混凝土的过程中，必须边灌混凝土边拔Φ168mm钢管，直至混凝土灌至孔口位置，留下1.5m左右钢管（其中地表以上0.5m）于监测井中，最后用混凝土修筑井台，安装井盖，并放置井牌。 监测井建成后，需要清洗监测井，以去除细颗粒物质堵塞监测井并促进监测井与监测区域之间的水力连通。使用专用设备进行洗井，清洗地下水用量需大于5倍井容积。每次清洗过程中抽取的地下水，要进行pH值和温度的现场测试。洗井过程需持续到取出的水不混浊，细微土壤颗粒不再进入水井；洗出的每个井容积水的pH值和温度连续三次的测量值误差需小于10％，洗井工作才能完成。完成洗井工作24小时后才能进行地下水样品的采集。在水样采集完毕后，对监测井位置进行水平勘测，并将监测井位置标示在地图上。 施工步骤:
基本问题
（2）同一断面(即r固定)，s随t的增大而增大，当t=0时，s=0，符合实际情况。当t→∞时，实际上s不能趋向无穷大。因此，降落漏斗随时间的延长，逐渐扩展。这种永不稳定的规律是符和实际的，恰好反映了抽水时在没有外界补给而完全消耗贮存量时的典型动态。 （3）同一时刻、径向距离r相同的地点，降深相同。 184Theis公式反映的水 头下降速度的变化规 律 （1）抽水初期，近处水头下降速度大，远处下降速度小。当r一定时， s-t曲线存在着拐点。拐点出现的时间（此时u=1）为：。 （2）每个断面的水头下降速度初期由小逐渐增大，当=1时达到最 大；而后下降速度由大变小，最后趋近于等速下降。 （3）抽水时间t足够大时，在抽水井一定范围内，下降基本上是相同 的，与r无关。换言之，经过一定时间抽水后，下降速度变慢，在一 定范围内产生大致等幅的下降。 194Theis公式反映出的 流量和渗流速度变化 规律 （1）通过不同过水断面的流量是不等的，r值越小，即离抽水井越近 的过水断面，流量越大。反映了地下水在流向抽水井的过程中，不断 得到贮存量的补给。 （2）由于沿途含水层的释放作用，使得渗流速度小于稳定状态的渗 流速度。但随着时间的增加，又接近稳定渗流速度。 204 Theis公式反应的影 响半径在无越流补给且侧向无限延伸的承压含水层中抽水时，虽然理论上不可能出现稳定状态，但随着抽水时间的增加，降落漏斗范围不断向外扩展，自含水层四周向水井汇流的面积不断增大，水井附近地下水测压水头的变化渐渐趋于缓慢，在一定的范围内，接近稳定状态（似稳定流），和稳定流的降落曲线形状相同。 但是，这不能说明地下水头降落以达稳定。 214Theis配线法的原理由Theis公式两端取对数，得到 二式右端的第二项在同一次抽水试验中都是常数。因此，在双对数坐标系内，对于定流量抽水和标准曲线在形状上是 相同的，只是纵横坐标平移了距离而已。只要将二曲线重合，任选一匹配点，记下对应的坐标值，代入(4-10)式（4-11）式
2.1 地下水基本知识 2.1.1 地下水的基本概念 2.1.1.1 地下水的概念 地球上的水根据其分布区域可以为三大部分，即大气水（atmospheric water）、地表水（surface water）和地下水（groundwater）。其中地下水是指以各种形式赋存于地面以下岩石空隙中的水，狭义上是指地下水面以下饱和含水层中的水。在中华人民共和国国家环境保护标准《环境影响评价技术导则-地下水环境》（HJ-2016）中，地下水是指埋藏在地面以下饱和含水层中的重力水。 地下水也是参于自然界水循环过程中处于地下隐伏径流阶段的循环水。地下水是储存和运动于岩石和土壤空隙中的水，那么地下水必然要受到地质条件的控制。地质条件包括岩石性质、空隙类型与连通性、地质地貌特征、地质历史等。地下水环境是地质环境的组成部分，它是指地下水的物理性质、化学成分和贮存空间及其由于自然地质作用和人类工程——经济活动作用下所形成的状态总和。在岩土工程领域，地下水是岩土的重要组成部分，地下水的赋存状态与渗流特性对岩土的理化性质有着极其重要的影响，进而影响工程结构承载能力、变形性状与稳定性、耐久性等；在环境岩土方面，地下水的赋存状态、理化性质及渗流特性时刻决定了污染物的迁移、转化和归宿。 