吉林大学精品课>>专门水文地质学>>教材>>专门水文地质学  第九章 地下水的开发、管理与保护 地下水资源是水资源的重要组成部分，特别是在地表径流缺乏的干旱、半干旱地区和基岩缺水山区，地下水成为主要甚至唯一的供水水源。地下水水质优良，不易污染，分布广泛，便于就地开采，具有多年调节功能和蓄能作用，被广泛开发利用。但地下水同时又是生态环境的关键因素之一，具有重要的生态价值，若开发不当易引起一系列的地质生态环境问题，而且污染后很难治理和恢复。因此，对地下水必须要合理开发、科学管理与保护。 §9.1地下水的开发 对地下水进行开发利用，需要取水工程才能实现，取水工程的任务是从水源地中取水，送至水厂或用户。它包括水源、取水构筑物、输配水管道、水厂和水处理设施（如图1）。 图1.地下水取水工程系统组合形式 由图1可以看出，在确定取水工程之前，首先应研究供水水源地和选择经济与技术合理的取水构筑物（类型、结构与布置等），这也就构成供水水文地质勘察中主要任务之一。 9.1.1水源地的选择 水源地的选择，对于大中型集中供水水源地来说，就是选择取水地段；对小型分散供水水源地来说，则是解决某几眼水井具体位置的问题。 水源地位置选择得正确与否，不仅关系到水源地建设的投资，而且关系到是否能保证水源地长期经济、安全的运转和避免产生各种不良的环境地质作用。 在选择集中供水水源地的位置时，一般应考虑以下技术和经济方面的条件： 为满足水量要求和节省建井投资，供水水源地应（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。如冲洪积扇的上部砾石带和轴部，冲积平原的古河床；厚度较大的层状或似层状裂隙岩溶含水层；延续深远的断裂及其它脉状基岩含水带。 为增加开采补给量，保证水源地的长期均衡开采，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。例如区域性阻水界面的上游一侧；在松散地层分布区，水源地尽量靠近补给地下水的河流岸边；区域地下径流的排泄区附近。 为保证水源地投产后能按预计开采动态正常运转，避免过量开采产生的各种生态环境负效应，在选择水源地时，要从区域水资源综合平衡观点出发，尽量避免出现工业和农业用水之间、供水与矿山排水以及上下游之间的矛盾，新建水源地应尽量远离原有的取水或排水点，减少互相干扰。 为保证取出水的质量，水源地应选择在不易引起水质污染（或恶化）、便于保护的地段上。如把水源地选择在远离城市或工矿排污区的上游；远离已污染（或天然水质不良）的地表水体或含水层地段；避开易于使水井淤塞、涌沙或水质长期混浊的流砂层或岩溶充填带。为减少垂向污水渗入的可能性，最好把水源地选择在包气带防污性好的地方。 水源地应选择在不易引起地面沉陷、塌陷、地裂等有害工程地质作用的地段上以及洪水不易淹没区。 在选择水源地时，还应从经济上、安全上和扩建前景方面考虑。在满足水量、水质要求的前提下，为节省建设投资，水源地应尽可能靠近供水区；为降低取水成本，水源地应选择在地下水浅埋或自流地段；河谷水源地要考虑供水的淹没问题；人工开挖的大口径取水工程，则要考虑井壁的稳固性。当存在多个水源地方案选择时，应加强多个方案分析比较，从中优选最佳的水源地。 以上这些集中式供水水源地的选择原则，对于基岩裂隙山区，小型水源地的选择（或者说单个水井的定位）也基本上是适合的。但在基岩地区，由于地下水分布极不普遍，水井的布置将主要决定于强含水裂隙带分布的位置。此外，布井地段上游有无较大补给面积，地下汇水条件以及夺取开采补给量的条件亦是基岩区水井位置确定时必须考虑的条件。 9.1.2取水建筑物的类型和适用条件 地下水取水建筑物大致可分为垂直的（井）和水平的（渠）两种类型。在某种情况下两种类型可联合使用，如大口井与渗渠相结合的取水形式。正确选用取水构筑物的类型，对提高出水量、改善水质和降低工程造价影响很大，同时，还应考虑设备材料供应情况、施工条件和工期长短等因素。 