第章水文地质

第12章地下水的预测与防治地下水运动的基本规律涌水量预测方法简介涌水量测量方法（自学）矿坑突水的条件及预防

属地下水动力学的研究范畴：研究地下水在孔隙岩石、裂隙岩石和岩溶岩石中运动规律的科学。它是模拟地下水流基本状态和地下水中溶质运移过程，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。

§12.1地下水运动的基本规律

§12.1地下水运动的基本规律

一、地下水的运动状态一般把由固体骨架和空隙两部分组成的介质，叫多孔介质。如砂层、裂隙岩体等。地下水在多孔介质中的运动，称为渗流。发生渗流的区域称为渗流场。由于受到介质的阻滞，地下水的流动远较地表水为缓慢。由于地下水的类型、介质类型的不同，地下水的运动状态多种多样。渗流的分类：

§12.1地下水运动的基本规律

ABC1.层流与紊流层流(laminarflow)：亦称片流，指在流速较小时，液体质点作有条不紊的运动,彼此不相混掺的形态。水质点运动连续不断，流束平行而不混杂。传递动量、热量和质量的方式不同：层流通过分子间相互作用；紊流主要通过质点间的混掺。紊流的传递速率远大于层流。紊流(turbulentflow)：亦称湍流，是指随流速增大，液体质点作不规则运动、互相混掺、轨迹曲折混乱的形态。水质点运动不连续，流束混杂而不平行。实验和观察表明，当地下水在孔隙和细小的裂隙岩层中运动时，如水流速度缓慢，多为层流状态；当地下水在大裂隙和岩溶溶洞中运动时，由于流速较快，则多表现出紊流状态。由于地下水主要是在岩石的孔隙和裂隙中运动，运动时受阻较大，流速一般较慢，所以，一般情况下可以地下水的运动理解为层流运动。法国水力工程师亨利·达西(HenryDarcy)在装有均质砂土滤料的圆柱形筒中做了大量的渗流实验，于l856年发现：

渗透流速与水力坡度成正比，即线性渗流定律，这是渗流基本定律，后人称之为达西定律。二、达尔西定律—层流运动定律Darcy实验装置HenriDarcy’sLaw:

Q=KI或v=Q/=KIQ—渗透流量；—过水断面总面积；I—水力坡度；v—渗透流速（m/s）；K—渗透系数（m/s，为I=1时的v）用途：矿坑、地基工程中涌水量的计算。强调：层流，线性说明：在单位水压梯度（I=1）下，单位时间内通过单位截面积的流量，即为岩土的渗透系数。该值可针对具体的岩石（土），通过在室内使用达西仪或其他渗透仪经试验求得。

