降水设计计算模型及公式
上海地区的承压含水层降水设计方法
上海地区的承压含水层降水设计方法第6卷第1期2010年2月地下空问与工程ChineseJournalofUndergroundSpaceandEngineeringV o1.6Feb.2010上海地区的承压含水层降水设计方法缪俊发,娄荣祥,方兆昌(上海广联建设发展有限公司,上海200438)摘要:简要论述了上海地区的地下水对地下工程建设的主要不利影响.提出了承压含水层降水概念设计新方法,包括安全承压水位埋深的修正计算公式,承压含水层降水方案的选用原则等.归纳,总结了针对不同水文地质条件与降水工程特征的承压含水层降水设计计算方法.工程实例表明,合理,可行的降水方案能够保证承压含水层降水效果与有效控制降水引起的周边环境变形.关键词:地下水的工程特性;基坑降水;地下水控制;承压含水层降水概念设计中图分类号:TU473文献标识码:A文章编号:1673—0836(2010)O1—0167—07 DesignMethodsofDewateringofConfinedAquifersinShanghaiAreaMiaoJunfa,I_ouRongxiang,FangZhaochang (ShanghaiGuanglianComtructionDevelopmentCo..Ltd..Shanghai200438,China) Abstract:Inthispaper,themainadverseinfluenceofgroundwateronconstructionofundergr oundengineeringinShanghaiindiscussed.Thenewmethodofconceptdesignofdewateringinconfinedaquifersisproposed-whichin—chidesthemodifiedformtLlastodeterminethesafedepthofconfinedwaterlevelfromthegro und—Surfaceandrulesofselectionofdewateringplans.Thesuitablemethodsofdewateringdesignofconfinedaquifer aregeneralizedandsum- marizedfordifferenthydrogeologyconditionsandfeaturesofdewateringengineering.Apra cticalcaseshowsthata reasonableandpractieableschemecanensuretheeffectsofdewateringofconfinedaquifersa ndcontroleffectivelythesurroundingdeformationduetowaterpumping.Keywords:engineeringcharacteristicsofgroundwater;dewate6ngfordeepexcavation;gro undwatercontrol;conceptdesignofdewateringofconfinedaquifers1引言在上海市大规模地下空间开发与建设中,超深,超大型基坑不断涌现,涉及承压含水层地下水控制的问题日益增多.研究及工程实践经验表明¨-3],承压水对地下工程施工安全性具有重要影响,且承压水位变化对相邻环境的安全性亦具有重要的影响,属地下空间开发与建设中的重大危险源之一.目前,上海地区基坑的最大开挖深度已超过40.0m,基坑底板已进入深层承压含水层中.对于深度较大的基坑工程,为防止深层承压水水头的顶托作用而可能发生的坑底土层突涌,基坑倒塌,通常采用降水措施降低深层承压水位,达到保护基坑安全与施工安全的目的.虽然承压水对地下工程建设的不利影响已得到高度重视,但建设者们在承压水的工程特性,承压水降水设计理念与方法等方面存在认识上的差异,引发诸多争论与困惑.有鉴于此,本文对承压水降水的若干问题予以讨论.收稿日期:2009?10-08(修改稿)作者简介:缪俊发(1964一),男,教授,工学博士,主要研究方向为地下水渗流与控制.E—mail:Miaojunfa@126.eom168地下空间与工程第6卷2地下水的工程特性由于人为改变了水土应力平衡以及地下水贮藏条件,地下水必然对地下工程建设产生不利的影响,其中,承压水的工程特性尤其突出.当地下水控制不当或失效,工程建设以及周边环境将受到严重影响,甚至引发重大工程事故,人民的生命与财产遭受巨大损失.2.1基坑突涌破坏随着基坑开挖深度的逐步增大,当承压含水层顶板上覆土层重量不足以抵抗承压含水层顶板处的承压水头压力时,开挖面以下的土层将发生突涌破坏,承压水和砂土大量涌入基坑,导致坑外地面严重塌陷,围护结构严重下沉,支撑体系严重破坏,相邻建(构)筑物发生破坏等(如图1所示).基坑突涌破坏往往是突然发生的,来不及采取工程抢险措施,易引发灾难性的工程事故.2.2环境损伤与破坏进行承压水减压降水后,建筑场地下伏承压含水层中形成了承压水降落漏斗,必然在基坑周围引起或多或少的地面变形,对相邻环境造成不利影响.地面变形如果被控制在某一范围内,其对相邻环境的影响较小;反之,地面变形如果超出某一范围,其对相邻建(构)筑物将产生具有危害性的影响.承压水位下降引起的地面沉降的分布形态与承压水降落漏斗的分布形态基本上是相似的(如图2所示).一一\/一三.,,,//一一一=:星趟～～～一一,一,r～一,遗檑隧透媚(半孺柬层)(半隔水层)lIIllll●Il图1基坑突涌破坏示意图Fig.1Schematicdiagramofinrushingof soilandgroundwaterinexcavation2.3围护结构缺陷引起的基坑侧壁流砂在砂,粉砂,粉土等透水性较好的地层或夹层中,止水帷幕或围护墙有可能产生开裂,空洞等不良现象,导致围护结构隔水效果不佳或隔水帷幕失效,地下水夹带砂粒涌人基坑,坑外产生水土流失. 严重的水土流失可能导致支护结构失稳以及在基地面沉降漏装斗～,一地面沉降漏蓑斗一一承压水降落捕斗,,,一承压水降落瓣斗一一,1I一一一一一L,一.一承压水位,_/,一一,一一—～一,弱透水层一…～弱透水层(半隔水层)(半隔水层)承压含水层图2降水引起的地面沉降分布示意图Fig.2Schematicdiagramofdistributionofland subsidenceduetodewatednginexcava~on坑外侧发生严重的地面沉陷,还可能在围护墙后形成洞穴后突然发生地面塌陷(如图3,4所示).2.4坑底土层的抗渗破坏在砂,粉砂,或砂质粉土等土层中开挖基坑,如不采取降水措施或降水未达到预定效果,在坑内外的水头差作用下,基坑底部可能产生冒水翻砂现象(即坑底抗渗破坏),严重时可导致基坑失稳或影响施工进程(如图5所示).周护墙体向地面塌陷—椭群动图3坑内流砂破坏Fig.3Quicksandbreakinginsidetheexcavation图4底侧突涌与坑侧渗漏Fig.4Inrushingofsoilandgroundwaterthro.ghunderground wallsatand/01"belowexcavationbottom2.5地下结构抗浮失稳降水工程结束后,地下结构的重量以及基础底面至承压含水层顶板之间的残留土层的重量不足2010年第1期缪俊发,等:上海地区的承压含水层降水设计方法169 图5坑底土层的抗渗失稳破坏Fig.5Impermeabilit~instabilitybreakage ofsoilatexcavationbottom以抵抗承压水头的顶托力或潜水含水层的浮力时,地下结构将会发生上浮.一旦发生了上浮现象,地下结构的复位将十分艰难.因此,应在验算地下结构抗浮稳定性满足要求的前提下,选择停止降水的最佳时机.3承压水降水概念设计在综合考虑工程场区的地质条件,基坑围护特征,周围环境保护要求或变形限制条件等因素的基础上,通过承压水降水概:念设计,提出合理,可行的宏观工程降水设计理念,便于后续的工程降水设计,施工与运行等工作,其主要内容包括安全承压水位埋深的确定以及降水方案的合理选择等.3.1坑内安全承压水位埋深的确定关于承压水对基坑的稳定性验算,虽然现行规范采用的公式在表达方式上有所差异,但核心内容是一致的,简述如下:一Pcz≥(1)P.y——J'/式中:p为坑底至承压含水层顶板间覆盖土层的自重压力(kPa);p为承压水压力(kPa);为承压水作用分项系数,一般为1.05～1.1.