取水建筑物类型的选择，主要决定了含水层（带）的空间分布特点以及含水层（带）的埋藏深度、厚度和富水性能；同时也与设计需水量大小，预计的施工方法，选用的抽水设备类型等因素有关。表1中列出了目前我国常用的取水建筑物类型及适用条件。 表1 地下水取水构筑物的型式及适用范围 型式 尺寸 深度 适用范围 出水量     地下水类型 地下水埋深 含水层深度 水文地质特征   管井 井径50-100mm 常用150-600mm 井深20-1000m,常用在300m以内 潜水、承压水 裂隙水、溶洞水 200m以内，常用在70m以内 大于5m或有多层含水层 适用于任何砂、卵石、砾石地层及构造裂隙岩溶裂隙地带 单井出水量500-6000m3/d,最大可达2-3万m3/d  大口井 井径2-10m 常用4-8m 井深在20m以内,常用6-15m以内 潜水、承压水 一般在10m 以内 一般为5-15m 砂、卵石、砾石地层，渗透系数最好在20m/d以上 单井出水量500-10000m3/d,最大为 2-3万m3/d  辐射井 集水井直径4-6m, 辐射管直径50- 300mm,常用75-150mm 集水井井深3-12m 潜水、承压水 埋深12m以内，辐射管距降水层应大于1m 一般大于2m 补给良好的中粗砂、砾石层，但不可含有漂石 单井为5000-5000m3/d,最大为3。1万m3/d  渗渠 直径为450-1500mm 常用为600-1000mm 埋深10m以内，常用4-6 m 潜水、河床渗透水 一般埋深8m以内 一般为4-6m 补给良好的中粗砂、卵石层 一般为10-30m3/d.m,最大为50-100 m3/d.m  坎儿井 暗斜井        除表1中所列各种常见的单一取水建筑物外，还有一些适用于某种特定水文地质条件的联合取水工程，如开采深埋岩溶含水层的竖井—钻孔联合工程，开采复杂脉状含水层（带）的竖井—水平或倾斜钻孔联合工程、竖井—水平坑道工程；开采岩溶暗河水的拦地下河堵坝引水工程等等。 9.1.3 取水建筑物的合理布局 取水建筑物的合理布局，是指在水源地的允许开采量和取水范围确定之后，以何种技术、经济上合理的取水建筑物布置方案，才能最有效和最少产生有害作用地开采地下水。 一般所说的取水建筑物合理布局，主要包括取水建筑物平面或剖面上的布置（排列）形式和间距与数量等方面的问题。 9.1.3.1管井的合理布局 一、管井的平面布局 井群的平面布置方案应根据勘察地段的水文地质条件确定。开采井的平面布局主要有如下几种类型。 直线布井方式，主要适用于傍河水源地，可沿河布置一排或两排的直线井群，井位交错布置。 梅花形布井方式，主要适用于远河的潜水及多个含水层的地下水开采地段。 扇形布井方式，在基岩地区，由于岩石富水性极不均匀，地下水多是网状及脉状等窄条带径流，为了最大限度的截取地下水，常根据径流带的宽窄，在横截面上布置了3-5成群呈扇形的井群，对水源地开采。 平均布井方式，主要应用了面状分布，均质的松散含水层，井与井之间，通常采用等距排列的平均布井方法。 需要指出的是：在岩层导、储水性能分布极不均匀的基岩裂隙水分布区，水井的平面布局主要受富水带分布位置的控制，应该把水井布置在补给条件最好的强含水裂隙带上，而不必拘束于规则的布置形式。 二、水井的垂向布局 对于厚度不大的（小于30m）孔隙含水层和多数的基岩含水层（主要含水裂隙段的厚度亦不大），一般均采用完整井形式（即整个含水层厚度）取水，因此不存在水井在垂向上的多种布局问题。而对于大厚度（大于30m）的含水层或多层含水组，是采用完整井取水，还是采用非完整井井组分段取水，两者在技术、经济上的合理性则需要深入讨论。 对于多层含水层可以采用在垂向上分层取水，既可达到取不同含水层的目的，也便于管理。例如渭南傍河水源地就采用垂向井组方式分别开采45m以浅潜水、45m～90m浅层承压水、90m～180m中层承压水和180m～300m深层承压水。 对于大厚度单层含水层，可采用非完整井组分段取水，当采用非完整井组分段取水时，过滤器长度与安装部位对井的出水量影响至关重要。 