二、达尔西定律—层流运动定律达西公式讨论：达西定律反映了能量转化与守恒。V与I的一次方成正比；当K一定，V增大时，水头差增大，表明单位渗透途径上被转化成热能的机械能损失越多，即V与机械能的损失成正比关系；当V一定时，K越小，水头差越大，即K与机械能的损失成反比关系。三、川紊流负运动载的非线余性渗渔透定贴律Q=甜KI1/耕2或v=Q痒/宵=K煌I1/针2Q—渗透怒流量考；—过水草断面逆总面瓦积；I—水力稻坡度沙；v—渗透拒流速盆（m/垒s）；K—渗透蓄系数巩（m/警s）；强调积：紊流忆、非起线性常见辟情况悔：介于潜层流夹与紊睬流之融间的混合程流动Q=棋KI1/令m（m=疯1~该2）四、突地下塞水向坟井运蛋动的厕基本样规律1.相关厘概念(1婶)井：处于丽含水伞层中技有铅膝直轴砖线的司圆管构，其纠四周论透水轨。(2鲁)潜水州井：当井射揭露铜潜水判含水疲层，旱由含煤水层辅中吸债取无免压地碰下水却的井越称为阻潜水糠井或凤普通高井。(3扶)承压匠水井多：当井舞揭露讯承压制水含笋水层丧时，愧称为撞承压新水井洲。(4瓦)完整考井：揭露涛整个山含水杠层，善井一瓣直打剃到含格水层泰底板狮隔水区层时司的潜拳水井览或承鸣压水加井，小称为蒙完整续井。(5表)非完饰整井而：没有纠打到序含水践层底甩板隔愚水层勤的潜更水井贿或承妖压水而井。兴完整弦井非完常整井rzhsHH(6罚)水位纪降深其：初始低水头愁减去插抽水t时间把后的毒水头约，也业简称男降深随。用S表示产。(7脖)降落震漏斗渐：抽水毅时，水位估降深S在不竿同的土位置她上是衫不同总的，丝式井中画心降妖深最岩大，徒离井皇越远弹，降坚深越倡小，区抽水态井周遵围总拘体上塑形成白的漏煌斗状枣水头左下降狡区；阻亦即得由抽航水（认排水屯）而督形成越的漏鼻斗状稠的水忧头（搭水位丈）下越降区森。(8陆)影响谅半径锈：是从优抽水沫井到疏实际辉观测股不到逮水位堪降深愈处的犯径向滚距离秋。2.稳定杰流假碑设(4阵)在有向侧向煎补给评的有督限含搬水层槽中，陵当降薪落漏吧斗扩尊展到犯补给关边界廊后，优侧向续补给深量和序抽水个量平更衡时喇，地性下水剃向井佳运动晃便可愧达到灶稳定劣状态天。(5弦)在有拐垂向闸补给路的无案限含可水层臭中，景随着轰降落单漏斗爹的扩哥大，哨垂向幼补给芽量不俭断增斑大。街当它杀增大截到与嗓抽水亿量相幼等时五，将含形成含稳定药的降畅落漏彼斗，妇地下莲水向优井的加运动银也进催入稳痰定状揉态。(6字)在没涌有补菜给的闹无限准含水险层中撤，随疼着抽畏水时恼间的到延长银，水配位降翼深的宽速率渡会越观来越凡小，特降落哥漏斗单的扩纲展越嫌来越每慢，洗在短泪时间川内观丹测不归到明膛显的界水位欲下降鬼，这援种情览况称盐为似疼稳定抱状态锤，也者称似涂稳定和。(1相)含水器层均慕质、喊各向愚同性筝，产伟状水佩平，洗厚度阴不变挥，分岔布面驴积很般大，联可视厘为无挂限延敲伸；(2陶)抽水裕前的露地下劈燕水面驰是水界平的础，并腊视为胡稳定唱的；(3话)含水谈层中衣的水利流服烈从Da典rc泄y定律捉，并晨在水淡头下奖降的吩瞬间沾水就纽奉释放逐出来畏。如套有弱迷透水蛛层，尸则忽们略其厦弹性磁释水译量。hsHR3.向井孟运动滚的基萌本规称律（1）潜锁水完威整井轻稳定健流裘梅布依公式(J.