1、027026在以上几种现有计算方法无法提供准确结果的情况下，可将需要计算的区域概化成一个矩形，结合水位降深形成一个矩形凹槽（见图1），在设定的矩形中进行井群抽水，直至水位降深达到限定要求，然后计算限定条件下的排水量Q，即该区域可提供的最大水资源量。2.1 均质含水层潜水完整井（见图2）根据Dupuit公式，参照建筑基坑降水工程技1术规程 的推导结果可知：3式中：Q 基坑降水的总涌水量（m/d）；k 渗透系数（m/d）；H 潜水含水层厚度（m）；0S 基坑水位降深（m）；0R 降水影响半径（m）；r 沿基坑周边均匀布置的降水井群所围面0积等效圆的半径（m）；可按 计算，此处A为降水井群连线所2围
2、面积（m）。2.2 均质含水层潜水非完整井（见图3）式中：h 基坑动水位至的含水层底面深度（m）；0l 滤管有效工作部分的长度（m）。2.3 承压水完整井（见图4）摘要：文章运用概化基坑排水法计算区域地下水的可开采量，该方法计算简便，可操作性强，结果可靠，适用于较为复杂地质条件下的开采量计算，并能在一定程度上模拟开采过程中地下水降落动态状况，为限制开采条件下提供准确的地下水降落漏斗形态的数值结果。此方法应用广泛，适用于地下水水源地、灌溉区地下水、特定条件下地热能和限制条件下区域地下水的安全开采量计算。关键词：地下水开采量；计算方法；概化基坑排水法中图分类号：P641 文献标识码：A文章编号：2
3、096-7519（2023）02-26-4李常保（山西省地质勘查局二一七地质队有限公司，山西 大同 037008）区域地下水可开采量的计算方法以大同市口泉水厂为例地下水资源是维持生产生活的地下资源之一，地下水的开发关乎国计民生。地下水的过度开采和不规范开发会破坏地下水源可持续开发，甚至引发地质灾害，所以对地下水的储存量计算尤为重要。通过计算地下水的储存量不仅能够确定地下水的可开采强度，而且能为井孔的分布提供理论依据。目前，对于地下水资源的储量计算方法主要有水均衡法、开采系数法、数值模拟法等，地质构造的复杂性、含水层的不均匀性以及各种地下水补排泄条件的不确定和模糊性导致采用以上方法计算结果准确度
4、不高，大部分是经验值，所以要进一步提高区域地下水储量计算的准确性。1 现有计算方法的不足 1.1 水均衡法水均衡法公式：Q=Q+Q+Q+Q+Q总上侧入库入回3式中：Q 总资源量（万m/a）；总Q 冲洪积平原山前断面潜流入渗补给量上3（万m/a）；3Q 侧向补给量（万m/a）；侧3Q 大气降水入渗补给量（万m/a）；入3Q 水库入渗补给量（万m/a）；库入3Q 农田灌溉回渗补给量（万m/a）。回该方法在相关数据不清的情况下可以估算出该地区的地下水储量，但不能计算该区域的地下水可开采量。即使得到相关数据，该计算方法只适用于较大范围区域，不适合小范围，计算结果也不准确。1.2 开采系数法和数值模拟法
5、开采系数法是一个经验值，只能用作参考，而数值模拟对地层的均匀性要求较高，得出的结果可能和实际值相差较大。根据目前水文地质勘察资料和抽水试验得出的数据进行地下水可开采量计算是最实际和准确的，通常的计算思路是采取井群干扰公式进行计算求解每个井点的出水量，进一步求和获得最大的开采量，对生产过程中的井位布置和井的数量设定变化，计算公式随之改变，且愈加复杂，最后求得的数值也有较大误差。2 概化基坑排水法 作者简介：李常保（1989），男，工程师，本科，毕业于河北地质大学，主要从事水文地质工作。图3 均质含水层潜水非完整井图2 均质含水层潜水完整井图1 区域降水概化为排水基坑剖面示意图r0华北自然资源地质
6、勘探2023.2李常保：区域地下水可开采量的计算方法总第113期022023年027026在以上几种现有计算方法无法提供准确结果的情况下，可将需要计算的区域概化成一个矩形，结合水位降深形成一个矩形凹槽（见图1），在设定的矩形中进行井群抽水，直至水位降深达到限定要求，然后计算限定条件下的排水量Q，即该区域可提供的最大水资源量。2.1 均质含水层潜水完整井（见图2）根据Dupuit公式，参照建筑基坑降水工程技1术规程 的推导结果可知：3式中：Q 基坑降水的总涌水量（m/d）；k 渗透系数（m/d）；H 潜水含水层厚度（m）；0S 基坑水位降深（m）；0R 降水影响半径（m）；r 沿基坑周边均匀布置