过滤器长度，可根据设计出水量、含水层性质和厚度、水位降深及技术经济等因素确定。据井内测试，在细颗粒（粉、细、中砂）含水层中，靠近水泵部位井壁进水多，下部进水少，大约70～80%的出水量是从过滤器上部进入的。根据冶金勘察总公司试验资料，过滤器适用长度不宜超过30m。在粗颗粒（卵、砾石）含水层中，过滤器的有效长度随着动水位的加大和出水量增加，可向深部延长，但随着动水位的继续增加，向深度延长率就越来越小。据陕西省综合勘察设计院在西安市大厚度含水层中试验，如图2和图3。当动水位最大达到10.47m时，过滤器有效长度不超过30m。因此，过滤器长度可按下列原则确定：含水层厚度小于30m时，在设计动水位以下的含水层部位，全部下过滤器；含水层厚度大于30m时，可根据试验资料并参照表2确定。 表2 过滤器适宜直径、长度、规格类型及出水量 岩层名称 粉砂层 细砂层 中砂层 粗砂、砾石层 卵石、砾石层 基岩层  岩层结构成分 颗粒较均匀，d50=0.1mm, 一般含部分粘土渗透 系数约5m/d 颗粒较均匀，d50=0.15-0.2mm,渗透系数10-20m/d 颗粒较均匀，d50=0.25-0.4mm,渗透系数30-50m/d 颗粒不均匀，d50=0.5-1.25mm,渗透系数100-200m/d 颗粒不均匀，d50=1.25-50mm,渗透系数200-1000m/d 溶洞裂隙发育的石灰溶洞内清水，无填充物  井的口径 井壁管和过滤器150-200mm,上部井管为了装泵，有时为250-300 mm 井壁管和过滤器200mm,上部井管为了装泵，有时为 300mm 井壁管和过滤器200-300mm,上部为了装泵，有时为350- 400mm 井壁管和过滤器400-1000mm,上部为了装泵，有时为450- 500mm 井壁管和过滤器400-1000mm,上部为了装泵，有时为1200mm 上部最大开口500mm，依次缩小口径为426、377、325、273、219mm等口径  过滤器的长度 一般范围 （m） 20-40 20-40 20-40 20-50 20-50    较大出水量的合理长度（m） 40-50 40-50 40-50 50-60 50-60   过滤器的 种类 双层填砾过滤器 填砾过滤器 填砾过滤器 填砾过滤器 缠丝过滤器 填砾过滤器 缠丝过滤器 填砾过滤器 带园孔钢管 填砾过滤器  井的单位 水量 （m3/d.m） 50-100 100-200 200-300 300-500 500-2000 1000-10000  过滤器一般设在含水层中部，厚度较大的含水层，可将过滤管与井避管间隔排列，在含水层中分段设置，以获得较好的出水效果。多层承压含水层，应选择在含水性最强的含水段安装过滤器。潜水含水层，岩性为均质，应在含水层底部的1/2～1/3厚度内设过滤器。 大厚度含水层中的分段取水一般是采用井组形式，每个井组的井数决定于分段（或分层）取水数目。一般多由2～3口水井组成，井组内的3个孔可布置成三角形或直线形。由于分段取水时在水平方向的井间干扰作用甚微，所以其中井间距离一般采用3～5m即可；当含水层颗粒较细，或水井封填质量不好时，为防止出现深、浅水井间的水流串通，可把孔距增大到5～10m（图4）。 分段取水设计时，应正确决定相邻取水段之间的垂向间距（如图4中的a段），其取值原则是：既要减少垂向上的干扰强度，又能充分汲取整个含水层厚度上的地下水资源。表3列出了在不同水文地质条件下分段取水时，垂向间距（a）的经验数据。如果要确定a的可靠值，则应通过井组分段（层）取水干扰抽水试验确定。许多分段取水的实际材料表明，上、下滤水管的垂向间距a在5～10m的情况下，其垂向水量干扰系数一般都小于25%，完全可以满足供水管井设计的要求。 