由式(1)可得到下式:D一:.(2),w式中:D为坑内安全承压水位埋深(m);/4o为承压含水层顶板埋深最小值(m);h为开挖面深度(m);为坑底至承压含水层顶板间覆土天然重度的层厚加权平均值(kN/m.);为地下水重度(kN/m);D,Hh均从拟建场地自然地面起算,其余符号意义同前.式(1),(2)考虑了基坑开挖面以下的水土压力平衡,能够满足基坑底面抗突涌稳定性验算需求,在大多数工程情形下是成立的.但是,它们没有考虑基坑底面的抗渗稳定性要求,特定工程条件下,式(1),(2)的计算结果不能保证基坑工程安全.一一一一一～～'…一l…_～一■一…一-'一～一潜水台水层,l潜水含水层相对隔水屡l雯篓亘'相对隔水层(弱透水层)瀛蘸(弱遗水层)承压古水层I承压台木层承压音水层图6坑底相对隔水层极薄的基坑工程条件Fig.6Excavationconditionwiththinaquitard beneaththepitbottom工程实践经验表明,当开挖面以下的相对隔水层厚度小于1.5～2.0m(如图6所示),或坑底以下缺失有效的相对隔水层(粉土,粉砂夹层或透镜体较多)时,必须将承压水头降至开挖面或基坑底面以下,以防止坑底发生冒水,翻砂等不良现象.综上所述,基坑内安全承压水位埋深的合理计算,必须同时满足基坑底部抗渗稳定与抗突涌稳定性要求.考虑可能出现的各种基坑工程条件,可对前述式(2)加以修正,可得到下述公式,用于合理计算坑内安全承压水位埋深,即:D一.,当f^(3)一?卫,当{.(3),"w【一h>1.5m及Dh+1.0,当一hs1.5m(4)式中:为基坑开挖深度设计值(m),从拟建场地自然地面起算;其余符号意义同前.3.2坑外安全承压水位降深的确定采取承压水降水措施后,坑内承压水位可达到安全埋深以下,为基坑工程安全与顺利施工提供了基本前提条件.与此同时,坑外承压水位也发生了不同程度的下降,对周边环境产生了不利影响.承压水位下降引起的周边环境变形主要表现为地面沉降与水平位移.坑外承压水位降深的上限值(安全承压水位降幅或降深)取决于周边环境的保护要求或变形限制条件,可按下式确定:6[8max,(P,P2,……,P)][6](5)式中:8[,]为承压水位下降引起的周边环境变形函数;s一为坑外安全承压水位降深或坑外承压水位降深最大值;(P,P,…,P)为基坑周边地层变形计算参数群;为周边环境变形容许值.目前,关于周边环境变形函数的计算,尚未形成定论,一般可依据工程经验公式进行,或根据线一一一一一一一170地下空问与工程第6卷性或非线性的三维有限元耦合模型进行计算.7J,主要分歧在于对地层变形参数(P,P,…,P)的使用经验以及对土层变形模型选用上的差异.3.3承压水降水方案的选用原则在承压水降水设计中,减压降水井布置在坑内或坑外往往成为争论的问题.一般情况下,减压井布置在坑内或坑外都可以达到降低承压水头的目的,需根据降水目的含水层位置,厚度,隔水帷幕的深度,周围环境对工程降水的限制条件,施工方法, 围护结构的特点,基坑面积与开挖深度,场地施工条件等一系列因素综合考虑J.基坑周边隔水帷幕和降水井过滤器伸人到承压含水层中的位置对降水目的含水层及相邻含水层,隔水层中的渗流场形态具有重要影响,由此引起基坑外侧水位变化和环境变形也是不同的. 3.3.I基坑内侧减压降水方案当隔水帷幕对基坑内外的承压水渗流具有明显的阻隔效应,从保证降水效果及保护周边环境的角度考虑,应优先选用坑内降水方案.为了提供坑内减压降水井过滤器设置条件,确保单井出水量满足设计要求以及坑内降水效果,依据上海地区的降水工程设计,施工与降水运行经验,隔水帷幕尚应满足下述条件:(1)当承压水含水层厚度较小,其顶板以下的隔水帷幕长度L不宜小于承压含水层厚度的1/2(如图7所示);(2)当承压含水层厚度较大,其顶板以下的隔水帷幕长度L不宜小于9.OOm(如图8所示).O0…竺一番整照…….一墓羹摊……一播使一一枣一莲董一一,,,,//////繇糍,一./,_^if+承压含永层.?:承压含水层罩_,一:_.一承压含水层一'.,':_..,..■.一,图7坑内减压降水结构图解一Fig.7Sketchoneofpit—insidedewaterlng ofconfinedaquifer图8坑内减压降水结构图解二Fig.8Sketchtwoofpit—insidedewatering ofconfinedaquifer当隔水帷幕已延伸进人承压含水层底板以下的半隔水层或弱透水层中,已完全阻断了基坑内外承压含水层之间的水力联系时(如图9所示),必须采用坑内减压降水方案.播水位采杀潜水位着水含水套每一_～薹__:鹰餐毫坑底面～鬻,/,.z,.,/r,●●●●●'-,.-一●●+●,':..承压含水层_.承压含水层.警{●-●'●●●●.-.～●?-_●1///////弱透水层(半隔才,///,//图9坑内减压降水结构图解三Fig.9Sketchthreeofpit—Insidedewatering ofconfinedaquifer3.3.2基坑外侧减压降水方案当隔水帷幕未在需降水的承压含水层中形成有效的隔水边界,例如,隔水帷幕未进入承压含水层顶板下方(如图lO所示),或承压含水层顶板以下的隔水帷幕长度很小(如图11所示),从便于施工的角度考虑,应优先选用坑外降水方案.3.3.3基坑内外联合减压降水当现场客观条件不能完全满足前述关于坑内,坑外减压降水的选用条件之一,或由于施工条件以及环境条件限制不能采用单一的坑外获坑内降水2010年第1期缪俊发,等:上海地区的承压含水层降水设计方法l7l 潜层_-_采薹篓撒'着水含水层..'尝**■带誊:—_j摹￡位'压坑底面.,_|-1._i.霭豸,.-～'--_●●●::-:'二1:'..'::.,''___...:.?:?___:_l_…'-一.-'.?:承压含水层.j.J●●-●?'?'..._一?'.':?'-_'__:'..':'图1O坑外减压降水结构图解一Fig.10Sketchoneofpit—outsidedewatefing ofconfined[aquifer.潜水位辕萋鞍基坑底面.1_潜水含水_…～承匿水位./一_一;黧艉季u...L.●一.t'+●:～●:承压含水层'譬..●.●.?::图11坑外减压降水结构图解二Fig.11SketchtwoofpJit—outsidedewatefing ofconfinedaquifer方案,可综合考虑现场施工条件,水文地质条件,隔水帷幕特征以及基坑周围环境特征与保护要求等, 选用合理的坑内一坑外联合减压方案.4承压水降水设计计算方法4.1承压水渗流解析解计算对于大多数基坑外侧减压降水而言,隔水帷幕底端未进入需要降水的承压含水层顶板以下或进入含水层中的长度有限,未在承压含水层中形成人为的有效隔水边界.换言之,隔水帷幕对降水引起的承压水渗流,渗流场形态与分布影响极小,可以忽略不计.因此,当降水影响范围内的承压含水层(组)基本呈水平向延伸,厚度变化不大时,可采用承压水非稳定井流理论的解析解公式,近似计算, 预测承压水渗流场内任意点的水位降深,但其适用条件应与现场水文地质实际条件基本一致.常用的承压水非稳定井流解析解包括Theis公式,Hantush—Jacob公式,Hantush公式等',简述如下:承压完整井:=.(M),":无越流(6)s=(u,),有越流(7)承压非完整井:s{(u)+(M,1,)},无越流(8)s={(u,/-)+(u,1,,古)},有越流(9)式中:s为承压水位降深;Q为抽水井流量;T为导水系数;W(u)为Theis井函数;(11,,r/B)为越流井函数;r为计算点至抽水井的水平距离;为承压含水层的贮水系数;t为自开始时刻起的抽水延续时间;为越流系数;M为承压含水层厚度;Z为过滤器长度;为非完整井阻力系数.4.2承压水渗流数值解计算当隔水帷幕进入承压含水层顶板以下的垂向长度相对较大,在承压含水层形成了一个人为的有效隔水边界.