概Du星pu奏it)rRQ—井的范涌水普量(或称门排水蚊量)，m3/dK酒—潜水孝含水鸭层的献渗透启系数陈，m/邻dH麦—潜水霞含水拴层厚绢度，m；S眉—井中候稳定劳的水摆位降戏深，m；R夫—稳定匪时漏举斗半甘径(影响南半径),鞋mr状—井的衫半径啄，m。说明罗：均灰质含到水层灰，且扯水平响分布机无限断广阔背；无蒸国发、刷无渗让漏；运动鉴状态它为层还流状祝态。R可用剪经验虑公式鸣确定四：R=图30嫩00挨SK1/学2Q=筛1.骨36养6K葵(2姻H-朋S)同S/引(l循gR冤-l渴gr备)rRhMRsH3.向井僚运动岸的基拳本规缠律（2）承胳压水栽完整火井稳病定流瓜裘布尼依公滨式M—承压严含水唯层的宿厚度纹，m;其它舍符号搜同前帅；ra）从r0—r1潜水英完整筒井Q=党摆K(控M2-h2)/袍(l骨nr1-l阴nr0)b)谦r1—R承压输水完见整井Q=2舅KM城(H免-M共)/悠(lnR-l粥nr1)c)组合益后得施出Rr1r0潜水-承压山水完疏整井3.向井婶运动瘦的基狮本规沾律（3）潜娃水-承压庭水完季整井款稳定赶流裘叨布依旅公式4.Du我pu茶it公式既的应迹用（污用途畅）(1料)确定伍水文恋地质龄参数根据Du挤pu柜it公式竖，在陵已知副含水剑层厚填度和如参数互的情凡况下威，只放要给芒出设权计的冲合理护降深防，既阵可预爆报井帝的开马采量翅；也环可按罗需要非的流谈量，设预报签开采艇后的烛可能贫降深丝式值。(2遗)预报蜡流量舍或降秘深确定币岩土鸽的渗条透系贷数K、导臂水系米数T、影铺响半脚径R等。但应颂注意摧，利弊用以蛮上公场式预幼报时互，含懂水层秤必须昂有补哪给源软，且伶能和电抽水烘量平艇衡，汇达到复稳定唉流条味件；讨否则君，不冲可能不出现孕稳定畜流，圆利用朗稳定冠流公潜式进晒行预胳报，湾所得紧到的柏结果拖是错失误的循。用途污一：户确定抖水文哲地质朽参数（潜以水）（承捐压水遇）利用侧以上阵求参坝公式轧，将染抽水牲试验碰趋近俱稳定削时的Q及抽帖水井茄或观读测孔遮的水嚷位降唉深S代入疯各式起，可帆以直春接求络出K或T。（潜水）（承压水）用途反二、独预报葡涌水创量rRhsHR例1有一笨潜水注完整狂井，挎其半名径为0.暂1m，含水致层厚辟度为8m，土壤泥的渗鸟透系贝数为0.怖00惹1m有/s，抽水嚷时井茫中水舰深为3m，试此计算挣井的毅出流氏量。解：H=谢8昆h=瓣3信r=坦0.返1友k庙=0每.0石01S=斤H暴-h绸=8浴-3世=5R=筛30训00兔SK1/遇2=3发00肚0*晶5*粪0.中00君11/匠2=4谢74尝.3Q=役1咱.3梯66络K(拦2H鼠-S夫)S给/(坏lg磁R-屋lg迷r)=0纯.0马2m3/s例2：某工置程基急坑开钟挖的蜜平面剥尺寸样为长44励m，宽22踪蝶m，坑底鸦标高辣为-6翅.0沟m，自然敬地面素标高散为±0绢.0今0，地和势平采坦，盟地下皇水位愚为-2窄m。根据崇地质炒钻探若资料屯查明咱，地粮面下-2历.5劫m为不鼠透水错黏土轻层，-2削.5~-9盾.0贱m为细运砂层会。-9使.0浴m以下菌为砂祸岩不膛透水骆层，漂所以棉含水边层厚篇度为6.门5m，细砂啊层渗诸透系酿数K=猜6m奖/d，试求连涌水腐量枕。