專門水文地質(zhì)學(xué)-礦坑涌水量預(yù)測

吉林大學(xué)精品課>>專門水文地質(zhì)學(xué)>>教材>>專門水文地質(zhì)學(xué)§10.4礦坑涌水量預(yù)測一、礦坑涌水量預(yù)測的內(nèi)容、方法、步驟與特點(diǎn)（一）礦井涌水量預(yù)測的內(nèi)容及要求礦坑涌水量預(yù)測是一項(xiàng)重要而復(fù)雜的工作，是礦床水文地質(zhì)勘探的重要組成部分。礦坑涌水量是指礦山開拓與開采過程中，單位時間內(nèi)涌入礦完包括井、巷和開采系統(tǒng)）的水量。通常以m3/h表示。它是確定礦床水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度的重要指標(biāo)之一，關(guān)系到礦山的生產(chǎn)條件與成本，對礦床的經(jīng)濟(jì)技術(shù)評價有很大的影響。并且也是設(shè)計(jì)與開采部門選擇開采方案、開采方法，制定防治水疏干措施，設(shè)計(jì)水倉、排水系統(tǒng)與設(shè)備的主要依據(jù)。因此，在礦床水文地質(zhì)調(diào)查中，要求正確評價未來礦山開發(fā)各個階段的涌水量。其內(nèi)容與要求包括可概括為以下四個方面：（1）礦坑正常涌水量：指開采系統(tǒng)達(dá)到某一標(biāo)高（水平或中段）時，正常狀態(tài)下保持相對穩(wěn)定的總涌水量，通常是指平水年的涌水量。（2）礦坑最大涌水量：是指正常狀態(tài)下開采系統(tǒng)在豐水年雨季時的最大涌水量。對某些受暴雨強(qiáng)度直接控制的裸露型、暗河型巖溶充水礦床來說，常常還應(yīng)依據(jù)礦山的服務(wù)年限與當(dāng)?shù)貧庀笞兓芷?，按?dāng)?shù)貧庀笳舅涗浀淖畲蟊┯陱?qiáng)度，預(yù)測數(shù)十年一遇特大暴雨強(qiáng)度產(chǎn)生時，可能出現(xiàn)暫短的特大礦坑涌水量，作為制訂各種應(yīng)變措施的依據(jù)。（3）開拓井巷涌水量：指包括井筒（立井、斜井）和巷道（平、平巷、斜巷、石門）在開拓過程中的涌水量。（4）疏干工程的排水量：是指在規(guī)定的疏于時間內(nèi)，將一定范圍內(nèi)的水位降到某一規(guī)定標(biāo)高時，所需的疏干排水強(qiáng)度。對于地質(zhì)勘探階段來說，主要是進(jìn)行評價性的計(jì)算，以預(yù)測正常狀態(tài)下礦坑涌水量及最大涌水量為主。至于開拓井巷的涌水量預(yù)測和專門性疏干工程的排水量的計(jì)算，由于與礦山的生產(chǎn)條件密切相關(guān)，一般均由礦山基建部門或生產(chǎn)部門承擔(dān)。（二）礦坑涌水量預(yù)測的方法根據(jù)當(dāng)前礦床水文地質(zhì)計(jì)算中常用的各種數(shù)學(xué)模型的地質(zhì)背景特征極其對水文地質(zhì)模型概化的要求，可作如下類型的劃分：非確定性統(tǒng)計(jì)模型Q-s曲線方程回歸方程解析解——井流方程1非確定性統(tǒng)計(jì)模型Q-s曲線方程回歸方程解析解——井流方程1穩(wěn)定井流公式

非穩(wěn)定井流公式數(shù)學(xué)模型分類水均衡法’有限元法

有限差法混合型模型（三）礦坑涌水量預(yù)測的步驟礦坑涌水量預(yù)測是在查明礦床的充水因素及水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。它是一項(xiàng)貫穿礦區(qū)水文地質(zhì)勘探全過程的工作，一個正確預(yù)測方案的建立，是隨著對水文地質(zhì)條件認(rèn)識的不斷深化，不斷修正、完善而逐漸形成的，一般應(yīng)遵循如下三個基本步驟：.選擇計(jì)算方法與相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型詳勘階段均要求選擇2個或2個以上的計(jì)算方法，以相互檢驗(yàn)，映證。選擇時必須考慮三個基本要素：（1）礦床的充水因素及水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度。如：位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面之上，以降水入滲補(bǔ)給的礦床，應(yīng)采用水均衡法；水文地質(zhì)條件簡單或中等的礦床，可采用解析法或比擬法；水文地質(zhì)條件復(fù)雜的大水礦床，要求采用數(shù)值方法；（2）勘探階段對礦坑涌水量預(yù)測的精度要求；（3）勘探方法、勘探工程的控制程度與信息量：如：水均衡法，要求不少于一個水文年的完整均衡域的補(bǔ)給與排泄項(xiàng)的動態(tài)資料；Q?s曲線方程外推法，要求具抽水試驗(yàn)的水位降達(dá)到預(yù)測標(biāo)高水柱高度的1/2?1/3；解析法，要求勘探工程全面控制含水層的非均質(zhì)各向異性、非等厚的結(jié)構(gòu)特征及其邊界條件與補(bǔ)給、徑流與排泄，并提供數(shù)值模型的建立、識別、預(yù)測所需的完整信息數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的獲取，只有采用大型抽、放水試驗(yàn)對滲透場進(jìn)行整體控制與揭露才可能做到。因此，計(jì)算方法與相應(yīng)數(shù)學(xué)模型類型的選擇，與礦床的充水因素及水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度、勘探方法勘探工程的控制程度及信息量是相互關(guān)聯(lián)的，統(tǒng)一在最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件這一原則下，所以數(shù)學(xué)模型類型選擇是否合理，可以用以下標(biāo)準(zhǔn)衡量：一是對礦床水文地質(zhì)條件的適應(yīng)性：指能否正確刻畫水文地質(zhì)條件的基本特征；二是對勘探方法勘探工程控制程度的適應(yīng)性:指是否最充分的利用勘探工程提供的各種信息，即信息的利用率；同時，也可理解為所選數(shù)學(xué)模型要求的勘探信息是否有保證，即信息的保障率。.構(gòu)造水文地質(zhì)模型礦坑涌水量預(yù)測中數(shù)學(xué)模型的作用，是對水文地質(zhì)條件進(jìn)行量化，因此預(yù)測精度主要取決于對充水因素與水文地質(zhì)條件判斷的準(zhǔn)確性，由于不同數(shù)學(xué)模型類型對水文地質(zhì)條件的刻畫形式與功能各異，因此必須按數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)構(gòu)造水文地質(zhì)模型，稱水文地質(zhì)條件概化。概化后的水文地質(zhì)模型稱水文地質(zhì)概念模型，它在地質(zhì)實(shí)體與數(shù)學(xué)模型之間起中介橋梁作用。下面以最基本的預(yù)測方法一一解析法與數(shù)值法為例作一討論。

（1）概化已知狀態(tài)下的水文地質(zhì)條件；（2）給出未來開采狀態(tài)下的內(nèi)邊界條件；（3）預(yù)測未來開采狀態(tài)下的外邊界條件。解析法將復(fù)雜的含水層結(jié)構(gòu)與內(nèi)外邊界，以理想化模式構(gòu)造理論公式，因此必須按解析解要求進(jìn)行概化。如含水層均質(zhì)等厚，內(nèi)外邊界幾何形態(tài)規(guī)則，邊界供水條件簡單、確定。數(shù)值法以近似分割原理對復(fù)雜的含水層結(jié)構(gòu)、內(nèi)外邊界條件進(jìn)行量化“逼真”，概化時要求以控制水文地質(zhì)條件與內(nèi)外邊界的節(jié)點(diǎn)參數(shù)、水位與流量來構(gòu)造水文地質(zhì)概念模型。隨著數(shù)學(xué)模型研究的不斷進(jìn)展，現(xiàn)代水文地質(zhì)計(jì)算對水文地質(zhì)模型的要求越來越高。目前，對復(fù)雜的大水礦床來說，一個可靠的水文地質(zhì)模型的建立，必須貫穿整個勘探過程，并大致經(jīng)歷三個階段。即：第一階段：通過對以往資料的整理，提出水文地質(zhì)模型的“雛型”，作為下一步勘探設(shè)計(jì)的依據(jù)。尤其對大型抽（放）水試驗(yàn)的設(shè)計(jì)具有特殊重要的意義；第二階段：根據(jù)進(jìn)一步勘探提供的各種信息數(shù)據(jù)。特別是大型抽:放）水資料，通過流場分析或數(shù)值模擬，完成對“雛型”模型的調(diào)整，建立水文地質(zhì)模型的“校正型”；第三階段：在“校正型”的基礎(chǔ)上，按開采方案給出疏干工程的內(nèi)邊界條件，根據(jù)勘探資料預(yù)測不同疏干條件下的外邊界條件，建立水文地質(zhì)概化模型的“預(yù)測型”。3.計(jì)算數(shù)學(xué)模型，評價預(yù)測結(jié)果應(yīng)該指出，不能把數(shù)學(xué)模型的解僅僅看作是一個單純的數(shù)學(xué)計(jì)算，而應(yīng)看作是對水文地質(zhì)模型和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行全面驗(yàn)證識別過程，也是對礦區(qū)水文地質(zhì)條件從定性到定量在回到定性的不斷深化的認(rèn)識過程。（四）礦坑涌水量預(yù)測的特點(diǎn)雖然礦坑涌水量預(yù)測的原理方法與供水水資源評價類同，但其預(yù)測條件、預(yù)測要求與思路各有不同。如：（1）供水水資源評價，以持續(xù)穩(wěn)定開采確?？菟诎踩_采量為目標(biāo)；而礦坑涌水量預(yù)測則以疏干豐水期的最大涌水量為目標(biāo)；（2）礦床大多分布于基巖山區(qū)。含水質(zhì)的非均質(zhì)性突出。參數(shù)代表性不易控制；邊界條件復(fù)雜、非確定性因素多，常出現(xiàn)紊流、非連續(xù)流與管道流。定量化難度大。（3）礦山井巷類型及其分布千變?nèi)f化，開采方法、開采速度與規(guī)模等生產(chǎn)條件復(fù)雜且不穩(wěn)定，與供水的取水建筑物簡單、分布有序、生產(chǎn)穩(wěn)定形成顯明對比，給礦坑涌水量預(yù)測帶來諸多不確定性因素。（4）礦坑涌水量預(yù)測多為大降深下推。此時開采條件對水文地質(zhì)條件的改變難以預(yù)料和量化，這與供水小降深開采有明顯差異。（5）礦床水文地質(zhì)勘探從屬于礦產(chǎn)地質(zhì)勘探，與專門性的供水水文地質(zhì)勘探對比，前者一般投入小、工程控制程度低，預(yù)測所需的信息量相對少而不完整。以上特點(diǎn)，決定了礦坑涌水量預(yù)測中存在諸多產(chǎn)生誤差的客觀條件。因此屬于評價性計(jì)算，為礦山設(shè)計(jì)及采前進(jìn)一步專門性補(bǔ)充勘探提供依據(jù)。二、Q~S曲線方程外推法（一）原理與應(yīng)用條件