由于承压含水层顶板以下隔水帷幕长度的差异以及降水井结构的差异性,在群井抽水影响下形成的地下水渗流场形态也具有较大差别. 地下水运动不再是平面流或以平面流为主的运动,而是形成为三维地下水非稳定渗流场,渗流计算时应考虑含水层的各向异性,无法应用解析法求解, 必须借助三维地下水渗流数值方法求解.依据目前的研究和认识水平,三维地下水渗流数值计算依赖于下述地下水渗流数学模型: (蓑)+()+去()一=等,(,y,z,t)I:0=ho(,Y,),h(x,Y,z,t)I,=h1(,),,z,t),OhI,2=(,),,z,),Ⅲl(,Y,z)∈Q(,Y,z)∈Q(,y,z)EJr1(,Y,z)∈(x,y,)∈式中:E—fS承压含水层T—fM承压含水层一一【S潜水含水层'一IB潜水含水层MS为储水系数;S为给水度;M为承压含水层厚度(m);B为潜水含水层的地下水饱和厚度(m);kn, k",k分别为各向异性主方向渗透系数;h为点(x, Y,z)处t时刻的水位值(In);W为源汇项(1/d);h. 172地下空间与工程第6卷为计算域初始水位值(In);h为第一类边界的水位值(m);S.为储水率(1/m);t为抽水累计时间(d);为已知函数;Q为计算域;r,r,r,分别为第一,第二,第三类渗流边界.地下水渗流数值计算与分析一般包括以下几个步骤:第一步,借助于上述三维非稳定地下水渗流数学模型,采用有限差分法或有限元法建立渗流数值计算模型,以此为依据,编制计算程序(形成计算软件),计算,预测降水引起的地下水位时空分布.该步骤通常可省略,直接利用商业计算软件.目前使用与操作方便,功能强大,计算精度最高的地下水渗流计算与分析软件,首推加拿大Waterloo Hydrogeologic公司研制的(<VisualMODFLOW>>商用软件.第二步,对整个渗流区进行离散,即建立降水影响区域的物理模型.第三步,应用渗流数值分析计算程序或软件,输入相关计算参数,对所建立的研究区域的物理模型进行渗流计算,分析,预测.5承压水降水工程实例5.1工程概况上海市地铁四号线董家渡隧道修复工程,南侧紧临22层临江花苑大厦,北侧为董家渡路,西部为中山南路,东侧为黄浦江J.本工程深基坑总长约263m,宽为21.0～22.5m,开挖深度为38.0～40.9m,采用地下连续墙作围护结构兼止水帷幕,地下连续墙深65.OOm,厚度1.20m.整个基坑由深度为65.Om的内隔墙分割成东,中,西三个基坑,如图l2所示.图12基坑平面位置图Fig.12Layoutofthedeepexcavation为了防止和避免坑底产生突涌与流砂破坏,保证基坑施工的顺利进行,采用坑内减压降水方法, 将坑内承压含水层地下水位降至安全埋深以下.5.2场区地质条件工程场地的地基土分布如表l及图l3所示.本工程场地下伏⑦,⑨,层分别为上海地区的第1,II,III承压含水层.由于缺失第⑨,⑩层粘性土,在本场地内及其周围的第1,II,III承压含水层相互连通,形成1个总厚度达118.2m的复合承压含水层组,其渗透陛及地下水贮量极为丰富.表1地基土特征表Table1Characteristicsofgroundsoil5.3承压水减压降水设计5.3.1修复工程对降水的要求由于本工程的基坑开挖面已进人承压含水层,因此,要求降低基坑内承压水位至基坑开挖面以下1.00—2.00m,确保基坑底部不发生坑底突水,涌砂等不良现象.尽量减小和控制承压水位降低引起的地面沉降,确保基坑周边环境设施,尤其是临江花苑大厦, 不会由于降水造成安全问题.5.3.2承压水降水设计根据基坑工程特点和场区地质条件,以及周边环境对降水的严格要求,经过三维地下水非稳定渗流与地面沉降的计算与预测分析后,确定采用坑内减压降水方案,具体内容如下:(1)基坑内布置56口井(东坑内28口,中坑内6口,西坑内12口).其中46口为抽水井,lO口为备用井兼坑内承压水位观测井.(2)降水井深度为60.0m,过滤器长度为l5.0m,其顶端埋深为44.0m,底端埋深为59.0m,过滤器底端埋深小于地下连续墙脚埋深6.0m,降水2010年第1期缪俊发,等:上海地区的承压含水层降水设计方法173 层序层底埋深(m)①,3.3O②l6.1O④//Z/)///V/~/1R.90⑤"////24.2O⑥///////27.70⑦137.oo曩曩毫t譬舞⑦2f意誊≥誊≥誓蔓≤68.40?t0≥i毒j:蠢⑨1f;j:每蠢t一'妻:84.oo⑨2x1oo.00图13地质柱状剖面图Fig.13Geologiccolumnofthesite井结构如图14所示.(3)坑内井群以较小抽水量抽水,预测坑内承压水位降低到设计要求的42.Om深度处,水位降深达到33.Om;预测坑外承压水位降深约为5.Om,预测基坑外侧降水引起的最大地面沉降量小于20mm.5.4承压水降水与周边环境变形控制效果上海地铁4#董家渡隧道修复工程始于2005年01月,至2007年l2月结束.基坑降水始于2006年3月,至2007年7月结束,承压水降水与地面沉降效果如下:(1)基坑内承压水位一直控制在基坑开挖面以下,保证了基坑施工安全.当基坑开挖深度达到38.0—40.9m,坑内最大承压水位埋深达到44. Om,水位降深达到35.Om.(2)根据承压水位监测资料,当基坑内承压水位降深达到35.Om时,基:吭外观测井内的最大承压水位降深约为4.Om.设计阶段预测坑外最大承压水位降深约为5.Om,计算结果与实际水位降深基本一致.(3)根据地面沉降监测资料,基坑外侧相邻地l,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,I,,,,,,,t,,,,,,,I,,,,'8,,,!,,,,,,,r,,;;;l;;;;酾,,,,,,,,,,{,,/,/,,,1,,,:::L,/,//,,,,,t.,,,,:-:,—,/—\j/.='/|坑外观测井1赫醛7k#《,滤管埋深44—59m\59.J3地下连续墙X__':深度:65m...●,1l图14基坑降水结构剖面图Fig.14Profilechartofdewatefingfortheexcavation 面沉降量较小.部分监测点处的地面沉降监测值如表2所示.基坑周围地面沉降的预测计算值与监测值较为接近.表2周边环境的地面沉降监测值Table2Monitoredlandsubsidencenearhefoundaion 监测点平面位置地沉量监测时间(mm)一...中山南路12.112006.7.18董家渡路10.252006.7.2814.22临江花苑大厦(已扣除工程修复前沉降)2006?6?22 6结论与建议上海地区的地下水对深基坑工程具有重要影响.如果不能有效控制地下水位,尤其是控制承压水位,将可能导致基坑倒塌,引发严重的工程事故. 上海地区的地下水位变化对区域性地面沉降具有重要的影响.为地下工程建设中,应严格控制建筑场地周围的地下水位降幅,以达到保护周边环境的目的.上海地区基坑降水的合理性是保证建筑场地周边环境安全的重要前提.如果(下转第218页) 218地下空间与工程第6卷(上接第173页)基坑降水不合理,导致坑外地下水位下降幅度过大,将导致范围较大,绝对值较大的地面沉降,严重威胁周边环境的安全.基坑降水设计应综合考虑建设场地的水文地质条件,基坑围护结构特征,周边环境的保护要求等多种因素,以保证基坑降水方案的有效性与合理性.参考文献:[1]刘军,潘延平,等.轨道交通工程承压水风险控制指南[M].上海:同济大学出版社,2008年5月.(Liu Jun,PanYanping,eta1.Guidetoriskcontrolforcon—finedaquiferinrailtransportengineering[M].Shang—hai:TongjiUniversityPress,2008,5.(inChinese))[2]姚天强.承压水降水及土体变形环境控制[R].2006. 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地下施工降水工程对已有建筑物地基沉降的分析与计算
地下施工降水工程对已有建筑物地基沉降的分析与计算摘要：随着城市建设的飞速发展，高空和地下空间资源正在越来越多的被利用和开发。