解：据题意，细砂含水层为承压水层，厚度M=6.5m降深s=6-2=4m抽水影响半径：基坑假想半径：用途老二、棕预报新涌水射量根据承压完整井涌水量计算公式：§12核.2涌水恋量预泪测方否法简枝介背景德：涌医水量执预测渡是矿职坑作疾业、胁地基饥工程厚施工杰过程拴一项凤十分晋重要肠的工蒸作，果也是化矿山貌生产绪中的畏经常邀性工逐作。目标眯：预克测涌例水量慢≈实多际涌册水量问题换：预拳测量>实际委涌水君量预测胖量<实际徒涌水药量预测尖方法井：一、迷大井酷法（敲坑道疯系统惠的水弃动力苗学法赵）二、宾水均根衡法三、猾水文无地质压比拟摆法一、颂大井朽法（和坑道清系统共的水营动力草学法逮）大井钞法茅涌水肤量预堪测中刺，把躬坑道添系统仪所占识面积顾简化故为一涌个圆逼形的雪大井其，然捧后应务用地纳下水型向井厨运动昨的公炊式预层测坑险道系公统的备涌水慈量。忧注意椅：1)坑道蜘系统熄的长幻玉度与焰宽度宅的比炮值应山小于10。2)坑道低系统逢的引卧用影诸响半集径R0R0=R克+r0大井废法实旺例1.某缓卫倾斜园层状成矿床参，坑穿道系肃统周火长63贴0m，不规跑则多氏边形眉长宽粘比=2浓.5，影刘响半谨径R=兽90顺0m，渗透轮系数K=嘱0.膊2m苍/d，潜水份含水围层厚肃度10污0m，坑道志系统迫布置秤在含百水层持底板哑，试枪预测除其涌侦水量晚。解：仆据题东意R=马90晨0mK=题0.喇2m吗/dS=州H=疏10登0mr0=您P/借2=退63阿0/2伶=1额00症mR0=R遭+r0=1捉00貌0m应用夫潜水赚完整唇井公息式：Q=早1.河36萌6K言(2怒H-普S)剥S/氏lg丽(R0/r0)=2攻73香2m3/d2.教材P2针21二、大水均湖衡法水均樱衡法秧：详孩细分类析矿闯区地曾下水裕来源疫，分索别计橡算不幕同补盛给来咸源的灵矿坑禾涌水精量，杠总涌竞水量污等于迟各部窝分涌痰水量兆的总物和。票计算荐较复渠杂，缘瑞用于现计算躬露天魂采矿疯场和颤不深锅的地邮下坑岁道时秋。1）露吨天采宅矿场匙面积驳上静辰储量币的消互耗量2）采挠矿场忙周围椅降落浓漏斗侍范围申内的油静储槐量的豆消耗夺量h—扁—含水谁层平围均厚码度；R—泽—疏干辽时的吹影响元半径μ—烂—给水打度或拼裂隙绑度L—后—疏干丢地段铁的周些长总静箱储量二、是水均屠衡法程（续花）动储校量：3）直种接降乏落在摘露天塔采场犯内的怜大气途降水q34）采矿杆场外愁围降魄水渗执入的任水量q4A—相—年平歉均降温雨量滑；F1——露天周采矿例场面堆积；t—爸—一年赴时间股；F—蛇—露天较采场殿外矿您区集反水面谣积（怒降落焦漏斗佛范围酿）φ—乱—地下负迳流储系数含。F1F三、挡水文嚷地质激比拟缘瑞法基本帮思想昏：类比何法。梢即在败同一摧地区惨，地铅质、怠水文闹地质赞条件蒜相同粪或相石似的精矿坑臭其涌钳水量穗应是架接近雷的。用途牵：根据乱已有荒开采幼地段其的实杨际涌感水量风预测蛇新开桃采地同段可浸能的右涌水真量，哪从而两为疏知排水丙工程宴的配梳置提饶供依欧据。三、惕水文大地质战比拟胜法方法鱼一：登根据嘉单位粥涌水撞量换角算矿姿坑涌烂水量实践桐或试亚验研矿究证浙明，圈矿坑部涌水小量与导矿坑俯面积丑或体金积的坑扩大嫂成正喉比增馆加。播因此衡，收植集现澡有生允产矿站坑排幅水资交料、咬矿坑惊面积塔或体塑积、捐水位菊降低步值，晴即可汽换算商出新型的矿图坑的同涌水齐量。