指用穩(wěn)定井流條件下抽水試驗(yàn)的Q=f(s)方程，外推未來疏干水位降的涌水量。實(shí)質(zhì)上也是一種相似條件下的比擬法。應(yīng)用時的前提條件是：一、抽水試驗(yàn)建立Q=f(s)應(yīng)符合穩(wěn)定井流條件；二、抽水試驗(yàn)的各種條件應(yīng)與預(yù)測對象的疏干條件接近。因此，必須重視試驗(yàn)的技術(shù)條件，包括：.應(yīng)將抽水試驗(yàn)孔布置在預(yù)測對象的分布地段，保證水文地質(zhì)條件的一致性；.采用大口徑(或孔組)試驗(yàn)，計(jì)算時為消除井徑對涌水量的影響，需做井徑換算；.抽水降深應(yīng)大于疏干水位水柱高度的1/2?1/3,計(jì)算時的外推疏干降深不應(yīng)超過1.75倍的抽水降深，主要考慮疏干狀態(tài)下的補(bǔ)給條件；.用枯季抽水試驗(yàn)預(yù)測正常涌水量，根據(jù)雨季試驗(yàn)預(yù)測季節(jié)性最大涌水量；.要排除抽水過程中一切自然和人為隨機(jī)影響因素的干擾。Q-s曲線方程法的優(yōu)點(diǎn)是：回避各種水文地質(zhì)參數(shù)求參過程中的失真，計(jì)算簡單易行。適用于建井初期的井筒涌水量預(yù)測。上水平疏干資料外推下水平的涌水量，以及礦床規(guī)模小、礦體分布集中、邊界條件和含水結(jié)構(gòu)復(fù)雜的涌水量預(yù)測。(二)計(jì)算方法與步驟.鑒別Q?s曲線類型(1)曲度法：即用曲度n值進(jìn)行鑒別:n?S2TgS4Q2-lgQ/當(dāng)n=1時，為直線Q=qS；1<n<2時，為幕曲線Q=ab：S；n=2時，為拋物線S=aQ+bQ2；n>2時，為半對數(shù)曲線S=a+blgS。如果n<1時，表明抽水試驗(yàn)不正確。.確定方程參數(shù)(1)最小二乘法：應(yīng)根據(jù)Q=f(5)類型選用最小二乘法，如常見的幕函數(shù)型：b=Z(igs)2-(Zigs)2//N乙(lgS-lgQ)-乙lgS乙lgQZlgQ-1lga= b(2)圖解法：即利用直角坐標(biāo)的圖解，a為圖解中縱坐標(biāo)上所切的截距線段；b為直線對水平傾角的正切。其它類型詳見地下水動力學(xué)。.井徑換算(1)根據(jù)穩(wěn)定井流理論中，不同地下水運(yùn)動(層流、紊流)狀態(tài)下井徑與涌水量關(guān)系進(jìn)行換算，如層流：Q-=Q(lgR-lgr,)(lgR*—1g仆)；紊流：Q^=Q7l...井孔孔孔 井井 井孔,試驗(yàn)表明：井徑對涌水量的影響，一般比對數(shù)大，而小于平方根。(2)用二次或二次以上不同孔徑的抽水試驗(yàn)資料建立井徑d的換算公式：Q=mdn,m、n值可用最小二乘法求得。.水均衡論證將預(yù)測結(jié)果進(jìn)行疏干條件下的水均衡論證，分析所得的最大涌水量是否符合疏干狀態(tài)下的邊界補(bǔ)給條件。

(三)實(shí)例1.廣東某金屬礦，曾用Q—s曲線法預(yù)測+50m水平的涌水量為14450m3/d,與坑道放水試驗(yàn)的外推涌水量(14000m3/d)接近，而解析法預(yù)測的結(jié)果(12608m3/d)則偏小12%。2,湖南葉花香銅礦，1970年采用試生產(chǎn)坑道的排水量與水位降資料。分別用兩種曲線類型對未來四個中段的涌水量進(jìn)行外推預(yù)測，后經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)見表14-2。表14-2計(jì)算方法不同降深的水量52.45m73.33m99.47m水量（m3/d）誤差（%）水量（m3/d）誤差（%）水量（m3/d）誤差（%）計(jì)算實(shí)際計(jì)算實(shí)際計(jì)算實(shí)際S=aQ+bQ1514516937-10.601822323644-22.902151431155-31.00q=abS14840-12.4018093-23.5021582-30.70實(shí)際檢驗(yàn)表明預(yù)測結(jié)果與實(shí)際情況較接近，產(chǎn)生誤差的主要原因是其間曾發(fā)生兩次大突水淹井，大量泥沙潰入礦坑，地面出現(xiàn)巖溶坍陷和裂縫所致。三、相關(guān)分析法（一）原理與應(yīng)用條件相關(guān)分析是根據(jù)涌水量與主要影響因素之間相關(guān)關(guān)系的密切程度建立回歸方程，利用抽水試驗(yàn)或開采初期的疏干資料，預(yù)測礦坑涌水量或外推開采后期下水平的涌水量。其原理已在供水中介紹。根據(jù)實(shí)際資料的統(tǒng)計(jì)，多元復(fù)相關(guān)預(yù)測遠(yuǎn)比單相關(guān)效果好，其回歸方程表達(dá)的內(nèi)容豐富，可反映除降深外的各種影響因素。它的應(yīng)用條件與Q—s關(guān)系方程類同，但對原始數(shù)據(jù)的采集有嚴(yán)格要求：1代表性：（規(guī)范）要求不少于一個水文年（包括豐、平、枯季節(jié)）的動態(tài)觀測數(shù)據(jù)，同時數(shù)據(jù)（擇本）量不少于30個；2一致性：指應(yīng)與預(yù)測對象上條件相一致；3獨(dú)立性與相關(guān)性：即多自變量有獨(dú)立的變化規(guī)律，相互間關(guān)系不大；而與涌水量之間均存在密切的相關(guān)關(guān)系，（規(guī)范）要求相關(guān)系數(shù)不低于0.7。（二）實(shí)例與計(jì)算方法1.利用勘探階段抽水試驗(yàn)資料預(yù)測礦坑涌水量如廣東沙洋礦通過在勘探階段設(shè)計(jì)相距6m的兩個抽水孔和十余個不同距離的觀測孔組成的群孔抽水試驗(yàn)，取得了復(fù)相關(guān)計(jì)算所需的涌水量Q與井徑r（是將距抽水孔不同距離觀測孔的位置概化為疏干狀態(tài)下的坑道系統(tǒng)不同面積的作用半徑）、水位降S（即不同作用半徑的水位降，以模擬疏干水位降）有關(guān)資料，（見表3）通過求參建立了復(fù)相關(guān)幕函數(shù)預(yù)測方程：1 1Q11.89r3.843S1.536其復(fù)相系數(shù)達(dá)0.9468,復(fù)相關(guān)機(jī)誤僅0.0721，完全可用于未來礦山各設(shè)計(jì)水平與面積的礦坑涌水量預(yù)測。經(jīng)實(shí)際排水資料檢驗(yàn)，預(yù)測誤差偏小38?56%，主要與開采導(dǎo)函大量地面巖溶坍陷有關(guān)。-''-Sim) ^(m)q(；^^50.5354.76125.50127.90150.90202.20216.50