而开发地下空间的施工过程中常常需要降低地下水位，这样势必引起已有建筑物地基土体内水位的变化和应力场的改变造成周围建筑物的附加沉降。
本文结合某降水工程为例对其周边已有建筑物的基础沉降经行分析与计算。
关键词：地基；施工工程一、工程概况某公司在锦州中央大街和平路至南京路段投资建设地下人防工程。
基坑开挖深度约10m。
由于基坑开挖降水工程将引起地下水水位变化,周边已有建筑物将产生不均匀沉降，对其是否满足建筑物的地基变形允许值需作出分析计算。
二、建设场地临街建筑物概况、地质及水文地质条件锦州商行凌云支行A坐（高72m）, 基础类型为平板式筏型基础;据该项目岩土工程勘察报告，地层结构从上至下依次为①杂填土层：松散，层厚0.30-2.00m，②1粉土层：松散，层厚0.40-3.40m，埋深1.20-5.00m，②2粉质粘土层：层厚2.00-6.00m，层底埋深4.50-7.00m，③园砾层：层厚9.90-13.60m，一般粒径为2-20mm，层底埋深8.87-12.62m，④砾岩层：层顶埋深8.87-12.62m。
地下水类型为第四系松散岩类孔隙水，主要赋存于圆砾层中。
通过观测井实际监测水位埋深在4.43-5.94m之间。
三、降水对已有建筑物的影响评价计算根据该工程项目的水文地质环境，地层结构等具体情况对由此产生的沉降量进行计算分析，以确认地基产生的沉降变形是否超过建筑物允许范围。
确保生产安全。
该地段的含水层主要为圆砾层，也是主要建筑物的基础持力层。
其地下水水位埋深在4.43-5.94m之间。
在计算时采用潜水完整井公式，沉降计算的压缩模量分段取值，即计算点降水曲线上部地层取平均值（ES1），降水曲线下部地层取平均值（ES2）。
最终沉降量为降水曲线上部因降水而增加的竖向附加应力所产生的沉降与降水曲线下部因水的渗流而增加的平均竖向附加应力所产生的沉降的总和。
基坑降水施工方案
基坑降水施工方案1 工程概况(1)本工程基坑围护结构采用钻孔灌注围护桩、三轴水泥土搅拌桩止水帷幕，结合基坑开挖深度坑内设置三道钢筋混凝土水平支撑。
钻孔灌注桩桩底标高为－31.8～－38.8m，相当于桩长31.4～38.4m，三轴水泥土搅拌桩止水帷幕底标高为－25.50m,相当于桩长25.1m，为便于地下结构施工，钢筋混凝土支撑杆件原则上尽量避开主楼区核心筒与劲性框架柱构件。
(2)基坑总延长约317m，基础底板面标高-15.10。
基坑分为三个区：裙楼区底板厚度1500mm,垫层150mm，开挖深度140m；局部深坑开挖深度为17.40m，17.75m，17.95m；主楼区底板厚度2500mm，垫层150mm，开挖深度17.40m；局部深坑开挖深度为18.75m，19.05m，核芯筒区底板厚度4200mm，垫层150mm，开挖深度19.10m，核心筒内局部深坑开挖深度为24.45m。
(3)拟建场区地基土属**市滨海平原地貌类型的沉积地层，地层层序基本正常，各土层的空间展布稳定，土性及厚度变化不大。
2 设计及编制依据2.1 参考标准及规范(1)GB50027-2001《供水水文地质勘察规范》(2)JGJ120-99《建筑基坑支护技术规程》(3)JGJ/T111-98《建筑与市政降水工程技术规范》(4)GB50296-99《供水管井技术规范》(5)GJ120-99《建筑基坑支护技术规程》(6)GB50300-2001《建筑工程施工质量验收统一标准》2.2 勘察报告与图纸(1)岩土工程详细勘察报告（详勘）；(2)招标图纸。
3 降水目的及指导思路3.1 降水目的根据本工程的基坑开挖及基础底板结构施工的要求，本方案设计降水的目的为：(1)疏干开挖范围内土体中的地下水，方便挖掘机和工人在坑内施工作业；(2)降低坑内土体含水量，提高坑内土体强度，减少坑底隆起和围护结构的变形量，防止坑外地表过量沉降；(3)及时降低下部承压含水层的承压水水头高度，防止基坑底部突涌的发生，确保基坑干开挖施工时坑底的稳定性。
净雨量公式
净雨量公式
净雨量公式是用来计算某一地区在一定时间内降雨量的公式。
它可以帮助我们了解降雨的情况，从而更好地进行水资源管理和灾害预防。
在实际应用中，净雨量公式是通过测量降雨量和蒸发量来计算得出的。
降雨量是指在一定时间内某一地区降水的总量，它可以通过雨量计等设备来测量。
而蒸发量则是指在同一时间内，水体由液态转化为气态的量，它可以通过蒸发皿等设备来测量。
净雨量公式的计算方法如下：净雨量=降雨量-蒸发量。
其中，降雨量和蒸发量的单位可以根据实际情况选择，常见的单位有毫米和厘米。
净雨量公式的应用广泛。
在农业方面，它可以帮助农民合理安排灌溉时间，提高农作物的产量。
在城市规划方面，它可以帮助城市管理者合理设计排水系统，防止城市内涝。
在水资源管理方面，它可以帮助相关部门合理利用水资源，保护水源地的生态环境。
在灾害预防方面，它可以帮助相关部门及时采取措施，减少洪涝、山体滑坡等灾害的发生。
净雨量公式的计算过程相对简单，但其背后蕴含着丰富的科学理论和技术。
通过净雨量公式，我们可以更好地理解和应对降雨的变化，保护人类和自然环境的安全。
净雨量公式是一种重要的工具，它可以帮助我们更好地了解和应对降雨情况。
通过准确计算净雨量，我们可以更科学地进行水资源管理和灾害预防，从而保护人类和自然环境的安全。
工程水文学第四章
2. 垂直平分法（泰森多边形法） 条件：流域雨量站分布不太均匀，为了更好地反映各站在计算流域平均雨量中的作用。 假设：流域各处的雨量可由与其距离最近的雨量站代表。
PP 1f1P 2f2 F ...P nfni n1P i F fi
3. 等雨量线法 条件：当流域地形变化较大，而雨量站分布较密，能结合地形变化绘制等雨量线时。
2.径流过程线的分析 2.径流过程线的分析
（3）
3. 径流量的计算 黄色的面积（ABCDFA）：
R 3.6Qt
F
Q(m3/s)
前期洪 水未退 完的部 分
B 本次降雨形成的径流过程
H
C
I
C’ A
D E
F
D’
G
t(h)
深层地下径流（基流）
C′D′D的面积与AEF大约相等，ABCDFA≈ABCC′D′FEA
第四节 超渗产流的产流量计算
（一）概述 在干旱半干旱地区，地下水埋藏很深，流域的包气带很厚，缺水量大，降雨过程中的
下渗的水量不易使整个包气带达到田间持水量，所以不产生地下径流，并且只有当降雨强 度大于下渗强度时才产生地面径流，这种产流方式称为超渗产流。关键是确定流域下渗的 变化规律。
第四节 超渗产流的分析与计算
流第 域四 产章 汇 流 分 析
第二章对径流的形成过程作了定性的描述，本章从定量的角度阐述降雨形成径流的原理 和计算方法，它是以后学习由暴雨资料推求设计洪水、降雨径流预报等内容的基础。
降雨P(t) 蒸发E(t)
产流计算
净雨R(t)
数量上相等
汇流计算
流域出口断面 径流过程Q(t)
第一节 概述
一. 流域产汇流计算基本内容 由流域降雨推求流域出口的河川径流，大体上分为两个步骤： ①产流计算：降雨扣除截留、填洼、下渗、蒸发等损失之后，转化为净雨的计算称为产流计算。 ②汇流计算：净雨沿着汇入地面和地下河网，并经河网汇流形成流域出口的径流过程的计算称
深基坑降水对周围建筑物沉降的相关影响
深基坑降水对周围建筑物沉降的相关影响摘要：在深基坑的开挖过程中，通常会伴随有降水，原有土地的平衡除了会受到基坑开挖作用外，还会受到水渗流场变化的影响，发生土体变形，也就是基坑周围地表的沉降，在周边存在建筑物时，还要考虑建筑物本身因素，最终结果为周围建筑物沉降。
本文就分析了深基坑降水对周围建筑物沉降的相关影响，为深基坑开挖中周围建筑物沉降控制提供参考，确保深基坑施工的安全。
关键词：深基坑降水；周围建筑物沉降；相关影响近些年来，随着我国城市化的快速发展，土地资源紧张与工程建设需求矛盾日益突出，在此背景下，高层、超高层建筑工程数量不断增加，深基坑施工成为工程建设的重要内容。
但是，深基坑降水会导致基坑周边土体性质发生极大变化，引起土体沉降、不均匀沉降等，因此，研究深基坑降水对周围建筑物沉降的相关影响，在施工中有效控制沉降，对于保证深基坑施工安全有着重要意义。