2.1.1.2 岩土中的空隙 岩石和土体空隙既是地下水的储存场所，又是其运移通道。空隙的大小、多少、连通性、充填程度及其分布规律决定着地下水埋藏条件。根据成因可把空隙区分为孔隙、裂隙与溶隙三种，并可把岩层划分为孔隙岩层（松散沉积物、砂岩等）、裂隙岩层（非可溶性的坚硬岩层）与可溶岩层（可溶性的坚硬岩石）。孔隙岩层中的空隙分布比裂隙可溶岩层均匀，溶隙一般比孔隙、裂隙岩层中的空隙规模大，故又称为溶穴。 图2.1.1.2-1 岩土空隙 （一）孔隙 松散岩石是由大小不等的土壤颗粒组成的。颗粒或颗粒集合体之间的空隙，称为孔隙。岩石中孔隙体积的多少是影响其储容地下水能力大小的重要因素。孔隙体积的多少可用孔隙度表示。孔隙度是指某一体积的岩土体（包括孔隙在内）中孔隙体积V p与岩土体总体积V（含空隙体积V p和土壤颗粒骨架体积V s）的百分比。岩土体总体积V为含空隙体积V p和土壤颗粒骨架体积
第三章地下水向完整井的稳定运动 一、填空题 1．根据揭露含水层的厚度和进水条件，抽水井可分为_____和_____两类。 2．承压水井和潜水井是根据___________________来划分的。 3．从井中抽水时，水位降深在_______处最大，而在________处最小。 4．对于潜水井，抽出的水量主要等于_________。而对于承压水井，抽出的水量则等于_____________________。 5．填砾的承压完整抽水井，其井管外面的测压水头要______井管里面的测压水头。 6．在承压含水层中进行稳定流抽水时,通过距井轴不同距离的过水断面上流量_____，且都等于______。 7．影响半径R是指________________；而引用影响半径R0是指。 8．对有侧向补给的含水层，引用影响半径是_____________；而对无限含水层，引用影响半径则是______________。 9．在应用Q～S w的经验公式时，必须有足够的数据，至少要有____次不同降深的抽水试验。 10．常见的Q～S w曲线类型有______、______、_______和______四种。 11．确定Q～S w关系式中待定系数的常用方法是______和______。 12．最小二乘法的原理是要使直线拟合得最好，应使________最小。 13．在均质各向同性含水层中，如果抽水前地下水面水平，抽水后形成______的降落漏斗；如果地下水面有一定的坡度, 抽水后则形成_______的降落漏斗。 14．对均匀流中的完整抽水井来说，当抽水稳定后，水井的抽水量等于。 15．驻点是指______________。 16．在均匀流中单井抽水时，驻点位于____________，而注水时，驻点位于____________。 17．通常假定井径的大小对抽水井的降深影响不大，这主要是对_________而言的，而对井损常数C来说_________。 18．确定井损和有效井半径的抽水试验方法，主要有_______和_______。 19．在承压水井中抽水，当___________时，井损可以忽略；而当_______
地下水环境监测井建井技术指南 （征求意见稿） 中国环境监测总站 二〇一三年七月
目录 前言 (1) 1适用范围 (1) 2规范性引用文件 (1) 3术语和定义 (1) 4 环境监测井的设立原则 (2) 5环境监测井的设计要求 (6) 6环境监测井施工技术要求 (7) 7环境监测井井口保护装置要求 (12) 8 环境监测井验收与资料归档要求 (12) 9环境监测井维护和管理要求 (12) 10环境监测井废井要求 (12) 附录A (1) 附录B (20) 附录C (22) 附录D (29)
前言 为贯彻实施《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国水污染防治法》，落实《全国地下水污染防治规划》（2011～2020年），保护地下水环境，规范地下水环境监测井的建设、维护、和废止等，制定本指南。 本指南规定了地下水环境监测井布设方法、建设和废止等要求。 本指南附录A～B为资料性附录。