34.4911.1471.70555.1682.0532.0331.5671.7841.4271.39369.1452.9842.9022.1162.4742.0051.8611.3082.利用礦山觀測資料外推預(yù)測可充分考慮礦坑涌水量的增長和各項(xiàng)生產(chǎn)因素間的關(guān)系，并根據(jù)它們之間的密切程度來建設(shè)涌水量方程。在原蘇聯(lián)頓巴斯煤礦的某些涌水量預(yù)測中，首先，在30個礦井中建立了320個觀測點(diǎn)，獲得了涌水量（。2）與各生產(chǎn)因素（包括礦產(chǎn)量々、開采深度H0、開采面積F0、生產(chǎn)時間T0等）之間的相關(guān)關(guān)系，以及其密切程度，見表14-4。表14-4一相關(guān)系數(shù)，igQ01gp01gH0呼0IgT0驚。00.6640.4510.5930.1751gp00.6640.3400.6800.3231gH00.4510.3400.5590.523lgF00.5930.6800.5590.778g00.1750.3230.5230.778 根據(jù)判別得知，生產(chǎn)時間T0對的影響不大（相關(guān)系數(shù)為0.175）。用多元復(fù)相關(guān)計(jì)算，求得四元復(fù)相關(guān)曲線回歸方程：Q=0.72P0.51H0.24F0.11其復(fù)相關(guān)系數(shù):。在此基礎(chǔ)上建立了比擬公式:、0.51，、、0.51，、0.24,0.110PIP0J預(yù)測結(jié)果與傳統(tǒng)的單位涌水量法相比，使誤差減少1.4倍（式中P、H、F為設(shè)計(jì)值）。四、解析法（一）解析法的應(yīng)用條件解析法是根據(jù)解析解的建模要求，通過對實(shí)際問題的合理概化，構(gòu)造理想化模式的解析公式，用于礦坑涌水量預(yù)測。具有對井巷類型適應(yīng)能力強(qiáng)、快速、簡便、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，是最常用的基本方法。解析法預(yù)測礦坑涌水量時，以井流理論和用等效原則構(gòu)造的“大井”為主，后者指將各種形態(tài)的井巷與坑道系統(tǒng)，以具有等效性的“大井”表示，稱“大井”法。因此說：礦坑涌水量計(jì)算的最大特點(diǎn)是“大井法”與等效原則的應(yīng)用，而供水則以干擾井的計(jì)算為主。穩(wěn)定井流解析法：應(yīng)用于礦坑疏干流場處于相對穩(wěn)定狀態(tài)的流量預(yù)測。包括①在已知某開采水平最大水位降條件下的礦坑總涌水量；②在給定某開采水平疏干排水能力的前提下，計(jì)算地下水位降深（或壓力疏降）值。

非穩(wěn)定解析法：用于礦床疏干過程中地下水位不斷下降，疏干漏斗持續(xù)不斷擴(kuò)展，非穩(wěn)定狀態(tài)下的涌水量預(yù)測。包括：①已知開采水平水位降（s）、疏干時間（t），求涌水量（Q）；②已知Q、s，求疏干某水平或漏斗擴(kuò)展到某處的時間。;③已知Q、t，求s,以確定漏斗發(fā)展的速度和漏斗范圍內(nèi)各點(diǎn)水頭函數(shù)隨時間的變化規(guī)律，用于規(guī)劃各項(xiàng)開采措施。在勘探階段，以選擇疏干量和計(jì)算量最大涌水量為主。（二）計(jì)算方法如上所述，應(yīng)用解析法預(yù)測礦坑涌水量時，關(guān)鍵問題是如何在查清水文地質(zhì)條件的前提下，將復(fù)雜的實(shí)際問題概化。它可概括為如下三個重要方面:分析疏干流場的水力特征，合理概化邊界條件，正確確定各項(xiàng)參數(shù)。.分析疏干流場的水力特征礦區(qū)的疏干流場是在天然背景條件下，迭加開采因素演變而成。分析時，應(yīng)以天然狀態(tài)為基礎(chǔ)，結(jié)合開采條件作出合理概化。（1）區(qū)分穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流礦山基建階段，疏干流場的內(nèi)外邊界有受開拓井巷的擴(kuò)展所控制，以消耗含水層儲量為主，屬非穩(wěn)定流；進(jìn)入回采階段后，井巷輸廊大體已定，疏干流場主要受外邊界的補(bǔ)給條件控制，當(dāng)存在定水頭（側(cè)向或越流）補(bǔ)給條件時，礦坑水量被側(cè)向補(bǔ)給量或越流量所平衡，流場特征除受氣候的季節(jié)變化影響外，呈現(xiàn)對穩(wěn)定狀態(tài)?；痉戏€(wěn)定的“建?！睏l件，或可以認(rèn)為兩者具等效性；反之，均屬非穩(wěn)定流范疇。如河北開灤煤礦，其礦坑涌水量隨坑道走向的延展而增加，但這種延展暫停時，涌水量立即出現(xiàn)相對的穩(wěn)定。此時僅表現(xiàn)有受降水的季節(jié)變化在一定變幅范圍內(nèi)上下波動，并出現(xiàn)強(qiáng)出水點(diǎn)和邊緣出水點(diǎn)成襲奪中間出點(diǎn)現(xiàn)象，而總涌水量不變。又如遼寧復(fù)州粘土礦，其涌水量隨采深增加，但某一水平進(jìn)入回采時，其涌水量就逐漸穩(wěn)定，并保持到下一水平突水進(jìn)止，在此階段雖然也出現(xiàn)下水平突水點(diǎn)襲奪上水平突水點(diǎn)現(xiàn)象，但總涌水量卻保持不變。由此可見，在某些礦區(qū)的疏干過程中，不僅存在疏干流場的相對穩(wěn)定階段，而且隨礦山工程的進(jìn)展而不斷相互轉(zhuǎn)化。但選用穩(wěn)定流解析法時要慎重，必須進(jìn)行均衡論證，判斷疏干區(qū)是否真正存在定水頭供水邊界或定水頭的越流系統(tǒng)。此外，對于地下水儲存量較大的礦區(qū)，要單獨(dú)計(jì)算疏干過程中不同階段含水層儲存量的放強(qiáng)度，大量生產(chǎn)實(shí)際表明，礦坑最大涌水量，并非出現(xiàn)在疏干過程的穩(wěn)定階段。（2）區(qū)分達(dá)西流與非達(dá)西流在礦坑涌水量計(jì)算時，常遇到非達(dá)西流問題，它涉及解析法的應(yīng)用條件，在宏觀上可概括有兩種情況：一是暗河管道巖溶充水礦床，地下水運(yùn)動為壓力管道流與明渠流；此外，分水嶺地段的充水礦床，礦坑涌水量直接受垂向入滲降雨強(qiáng)度控制，與水位降深無關(guān)。兩者均與解析法的“建?！睏l件相距甚大，礦坑涌水量預(yù)測應(yīng)選擇水均衡法或各種隨機(jī)統(tǒng)計(jì)方法。二是，局部狀態(tài)的非達(dá)西流，常發(fā)生在大降深疏干井巷附近與某些特殊構(gòu)造部位，它只對參數(shù)計(jì)算與參數(shù)的代表性產(chǎn)生影響。在宏觀上，它是一個流態(tài)概化問題，不存在解析法的應(yīng)用條件問題。