一、计算模型和公式及参数（一）计算模型本文采取一概念模型作为计算模型，在此概念模型中，场地地质为砂性土层，厚度是30m，地下潜水的标高是-2m，开挖的深基坑长、宽、高尺寸分别是50m、50m和7m。
深基坑降水措施采取的是坑外井点降水，整个基坑供降水井共有36口，分别设置在基坑边界1m之外，井深是20m。
由于模型对称，以模型1/4计算，模型计算范围长、宽、高分别是150m、150m和21m，网格划分见图1[1]。
（三）计算参数在此计算模型中，假设前提为：土层饱和且均质，在各个方向上保持同性，土体材料的塑性屈服准则采用摩尔-库伦准则，土层渗透性同性，降水井以点源进行模拟。
最终土层力学相关计算参数分别为：30m厚的粉细砂土，其变形模量是25MPa，泊松比取0.3，黏聚力为0KPa，渗透系数19m/d，内摩擦角32°。
（四）边界条件在上述计算模型中，从图1可知，位移边界条件为：固定边界有abcd、cdef和adfh，各个方向上的位移都有拘束存在。
渗流边界条件为：降水井是已知流量边界，不透水边界为efgh、ghab，常水头边界为abcd、cdef。
深井降水计算方法
一、前言近几年，深井降水利用较多，但有些单位在计算过程中采用的公式不当，或者考虑的因素不周，最终会造成降水的失败，最后不得不加井，这样既费钱又费时间，下面就以本人在深井降水方面的经验来和大家探讨。
二、深井降水概念深井（管井）井点，又称大口径井点，系由滤水井管、吸水管和抽水设备等组成。
具有井距大，易于布置，排水量大，降水深（>15m），降水设备和操作工艺简单等特点。
适用于渗透系数大（20-250m3/d），土质为砂类土，地下水丰富，降水深，面积大、时间长的降水工程应用。
三、深井设计1、计算思路第一步将基坑进行等效化为一口大井，第二步确定基坑总的涌水量，第三步确定单井出水量，第四步确定井的数量。
2、参数的确定与计算1）、设计水位降深水位降深在满足施工要求的时候，应尽量选择较小水位的降深，一般降到操作面下0.5m即可（有特殊要求的除外），这样可最大程度上避免降水对地层的影响，不至于造成地基承力的下降。
2）、井深及井径的选择要想使水位降低至操作面下，可以有两种途径，一种是加大井的直径和井的深度，即增大单井的落差，从而达到使最高水位降至操作面下0.5m.另一种通过均匀布井，控制单井的落差，使水位均匀降至设计要求。
前一种布井少，对地层扰动大，如建筑物对地基要求高时，此方法不可采用（除非施工后注浆），且此方法对原有建筑物也会带来较大的不利影响；后一种方法可能布井较多，但对地层扰动小，对原有建筑的危害也较小，因此条件允许时应优先选用后一种方法。
另外井深还要考虑单井的出水量与自已现有的水泵配套。
井深主要是根据水位降深、所需要的单井出水能力、水泵的进水口的位置、含水层的厚度、及泥浆淤积深度等因素进行选择。
井径的选择要综合考虑以下几种因素：A、单井要求的出水量；B、水泵的直径；C、当地施工机械，及井管的规格，如选用市场常用的规格，价格可能会便宜对控制成本有益。
3）、渗透系数的选择渗透系数是降水计算中重要的参数，此参数可以从地质报告中选取，但在大面积布井前，须重新验证，或者搜集附近的实际数据作为参考。
基坑降水计算
基坑降水计算1.降水影响半径确定影响半径的方法很多，在矿坑涌水量计算中常用库萨金和吉哈尔特经验公式作近似计算。
当设计的矿山进行了大降深群孔抽水试验或坑道放水试验时，为了推求较为准确的影响半径，可利用观测孔网资料为基础的图解法进行推求。
1.1、经验公式法计算影响半径的主要经验公式见表1。
表1 计算影响半径的经验公式公式作者应用条件公式中符号说明库萨金计算潜水含水层群井、基坑、矿山巷道的影响半径，有时也用于承压含水层R-影响半径，m；O-抽水时的涌水量，m3/d；H-承压水和潜水含水层的厚度，m；K-渗透系数，m/d；h-抽水时的水柱高度，m；S-抽水时的水位降深，m；ω-单位面积内的渗透量，m3/h；μ-给水度；t-由开始抽水至稳定下降漏斗形成的时间，h；l-自然条件下的水力坡度吉哈尔特潜水及承压水抽水初期确定影响半径库萨金潜水舒尔米潜水维别尔潜水苏洛夫和卡赞斯基计算泄水沟和排水渠的影响半径柯泽尼潜水完整井维别尔承压水别里托夫斯基潜水苏洛夫卡赞与斯基根据渗透值确定单孔或单井长期抽水影响半径引用值特罗扬斯基潜水完整井1.2、图解法当设计矿山做了大降深群孔抽水或坑道放水试验时，为了推求较为准确的影响半径，可利用观测孔实测资料，用图解法确定影响半径。
（一）自然数直角座标图解法在直角座标上，将抽水孔与分布在同一直线上的各观测孔的同一时刻所测得的水位连结起来，尚曲线趋势延长，与抽水前的静止水位线相交，该交点至抽水孔的距离即为影响半径（见图1）。
观测孔较多时，用图解法确定的影响半径较为准确。
（二）半对数座标图解法在横座标用对数表示观测孔至抽水孔的距离，纵座标用自然数表示抽水主孔及观测孔水位降深的直角座标系中，将抽水主孔的稳定水位降深及同时刻的观测孔水位降低标绘在相应位置，连结这两点并延长与横座标的交点即为影响半径（见图2）。
当有两个或两个以上观测孔时，以观测孔稳定水位降深绘图更准些。
1.3、影响半径经验数值根据岩层性质、颗粒粒径及单位涌水量与影响半径的关系来确定影响半径，见表2与表3。
分布式SCS-CN_有效降雨修正模型建立及应用
第34卷第4期2023年7月㊀㊀水科学进展ADVANCES IN WATER SCIENCE Vol.34,No.4Jul.2023DOI:10.14042/ki.32.1309.2023.04.008分布式SCS-CN 有效降雨修正模型建立及应用申红彬1,徐宗学2,曹㊀兵3,王海周1(1.华北水利水电大学河南省水圈与流域水安全重点实验室,河南郑州㊀450045;2.北京师范大学城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室,北京㊀100875;3.东营市水务局,山东东营㊀257091)摘要:为解决SCS-CN 模型改进后方程结构复杂的问题,基于SCS-CN 标准模型,经与SCS-CN 改进模型比较,引入有效降雨修正系数建立SCS-CN 有效降雨修正模型,并对城市低影响开发复杂区域综合考虑LID 设施蓄存容积对降雨径流的影响,构建基于水文响应单元的分布式SCS-CN 有效降雨修正模型,以北京双紫园小区为例开展降雨径流模拟与效果检验㊂分析SCS-CN 有效降雨修正模型,当对修正系数取值等于1.0时其等同于标准模型,当对修正系数取值小于1.0时其等效于改进模型;修正系数表征了径流系数随降水量增大而变化趋向稳定的极限值㊂模型应用结果表明,分别对渗透地表有效降雨修正系数取值等于1.0与小于1.0,两者对不同场次降雨径流深的计算值与实测值散点均位于45ʎ线附近㊁符合较好,确定性系数与Nash-Sutcliffe 效率系数值分别为0.91与0.83㊁0.92与0.91,后者效果优于前者,说明对渗透地表有效降雨修正系数取值小于1.0能够有效提高模拟效果㊂关键词:SCS-CN 模型;有效降雨;修正系数;分布式;低影响开发中图分类号:TV121.1㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1001-6791(2023)04-0553-09收稿日期:2022-12-28;网络出版日期:2023-05-24网络出版地址:https :ʊ /kcms2/detail /32.1309.P.20230523.1809.004.html基金项目:国家自然科学基金资助项目(52239003);城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室开放基金资助项目(HYD2019OF02)作者简介:申红彬(1981 ),男,河南安阳人,讲师,博士,主要从事水文学㊁河流动力学方面的研究工作㊂E-mail:hongbinshen 2012@ 随着城市化的快速发展,特别是低影响开发(Low Impact Development,LID)和海绵城市建设的稳步推进,地表下垫面种类日趋多样,LID 设施作用日渐突出,降雨径流规律更为复杂㊂如何对变化环境下城市的降雨径流过程进行模拟,是当今水文学,特别是城市水文学研究的重点与难点[1]㊂SCS-CN(Soil