遣假定大：Q0—已有千矿坑停总涌商水量割，m3/d茫;F0—已有伐矿坑县的开施采面阿积，m2;S0—已有烛矿坑爆的水谢位减辫低值同，m则已有距矿坑辞单位掘面积斤、单果位降洪深的醋涌水产量q0为：这样帐，新臣开采桑（设滤计）旷矿坑绍的总译涌水尘量即砍可表西示为核：Fne修w—新开石采矿仓坑的齿开采戚面积锡，m2;Sne徐w—新开柄采矿健坑的腥设计涂平均述水位及减低顽值，m。三、机水文庙地质体比拟胞法方法碌二：未富水敬系数宜法在一蓄定时旅期内归，从膊矿坑昂中排吗出的绳水量尽，与葛同一盖时期加开采呆出的宪矿石劲重量蓄之比顷，称乞为富蜡水系丝式数（KB），即Q0—矿坑喂排水龟量，m3/a烈;P0—矿坑冈的矿疗石开需采量诱，t/反a;在与怀上述馒矿坑毯地质扯、水棋文地激质条僚件和幸开采创条件披相同宪或相废似的边新开枝采地滨段，泛矿坑通的总月涌水右量为听：Pne榨w—新开妈采矿烂坑的北设计警矿石继开采疑量，t/尽a.§12颗.3涌水单量测妄量方吹法（设自学榴）一、泽水沟报流速暗浮标吹法Q=粮0.雨8FV胳m3/s未ec夹;疑V湿=L得/t忽m/屯se赴cQ-流量恨、F-过水箭断面指、V-水沟经流速禽、L-浮标妹流经骨距离瞧、t-浮标纤流经L距离醒的时椅间二、厉堰测薯法三角哨堰梯形砌堰h-水流尸流过阳堰口海高度;框B-梯形芝堰堰决口底晚部宽准度三、坐储水任池容州积法四、割水仓近水泵嚼观测胸法§12迟.４矿叙坑突抄水的所条件境及预柄防一、悠井下爷突水愤条件①有忧岩溶良存在携，溶开硐、肆矿体兔在同哪一部览位与警构造株勾通秋；②有暑导水牧构造妨断裂猾与矿备体联浪通；③有桑积水柄老窑复存在展并与个构造坛勾通羡；④有从勘探搁钻孔连在含色水层丈中集梢水并怀与构姻造勾改通；⑤有糟裂隙粮强烈绸发育守地区私；⑥有肢弱含番水层寇（隔怀水层酿）与可含水斥层接骄触面眉形成贪积水晨，并戏与构卷造联圣通。§12虽.４矿借坑突回水的羽条件查及预境防二、萍矿坑挥透水利、突之水征炊兆①顶粘板突敲然渗析出水线珠；②工悔作面冶温度半下降会，空奏气变脑冷，馆或者王工作息面水项蒸气顽大面族积释正放且辆时常纵产生造雾气目；③工部作面驾顶板碰淋水显增大侦或底纠板突选然涌掏水；④工栽作面萄岩层铜出现瞒有暗己红色答透水谎或带铁臭味在的水快；⑤岩洁缝明炊显有捧“吱奋吱”繁的水赔叫声孟，如葬出现猎这种投情况会，工庙作地肺点的料人员以必须笨立即浸全部蒜撤出扑；⑥掘累进工抚作炮钩眼孔糟出现恰高压哲射流帅水，真射流匹长度亚在1.掌5米以雅上时菊。§12蚕.４矿厉坑突智水的淋条件局及预兽防掘进番施工轧中，养当接勿近有播水害肺威胁艳地区鞠时，却必须慌按“有疑面必探拿，先宋探后闸掘”的盏原则坏进行靠。遇议到下壮面任别何一铃种情词况都烈必须停止饭掘进，先房诚探水卡：①掘挑进工买作面悬接近辅溶硐握、含所水断纲层、成含水谅层（位流沙偶层、讲冲积央层各荡种承培压水闻的含寇水层恩）或认接近测大量鸡积水堪区时亡；②掘绢进面讲接近盆被淹蛇井巷嫂或有仙积水蚁的水拴窑、筒老采伍空区准时；③上得层有然积水丹，在座下层锡进行侦采掘么工作扎，两叼层间篮的垂啦直距疑离小浪于掘划进巷狮道高歉度10倍时践；④在虑探水垃地区呀内掘蔬进，旁掘进膨长度腹达到牢设计依掘进萍长度棋时；三、跟预防汪原则⑤采卫掘工在作面贩