地下水环境监测井建井技术指南 1 适用范围 本指南规定了地下水环境监测井的建设、维护、管理和废止等有关要求。适用于饮用水水源地（补给区）、矿山开采区、工业污染源（工业园区、工业园区外工业污染源及工业废弃场地）、危险废物处置场、垃圾填埋场、石油化工生产销售区、农业污染源（再生水灌溉区、规模化养殖场）、高尔夫球场等区域的地下水调查和监测。 2 规范性引用文件 GB 50021 岩土工程勘察规范 DZ/T 0181 水文测井工作规范 DZ/T 0148 水文地质钻探规程 DZ/T 0133 地下水动态监测规程 DZ/T 0091 岩心钻探规程 HJ/T 164-2004 地下水环境监测技术规范 CJJ 10-86 供水管井设计、施工及验收规范 GB 50296 供水管井技术规范 DD 2008-01 地下水污染地质调查评价规范 HJ610-2011 环境影响评价技术导则地下水环境 3 术语和定义 3.1地下水环境监测井 为准确把握地下水环境质量状况和地下水体中污染物的动态分布变化情况而设立的水质监测井。地下水环境监测井通常包含井口保护装置、井壁管、封隔止水层、滤水管、围填滤料、沉淀管和井底等组成部分。按设立目的可分为简易监测井和标准监测井；按井结构可分为单管单层监测井、单管多层监测井、巢式监测井和丛式监测井等。 3.2简易环境监测井 简易监测井是为了进行临时性调查，初步确定污染范围和污染物种类所设立的临时性环境监测井。 3.3标准环境监测井 标准环境监测井是为了连续、长期对有代表性的地下水点位进行水质监测所设立的长期性环境监测井。 3.4单管单层监测井 指在一个钻孔内安装单根井管监测单一目标含水层的监测井。 3.5单管多层监测井
1、明渠均匀流计算公式: Q=Aν=AC Ri C=n 1Ｒy （一般计算公式）Ｃ=n 1 R 61 （称曼宁公式） 2、渡槽进口尺寸（明渠均匀流） gZ 2bh Q ＝ z ：渡槽进口的水位降（进出口水位差） ε：渡槽进口侧向收缩系数，一般ε＝0。8～０。9 b:渡槽的宽度（米） h ：渡槽的过水深度(米) φ：流速系数φ=０。８~0．９5 3、倒虹吸计算公式： Q ＝mA z g 2（m 3/秒) 4、跌水计算公式： 跌水水力计算公式：Q ＝εmB 2 /30g 2H ， 式中：ε—侧收缩系数，矩形进口ε＝0.85～0.95；， B —进口宽度（米）；m —流量系数 5、流量计算公式: Ｑ=Aν 式中Q —-通过某一断面的流量，m ３/ｓ； ν——通过该断面的流速，ｍ/ｈ A —-过水断面的面积，ｍ2。 6、溢洪道计算 １)进口不设闸门的正流式开敞溢洪道 （1）淹没出流：Ｑ=εσＭBH 2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （２）实用堰出流：Q=εＭBH 2 3
=侧向收缩系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 2）进口装有闸门控制的溢洪道 (1）开敞式溢洪道。 Q ＝εσMＢH 2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （2)孔口自由出流计算公式为 Ｑ=ＭωH =堰顶闸门自由式孔流的流量系数×闸孔过水断面面积×H 其中：ω=be 7、放水涵管（洞)出流计算 １）、无压管流 Q ＝μＡ02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 2)、有压管流 Q ＝μA 02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 8、测流堰的流量计算—-薄壁堰测流的计算 １）三角形薄壁测流堰,其中θ＝90°，即 自由出流：Q ＝1。4H 2 5或Ｑ＝1.34３H 2.47（2—15) 淹没出流:Ｑ＝（1。4H 25)σ（2-16） 淹没系数:σ=2)13.0( 756.0--H h n +0.145(2-１7) 2）梯形薄壁测流堰,其中θ应满足t ａnθ= 4 1 ，以及b ＞３H,即 自由出流：Q ＝０．42b g 2H 2 3＝1.８6bH 2 3（２—１8）