(3)區(qū)分平面流與空間流嚴(yán)格講，在大降深疏干條件下，地下水運(yùn)動的垂向速度分量不能忽略，均為三維空間流(包括非完整井巷的地下水運(yùn)動)問題，其分布范圍僅限于井巷附近，均為含水層厚度的1.5?4.75倍。因此，在礦坑涌水量預(yù)測中，大多將其納入二維平面流范疇，在宏觀上不影響預(yù)測精度。計(jì)算時應(yīng)根據(jù)井巷類型作出不同的概化：如：豎井的涌水量計(jì)算，可概化為平面徑向流問題，以進(jìn)流公式表達(dá)；計(jì)算水平巷道涌水時，以剖面平面流近似，采用單寬流量解析公式，但其兩端上往往也產(chǎn)生輻射流(見圖)，需要考慮它的存在，并采用平面徑向流公式補(bǔ)充計(jì)算巷道端部的進(jìn)水口?？拥老到y(tǒng)則復(fù)雜得多，根據(jù)“大井法”原理，一般以近似的徑向流概化，但當(dāng)坑道系統(tǒng)近于帶狀的狹長條形時，也可概化為剖面流問題。對于傾斜坑道，根據(jù)阿勃拉莫夫有關(guān)水電比擬法的研究，證明坑道的傾斜對涌水量影響不大，可根據(jù)坑道的傾斜度，分別按豎井或水平巷道進(jìn)行近似。即：若坑道傾斜度N50時，視其與豎井近似，用井流公式計(jì)算；若坑道傾斜度＜450時，則視其與水平巷道近似，用單寬流量公式計(jì)算。根據(jù)解析解的存在條件，一些簡單的非完整井巷涌水量計(jì)算，可以運(yùn)用三維空間問題予以解決。此時，可根據(jù)非完整井的特點(diǎn)，運(yùn)用地下水動力學(xué)中映射法與分段法的原理來求解。通常用平面分段法解決完整豎井的涌水量計(jì)算，用剖面分段法解決非完整平巷的涌水量計(jì)算。(4)區(qū)分潛水與承壓水與供水不同，在降壓疏干時，往往出現(xiàn)承壓水轉(zhuǎn)化為潛水或承壓一無壓水。此外，在陡傾斜含水層分布的礦區(qū)，還可能出現(xiàn)坑道一側(cè)保持原始承壓水狀態(tài)，而另一側(cè)卻由承壓水轉(zhuǎn)化無壓水或承壓一無壓水的現(xiàn)象。概化時，需從宏觀角度作等效的近似處理。.邊界條件的概化邊界條件概化的失誤是導(dǎo)致解析解失真的主要原因之一。由于理想化要求常與實(shí)際條件相差甚遠(yuǎn)，成為解析法應(yīng)用中的難點(diǎn)，也是解析法預(yù)測礦坑涌水量的重要環(huán)節(jié)。(1)側(cè)向邊界的概化圖14-2恩口礦區(qū)邊界條件轉(zhuǎn)化示意圖1圖14-2恩口礦區(qū)邊界條件轉(zhuǎn)化示意圖1-Tis+P2d下疊大冶組；2—P2l上疊龍?zhí)督M隔水層;3-Pim+Piq4下二疊茅口組與棲霞組巖溶含水層；解析法要求將復(fù)雜的邊界補(bǔ)給條件概化為隔水與供水兩種進(jìn)水類型；同時，將不規(guī)則的邊界形態(tài)，簡化為規(guī)則的。但實(shí)際問題中一般難以具有上述理想條件，其進(jìn)水條件常常既不完全隔水，又不具有無限補(bǔ)給能力，它的分布也極不規(guī)則。為此，必須通過合理的概化，縮小理論與實(shí)際的差距，滿足近似的計(jì)算要求。其要點(diǎn)是：①立足于整體概化效果；②以均衡為基礎(chǔ)，用好等效原則。等效原則是邊界概化中的無奈之舉，即：通過對概念（如相對隔水邊界、近似定水邊界）尋找近似處理的途徑；或根據(jù)等效原則將垂向越流補(bǔ)給和側(cè)向補(bǔ)給共同構(gòu)造定水頭邊界，將局部進(jìn)水口概化為區(qū)域進(jìn)水邊界等。但這些等效原則的應(yīng)用，必須建立在區(qū)域水均衡條件論證的基礎(chǔ)上，并涉及參數(shù)的優(yōu)化處理。③充分考慮開采因素。疏干流場始終處于補(bǔ)給量與疏干量不斷變化的動平衡狀態(tài)，隨著開采條件的變化，邊界的位置及其進(jìn)水條件常發(fā)生轉(zhuǎn)化，如湖南恩口煤礦的東部邊界（見圖2）,在I水平疏干時東部壺天河不起作用；開采延伸至n水平時，因排水量增大漏斗擴(kuò)展到壺天河，成為茅口灰?guī)r的定水頭供水邊界；當(dāng)疏干達(dá)到m水平時，排水量隨降深繼續(xù)增加，當(dāng)壺天河的補(bǔ)給能力無法與其平衡時，其定水頭供水邊界已不復(fù)存在，漏斗擴(kuò)展至由隔水層構(gòu)造的隔水邊界，但壺天河仍以變水頭集中補(bǔ)給形式平衡疏干漏斗的發(fā)展。概化時，應(yīng)與西部邊界的供水條件作統(tǒng)一的整體骰考慮，如僅就東部邊界而言，可用等效原則按第一類越流邊界處理，但須從均衡出發(fā)，確定一個相當(dāng)于第一類越流作用的“引用越流系數(shù)”取代；此外，也可單獨(dú)計(jì)算壺天河的滲漏量，作為礦坑涌水量的一部分。④邊界幾何形態(tài)的概化也需認(rèn)真對待。如湖北銅汞山銅礦的露天礦涌水量預(yù)測：礦坑充水來自圍巖大理巖，與東西兩側(cè)巖漿巖隔水層呈似以300交角，向南敞開（見圖3）所。60年代勘探時，概化為東側(cè)直線隔水的環(huán)狀供水邊界，采用非完整井穩(wěn)定井流域，預(yù)測礦坑涌水量為5958?7985m3/d,而實(shí)際涌水量僅3790m3/d,誤差57?111%。70年代回訪調(diào)查驗(yàn)證計(jì)算時，采用300扇形補(bǔ)給邊界的穩(wěn)定流近似計(jì)算，得涌水量3685m3/d,周期實(shí)際涌水量為3416m3/d,誤差僅7.8%。證明邊界形態(tài)概化的重要性。⑤邊界概化應(yīng)把重點(diǎn)放在主要供水邊界上。孫納正教授運(yùn)用數(shù)值法，與解析法對理想化模型的對比驗(yàn)證計(jì)算表明：簡化供水邊界的形狀往往會帶來較大的誤差，但簡化隔水邊界的形狀影響一般不大。（2）各種類型側(cè)向邊界條件下的計(jì)算方法獲得礦坑涌水量預(yù)測的描述各種①映射法。即根據(jù)地下水動力學(xué)中的映射迭加原理，特定邊界條件下的解析公式?？刹捎萌缦乱话阈问奖硎荆韩@得礦坑涌水量預(yù)測的描述各種穩(wěn)定流 q=2兀?尺w1yRA非穩(wěn)定流 Q=4nKU/Rr圖14-4某礦區(qū)輻射流計(jì)算圖式中，RA與R圖14-4某礦區(qū)輻射流計(jì)算圖②分區(qū)法。也稱卡明斯基輻射流法。它是從研究穩(wěn)定狀態(tài)下的流網(wǎng)入手，根據(jù)疏干流場的邊界條件與含水層的

非均質(zhì)性特點(diǎn)，沿流面和等水壓面將其分割為若干條件不同的扇形分流區(qū)見圖14-4),每個扇形分流區(qū)內(nèi)其地下水流都呈輻射流，其沿流面分割所得的各扇形區(qū)邊界為阻水邊界，而沿等水壓面分割所得的扇形區(qū)邊界為等水頭邊界。常用卡明斯基平面輻射流公式分別計(jì)算各扇形區(qū)的涌水量。i八(b—b)h2—h2TOC\o"1-5"\h\z潛水Q二—2?-A 2-，lnbi—Inb2 2L(b—b)M(h—h)承壓水Q= 12--? 1:—―iInb—Inb L式中，%與b2為分流區(qū)輻射狀水流上下游斷面的寬度；%與h2為%與b2斷面隔水底板上的水頭高度；L為b與b2斷面的間距。然后，按下式求各分區(qū)流量的總和：Q富Q=Q1+Q2Qni=1每個扇形區(qū)內(nèi)的下游斷面，是以直接靠近井巷的硫干漏斗等水頭線的一部分為準(zhǔn)；而上游斷面則以遠(yuǎn)離井巷的供水邊界上等水頭線面一部分為準(zhǔn)。(3)垂向越流補(bǔ)給邊界類型的確定及其計(jì)算當(dāng)疏干含水層的頂?shù)装鍨槿跬杆畬訒r，其垂向相鄰含水層就會通過弱透水層對疏干層產(chǎn)生越流補(bǔ)給，出現(xiàn)所謂的越流補(bǔ)給邊界。越流補(bǔ)給邊界分定水頭和變水頭二類，解析法對后者的研究還尚待解決。產(chǎn)生定水頭垂向越流補(bǔ)給的礦坑涌水量計(jì)算，可用增加越流參數(shù)項(xiàng)B的形式來表示：穩(wěn)定流 Q=2唳MS/K(，oB非穩(wěn)定流 Q=4兀TS/卬(u?B)… ……，TM' ， ―――… ， ――，式中：B——越流參數(shù)=；K'——垂向弱透水層滲透系數(shù)；M'——垂向弱透水K層厚度；K0——零階二類修正貝塞爾函數(shù)。.參數(shù)確定(1)滲透系數(shù)(K)值滲透系數(shù)是解析公式中的主要參數(shù)。我國礦山大多為分布于基巖山區(qū)的裂隙、巖溶充水礦床，充水含水層的滲透性具明顯不均勻性，根據(jù)解析計(jì)算要求，應(yīng)作均值概化，同時這也是保證滲透系數(shù)具有代表的措施之一。礦坑涌水量預(yù)測中常用的方法有兩種。

①加權(quán)平均值法：又可分為厚度平均、面積平均、方向平均法等。如厚度平均，則公式為：Em（h）kK=—:—:--cpVEm（h）iii=1式中：M（H）—承壓（潛水）含水層各垂向分段厚度；Ki—相應(yīng)分段的滲透系數(shù)。②流場分析法：有等水位線圖時，可采用閉合等值線法：/_ 2QArK—— CPM（L1+L2）Ah或據(jù)流場特征，采用分區(qū)法：TOC\o"1-5"\h\zCP寸「（b—b）h2—h2]E[12.—1 2-]\o"CurrentDocument"lnb-lnb 2Li—1 1 2式中：L「L2—任意兩條（上、下游）閉合等水位線的長度;一兩條閉合等水位線的平均距離；一兩條閉合等水位線的平均距離；MCp—含水層的平均厚度；Q一涌水量；4、b2—輻射狀水流上、下游斷面上的寬度；h「h2—%和b2斷面隔水底板以上的水頭高度；—4和b2斷面之間的距離。（2）大井引用半徑r0的確定礦坑的形狀極不規(guī)則，龍其是坑道（井巷）系統(tǒng)，分布范圍大，形狀千變?nèi)f化，構(gòu)成了復(fù)雜的內(nèi)邊界。根據(jù)解析法計(jì)算模型的特點(diǎn)，要求將它理想化。經(jīng)觀測，坑道系統(tǒng)排水時，其周邊逐漸形成了一個統(tǒng)一的降落漏斗。因此，在理論上可將形狀復(fù)雜的坑道系統(tǒng)看成是一個理想“大井”在工作，此時整個坑道面積，看成是相當(dāng)于該“大井”的面積。整個坑道系統(tǒng)的涌水量，就相當(dāng)于“大井”的涌水量，這樣就使一般的井流公式能適應(yīng)于坑道系統(tǒng)的涌水量計(jì)算。這種方法，在礦坑涌水量預(yù)測中稱為“大井法?！按缶钡囊冒霃絩o，在一般情