表3 分段（层）取水井组配置参考资料表 序号 含水层厚度 （m） 井组配置数据    管井数 （个） 滤水管长度 （m） 水平间距 （m） 垂直间距a （m）  1 2 3 4 30-40 40-60 60-100 〉100 1 1-2 2-3 3 20-30 20-30 20-25 20-25  5-10 5-10 5-10  ＞5 ≥5 ≥5  备注：根据《供水水文地质手册》第二册516页表2-4-9资料（地质出版社1977年出版） 大量事实说明，在透水性较好（中砂以上）的大厚度含水层中分段（层）取水，既可有效开发地下水资源，提高单位面积产水量，又可节省建井投资（不用扩建或新建水源地）并减轻浅部含水层开采强度。据北京、西安、兰州等市20多个水源地统计，由于采用了井组分段（层）取水方法，水源地的开采量都获得了成倍增加。当然，井组分段（层）取水也是有一定条件的。如果采用分段取水，又不相应地加大井组之间的距离，将会大大增加单位面积上的取水强度，从而加大含水层的水位降深或加剧区域地下水位的下降速度。因此，对补给条件不太好的水源地要慎重采用分段取水方法。 三、井数和井间距离的确定 水井的平面及垂向布局确定之后，取水建筑物合理布局所要解决的最后一个问题是，在满足设计需水量的前提下，本着技术上合理且经济、安全的原则，来确定水井的数量与井间距离。取水地段范围确定之后，井数主要决定于该地段的允许开采量（或者设计的总需水量）和井间距离。由于集中式供水和分散间歇式的农田灌溉供水，水井的布局上有很大差别，故其井数与井间距离确定的方法也不同，分述如下： （一）集中式供水井数与井间距离确定方法 该种供水方式的井数和井间距离一般是通过解析法井流公式和数值法计算而确定的。解析法仅仅适用于均质各向同性，且边界条件规则的情况下。为了更好地逼近实际，在勘探的基础上，最好采用数值模拟技术来确定井数与井间距离。一般工作程序为：首先在勘探基础上，概化水文地质概念模型，建立地下水流数学模型（必要时要建立水质模型），对建数学模型进行检验与识别。其次，根据水源地的水文地质条件、井群的平面布局形式、需水量的大小、设计上允许的水位降深等已给定条件，拟定出几个不同井数和井间距离的开采方案；然后分别计算每一布井方案的水井总出水量和指定点或指定时刻的水位降深；最后选择出出水量和指定点（时刻）水位降深均满足设计要求、井数最少、井间干扰强度不超过要求、建设投资和开采成本最低的布井方案——即为技术经济上最合理的井数与井距方案。（有关解析法和数值法评价集中供水水源地可采资源，可参考有关地下水动力学和数值法书籍等）。 对于水井呈面状分布（多个井排或在平面上按其它几何形式排列）的水源地，因各井同时工作时，将在井群分布的中心部位产生最大的干扰水位降深，故在确定该类水源地的井数时，除考虑所选用的布井方案能否满足设计需水量外，主要是考虑中心点（或其它预计的干扰强点）的水位是否超过设计上允许的降深值。 （二）分散间歇式农田灌溉供水的井数与井间距离的确定方法 对灌溉供水井的布局，主要是确定合理井间距离。因某一灌区内应布置的井数，主要决定于单井灌溉面积，亦即决定于井间距离。确定灌溉水井的合理间距时，主要考虑的原则是，单位面积上的灌溉需水量必须与该范围内地下水的可采量相平衡。下面介绍几种常用灌溉水井井距与井数的确定方法。 1. 单井灌溉面积法 当地下水补给充足、资源丰富能满足土地的灌溉需水量要求时，则可简单地根据需水量来确定井数与井距。 首先根据下列公式（1）计算出单井可控制的灌溉面积F（亩）：  （1） 式中：——单井的稳定出水量（m3/h）；—一次灌溉所需的天数；——每天抽水时间（h）； ——灌水定额（ m3/亩）；——渠系水有效利用系数。 如果水井按正方网状布置，则水井间的距离（D）应为：  （2） 如果水井按等边三角形排列，则井间距离（）应为：  （3） 公式（2）和公式（3）中的符号同式（1） 整个灌区内应布置的水井数（），将等于：  （4） 公式：S-灌区的总面积（亩）；β-土地利用率（％）；F-单井控制的灌溉面积（亩）。 从以上各公式可知，在灌区面积一定的条件下，井数主要决定于单井可控制的灌溉面积；而单井所控制的灌溉面积（或井距），在单井出水量一定条件下，又主要决定于灌溉定额。因此，应从平整土地，减少渠道渗漏，采用先进灌水技术等方面来降低灌溉定额，以达到加大井距，减少井数，提高灌溉效益的目的。 