影响地下水的因素：1气温，大气具有一定的温度称为气温。气温越高，蒸发越快。2温度，大气中水汽的含量称为空气湿度。湿度分为绝对湿度与相对湿度。绝对湿度：只能说明某一时刻空气中水汽含量的多少，而不能说明空气中的水分是否达到饱和。相对湿度：绝对湿度与饱和水汽含量之比。相对湿度可以表征空气的干湿程度及降水条件，但不能直接说明蒸发的条件，而饱和差却可以说明这方面的问题。饱和差与蒸发成正比。3降水，A大气降水的强度、延续时间B当地的渗入量的条件4蒸发，水在常温下，由液态转变为气态进入大气的过程。水：水面蒸发、土面蒸发、叶面蒸发地下水：水面蒸发、土面蒸发 径流：指一个流域内的降水除去消耗于蒸发以为的全部水流。径流的表示方法：流量Q=VF、径流总量W=QT、径流深度Y=W/(F*1000)、径流模量M=(Q*1000)/F、径流系数A=Y/X。径流越小，蒸发越大。 岩石空隙的多少、大小、连通程度及分布状况。既是地下水的储存场所，也是地下水的运动通道。空隙：松散沉积物中的孔隙、硬岩石中的裂隙以及岩溶中的溶穴。 岩石中的水：1气态水，可以随着空气的流动而运动。2结合水：强结合水，不能流动，可以转化为气态移动；弱结合水：外层水膜能被植被的根系吸收3重力水：能在重力作用下自由流动重力水是水文地质学研究的主要对象4毛细水：在气、液、固三态才能蒸发5固态水：具有膨胀性。地下水面以上包气带；地下水面以下饱气带。饱气带中有结合水，任何颗粒表面都有结合水。 含水层是指能够透过并给出相当数量水的岩层。隔水层是指那些不能透过与给出水的岩层。构成含水层的条件：具有储存重力水的空间、具备储存地下水的地质构造、具有充足的补给来源。含水层与隔水层具有相当性。 按地下水的埋藏条件：包气带水、潜水、承压水按含水介质的类型：孔隙水、裂隙水、岩溶水 包气带中的水包括土壤水和上层滞水 上层滞水只存在于包气带中，局部隔水层之上的重力水。 潜水时埋藏于地表以下，第一个稳定隔水层以上、具有自由水面的含水层的重力水。特征：1具有自由水面2在重力作用下由高流入低水位3分布区与补给区一致4受气象、水文因素显著5受人为污染6重要供水水源 承压水：充满与两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水。特征：1受静水压强2补给区小于分布区3动态变化不显著4化学成分复杂5厚度不易发生变化6不易污染 承压水的等水压线图，就是承压水位面的等高线图。水位相等的点连接成线地下水的运动1 地下水在岩石空隙中的运动称为渗透。发生渗流的区域称为渗流区域或渗流场。渗透速度v，渗流量q，水头h，等这些描述渗流场特征的物理量，称为渗流的运动要素。 2水流质点有秩序的、互不混杂的流动，称为层流。3水质点无秩序地、互相混杂的流动，称为紊流运动。 4各个运动要素不随时间改变时，称为稳定流。运动要素随时间变化的水流运动，称为非稳定流。 5达西公式主：Q=K?h/I=K?L K=V/L I=▲H/L Q:渗透流量K：渗透系数?：过水断面积h：水头损失I：水力坡度 6渗透系数的大小不仅与岩石的空隙性有关，而且还与渗透液体的物理性质有关。 7渗流场内的水头及流向是空间的连续函数，因此可作出一系列水头值不同的等水头线和一系列流线，由一系列等水头线与流线所组成的网格称为流网。 8研究地下水的物理性质与化学成分具有一定的意义，通过对它研究，可以更好地对地下水水质作出评价。以满足国民经济各部门对地下水的水质要求。 9温度每升高1℃所需在增加的深度称为地热增温级。 10我国规定饮用水的色度不超过20色度。 11地下水的物理性质：温度、顔色、味（口味）、嗅（气味）、透明度、比重、导电性、放射性。\ 12地下水的化学性质：酸碱性、硬度（总硬度，暂时硬度，永久硬度及碳酸盐硬度）、总矿化度 13地下水化学成分的形成作用：溶滤作用、浓缩作用、脱碳酸作用、脱硫酸作用、阳离子吸附交替作用、混合作用、人类活动在地下水化学成分形成中的作用。 14产生浓缩作用具备的条件：干旱或半干旱的气候、较浅的地下水位埋深、毛细作用的颗粒细小的松散土层、地下水流动系统的排泄处。 15地下水化学成分的基本成因类型：溶滤水、沉积