Conservation Service Curve Number)模型是美国农业部水土保持局于1954年开发研制的一款降雨径流模型[2],因结构简单㊁输入参数较少㊁对观测数据要求不高,在城市降雨径流模拟㊁流域水土保持等多个方面得到了广泛的应用,且特别适用于资料相对缺乏的地区㊂不过,在SCS-CN 模型的应用与发展过程中,如何对其进行改进与完善始终是研究的热点与难点问题㊂SCS-CN 模型形式较多,其标准模型的建立主要基于水量平衡方程以及2个基本假设:地表径流量与可能最大径流量的比例和累计入渗量与当时可能最大滞留量的比例相等;初损值与当时可能最大滞留量成比例关系㊂模型参数主要有当时可能最大滞留量(或曲线数)和初损系数,方程结构相对简单㊂对于SCS-CN 标准模型的改进主要包括:①模型参数的率定与修正㊂如考虑前期降雨㊁坡度等对当时可能最大滞留量(或曲线数)的影响,分析初损系数的变化范围与区域特征等[3-4]㊂②模型的分布式改进与应用㊂如以栅格为基本单元,建立分布式的SCS-CN 模型,并探讨模型参数的尺度效应[5-6]㊂③模型假设条件与内部结构的改进㊂如将累计入渗量分解为静态与动态下渗量,并引入前期土壤水分改进累计入渗量与当时可能最大滞留量的比例关系等[7-10]㊂其中,对SCS-CN 模型的分布式改进与应用是重要的发展方向,更适用于下垫面组成与产流规律复杂的流域㊂模型假设与内部结构的改进有助于进一步增强模型的理论基础,有效提高模型的精度,但往往会使模型参数增加,方程结构形式更趋复杂㊂因此,在SCS-CN 标准模型简单方程结构的基础上,如何通554㊀水科学进展第34卷㊀过引入修正系数即可实现模型改进,并建立相应的分布式模型,成为一个有待研究的问题㊂本文基于SCS-CN 标准模型,经与SCS-CN 改进模型比较,引入有效降雨修正系数,提出建立SCS-CN 有效降雨修正模型;对于城市LID 复杂区域,构建基于水文响应单元的分布式SCS-CN 有效降雨修正模型,以北京双紫园小区为例对其降雨径流过程进行模拟应用㊂1㊀模型建立1.1㊀SCS-CN 标准模型及其改进模型简介SCS-CN 标准模型以水量平衡方程为基础:P =I a +F +R(1)并结合2个基本假设:R P -I a =F S(2)I a =λS (3)联合式(1) 式(3)推导,可以得到地表径流深的计算公式如下:R =(P -I a )2P -I a +S =(P -λS )2P -λS +S (4)式中:P 为降水量,mm;I a 为初损量,mm;F 为累计下渗量,不包括I a ,mm;R 为地表径流深,mm;λ为初损系数,主要取决于地理与气候因子,取值范围为0.1~0.3,一般取均值为0.2;S 为当时可能最大滞留量,是累计下渗量的上限,mm㊂在λ=0.2条件下,由式(4)可知当时可能最大滞留量与降水量㊁径流深具有如下关系:S =5(P +2R -4R 2+5PR )(5)式(5)是利用降雨径流资料对当时可能最大滞留量的反推,最终取算术平均值㊂在实际计算中,由于当时可能最大滞留量数值变化范围很大,为便于取值,引入量纲一参数径流曲线数(CN),两者转换关系为S =25400N C -254(6)式中:N C 为CN 值,受到土壤类型㊁前期湿度㊁植被状况㊁坡度以及土地利用等因素影响,理论取值范围为0~100,实际变化范围为40~98㊂现有对于CN 值取值的主要步骤包括[11]:①根据土壤下渗或产流能力,进行水文组分类(分为A㊁B㊁C㊁D 4类);②结合土地利用类型㊁植被覆盖与水文状况(分为好㊁中㊁差3类)等,查SCS 手册选取CN 值;③考虑土壤前期湿润程度(AMC)影响,引入前期降水指数(API,至少前5d 累计降水量),分级(分为AMC Ⅰ级/干旱㊁AMC Ⅱ级/正常和AMC Ⅲ级/湿润)换算与取值;④考虑坡度影响,对CN 值进行坡度修正㊂不过,由于CN 值变化规律复杂,往往还需调整优化㊂SCS-CN 改进模型是在标准模型式(1)的基础上,进一步将累计下渗量分解为静态下渗量与动态下渗量[2,7-10],如图1所示,并将假设条件式(2)改写为:R P -I a -F c =F d S(7)F c =f c t (8)经过联合推导,可以得到地表径流深的计算公式如下:R =(P -I a -F c )2P -I a -F c +S =(P -λS -F c )2P -λS -F c +S(9)式中:F c 为静态下渗量,mm;F d 为动态下渗量,mm;f c 为静态下渗速率,mm/min;t 为产流后降雨历时,min㊂㊀第4期申红彬,等:分布式SCS-CN 有效降雨修正模型建立及应用555㊀图1㊀SCS 模型比例相等假设示意Fig.1Diagram of the proportionality hypothesis of the SCS model 1.2㊀SCS-CN 有效降雨修正模型的建立比较SCS-CN 标准模型式(4)与改进模型式(9),后者因引入静态下渗量参数而变得复杂㊂不过,从本质上来看,式(4)中的(P -I a )与式(9)中的(P -I a -F c )均可视为有效降雨,后者数值明显小于前者㊂因此,通过引入有效降雨修正系数,可以将两者统一表示如下:R =[κ(P -λS )]2κ(P -λS )+S (10)式中:κ=(P -λS -F c )/(P -λS ),为有效降雨修正系数㊂式(10)即为SCS-CN 有效降雨修正模型㊂其中,当κ=1.0时,式(10)为SCS-CN 标准模型式(4);当κ<1.0时,式(10)等效于SCS-CN 改进模型式(9)㊂基于SCS-CN 有效降雨修正模型式(10),经过推导,可以得到径流系数的变化方程:1α=P κ(P -λS )1+S κ(P -λS )[](11)式中:α为径流系数㊂根据式(11),当P ңɕ时,P /(P -λS )ң1㊁αңκ㊂因此,κ表征了径流系数随降水量增大而变化趋向稳定的极限值㊂实测资料表明[12],对于渗透地表,其径流系数随降水量增大而变化趋向稳定的极限值一般小于1.0㊂如设降雨产流后的平均降雨强度为Iᶄ,则可将式(10)中的κ表示为κ=P -λS -F c P -λS =Iᶄt -f c t Iᶄt =1.0-f c Iᶄ(12)式中:Iᶄ为降雨产流后的平均降雨强度,mm /min㊂对于不同场次降雨,为简化计算,对Iᶄ可取为不同场次降雨产流后平均降雨强度的平均值㊂对于均匀降雨过程,当降雨强度与下渗速率相等时,地表开始产流㊂以产流时刻为初始时刻,结合Hor-ton 土壤下渗模型,有:f =(f 0-f c )exp(-βt )+f c(13)S =ʏ+ɕ0(f 0-f c )exp(-βt )d t =1β(f 0-f c )(14)I =f 0(15)式中:f 为下渗速率,mm /min;f 0为产流开始时下渗速率,mm /min;β为变化速率,1/min;I 为均匀降雨强556㊀水科学进展第34卷㊀度,mm /min㊂考虑到产流时刻I =f 0,相应有:P -λS -F c =It -f c t =ββ+f c /S (P -λS )(16)将式(16)代入式(12),可以得到均匀降雨条件下κ的计算表达式为κ=ββ+f c /S (17)从式(17)可以看出,在均匀降雨条件下,κ主要与下垫面土壤的下渗特性参数有关㊂1.3㊀分布式SCS-CN 有效降雨修正模型的构建对于由多种下垫面组成的复杂流域,为反映降雨㊁下垫面等条件空间分布不均的影响,建立分布式模型是重要的发展方向㊂以往多采用对不同类型下垫面CN 值按面积比例进行加权平均的方法(式(18))[13],并应用于SCS-CN 模型,但最终效果仍为集总式模型,难以深入描述流域不同类型下垫面的产流贡献与变化规律㊂N C,a =ðmj =1A j A N C,j ()(18)式中:N C,a 为流域综合CN 值;N C,j 为不同种类下垫面CN 值,m 2;A 为汇流区域总面积,m 2;A j 为不同种类下垫面面积,m 2;j 为不同种类下垫面编号;m 