2. 考虑井间干扰时的井距确定方法 严格的说，均匀分布的灌溉水井同时工作时，井间的干扰作用是不可避免的。当井距比较小时，这种干扰作用使单井水量削减更是不可忽略。因此，考虑井间干扰作用的井距计算方法比前一种方法可靠，但比较复杂。 这种计算方法的思路是，首先提出几种可能的设计水位降深和井距方案，分别计算出不同降深，不同井距条件下的单井干扰出水量，最后通过干扰水井的实际可灌溉面积与理论上应控制灌溉面积的对比试算确定出合理的井距。 现以井灌工程设计中常见的等边三角形均匀布井（即梅花状布井）为例，来说明该方法的计算过程（图5）。 第一步：把农田供水勘探阶段，两口或两口以上干扰井单井抽水试验所得的出水量（）、水位削减值（）、按相应的涌水量经验公式和水力削减法公式，换算成设计水位降深和不同井距方案条件下的数值。 第二步：计算水井在不同水位降深和不同井距条件下的干扰出水量（′）。为此，应该先计算出某一水井在其影响半径（图5中的值）范围内，其它所有水井（在图5中有六口水井）对该井所产生的总的水位削减值（），以及出水量减少系数（）。并把以上计算结果绘制成井距、设计降深与水位削减值（或水量减少系数）的关系曲线，以及降深与水井干扰和非干扰涌水量关系曲线。根据这些关系曲线，按照水量减少系数不大于15～20%的管井设计原则和考虑单井水量可能灌地范围，可初步选出一个合适的井距方案。 第三步：根据单井的干扰出水量和单井应控制范围的灌溉需水量对比计算确定出合理的井距。 从上述计算结果或关系曲线可知，井距愈大，干扰愈小、机井出水量越大，单井控制灌溉面积亦越大。但是，灌溉面积的增大，灌溉需水量亦随之增加。因此，初步选定的井距是否合适，尚需通过水井实际干扰出水量（′）可否满足该井距条件下的灌溉需水量的试算来求证。 首先计算在某一选定井距条件下，干扰出水量为′时的单井实际灌溉面积′，  式中符号意义同（1）式。 再计算出在同一设计井距条件下，单井理论上负担（或控制）的灌溉面积。在本例所采用的等边三角形均匀布井条件下。式中的系指按等边三角形布井时，三角形的边长（即井距）。 根据单井实际灌溉面积′与理论上应负担的灌溉面积的对比，可做如下分析： 若，说明所选用井距偏小，机井偏多，故应加大井距，减少井数； 若，说明机井实际出水量满足不了应负担灌溉面积需水量的要求，应缩小井距，加密水井或调进其它水源以满足需水要求（亦可考虑改用更大水位降深来增加单井出水量）； 若，说明水井实际出水量正好满足应负担灌溉面积的需水量要求，即为最优井距方案。 3、根据允许开采模数确定井数（）和井间距离（） 该种方法的前提条件是计划的开采量应等于地下水的允许开采量，以保持灌区内地下水量的收、支平衡。 首先按下式计算每范围内的井数  （5） 式中：——每面积上的平均井数；——含水层的允许开采模数m3/（km2·a），可根据区内地下水补给量与含水层面积之比，或类似井灌区开采量与稳定的开采水位降落漏斗面积之比确定；式中其它符号意义同（1）式。 当允许开采模数已知时，亦可按下式求得合理的井距（）：  （6） 式中井距的单位为m。按这种方法计算出的井距，可以保证地下水收支平衡，但不能保证满足全部土地灌溉需水量的要求，不足部分，也只有用其它方法解决。 9.1.3.2 大口井的布局 在地下水位埋藏浅，含水层不厚和富水性较好的条件下，宜用大口井取水。井深根据含水层埋深、设计水位降深、地下水位变幅、吸水管足阀下保留水深及井底反滤层厚度等确定。井径根据出水量大小、抽水设备安装位置及施工条件等确定。对于非完整大口井，井径与出水量一般呈直线关系，但当井径大到一定程度后，出水量增加很少。 含水层厚度为5—10m时，多采用井壁进水的完整井；含水层厚度大于10m，一般采用井底进水或井底井壁同时进水的非完整井，井底距不透水层不小于1.0～2.0m。 完整式大口井井壁进水孔形式可以分为：水平进水孔、斜形进水孔和无砂混凝土透水井壁，同时，井底应深入不透水层，并设置沉砂坑。