第9章地下水向完整井的非稳定运动 1 M 9.1 承压含水层中的完整井流 （一）泰斯模型水文地质条件（八个假设） ①承压含水层均质、各向同性，等厚且水平分布，水和含水层均假定为弹性体；②无垂向补给、排泄，即W ＝0；③渗流满足达西定律； ④完整井，假定流量沿井壁均匀进水； ⑤水头下降引起地下水从储量中的释放是瞬时完成的；⑥抽水前水头面是水平的； ⑦井径无限小且定流量抽水；⑧含水层侧向无限延伸。 在上述假设条件下，抽水后将形成以井轴为对称轴的下降漏斗，将坐标原点放在含水层底板抽水井的井轴处，井轴为Z 轴，如图4-1所示。 图4-1 承压水完整井流 分析定流量抽水条件下形成轴对称井流流场，其定解问题可写为： ()()()()()() ?? ???? ?? ?>=??>=∞∞<≤=>∞<≤??=??????????+??→0 )(2lim 0 ,0 0,0,0 10 0022t Q r H rT t H t H r H r H t r t H r H r r H r 常量πα（二）数学模型 (4-1)(4-2)(4-3)(4-4) 此时，单井定流量的承压完整井流，可归纳为如下的数 学模型： 式中，s=H 0-H 。下边研究如何求降深函数s (r, t)。为 此，利用Hankel 变换，将方程式(4-1)两端同乘以rJ 0(βr)，并在(0,∞)内对r 积分。 2 * 2 1s s u s r r r T t ???+=???t>0，0
地下水监测井建设要求 1、建井材料 （1）监测井井管使用PVC 管材（纯PVC无其他添加成分，厚度为4～6mm）。 （2）监测井管应采用螺纹接口，不得使用任何粘接剂。滤水管段应使用120目钢丝网包缠，采用封口条固定。 （3）井口保护套管应为不锈钢材质。 （4）监测井过滤材料采用分级（均匀系数在1.5～2.0 之间）石英砂作为过滤层滤料。过滤材料使用前应进行冲洗，在钻井场地存储时应确保不与污染物接触并防止外部杂质混入。 （5）在过滤层上下部环状间隙应使用止水材料进行封隔。使用的材料为膨润土和水泥。 2、钻探施工 （1）钻探机具在使用前采用物理方法除污、除锈。采用的清洁剂应无毒无害。 （2）钻探工艺方法满足取芯要求，4m以上土层必须采用干钻（不加水）方式。岩石段钻进时，钻进用水不得使用污染水，劣质水。 （3）应进行钻孔岩芯编录。 3、下管 （1）从地表向下井管按以下顺序排列：井壁管、滤水管、沉淀管。 （2）钻孔达到设计要求后，下入监测井管前应进行冲孔、换浆。冲孔时应将冲孔钻杆下放到孔底，用大泵量冲孔排渣，待孔内岩渣排净后，将冲洗液粘度降低至18～20s,密度降低至1.1～1.15g/cm3。 （3）监测井的深度应超过已知最大地下水埋深以下2m。对于含水层下部砂岩层应采用石英砂进行封填。 （4）潜水监测井不得穿透潜水含水层下的隔水层的底板。 （5）监测井顶角斜度每百米井深不得超过1°。 （6）新凿监测井的终孔直径不宜小于110m，监测井井管内径不宜小于80mm，含水层段应安装滤水管（花管），反滤层厚度不小于0.05m，成井后应进行抽水洗井。 （7）下管时应扶正井管，保证井管位于孔中心。 （8）滤水管（花管）长度应等于检测目的层中含水层总厚度。 （9）监测井管应采用螺纹接口，不得使用任何粘接剂。滤水管段为缠丝包埋过滤器。