为下垫面种类数量㊂现有流域离散化的方法主要有单元网格㊁山坡单元㊁自然子流域㊁水文响应单元㊁等流时面积单元㊁典型单元面积㊁分组响应单元及其组合等[14]㊂比较来看,水文响应单元是在自然子流域划分的基础上,进一步结合土地利用方式㊁植被类型和土壤类型,划分为下垫面特征相对单一和均匀的离散响应单元,更为符合SCS-CN 模型CN 取值的分类思路㊂对于城市LID 复杂区域,可以按下垫面种类㊁LID 设施及其组合划分为不同类型的水文响应单元(如需汇流计算还要考虑空间位置进一步细分),构建分布式SCS-CN 有效降雨修正模型㊂其中,需要说明如下:①分别对不透水地表㊁渗透地表及LID 设施进行水文响应单元划分及编号㊂②对于不透水地表,累计下渗量F =0,降雨径流损失主要为地表填洼损失,更宜采用Linsley 公式进行模拟;对于渗透地表及LID 设施,可以构建基于SCS-CN 有效降雨修正模型的分布式模型㊂③对于有些LID 设施,需考虑其蓄存容积对降雨径流的影响[15]㊂例如对下凹绿地等,在计算底部土壤下渗产流后,还需考虑上部下凹容积对产流的蓄存作用,下凹容积蓄满外溢后的水流方为下凹绿地降雨径流㊂④对于有些不透水地表,也需考虑中端蓄水池㊁蓄水罐等蓄水设施对地表径流的蓄存作用㊂具体方程如下:Rᶄ=ðm i =1Aᶄi A P -Δmax,i 1-exp -P Δmax,i ()[]-D i {},㊀㊀P ȡ13Δmax (19)Rᵡ=ðn j =1Aᵡj A [κj (P -λS j )]2κj (P -λS j )+S j -D j{}(20)R =Rᶄ+Rᵡ(21)式中:R ᶄ为不透水地表径流深,mm;R ᵡ为渗透地表及LID 设施径流深,mm;m 与i ㊁n 与j 分别为不透水地表㊁渗透地表及LID 设施划分水文响应单元类型数量㊁编号;Aᶄi 为i 单元面积,m 2;Δmax,i 为i 单元最大填洼损失量,mm;D i 为i 单元蓄水设施蓄存容积,mm;Aᵡj 为j 单元面积,m 2;κj 为j 单元有效降雨修正系数;S j为j 单元当时可能最大滞留量,mm;D j 为j 单元LID 设施蓄存容积,mm㊂2㊀应用案例2.1㊀研究区概况北京双紫园小区是北京市最早开展雨水利用的示范工程之一㊂该小区位于海淀区双紫支渠南侧㊁北洼路㊀第4期申红彬,等:分布式SCS-CN有效降雨修正模型建立及应用557㊀西侧,由3栋塔楼㊁1栋排楼以及一些配套建筑物组成(图2(a)),总面积约2.3hm2,其中建筑屋顶面积约0.6hm2,道路㊁庭院㊁停车场面积约10hm2,绿地面积约0.7hm2(表1)[16],土壤类型为重壤土,稳定下渗率为0.3mm/min㊂小区汇流区域分为屋顶(包括2栋塔楼,汇流面积约1350m2)与道路(包括不透水/透水路面㊁绿地㊁庭院㊁停车场等,汇流面积约15088m2)㊂2004年9月,基于LID理念,小区对地表下垫面进行了升级改造㊂具体改造措施包括:①增铺透水铺装,相应面积由880m2增至4582m2;②绿地下凹改造,将小区内绿地下挖5cm,对于一些下挖难度较大的绿地,则用石埂圈围,使其达到下凹绿地的效果㊂图2㊀小区平面布置与降雨径流监测方案示意Fig.2Plane layout and rainfall-runoff monitoring scheme in the study area表1㊀小区土地利用类型及面积百分比统计表Table1Statistics of land use types and area percentage土地利用类型下垫面属性面积/m2占总面积百分比/%主要建筑物屋顶不透水地表337114.2配套建筑物屋顶不透水地表258811.1道路㊁庭院㊁停车场不透水㊁渗透混合地表1038744.1绿地渗透地表725430.6总面积不透水㊁渗透混合地表23600100.02.2㊀降雨径流监测数据北京双紫园小区在地表下垫面改造前后均开展有降雨径流实际监测㊂其中,降雨监测采用自记式雨量计进行连续监测,仪器安装在住宅楼顶部,相关数据直接记录在存储卡上,记录间隔时间为1min,每隔一定时间人工去现场通过数据线连接电脑读取;径流监测采用 液位计+三角堰 测量方法,分别在屋顶与道路管道末端安装三角堰(图2(b))并配置液位计,对水位及流量过程进行连续监测,液位计数据自动存储在系统内,记录间隔时间为1min,每隔一定时间人工去现场通过数据线连接电脑读取㊂基于液位计量测水位过程数据,通过堰前水位与流量关系曲线换算为流量过程;对不同场次降雨流量过程,通过时间积分,可以得到场次降雨径流量,径流量与汇流面积相除可以转化为径流深㊂图3为收集㊁整理得到的双紫园小区地表下垫面改造前后道路汇流区域的降雨㊁径流监测数据,共计有558㊀水科学进展第34卷㊀51场有效降雨㊁径流数据㊂其中,地表下垫面改造前为18场,降水量为8~51mm,径流深为0~14mm;改造后为33场,降水量为5~88mm,径流深为0~12mm,径流削减效果明显㊂另外,图中还给出根据前5d 累计降水量对不同场次降雨土壤前期湿润程度的判别结果㊂可以看出,除个别情况外,多数情况下土壤前期湿润等级为AMC Ⅰ级㊂图3㊀道路汇流区域降雨㊁径流监测数据Fig.3Rainfall and runoff monitoring data of the road watershed 3㊀模型应用结果3.1㊀模型效果评价指标分别采用确定性系数(R 2)与Nash-Sutcliffe 效率系数(E NS )对模型效果进行量化评价[17-18]㊂其中,确定性系数是评价模拟效果最为基本的评价指标,变化范围为0~1.0;Nash-Sutcliffe 效率系数是判定残差与实测值数据方差相对量的标准化统计值,变化范围为-ɕ~1.0;两者数值越趋近于1.0说明模型精度越高,当E NS ɤ0时说明模拟值与实测值存在较大偏差㊂相应计算公式分别为:R 2=ðn i =1R c,i -1n ðn i =1R c,i ()R o,i -1n ðn i =1R o,i ()[]2ðn i =1R c,i -1n ðni =1R c,i ()2ðn i =1R o,i -1n ðn i =1R o,i ()2(22)E NS =1-ðn i =1(R c,i -R o,i )2ðn i =1R o,i -1n ðn i =1R o,i ()2(23)式中:R o,i 为径流深实测值,mm;R c,i 为径流深计算值,mm;i 为序号;n 为样本容量㊂3.2㊀模拟结果与讨论基于分布式SCS-CN 有效降雨修正模型,并对渗透地表分别取κ=1.0与κ<1.0(具体率定),对双紫园小区不同场次降雨径流进行模拟,包括参数率定㊁模型应用与验证:(1)参数率定㊂以小区地表下垫面改造前道路汇流区域的降雨㊁径流监测数据为基础,开展模型参数率定,结果如表2所示㊂其中,对于曲线数CN 值的率定,首先,根据式(5)反推计算当时可能最大滞留量,并取算术平均值约为50.5mm,相应CN 值约为83;其次,通过查阅SCS 手册,并根据土壤前期湿润等级,㊀第4期申红彬,等:分布式SCS-CN有效降雨修正模型建立及应用559㊀初步选定绿地㊁透水铺装等下垫面CN值;最后,对不同类型下垫面CN值进行优化调整,并要求不同类型下垫面CN值按面积加权平均值在83左右㊂另外,不透水道路最大填洼损失值(Δmax)较大,是由于其相连地下管网末端安装有三角堰,形成一定的蓄水空间,这里进行了综合考虑㊂(2)模型应用与验证㊂基于表2中的模型参数,结合小区地表下垫面改造后道路汇流区域的降雨㊁径流监测数据,开展分布式SCS-CN有效降雨修正模型的应用与验证,结果如图4所示,相应确定性系数与Nash-Sutcliffe效率系数值同列于表2㊂表2㊀模型参数与效果评价统计表Table2Statistics of model parameters and performance evaluation results下垫面种类模型参数模型效果评价指标κ面积比例κ=1.0κ<1.0改造前改造后λN CΔmax/mm D/mm R2E NSκ=1.0κ<1.0κ=1.0κ<1.0不透水道路绿地普通绿地下凹绿地透水铺装 0.390.14 301.00.710.540.540.2721.00.700.070.320.27850100.910.920.830.91图4㊀分布式SCS-CN有效降雨修正模型径流模拟值与实测值比较Fig.4Comparison