非完整式大口井井底进水（或井底井壁同时进水），井底进水必须做反滤层3—4层，防止井底涌砂，当然非完整式大口井也可采用井底井壁同时进水，井壁进水形式与完整井井壁进水形式相同。 9.1.3.3 辐射式的分布 辐射井位置选择和平面布置的形式，根据集水类型，一般可分为四种布置形式，各自位置选择的原则如表4所示： 表4 辐射井布置形式及位置选择 集水类型 布置形式 位置选择原则  集取河床渗透水 集水井设在岸边或滩地，辐射管伸入河床下 1.集取河床渗透水时，应选河床稳定，水质较清，流速较大，有一定冲刷力的直线河段 2.集取岸边地下水时，应选含水层较厚，渗透系数较大的地段 3.远离地表水体集取地下水时，应选地下水位较高，渗透系数较大地下水补给充沛的地段  同时集取河床渗透水和岸边地下水 集水井设在岸边，部分辐射管伸入河床下，部分辐射管设在岸边   集取岸边地下水 集水井和辐射管都设在岸边   远离河流集取地下水 迎地下水流方向的辐射管长度，应大于背地下水流方向的辐射管的长度   辐射井由集水井和辐射管组成，其规格和作用见表5所示。按辐射管敷设层次的多少，可分单层辐射管井和多层辐射管井，当含水层较薄或集取河床渗透水时，宜设置单层辐射管（如图 6 所示）；当含水层较厚，地下水富水性好，可设置多层辐射管（如图 7所示）。 多层辐射管的布置要高，见表 6 所示。当多层含水层较厚，各含水层之间水力联系又不密切时，可设置倾斜式辐射井。 辐射管在井内应交错布置，便于辐射管顶进，辐射管要以1/250的纵向坡度向集水井倾斜。一般最下一层辐射管与井底距离为1～2m。 表5 辐射井组成 名称 规格 作用  集水井 大口井封底或不封底，直径根据辐射关的施工方法和抽水设备确定 （1）顶进辐射管；（2）安装抽水设备；（3）汇水量；（4）井底进水增加量（不封底时）  辐射管 沿集水井径向设置，直径50-250mm，单层或多层，每层数根 集取河床渗透水和地下水   图6 单层辐射管布置 图7 多层辐射管布置 表6 多层辐射关的布置 管径（mm） 层数 层距（m） 每层根数  50-75 4-6 0.5-1.2 6-8  100-150 2 1.5-3.0 3-6  9.1.3.4渗渠的布局 一、渗渠位置的选择 1 水流较急，有一定冲刷能力的直线或凹岸非淤积河段，并尽可能靠近主流； 2 含水层较厚，颗粒较粗，并不含泥质的地段； 3 河水清澈，水位变化较小，河床稳定的河段。 二、渗渠平面布置的形式 一般分为平行河流，垂直河流和平行与垂直河流相结合等三种形式，如图8 一般取水量较大的工程，多采用平行河流或平行与垂直河流结合形式；取水量较小的工程，多采用垂直河流形式。不论采用哪种布置形式，都应通过经济技术比较，因地制宜地确定。不同渗渠布置形式的适用条件和优缺点见表7 表7 渗渠平面布置形式选择 布置形式 优 缺 点 适 用 条 件  河滩下平行于河流（或略成一倾角）（图 a） （1）施工较容易，检修方便； （2）不易淤塞，出水量变化较小 （1）含水层较厚，潜水充沛，河床较稳定，水质较好，集取河床潜流水和岸边地下水 （2）渗渠与河流水边线距离，当含水层为卵石、砾石层时，不宜小于25m；对稳定河床，可适当减少；河水混浊，应适当加大  在河滩下垂直于河流（图 b） （1）施工、检修方便、施工费用较低； （2）出水量受河水季节变化影响大 （1）岸边地下水补给条件差 （2）河床下含水层较厚，透水性能好，潜流水较丰富 （3）集取河床潜流水  在河床下垂直于河流（图 c） （1）出水量较大； （2）施工、检修困难，滤层易淤塞，需经 常清洗翻修 （1）河流水浅，冬季结冰，取地面水有困难； （2）河床含水层较薄，透水性较差 （3）集取河床渗透水  平行与垂直组合布置（图 d） 兼有a、c形式的优缺点 （1）地下水、潜流水均丰富，含水层较厚； （2）集取地下水，河床潜流水与河床渗透水； （3）两条渗渠的夹角宜大于120°，垂直于河流的应短于平行于河流的渗渠  渗渠以截取河床潜流水和岸边漫滩潜水效果较好，由于含水层较薄，地下水调蓄能力小，受河水直接补给，其取水量随季节性变化很大，枯水期约为丰水期的50～60%或更小，而且投产后容易阻塞，出水量有逐年减少的趋势。