7、的降水井群所围面0积等效圆的半径（m）；可按 计算，此处A为降水井群连线所2围面积（m）。2.2 均质含水层潜水非完整井（见图3）式中：h 基坑动水位至的含水层底面深度（m）；0l 滤管有效工作部分的长度（m）。2.3 承压水完整井（见图4）摘要：文章运用概化基坑排水法计算区域地下水的可开采量，该方法计算简便，可操作性强，结果可靠，适用于较为复杂地质条件下的开采量计算，并能在一定程度上模拟开采过程中地下水降落动态状况，为限制开采条件下提供准确的地下水降落漏斗形态的数值结果。此方法应用广泛，适用于地下水水源地、灌溉区地下水、特定条件下地热能和限制条件下区域地下水的安全开采量计算。关键词：地下水开
8、采量；计算方法；概化基坑排水法中图分类号：P641 文献标识码：A文章编号：2096-7519（2023）02-26-4李常保（山西省地质勘查局二一七地质队有限公司，山西 大同 037008）区域地下水可开采量的计算方法以大同市口泉水厂为例地下水资源是维持生产生活的地下资源之一，地下水的开发关乎国计民生。地下水的过度开采和不规范开发会破坏地下水源可持续开发，甚至引发地质灾害，所以对地下水的储存量计算尤为重要。通过计算地下水的储存量不仅能够确定地下水的可开采强度，而且能为井孔的分布提供理论依据。目前，对于地下水资源的储量计算方法主要有水均衡法、开采系数法、数值模拟法等，地质构造的复杂性、含水层的
9、不均匀性以及各种地下水补排泄条件的不确定和模糊性导致采用以上方法计算结果准确度不高，大部分是经验值，所以要进一步提高区域地下水储量计算的准确性。1 现有计算方法的不足 1.1 水均衡法水均衡法公式：Q=Q+Q+Q+Q+Q总上侧入库入回3式中：Q 总资源量（万m/a）；总Q 冲洪积平原山前断面潜流入渗补给量上3（万m/a）；3Q 侧向补给量（万m/a）；侧3Q 大气降水入渗补给量（万m/a）；入3Q 水库入渗补给量（万m/a）；库入3Q 农田灌溉回渗补给量（万m/a）。回该方法在相关数据不清的情况下可以估算出该地区的地下水储量，但不能计算该区域的地下水可开采量。即使得到相关数据，该计算方法只适用
10、于较大范围区域，不适合小范围，计算结果也不准确。1.2 开采系数法和数值模拟法开采系数法是一个经验值，只能用作参考，而数值模拟对地层的均匀性要求较高，得出的结果可能和实际值相差较大。根据目前水文地质勘察资料和抽水试验得出的数据进行地下水可开采量计算是最实际和准确的，通常的计算思路是采取井群干扰公式进行计算求解每个井点的出水量，进一步求和获得最大的开采量，对生产过程中的井位布置和井的数量设定变化，计算公式随之改变，且愈加复杂，最后求得的数值也有较大误差。2 概化基坑排水法 作者简介：李常保（1989），男，工程师，本科，毕业于河北地质大学，主要从事水文地质工作。图3 均质含水层潜水非完整井图2
11、均质含水层潜水完整井图1 区域降水概化为排水基坑剖面示意图r0华北自然资源地质勘探2023.2李常保：区域地下水可开采量的计算方法总第113期022023年区域最大降深s=0.8 H=30.24 m，r=400 m；00最大限度的开采情况下，在距离开采边界400 m处含水层厚度h=35.8 m；H-h=2 m1 m，所以开采降深不能取0.8H；00通过反向带入，设h=H-1=37.8-1=36.8，反解0得s=34.14 m；0故该区域在限定条件下水位降深s最大为34.14 m。0则单日最大的开采量Q通过以下公式计算可得：3求解得Q=10691.5 m/d。求得的结果为单日开采区可开采最大水资