況下用下式表示:r=F=0.565kF0九式中，F(xiàn)為坑道系統(tǒng)分布范圍所圈定的面積。確切地說，近似等于為保證并田設(shè)計(jì)生產(chǎn)率所必需的坑道所圈定面積的大小，或者以降落漏斗距坑道最近處的封閉等水位線所圍起來的面積。如果開采面積近于圓形、方形時，采用上式較準(zhǔn)確，對于形狀特別的面積，可采用其它專門公式計(jì)算。（3）引用半徑R0的確定對于在實(shí)際問題中是否存在裘布依關(guān)于園形定水頭的假定條件，以及齊姆模型中影響半徑概念是否合理，學(xué)術(shù)界存在眾多爭議，特別是非穩(wěn)定流理論與越流理論的產(chǎn)生，人們認(rèn)識到某種穩(wěn)定狀態(tài)的出現(xiàn)可能是越流作用所造成，這樣影響半徑的概念離開了原有的含義，于是引出了所謂“引用影響半徑”。從穩(wěn)定井流理論的實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，上述概念是可以被接受的，即根據(jù)等效原則，將疏干量與補(bǔ)給量相平衡時出現(xiàn)的穩(wěn)定流場，其邊界用一個引用的園形等效外邊界進(jìn)行慨化，其與“大井”中心的水平距離稱為引用影響半徑，也稱為補(bǔ)給半徑。即R0=R+r0。同理，在用割面平面流解析公式計(jì)算使表水中坑道涌水量，也就有了引用影響帶寬度（L0）的概念，即疏干坑道中心與外邊界之間的距離。在穩(wěn)定流條件下，引用影響半徑R為一個常量，也稱補(bǔ)給半徑；在非穩(wěn)定流條件下則0是一個不斷變化著的變量，這樣在理論上解決了穩(wěn)定井流理論及其引用影響半徑計(jì)算公式的實(shí)用問題。礦山疏干實(shí)際表明，礦坑排水的影響范圍，總是隨時間的延長、排水量的增加以及坑道的推進(jìn)而不斷擴(kuò)大，直到天然邊界為止，它不可能被限制在一個不是邊界的理想“半徑”之內(nèi)。止匕外，對比計(jì)算表明，若確定影響半徑的誤差為2~3倍，則礦坑涌水量的計(jì)算誤差可達(dá)30%?60%；此外，若取偏低值其誤差遠(yuǎn)比取偏高值要大。因此，礦坑涌水量預(yù)測時，能否用解析公式及常見的經(jīng)驗(yàn)公式來近似的確定影響半徑值得探討；對開拓井巷的捅水量預(yù)測，最好采用抽水試驗(yàn)外推法，即根據(jù)多落程的抽水試驗(yàn)，確定降深與影響半徑或流量與影響半徑的線性關(guān)系，外推某琉干水位或某疏于量的相應(yīng)疏干半徑值。如：,L 1R=aSm；或R=aQm對坑道系統(tǒng)的涌水量預(yù)測，應(yīng)根據(jù)疏干中心天然水文地質(zhì)邊界線之間距離的加權(quán)平均值計(jì)算，即塞羅瓦特科公式：2bLR=r+工？式中：r0——“大井”的引用半徑；bcp——井巷輪廓線與各不同類型水文地質(zhì)邊界間的平均距離；

—各類型水文地質(zhì)邊界線的寬度。(4)最大疏干水位降深Smax的確定在理論上，目前解析解還無法處理承壓區(qū)與無壓區(qū)同時并存與大降深的潛水問題，對于實(shí)際問題，則是礦床硫干時最大可能水位降是多少，如何近似確定最大硫于水位降深Smax值。愛爾別爾格爾在實(shí)驗(yàn)中取得的潛水最大水位降深等于潛水含水層一半的結(jié)論，即Smax=1/2H(擴(kuò)大應(yīng)用到承壓含水層時，Smax=H-1/2H)，一直是水文地質(zhì)計(jì)算中所遵循的概念。近年來，我國通過滲流槽及野外抽水試驗(yàn).證明這一結(jié)論是保守的。Smax可以超過0.8H，在礦坑涌水量計(jì)算中，通常不考慮這一概念。據(jù)觀測，在長期硫于條件下的大截面井巷系統(tǒng)外緣，動水位(h)一般不超過1?2m,它所引起的涌水量計(jì)算偏大值一般為0.5%?1%。因此，礦坑涌水量預(yù)測時，最大疏干水位降一般取Smax=H。另一個理論問題，即最大水位降Smax=H時的最大涌水量計(jì)算問題。眾所周知，當(dāng)S =H時，裘布依公式在理論上就會“失真”，這正是穩(wěn)定井流理論的最大缺陷之一；max而泰斯公式則是從承壓水含水層建立起來的，擴(kuò)大到無壓含水層使用時，(作最大降深疏干時，承壓含水層均轉(zhuǎn)化為無壓水層)，常把隨時間變化的含水層厚度作線性處理，即取不變的平均值，這種線性化處理必然帶來誤差，據(jù)研究當(dāng)降深超過含水層厚度30%時，非穩(wěn)定井流公式要偏實(shí)際情況，出現(xiàn)明顯誤差，更不用說是作最大水位降的計(jì)算了。如上所述，不難看出礦坑涌水量預(yù)測時，作最大水位降的最大疏干量計(jì)算，對解析法來說不是很合科適宜的。(三)實(shí)例1最佳疏干量(Q最)的確定某鐵礦地處灰?guī)r區(qū)，裂隙巖溶發(fā)育較均勻，地下水運(yùn)動符合達(dá)西定律，礦區(qū)內(nèi)有部分地下水動態(tài)長期觀測資料，其它地質(zhì)條件略。(1)要求①當(dāng)疏干水平(或中段)的水位降深(S)確定后，則疏干量(Q)是時間(t)的函數(shù)。這樣，疏干量Q就是與疏干時間有關(guān)的一組數(shù)據(jù)。某水平的正常疏干量，應(yīng)是該水平預(yù)測的礦坑涌水量值。設(shè)計(jì)部門要在一組具不同疏干強(qiáng)度Q及與其相應(yīng)的時間t的對比中，選出最佳疏干方案，即選擇排水能力要求不過大，而疏干時間又不長的方案。②疏干時間通常要求控制在兩個雨季之間，否則Q的計(jì)算則無意義。

（2）任務(wù)給定的條件是：①疏干中段水位降（S）確定為零米標(biāo)高；②疏干時間要求在兩個雨季間完成。（3）最佳疏干量的計(jì)算與分析第一步：初選疏干時間段t。根據(jù)第二項(xiàng)任務(wù)，在現(xiàn)有地下水動態(tài)曲線（圖）上初選三個時間段，即270d、210d、150d，供計(jì)算分析。第二步：確定相應(yīng)的。值。根據(jù)給定的零米標(biāo)高，從動態(tài)曲線圖上確定出各霎時間段相圖5圖55某時地地下水水位動態(tài)斛圖對應(yīng)的S值，即:t(d)t270t210t150S(m)3S.1002S.901S8080901008090100S(m)圖6不同疏干量條件下曲線S=f（t）第三步：求相應(yīng)的。值，利用公式（符號為常用地下水動力學(xué)符號）:在已知t1、"、'2、S2、'3、S3的條件下,求得相應(yīng)的4、Q2、Q3，作為第四步分析的初值。第四步：繪制不同疏干強(qiáng)度Q條件下的S二f（t）曲線。在初值Q1、Q2、Q3的范圍內(nèi)，通過內(nèi)插給出一組供進(jìn)一步分析的疏干量數(shù)據(jù)。其公式為：分析不同疏干量時的S隨t的變化規(guī)律，并繪制不同疏干量條件下的S=f（t）曲線。（圖）(m3/d)第五步：繪制不同定降深S條件下的

Q=f（t）曲線。根據(jù)圖作出不同降深S條件下的疏干量Q與時間t的關(guān)系曲線Q=f（t）（圖），進(jìn)行不同S條件下，疏干量Q與疏干時間的對比分析。第六步：繪制降深S與最佳疏干量Q的關(guān)系曲線。根據(jù)圖中各S=f（t）曲線的拐點(diǎn)，求出不同降深Q條件廠的最佳疏干強(qiáng)度Q，即擬穩(wěn)定疏干量與降深的關(guān)系曲線（圖14—8）。第七步：確定最佳硫干量，并檢驗(yàn)其可行性。根據(jù)圖14—8取得的不同降深的最佳Q，(m3/d)40000-30000'20000100圖7 不同降深條件下幻=fM曲線圖8降深與疏干量關(guān)系曲線圖8Q，(m3/d)40000-30000'20000100圖7 不同降深條件下幻=fM曲線圖8降深與疏干量關(guān)系曲線圖8降深與疏干量關(guān)系曲線疏干量Q日檢驗(yàn)它們達(dá)到S時所需的時間t，是否滿足任務(wù)要求，即是否能在兩個雨季最之間完成疏干任務(wù)。如符合需要，預(yù)測就算完成；不符合，則還要重復(fù)進(jìn)行，直至所選取的最佳疏干量滿足任務(wù)要求的s與t時為止。從圖14—8取S=90m,則Q佳為20000m3/d從圖中求得t=200d；可行性檢驗(yàn):200<210d,故符合技術(shù)要求。繼之，求雨季最大疏干量Qmax。雨季地下水位上升，如以t表示雨季的時段長，以S表示水位上升幅度，為保證開采水EZI1L_ii_l2L^J3Lj_l4LC--J5IP2cl+DI6圖9圖廣東廣東限水港地質(zhì)示地圖示意圖-相對隔水邊界；2-河流；3-斷層；4-上升泉；5-強(qiáng)烈?guī)r溶化灰1-相對隔水邊界；巖-6河流巖、舞斷層；4-上升泉；5-平（中段）的正常生產(chǎn)，必須將雨季（特別是豐水年雨季）抬高的水頭S降下去。因此，雨季的最大疏干量應(yīng)為開采水平正常疏干量（即正常涌水量）Q，亦即在前面所確定的最佳疏干量，再加雨季t時段拾高S所增加的疏干量，稱疏干增量。則：Qmax=Q最+Q雨增上述Q 計(jì)算，關(guān)鍵是雨季t及其時max強(qiáng)烈?guī)r溶化灰?guī)r；6-砂頁巖、泥灰?guī)r段內(nèi)地下水位上升幅度的確定。一般按動態(tài)觀測資料給出抬高S的平均值，較為可靠。將所得t、S代入前面所列公式，則可計(jì)算出雨季增加的疏干量。雨增。2.穩(wěn)定涌水量的計(jì)算廣東曲塘多金屬礦，位于一構(gòu)造盆地邊緣，地勢平緩，雨量充沛，地表水系發(fā)育。礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，賦存于含水性差的晚泥盆系天子嶺組泥灰?guī)r中。由于地層缺失，在某些地段使強(qiáng)烈?guī)r溶化的中晚石炭系壺天群灰?guī)r直接復(fù)蓋其上，構(gòu)成礦區(qū)主要充水層。此外，地表分布有弱含水的第四系沖積粘土夾礫石。礦區(qū)北、西有隔水層，東、南開闊，有地下水與地表水聯(lián)系密切。根據(jù)邊界的概化（圖）選擇直交隔水邊界的穩(wěn)定流“大井”公式，計(jì)算各開采中段穩(wěn)定涌水量：兀K[(2H—M)M—h2]將一40m中段的礦坑涌水量計(jì)算的參數(shù)和結(jié)果列入表表曲塘礦一40米中段礦坑涌水量計(jì)算表計(jì)算參數(shù)預(yù)計(jì)礦坑涌水量已1巾3標(biāo)、實(shí)際排水量（m3/d）誤差%(m)(m)(m)(m/d)(m)r0(m)b1(m)b2(m)壺天群天子嶺組第四系總計(jì)149.77—151.59—47.80——2.374——4345-455—391.50—55078.50—28120—4620-910—33650—39250—16.6-表中的R=aQ，其中a為比例系數(shù)，系根據(jù)多落程水位降低的抽水試驗(yàn)求得。五、數(shù)值法（一）應(yīng)用條件數(shù)值計(jì)算用近似分割原理擺脫解析法處理實(shí)際問題時的嚴(yán)格理想化要求，使其更接近實(shí)際，因此主要用于水文地質(zhì)條件復(fù)雜的大水礦床，并依據(jù)大流量抽放水試驗(yàn)為其對水文地質(zhì)條件整體暴露，并提供建模、模型識別、大降深疏干預(yù)測的各種信息資料。礦坑涌水量數(shù)值計(jì)算其原理方法雖與供水水資源評價完全一致，但由于礦床所處自然環(huán)境復(fù)雜，開采條件變化大，不確定因素多，又要求作大降深下推預(yù)測。因此，礦坑涌水量數(shù)值計(jì)算的最大特點(diǎn)是：模型識別的條件差、任務(wù)重、難度大。不僅要為原始狀態(tài)下水文地質(zhì)模型的各項(xiàng)未知條件與不確定因素，通過定量化過程得到識別與校正；同時，還要為大降深數(shù)值預(yù)測建立內(nèi)邊界的互動機(jī)別，即隨內(nèi)邊界（面積、降深）變化外邊界的下推規(guī)律及其水均衡條件。（二）計(jì)算方法與步驟.數(shù)學(xué)模型的選擇數(shù)學(xué)模型的建立，既要考慮需要，又要分析其可能與效果。即實(shí)際問題的復(fù)雜程度是否