埋设在河床下的渗渠，受河水影响，水质变化较大易堵塞，检修管理麻烦，使用年限较短；埋设在河岸漫滩下的渗渠，水质较稳定，使用年限长。因此，要根据水文地质条件，合理选择渗渠位置、类型和确定取水量。 渗渠或称水平集水管按埋设位置和深度不同，可分为完整式及非完整式两种类型，如图9 9.1.4地下水资源合理开发模式 地下水不仅是资源，而且具有生态价值，开采不当易引发地质生态环境负效应。因此，优化地下水资源开发模式，使地下水资源开采利用与社会经济环境协调发展具有重要意义。为了满足国民经济各用水部门日益增长的需水要求，无论是地表水还是地下水的开发利用，在资源的限度内要本着“地表水地下水相结合，因地制宜、开源节流、合理开发、综合利用”的原则。要在查清水资源及其分布特点的基础上，从水源的开发与社会经济环境协调发展的角度出发，对水源开发利用模式进行优化。下面介绍几种水源开发模式。 1、地下水库式开发模式 为了缓解水资源紧缺，改善单纯引地表水引起的环境负效应，国外不少国家如荷兰、英国伦敦、美国加州、德国及中国北京等都采用地下水库式开发模式，通过人工和自然调蓄技术，对水资源进行时间和地域的再分配。 地下水库式开发模式主要选择在含水层厚度大、颗粒粗，与地表水直接发生联系且地表水源丰富，具有良好的人工调蓄条件的地段，如冲洪积扇顶部和中部。冲洪积扇的中上游为单一潜水区，含水层颗粒粗，分布范围广，厚度大，可达上百米，有巨大的储存和调蓄空间，且地下水位埋藏浅、补给条件好；而扇体下游受岩相影响，颗粒细、构成潜伏式天然截流坝。（如图 10所示）这种结构特征，决定了地下水库具有易蓄易采的特点，具有良好的调蓄功能和多年调节能力，有利于“以丰补欠”，充分利用洪水。 根据水文地质条件，调蓄的最佳部位是冲洪积扇的中上游单一潜水区。可采用群井强采、枯采丰补、以丰补欠的调蓄方式。为实现这种调蓄方式，在工程措施上要采、补相结合。补源措施上可在河流的上、中、下游分级修建高出河床1-2m滞洪坝，延长河水对地下水的补给时间，增加河床中水层厚度与湿周长度，从而可达到增加地下水补给量的目的。也可利用扇体上游的一些废弃沙坑引洪水进行人工回灌。通过这些工程措施可达到充分利用洪水，增加补给量的目的。在采水工程上按400-600m间距布设100m左右深度的管井进行强采。 现以涝河冲洪积扇为例，对地下水库多年调蓄功能进行模拟。涝河冲洪积扇位于秦岭北坡户县余下镇，面积30.28km2，扇体内主要河流为涝河，涝河水量丰富，多年平均流量3.91m3/s，经实测当出水口涝河流量小于2.07m3/s时（扣除渠道引水量），河流将全部入渗补给地下水。 目前，涝河中下游河床上已建有4级高出河床1-2m的拦洪坝，现利用群井强采的调蓄方式，按井距400m，开采总量19.8万m3/d，计算时段120个月，利用有限分析法进行多年调蓄功能的模拟。其主要检测孔中含水层历时曲线见图..所示。由图..可以看出，在全区开采19.83m3/d，最大降深的gh06号孔的降深历时曲线将出现四个谷值；第一谷值出现在预测后的第26-27时段，低水位为424.96m，经四个月就可回升至427.74m；第二个谷值，出现在预测后的34-35时段，低水位为424.64m，经四个月就可回升至427.7m；第三个谷值，出现在预测后的第56-58时段，低水位425.15m，经两个月就可回升至428.3m；第四个谷值出现在预测后的105-107时段，最低水位为424.23m，经三个月就可回升至428.33m。由此可见，该地下水库有很强的调蓄能力。再分析一种极端情况，假若由于涝河流量的预测出现风险，比如一年内涝河完全断流（历史上从未发生过的小概率事件），此时将有7227万m3/a的地下水需由地下水库疏干提供，若疏干面积按35km2估算，给水度为0.25，则含水层仅需疏干8.3m，如果再加上正常开采状态下的1m下降值，也不会超过10m，相当于含水层厚度50m（这是保守的取值）的20%，这在开采条件下是完全允许的。