CS901地下水动态参数测量仪 （地下水流速流向仪） 产品介绍： 随着国家发展，越来越多的工程需要建设和维修。但人们面对地下水渗流引起的潜在事故却一直没什么好办法。如江河堤坝的管涌渗漏，矿山的涌水，公路铁路地基坍塌，地下铁路、隧道、涵洞、人防工程、地下建筑等的渗漏，目前通常只能消极面对，被动地应付，而这些问题的发生，都和地下水流动渗漏有关。 由于地下的土壤及基岩存在缝隙和空洞，在水的压力作用下，水会从高压区域流向低压区域，在流动的过程中，首先是那些细小的土壤颗粒随水流走，如果水压进一步变大并足以带动较粗颗粒时，渗流将进一步变成大，带走更多更粗的砂砾，结果事故就可能形成，当然实际过程要复杂的多。 地下水流的流速、流向、渗透系数、水力坡度等都是重要的地质参数，通过它们，我们就能对地质状况有一个总体的了解，对事态的发展趋势有一个总体的估计，但是地下几十米数百米，我们怎么能知道水的运动状况并测量出这些参数呢？传统的方法是打井，通过对取出的岩芯和抽水灌水，对地下水情况有一个粗略的估计，要想了解的稍微细致一点，就要打多口探测井，费钱费时，结果还不很准确，随着事故的影响和损失越来越大，对潜在事故的预测和治理越来越迫
切，对地下水测量提出了更高更新的要求。 我们致力于这项研究多年，研制出这款智能地下水参数测量仪，它能在单孔内就测出水的流速，流向等参数，结合其它测量手段和计算公式，能较准确地测出大部分重要的地下水参数。 智能地下水参数测量仪的测量是一个复杂的过程，为了让其它专业的人员能对这些技术有个粗略的了解和认识，我们在这里做一下通俗的介绍。 该仪器的核心技术之一是地下水流速和流向的定量测量，经许多次的挑选和试验，我们选定了放射性同位素示踪作为我们的测量方法，示踪测量犹如动物学家观测候鸟，先给标记鸟带上小型无线发报机，然后放回鸟群，装有发报机的鸟随鸟群迁飞，我们就能够知道鸟群的飞行路线，飞行速度，在何处停留等系列问题，这里先让我们解释一下什么是同位素？我们知道物质是由原子组成的，不同的原子是由于它的外层电子数和质子数不同。那些质子数相同（在元素周期表中处在同一位置）但中子数不同的元素我们称它们为同位素，会发射出射线的同位素被称作放射性同位素。 选择同位素作为示踪剂，是因为采用同位素测量的灵敏度特别高，它甚至可以探测到单个同位素原子的存在，因此所使用的同位素的浓度可以很低，能很好示踪水的流动，在地下数百米的水下，存在很大的水压，并且可能存在泥浆，工作条件苛刻，探头必须完全密封，
第四章 地下水向完整井的稳定运动 一、填空题 1．根据揭露含水层的程度和进水条件，抽水井可分为 和 两类。 2．承压水井和潜水井是根据 来划分的。 3．从井中抽水时，水位降深在 处最大，而在 处最小。 4．对于潜水井，抽出的水量主要等于 。而对于承压水井，抽出的水量则等 于 。 5．对承压完整井来说，水位降深s是 的函数。而对承压不完整井，井流附近的水位降深s是 的函数。 6．对潜水井来说，测压管进水口处的水头 测压管所在地的潜水位。 7．填砾的承压完整抽水井，其井管外面的测压水头要 井管里面的测压水头。 8.有效井的半径是指 。 9．地下水向承压水井稳定运动的特点是：流线为指向 ；等水头面 为 ；各断面流量 。 10．实践证明，随着抽水井水位降深的增加，水跃值 ；而随着抽水井井径的增大，水跃值 。 11．由于裘布依公式没有考虑渗出面的存在，所以，仅当 时，用裘布依公式计算的浸润曲线才是准确的。 12．影响半径R是指 ，而引用影响半径R0是指 。 13．对有侧向补给的含水层，引用影响半径是 ；而对无限含水层，引用影响半径则 是 。 14．在承压含水层中进行稳定流抽水时，通过距井轴不同距离的过水断面上流量 ，且都属 于 。 二、判断选择题 1．在下有过滤器的承压含水层中抽水时，井壁内外水位不同的主要原因是由于存在井损的缘故。（ ） 2．凡是存在井损的抽水井也就必定存在水跃。（ ） 3．在无限含水层中，当含水层的导水系数相同时，开采同样多的水在承压含水层中形成的降落漏斗体积要比潜水含水层大。（ ） 4．抽水井附近渗透性的增大会导致井中及其附近的水位降深也随之增大。（ ） 5．在过滤器周围填砾的抽水井，其水位降深要小于相同条件下未填砾抽水井的水位降深。（ ） 6．只要给定边界水头和井内水头，就可以确定抽水井附近的水头分布，而不管渗透系数和抽水量的大小如何。（ ） 7．在无限含水层中，随着抽水时间的持续，降落漏斗不断向外扩展，引用影响半径是随时间而改变的变数。（ ） 8．无论是潜水井还是承压水井都可以产生水跃。（ ） 9．在无补给的无限含水层中抽水时，水位永远达不到稳定。（ ）