具有所選模型相應(yīng)的資料，一般來說，，平面二維數(shù)學(xué)模型已能滿足解決實(shí)際問題的基本要求。但對于由弱透水層連接的多層層狀含水層層組結(jié)構(gòu)，可以從實(shí)際出發(fā)選擇準(zhǔn)三維模型;即用平面二維問題刻劃含水層的基本特性一，以垂向一維流描述含水層之間的作用；對于在垂向上具明顯非均質(zhì)特征的巨厚含水層，在較大降深的開采量和水位預(yù)報(bào)時，為避免失真最好采用三維流數(shù)學(xué)模型。下面以非均質(zhì)二維非穩(wěn)定流地下水模型為例進(jìn)行討論，它由泛定方程和定解條件（初始條件和邊界條件）組成：泛定方程：—[T2]+—fT2]+W=S型 （x,j）eG,t>tdxxdXdyIj?） % o初始條件：H(x,y,t)1t0=H0(x,y) (x,y)eG,t=10邊界條件：H(x,y,t)l「=H1(x,y,t) (x,y)eT1,t>10T竺cos(n,x)+T"cos(n,y)l=-q(x,y,t)xSx ySy r2式中T 導(dǎo)水系數(shù)。潛水，T=k-h；承壓水，T=k-m——水頭；M——承壓含水層厚度；S潛水為給水度，承壓水為儲水系數(shù)；W——單位時間、單位面積上的垂向轉(zhuǎn)化量；'——水位邊界；工一一流量邊界；G——計(jì)算域；（x,y）——平面坐標(biāo)；——時間。泛定方程是一個描述地下水滲流場收、支平衡的水均衡方程，其對水量轉(zhuǎn)化規(guī)律的刻畫是以達(dá)西定律為依據(jù)的，它由兩部分組成：一是均衡基本項(xiàng)（T、S項(xiàng)），指方程帶有水頭函數(shù)h的偏導(dǎo)項(xiàng)，表征滲流場各均衡單元內(nèi)部及相互間的水量交換。其中含T的水量滲透基本項(xiàng)，指滲流場水量的側(cè)向交換條件，反映了含水層介質(zhì)的滲透性、非均質(zhì)性、含水層的幾何形態(tài)、滲流運(yùn)動狀態(tài)；面含S的水量儲存與釋放基本項(xiàng)，指滲流水量的儲存與消耗。二是垂向交換項(xiàng)（卬項(xiàng)），包括源、匯項(xiàng)（即計(jì)算域內(nèi)各井的抽水或注水強(qiáng)度），垂向入滲補(bǔ)給

和消耗以及越流項(xiàng)。在模型中W（X,y,t）應(yīng)是一個給定的已知函數(shù)，但在實(shí)際中某些垂向交換量常常是未知的，因此它也可引入?yún)?shù)（如降水入滲a垂向越流系數(shù)”等）在模型中參與求參。初始條件：是指開采初始條件的地下水水頭，為已知條件。邊界條件：在二維模型中僅指側(cè)向邊界條件。當(dāng)已知邊界水頭變化規(guī)律時，可按已知水位邊界表示（r），稱一類邊值問題；當(dāng)已知邊界的流量變化規(guī)律時，可用已知流量邊界表1示（r2），稱二類邊值問題，其強(qiáng)度以單寬流量q表示。由一類邊界和二類邊界共同組成的混合邊界，稱混合邊值問題。礦坑涌水量數(shù)值計(jì)算中，大多采用混合邊值，即以勘探工程控制礦區(qū)主要水量交換邊界，用表現(xiàn)資料給定一類邊值，以免模型識別失真，解決數(shù)學(xué)模型求解的唯一性問題;同時，在水均衡研究基礎(chǔ)上，以流量邊界模擬次要邊界，參于調(diào)參與識別，解決工程量不是的困難。.水文地質(zhì)條件的概化水文地質(zhì)條件概化是數(shù)值計(jì)算中的一個重要環(huán)節(jié)。要求根據(jù)勘探資料按數(shù)值方法對實(shí)際問題的特點(diǎn)進(jìn)行概化。它反映了勘探信息的利用率和保證率，以及對水文地質(zhì)條件的研究程度，直接關(guān)系計(jì)算精度。（1）含水層結(jié)構(gòu)的概化：包括含水層的空間形態(tài)與結(jié)構(gòu)參數(shù)分區(qū)的概化。含水層的空間形態(tài)，是利用含水層頂、底板標(biāo)高等值線圖，給出每一剖分節(jié)點(diǎn)（離散點(diǎn)）坐標(biāo)（X,y）上的含水層頂、底板標(biāo)高，，由模型自動識別含水層的厚度，完成幾何形態(tài)的概化。含水層的非均質(zhì)結(jié)構(gòu)參數(shù)分區(qū)，是在水文地質(zhì)分區(qū)的基礎(chǔ)上（即依據(jù)T、S的分布特點(diǎn)，結(jié)合巖性和松散沉積物的成因類型、基巖的構(gòu)造條件、巖溶地區(qū)的水動力條件，進(jìn)行水文地質(zhì)分區(qū)）。按水文地質(zhì)條件的宏觀規(guī)律和滲流運(yùn)動的特點(diǎn)，在空間上漸變地進(jìn)行參數(shù)分區(qū)及參數(shù)分級，給出各分區(qū)參數(shù)的平均值及其上、下限，作為模型調(diào)試的依據(jù)。對取水層與相鄰含水層相互作用概化，一般要求地質(zhì)模型給出與相鄰含水層的連接位置與坐標(biāo)，其連接方式可以是斷層，“天窗”或通過弱透水層的越流補(bǔ)給。（2）地下水流態(tài)的概化：當(dāng)水位降較大時，在開采井附近常出現(xiàn)復(fù)雜的非達(dá)西流與三維流，此外某些局部的構(gòu)造部位或巖溶發(fā)育地段，甚至出現(xiàn)非滲流或非連續(xù)流狀態(tài)。但這些復(fù)雜水流狀態(tài)的分布范圍一般不大，因此在宏觀上仍可考慮用二維達(dá)西流進(jìn)行概化。（3）邊界條件的概化：數(shù)值法能較真實(shí)地模擬邊界復(fù)雜的邊界條件，它與數(shù)理統(tǒng)汁模型相結(jié)合，可以處理解析法無能為力的各種非確定邊界問題。概化時，要求根據(jù)邊界分布的空間形態(tài)，給出邊界的坐標(biāo)，確定邊界作用的性質(zhì)，有無水量交換及其交換方式，并根據(jù)動態(tài)觀測或抽水試驗(yàn)資料，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法概化水位或流量的變化規(guī)律，并按不同時段給出邊界節(jié)點(diǎn)的水位或單寬流量。計(jì)算邊界的選擇與確定對數(shù)值計(jì)算的精度及其工程量的投資關(guān)系極大。操作時應(yīng)遵循兩個基本原則：一是在經(jīng)濟(jì)上要求以最小的工程控制邊界條件；二是在技術(shù)上要求所確定的主要邊界，具有一定的工程控制，能為模型的識別、校正和預(yù)測提供可靠的計(jì)算數(shù)據(jù)。具體表現(xiàn)在，首先，盡可能的取自然邊界和確定性邊界，以節(jié)約勘探工程和提高模型的可靠性；其