从对环境的影响来看，下游泉尚能保持1.26万m3/d，与现状相比仅削减了58%，而且涝河流量超过2.07m3/s，尚有部分余水流向下游。因此，不会对环境造成很大影响。由此可见，这种开发模式是可行的。 实践证明：开发地下水库，不仅可达到调蓄地表径流，充分利用洪水，平衡水资源在时程上分配的不均匀性，以丰补欠，提高其利用；而且具有不占耕地，不需搬迁，卫生防护条件好，投资少等一系列优点。同时还可避免大量引地表水、使水资源搬家而引起调出水区的生态环境恶化，尤其对干旱地区可避免无效蒸发量，可取得资源环境与经济的综合效益。 2、河流近岸开发模式 我国北方的北京、西安、兰州、西宁、太原、哈尔滨、郑州等大城市。大型供水水源地都是傍河取水型的，经多年的开采实践证明，傍河取水是保证长期稳定供水的有效途径，特别是利用地层的天然过滤和净化作用，使难于利用的多泥沙河水转化为水质良好的地下水，为沿岸城镇和工业集中供水提供水源，是地表水与地下水联合开发的一种主要模式之一。在选择傍河水源地时，应遵循以下原则： 1）在分析地表水、地下水开发利用现状的基础上，优先选择开发程度低的地区； 2）充分考虑地表水、地下水富水程度及水质； 3）为减少新建厂矿所排废水对大中城市供水水源地的污染，新建水源地尽可能选择在大中城镇上游河段。 4）尽可能不在河流两岸相对布设水源地，避免长期开采条件下两岸水源地对水量、水位的相互削减。 3、井渠结合模式 农灌区一般采用井渠结合开发方式，特别在我国北方地区，由于降水与河流径流量年内分配不均匀，与灌溉需水过程不协调，每年3-5月或4-6月灌溉临界期一般严重缺水，形成“春夏旱”。为解决这一问题，发展井渠结合的灌溉，可以起到井渠互补、余缺相济和采补结合的作用。实现井渠统一调度，可提高灌溉保证程度和水的利用率，不仅是一项见效快的水利措施，而且也是调控潜水位，防治灌区土壤盐渍化和改善农业生态环境的有效途径。经内陆灌区多年实践证明，井渠结合灌溉的作用，一是提高灌溉保证程度，缓解或解决了春夏旱的缺水问题；二是减少了河水的灌溉数量，从而减少了灌溉水对地下水的补给；三是可通过井灌控制地下水位，改良盐渍化。例如，新疆乌鲁木齐冲积平原五家渠灌区的101、102和103三个团场，先后打井360眼，1978年播种面积23万亩，共需水量1.3亿m3，其中井灌提取地下水量0.5亿m3，通过打井不但解决了灌溉水源的不足问题，而且有效地降低了地下水位，已从井灌前的0.5～1.0m，下降到3.0m左右，灌区盐碱地得到了改良。 4、井灌井排模式 井灌井排模式主要适用于干旱内陆河流下游，地下水的矿化度低于1.5g/升，含水层与表层土壤间无隔水层地区，这些地区一般容易发生土壤盐渍化，而且地表水缺乏。在这些地区开展井灌井排模式，一方面提高灌溉保证程度，另一方面可达到改良土壤盐渍化的目的。井灌井排模式具有效果快、稳定、排灌结合成本低和占地少等优点。但在咸水区不宜采用。 5、排供结合模式 在采矿过程中，由于地下水大量涌入矿山坑道，往往使施工复杂化和采矿成本增高，严重时甚至威胁矿山工程和人身安全，因此需要排水。例如我国湖南某煤矿，平均每采一吨煤，需要抽出地下水130m3左右，匈牙利尼拉德铅土矿，需要抽出210m3的地下水才能开采一吨铅土。又如目前沿我国太行山麓有不少煤田，由于大小矿床疏干问题 得不到解决而未能开发。如果矿山排水能与当地城市供水结合起来。可一举两得。据估算，这一地区的矿坑排水量每年可达5×108m3左右。如能充分利用，对缓解城市供水紧缺就可以发挥重要作用（陈梦熊，2002）。排供结合的原则是： 6、引泉模式 在一些岩溶大泉及西北内陆干旱地区地下水溢出带可直接采用引泉模式，为工农业生产提供水源。大泉一般动态稳定，水中泥沙含量低，适宜直接在泉口取水使用，或在水沟修建堤坝，拦蓄泉集河水，通过管道引水，以解决城镇生活用水或发展泉灌。这种方式取水经济，一般不会引发生态环境问题。 以上是几种主要地下水开发模式，实际中远不止上述几种，可根据地区水文地质条件选择合适的开发模式，使地下水资源开发与社会经济环境协调发展。