12、源量，随着开采时间的延长，若该区域的水文地质单元的补给量小于排泄量，该开采区域的降落漏斗则会逐年扩大，水位逐年下降，单日的最大水资源开采量也会随之减少。由计算公式模型可知，开采区域面积越大，开采量也会随之增大，但根据实际情况，这个开采面积不可以无限放大，最少不能超过该区域所处的水文地质单元且开采量要小于水文地质单元的单位时间补给量，在实际情况下开采区面积不会过大，所以这种情况可以不予考虑。基于Dupuit公式，本计算模型将开采区域概化成降水基坑，当开采区域较大时，地下水的流量公式比较符合该公式。以上为潜水含水层完整井的计算思路，其他含水层和井点类型可参照以上公式按照相同思路进行求解。其中，承压
13、水头分布方程（降落曲线方程）为：4 实际应用区域开采量的计算在生产生活中应用广泛，可用于水源地的开采量分析，也可对灌溉区地下水安全开采量进行计算，在不影响周边建筑物和地下水位降深限制的条件下求得最大开采量。也可用于地热能的开采量计算。因为该计算模型是在概化地层为均匀介质的条件下进行，所以在实际计算过程中需要考虑到水文地质单元的地质构造、开采区的开采层位以及开采区的影响半径内是否有地表水以及构造带经过，综合考虑各种因素，并修正计算结果，才可得到最准确的预测值。在提供初步的可开采量计算方法后，需要进一步布置抽水井的位置，因在模型的基础设计时默认抽水井点布置在概化的区域边界四周，在实际情况下，区域内
14、也会有相应的井点布置，造成概化的抽水井中心点有所改变，但对于一个区域而言，概化虚拟井点中心的偏移相对较小，对整体计算结果影响甚微，所以计算结果具有借鉴意义。029028式中：M 承压含水层厚度（m）。2.4 均质含水层承压水非完整井（见图5）2.5 均质含水层承压水非完整井（水位降至承压水层）（见图6）该方法的限定条件如下：1）开采区域及影响半径边界可概化为定流量边界，且影响半径和水文地质单元有一定距离，具体的安全距离需要根据多年的降落漏斗水位观测确定；2）通过抽水试验确定；3）影响半径范围内的地质结构均匀。3 举例计算以大同市口泉水厂厂区地下水可开采量计算为例，大同市口泉水厂拟开采地下水热能
15、，用作冬季地表设备送暖，设计划定一个长600 m宽300 m的3矩形取水区，要求每日取水满足10000 m 的供水量。通过水文地质勘察，得知该区域潜水含水层厚H=37.8 m，通过抽水试验计算得到渗透系数0求得的渗透系数K是一个区域均值，和设计开采区的渗透系数很接近（见图7）。距离开采区边界400 m处有一住宅区，要求住宅区水位下降不得超过1 m。为避免出现地面沉降风险，开采区的水位下降不得超过含水层厚度的0.8倍，计算该区域的最大开采量。参考文献：1 天津市城乡建设委员会.DB/T29-229-2014,建筑 基坑降水工程技术规程S.图7 大同市口泉水厂拟开采地下水热能出能量计算示意图图6
16、均质含水层承压水非完整井（水位降至承压水层）图5 均质含水层承压水非完整井图4 均质含水层承压水完整井华北自然资源地质勘探2023.2总第113期022023年李常保：区域地下水可开采量的计算方法根据潜水位分布方程（浸润曲线方程）：m区域最大降深s=0.8 H=30.24 m，r=400 m；00最大限度的开采情况下，在距离开采边界400 m处含水层厚度h=35.8 m；H-h=2 m1 m，所以开采降深不能取0.8H；00通过反向带入，设h=H-1=37.8-1=36.8，反解0得s=34.14 m；0故该区域在限定条件下水位降深s最大为34.14 m。0则单日最大的开采量Q通过以下公式计算可得：3求解得Q=10691.5 m/d。求得的结果为单日开采区可开采最大水资源量，随着开采时间的延长，若该区域的水文地质单元的补给量小于排泄量，该开采区域的降落漏斗则会逐年扩大，水位逐年下降，单日的最大水资源开采量也会随之减少。由计算公式模型可知，开采区域面积越大，开采量也会随之增大，但根据实际情况，这个开采面积不可以无限放大，最少不能超过该区域所处的水文地质单元且开采量要小于水文地质单元的单位