次，應(yīng)避免置計(jì)算邊界于源、匯項(xiàng)附近，并遠(yuǎn)離供水中心，以縮小邊界條件概化不當(dāng)對計(jì)算結(jié)果的不良影響；止匕外，模型識別與預(yù)測的邊界必須一致，否則模型識別的成果將失去意義。在二維地下水模型中，垂向水量交換是作為水量附加項(xiàng)（W項(xiàng)）列入方程中的，因此在概化時應(yīng)特別慎重。同時要求給出含水層中的人工抽（注）水井的坐標(biāo)、類型及其抽（注）水強(qiáng)度。（4）初始條件的概化：按初始時刻各控制節(jié)點(diǎn)實(shí)測水位資料繪制的等水位線圖，給出各節(jié)點(diǎn)的水位作為初始條件。由于控制節(jié)點(diǎn)的數(shù)量有限，等水位線圖的制作難免在一定的隨意性，在含水層結(jié)構(gòu)或邊界條件較復(fù)雜的情況下，最好利用模型的小步長運(yùn)行進(jìn)行校正。.計(jì)算區(qū)域的離散數(shù)值法根據(jù)分割近似原理，將一個反映實(shí)際滲流場的光滑連續(xù)的水頭曲面，用一個由若干彼此銜接無縫不重疊的三角形（有限元法）或方形、矩形（有限差分法）拼湊成的連續(xù)但不光滑的水頭折面代替，將非線問題簡化為線性問題求解。按離散化要求部分時，首先要選好控制性節(jié)點(diǎn)，它是具有完整水位資料的觀測孔。由于觀測孔的數(shù)量有限，要有許多插值點(diǎn)平補(bǔ)充，完成對整個計(jì)算域的離散。為了保證模型識別的精度，每一個參數(shù)分區(qū)和水位邊界至少應(yīng)保證有一個已知水位變化規(guī)律的控制性節(jié)點(diǎn)。插值點(diǎn)應(yīng)布置在水位變化明顯、參數(shù)分區(qū)界線、承壓水與潛水分界線的控制節(jié)點(diǎn)稀疏的地方，并結(jié)合單元部分原則，對插值點(diǎn)的位置作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。（1）單元部分的原則，以控制水文地質(zhì)條件宏觀規(guī)律為目的。一般從資料較多的中心地帶向邊遠(yuǎn)地區(qū)逐漸放稀。在水力坡度變化大的地段要適當(dāng)加密，但應(yīng)避免突變，對三角形單元的三邊之長不宜相差太大，其長、短邊之比不要超過3:1,三角形的內(nèi)角以300?900之間為好，否則影響數(shù)值解的收斂。部分后，要按一定順序?qū)?jié)點(diǎn)網(wǎng)格作系統(tǒng)的編號，并準(zhǔn)備各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。（2）時間的離散，是根據(jù)地下水位降（升）速場的特點(diǎn)，選好合適的時間步長控制水頭變化規(guī)律，既保證計(jì)算精度，又節(jié)約運(yùn)算時間。如模擬抽水試驗(yàn)時，抽水初水位下降迅速，必須用以分為單位的小步長才能控制，隨著水位降速的變慢，逐漸延長至以時、日為單位的步長。模擬穩(wěn)定開采時，可用月、季、甚至年為單位的大步長。.模型的識別與檢驗(yàn)?zāi)Ｐ妥R別是用實(shí)測水頭值及其他已知條件校正模型方程、結(jié)構(gòu)參數(shù)、邊界條件中的某些不確切的成分，數(shù)學(xué)運(yùn)算中稱解逆問題。他是根據(jù)詳勘要求的一個水文年動態(tài)觀測資料，提供枯、平、豐水季節(jié)的天然流場資料和抽水實(shí)驗(yàn)的人工流場資料，選用或自編相應(yīng)的程序軟件進(jìn)行的。由于水頭函數(shù)是一個多元函數(shù)，他是地下水模型中各要素綜合作用的反映，因此模型識別的地質(zhì)含義可理解為對研究區(qū)水文地質(zhì)條件的一次全面判斷。在條件允許的情況下，應(yīng)進(jìn)一步利用長期觀測資料的歷史水位進(jìn)行檢驗(yàn)。模型識別的方法有直接解法和間接解法兩種。直接解法把水頭函數(shù)作為已知項(xiàng)，用反演計(jì)算直接尋找模型中的參數(shù)和其他未知量的最優(yōu)解。直接解法雖有高效率的運(yùn)算速度，但要求過嚴(yán)的工程控制度（在理論上要求每個節(jié)點(diǎn)的水頭值在計(jì)算時段內(nèi)均為已知值）和對數(shù)據(jù)誤差的敏感反映，是其難以適應(yīng)現(xiàn)實(shí)條件。間接解法是一種常用的方法。它在給定定解條件的已知源、匯項(xiàng)的前提下，用正演計(jì)算

模擬水頭的時空分布，通過數(shù)學(xué)的最優(yōu)方法不斷調(diào)整方程參數(shù)和邊界的輸入輸出條件，使水頭的計(jì)算值與實(shí)測值的擬和誤差滿足要求為止。它是一種試算逼近法，這種反復(fù)擬和的識別過程，是在地質(zhì)人員的控制下由計(jì)算機(jī)自動執(zhí)行的。地質(zhì)人員的指導(dǎo)作用，是根據(jù)水文地質(zhì)條件提出最優(yōu)化方法及約束條件，如：給出待求參數(shù)的初值與變化范圍、選擇邊界類型按時間步長給出相應(yīng)的水位與單寬流量值、確定水位計(jì)算值與實(shí)測值的允許擬合誤差、限制每組參數(shù)優(yōu)選的循環(huán)次數(shù)等。對于擬合誤差的精度要求，由于實(shí)際情況各異難以制訂一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，一般用相對誤差小于時段水位變幅的5%?10%。結(jié)合水頭擬合曲線態(tài)勢變化的同步性與一致性，以及水文地質(zhì)條件和水均衡條件的合理性，作為綜合判斷的依據(jù)。模型識別與檢驗(yàn)的成果，通常用各控制節(jié)點(diǎn)計(jì)算水頭與實(shí)測水頭值的擬合對照表及地下水水頭時空態(tài)勢擬合圖表示。后者指各控制節(jié)點(diǎn)水頭降（升）速場和不同時段水頭梯度場的擬合，它反映了點(diǎn)與面、時間與空間的整個擬合精度。逆演計(jì)算在數(shù)學(xué)上存在兩大問題：一是同水文地質(zhì)條件可形成接近的水頭分布特征，稱唯一性問題。而任一種逆問題的數(shù)學(xué)方法，只討論尋找求解目標(biāo)函數(shù)極小值的手段，而不討論極小值是否唯一；二是數(shù)據(jù)的微小誤差場可給解逆問題帶來重大失誤，稱穩(wěn)定性問題，尤其是直接解法的穩(wěn)定性問題就更加突出。兩者有其一，數(shù)學(xué)上均稱為不適定，即它的解是不可信的。止匕外，地質(zhì)人員對水文地質(zhì)條件判斷的失誤和在數(shù)據(jù)采集與處理中的隨意性，擴(kuò)大了逆演計(jì)算的不適定。經(jīng)驗(yàn)證明，解決逆演計(jì)算的唯一性問題，出路在于有效的地質(zhì)措施。（1）通過加強(qiáng)水文地質(zhì)條件宏觀規(guī)律的研究和合理使用有限的工程量，提高參數(shù)分區(qū)及各分區(qū)之間參數(shù)比值的概化精度；用勘探工程控制重要邊界條件，限制概化中的隨意性，確保地質(zhì)模型的可靠性；（2）提高數(shù)據(jù)采集和處理的精度（3）避免多項(xiàng)參數(shù)和邊界問題同時逆演的做法，應(yīng)通過均衡研究，用不同時段抽水試驗(yàn)資料，尋找各項(xiàng)參數(shù)和邊界單因素求解的最佳逆演時段，通過化繁化簡，由已知求未知的逐漸逼近方法，完成模型的整體識別。在此基礎(chǔ)上，如條件允許應(yīng)繼續(xù)用歷史資料進(jìn)一作多時態(tài)（枯、平、豐水年）的模型檢驗(yàn)。5.礦坑涌水量數(shù)值預(yù)測模型的預(yù)測，通常是在水文地質(zhì)模型定量化的基礎(chǔ)上，按開采方案（即已知疏干工程的內(nèi)邊界條件）預(yù)測未來開采條件下外邊界的變化規(guī)律，從而達(dá)到預(yù)測的目的。其關(guān)鍵是正確處理外邊界存在的不確定因素，如分水嶺、天窗、斷層等。無論采用什么方法處理非確定性邊界，都必須以地質(zhì)為依據(jù)，并賦于嚴(yán)格的約束條件和進(jìn)行很必要水文地質(zhì)論證，其中嚴(yán)格控制邊界水位的下推值，進(jìn)行區(qū)域補(bǔ)給量的水均衡論證尤為重要，單純依靠數(shù)學(xué)方法解決非確定性邊界問題，極易失真。因此，地質(zhì)人員必須立足于通過地質(zhì)勘探提供邊界預(yù)測的地質(zhì)依據(jù)。用數(shù)值法預(yù)測礦坑涌水量，其優(yōu)勢是極明顯的，它除了能較真實(shí)地刻劃礦區(qū)的水文地質(zhì)條件外；還能刻劃各種復(fù)雜的開采條件與各種類型及強(qiáng)度的疏干工程，模擬疏干過程，反映預(yù)報(bào)區(qū)內(nèi)疏干條件下各種水文地質(zhì)條件的變化（如局部范圍內(nèi)含水層由承壓轉(zhuǎn)無壓到疏

干），以及疏干對天然排泄點(diǎn)和供水水源地的水量襲奪，疏干礦井之間的相互襲奪過程等，因此它能根據(jù)不同水文地質(zhì)條件和不同生產(chǎn)要求作出相應(yīng)的預(yù)報(bào)，實(shí)現(xiàn)包括解析法在內(nèi)的傳統(tǒng)計(jì)算方法難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，下面僅就常見的礦坑涌水量預(yù)測作一簡介。（1）有效疏干量指在所選定的疏干時間內(nèi)，將疏干區(qū)的地下水降低至某一設(shè)計(jì)標(biāo)高所需的最佳疏干強(qiáng)度或疏干方案，因此它與礦坑涌水量是兩個不同的概念，后者是客觀存在的，而前者是人為的。因?yàn)橛行韪闪渴菍?yīng)疏干時間而存在的，因此需要通過每一個疏干方案的一組疏干時間及其相應(yīng)的疏干水量的數(shù)據(jù)，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的對比后，才能作出最后的選擇。有效疏干量的計(jì)算可采用不同的計(jì)其方法，如：①插值法計(jì)算時，先根據(jù)已知設(shè)計(jì)開采水平的水位降深，給出不同的疏千里 （Q「Q2、…、Q），求得相對應(yīng)的疏干時間（/、t、…、t），然后作出該水平的疏干量Qf（t）n 1 2 n s s曲線，作為優(yōu)選有效疏干量的依據(jù)。②自選法：給出疏干水量的初值及其遞增率，由計(jì)算機(jī)自動按規(guī)定的疏干水平和疏干時間進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)不能在規(guī)定時間內(nèi)達(dá)到疏降要求時，計(jì)算則自動按水量遞增率增加疏干水量，直至達(dá)到規(guī)定要求止。這時的疏干水量，即為最佳的有效疏干量。上述兩種方法均是在給定疏干量的條件下進(jìn)行的，因而疏干工程均按n類流量內(nèi)邊界處理。（2）穩(wěn)定涌水量在求得有效疏干量后，將疏干坑道以定水頭I類邊界標(biāo)定，求得穩(wěn)定流場，計(jì)算進(jìn)入坑道的穩(wěn)定流量?？驁D如下：（3）最大涌水量：根據(jù)地下水動態(tài)的分析，找出雨季地下水位回升速度。計(jì)算時，疏干坑道仍以1類定水頭邊界處理，在穩(wěn)定流場的基礎(chǔ)上，按雨季地下水位的回升速度標(biāo)定邊界及節(jié)點(diǎn)水頭，求出雨季末期或水位回升速度最大時期疏干坑道的涌水量。（三）實(shí)例一湘中笠煤礦涌水量預(yù)測該礦位于婁底市，地下水盆地面積約為123km2：,棲霞組李子塘段泥巖構(gòu)成天然隔水邊界。含煤面積約68km2,煤層系二疊系上統(tǒng)龍譚組。主要充水層（計(jì)算對象）為二疊系下統(tǒng)茅口組與棲霞組上部裂隙巖溶含水層，含水豐富，并構(gòu)煤系的直接底板。向斜兩側(cè)一800m處為隔水底邊界。煤系和上覆地層含水性微弱。礦區(qū)常年濕潤多雨，多年平均降雨量為1378mm；降水是地下水的主要補(bǔ)給來源。該礦利用疏干巷道排水降壓方式進(jìn)行生產(chǎn)。礦井涌水動態(tài)曲線顯示出：涌水量的大小取決于降水量，而與巷道積長、回采面積和開采水平加深無明顯關(guān)系。1980年時，三對有水力聯(lián)系的礦井（香花臺井一100m、黃港井一95m、湖坪井一100m）將于1981—1985年分別延深至一300m、一240m、一200m,急需預(yù)報(bào)］983—1985年延深各礦井的涌水量。計(jì)算區(qū)的形狀很不規(guī)則，含水層為非均質(zhì)，地下水部分是潛水，部分是承壓水，部分有河水滲入補(bǔ)給，各疏干巷道間存在著水力聯(lián)系，巷道延深的水平和時間均不相同。如此復(fù)雜

的條件，可用有限元法作預(yù)測。用有限元法計(jì)算，可分兩步：第一步，據(jù)現(xiàn)有巷道的涌水量和觀測孔水位擬合，反求參數(shù)；第二步，進(jìn)行巷道延深時的涌水量預(yù)測。該礦的地下水運(yùn)動基本上符合達(dá)西線性滲透定律.且裂隙巖溶含水層具有雙重介質(zhì)的特點(diǎn)，滲流方程中有滯后項(xiàng)。研究表明，在長期排水中，滯后效應(yīng)影響很小，可忽略不計(jì)，可近似地采用二維多孔介質(zhì)滲流方程；見公式。在計(jì)算區(qū)東面有兩個、西面有一個第I類邊界，取該處不受礦山排水影響的泉水和觀測孔的水位作已知水位，其余方向都是隔水邊界。內(nèi)部疏干巷道也作為I類邊界。在地下水的補(bǔ)給區(qū)劃分出5個入滲區(qū)，由逐步回歸分析給出入滲補(bǔ)給系數(shù)初值，見圖14—9①至⑤。據(jù)地質(zhì)構(gòu)造、巖溶發(fā)育程度和抽水試驗(yàn)資料，將域分成14個非均質(zhì)區(qū)、247個節(jié)點(diǎn)，剖分成429個單元。.反求參數(shù)擬合時間從1980年1月1日至1981年健月31口，分兩個階段（前24個時段.后26個時段）。因老礦區(qū)有系統(tǒng)的流量觀測資料，故采用以流量為主、水位為副的全線擬合方法。擬合的結(jié)果良好。各并的計(jì)算最大流量值與文測最大流量值相比較，有半數(shù)的擬合相對誤差在2.5%以下。雖香花臺東大巷誤差較大，但絕對誤差最大者才十43順?/h.對總流量影響不大。根據(jù)擬合結(jié)果，反求出各區(qū)巖層的參數(shù)：導(dǎo)水系數(shù)T、給水度R和貯水系數(shù)S（數(shù)值略）。.礦井涌水量預(yù)報(bào)據(jù)香花臺一300m巷道1981年突水資料，建立了每天的水位降幅和日平均降水量之間的回歸，方程：AS=0.763—0.11W。式中AS為疏干時每天的水位降幅；W為日平均降水量。線性相關(guān)系數(shù)為一0.803。當(dāng)顯著性水平d=0.11時，相關(guān)關(guān)系是顯著的。據(jù)此算出疏干時日水位降幅及巷道上方的第I類邊界水位，然后計(jì)算出涌水量。降水量豐水年取1600mm，常水年取1300mm。預(yù)報(bào)了連續(xù)三年的豐水年和常水年各疏干巷道的涌水量?，F(xiàn)將部分礦井的最大誦水量預(yù)測結(jié)果，列入表表預(yù)測的最大涌水量預(yù)測表礦井1983年1984年1985年常水年豐水年常水年豐水年常水年豐水年香花臺井一300m巷道2302。.02559.62133.52373.02223.32459.3湖坪井一200m巷道2026.02217.42486.63174.1預(yù)測結(jié)果的可靠性驗(yàn)證：時間取1982以年1—6月（共14個時段），用實(shí)際降水量，將部分井巷的預(yù)報(bào)流量過程線和實(shí)測流量過程線相對比，兩者是比較接近的。誤差值：香花臺井一300m絕對誤差18.0m3/h,相對誤差一0.66%；湖坪井一100m絕對誤差58.1m3/h,相對誤差-3.19%。全線擬合誤差比反求參數(shù)時為大，但絕大多數(shù)不超過15%,仍能滿足要求。預(yù)測中雖存在某些問題，但預(yù)報(bào)的礦坑涌水量基本上是可信的。

圖99圖99緇合入滲分區(qū)示示圖圖（一）應(yīng)用條件水均衡法適用于地下水運(yùn)動為非滲流型且水均衡條件簡單的充水礦床，如：1.位于分水嶺地段地下水位以上的礦床其主要特征為：地下水位一般停留在下伏弱含水層的頂端，故水層薄，水位埋藏深，變幅大、升降迅速，具有巨大的透水能力卻無蓄水能力。抽水試驗(yàn)困難，也無效果。地下水動態(tài)與降雨直接相關(guān)。依照降雨方式的不同，形成各種尖峰狀動態(tài)曲線形態(tài)，礦坑涌水量也常不隨降深的增加而加大，故水位降深在一定程度上失去意義。補(bǔ)給區(qū)主要在礦區(qū)范圍及其附近，補(bǔ)給路徑短，以垂向補(bǔ)給為主。礦區(qū)地下水與區(qū)域地下水不發(fā)生水力聯(lián)系，即無側(cè)向補(bǔ)給。（二）暗河管道充水礦床（1）含水介質(zhì)為孤立的暗河管道系統(tǒng)，通常各管道系統(tǒng)自成補(bǔ)給、徑流、排泄系統(tǒng)，互相不發(fā)生直接水力聯(lián)系，有些地區(qū)的管流與分散雖有一些聯(lián)系，但管流是當(dāng)?shù)氐叵滤判沽康?0%?80%以上。（2）含水層極不均一，無統(tǒng)一地下水水位，因此不形成統(tǒng)一的含水層（體）。（3）管流發(fā)育地區(qū)，地表溶蝕洼地、漏斗、落水洞發(fā)育、三水轉(zhuǎn)化強(qiáng)烈，地面難以形成長年性表流；地下水動態(tài)受降水控制，暴漲暴落；其流量與降水補(bǔ)給面積成正比，變化大，具集中排泄特點(diǎn)。很明顯，上述特征無法用抽水試驗(yàn)求參，難以根據(jù)地下水動力學(xué)原理進(jìn)行礦坑涌水量預(yù)測，同時，巖溶通道形狀多變，管道組合復(fù)雜，也不適應(yīng)管渠水力學(xué)的應(yīng)用條件。因此，多數(shù)上述充水礦床常采用非確定性隨機(jī)模型和水均衡法解決實(shí)際問題。（三）原理非滲流型確定性模型一水均衡方程，是根據(jù)水均衡原理，在查明礦床開采時水均衡各收入、支出項(xiàng)之間關(guān)系基礎(chǔ)上建立預(yù)測方程的。建立非滲流型確定性模型，要