between the simulated and measured runoff using the distributed SCS-CN model with revised effective precipitation ㊀㊀综合图4与表2可以看出,基于分布式SCS-CN有效降雨修正模型,并对渗透地表有效降雨修正系数分别取值等于1.0与小于1.0,两者对双紫园小区不同场次降雨径流深的模拟值与实测值散点均位于45ʎ线附近㊁符合较好,确定性系数与Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.91与0.83㊁0.92与0.91,后者效果优于前者,说明对渗透地表有效降雨修正系数取值小于1.0能够有效提高模拟效果㊂后期,应在前述有效降雨修正系数计算表达式(12)㊁(17)的基础上,进一步深入分析不同降雨与下垫面土壤下渗条件对κ值变化的影响㊂4㊀结㊀㊀论本文基于SCS-CN标准模型,经与SCS-CN改进模型比较,通过引入有效降雨修正系数,构建SCS-CN 有效降雨修正模型及其分布式模型,并开展模型应用与效果检验,得到主要结论如下:(1)对于SCS-CN有效降雨修正模型,当对修正系数取值等于1.0时,其等同于标准模型,当对修正系数取值小于1.0时,其等效于改进模型;修正系数表征了径流系数随降雨量增大而变化趋向稳定的极限值㊂560㊀水科学进展第34卷㊀(2)对于城市低影响开发复杂区域,综合考虑低影响开发设施蓄存容积对降雨径流的影响,构建了基于水文响应单元的分布式SCS-CN有效降雨修正模型㊂(3)应用分布式SCS-CN有效降雨修正模型,分别对渗透地表有效降雨修正系数取值等于1.0与小于1.0,两者对不同场次降雨径流深的模拟值与实测值散点均位于45ʎ线附近㊁符合较好,确定性系数与Nash-Sutcliffe效率系数值分别为0.91与0.83㊁0.92与0.91,后者效果优于前者,说明对渗透地表有效降雨修正系数取值小于1.0能够有效提高模拟效果㊂参考文献:[1]任梅芳,徐宗学,庞博.变化环境下城市洪水演变驱动机理:以北京市温榆河为例[J].水科学进展,2021,32(3): 345-355.(REN M F,XU Z X,PANG B.Driving mechanisms of urban floods under the changing environment:case study in the Wenyu River basin[J].Advances in Water Science,2021,32(3):345-355.(in Chinese))[2]刘家福,蒋卫国,占文凤,等.SCS模型及其研究进展[J].水土保持研究,2010,17(2):120-124.(LIU J F,JIANG W G,ZHAN W F,et al.Processes of SCS model for hydrological simulation:a review[J].Research of Soil and Water Conserva-tion,2010,17(2):120-124.(in Chinese))[3]雷晓玲,邱丽娜,魏泽军,等.基于SCS-CN模型在山地海绵城市不同下垫面径流预测的优化及应用[J].中国农村水利水电,2021(11):49-52,57.(LEI X L,QIU L N,WEI Z J,et 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revised coefficient after a comparison between the standard SCS-CN model and the improved model.Furthermore,for the complex area with low impact development(LID)in a city,a distributed SCS-CN-REP model was developed based on a hydrological response unit division in which the effects of the LID facilityᶄs storage capacity on rainfall-runoff are also considered.Finally,taking the Shuangzi residential district in Beijing City as a study area,the rainfall-runoff is simulated and compared using the distributed SCS-CN-REP model.An analysis of the SCS-CN-REP model showed that when the revised coefficient is1.0,it is equivalent to the standard model, when the revised coefficient is smaller than1.0,it is equivalent to the improved model.In essence,the revised coefficient is a limit value of the runoff coefficient varied with the increase in precipitation.The distributed SCS-CN-REP model application results demonstrated that the calculated runoff depth values are in good agreement with the measured values.The determination coefficients and Nash efficiency coefficient are0.91and0.83when the adopted value of the revised coefficient for permeable surfaces is1.0,and are0.92and0.91when the adopted value is less than1.0.The effects of the latter model are better than the former,indicating that the simulation effect can be effectively improved when the adopted value of the revised coefficient for permeable surfaces is less than1.0in the distributed SCS-CN-REP model.Key words:SCS-CN model;effective precipitation;revised coefficient;distributed;low impact development∗The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China(No.52239003)and the Opening Foundation of Beijing Key Laboratory of Urban Hydrological Cycle and Sponge City Technology(No.HYD2019OF02).。
常用水文预报模型介绍
不率定KK，而率定参数MP（马法分段演算的河段数）。
小
结
蓄满产流、一个水库、两条曲线、三种水源
马斯京根洪水演算法
方 法
简
介
马斯京根法(Muskingum)是美国人麦卡锡(G. T. McCarthy)
于1938年提出，因最早应用于美国马斯京根河而得名，是一种 经典的的河道汇流计算方法。该法将圣维南方程组中的连续方 程简化为水量平衡方程，把动力方程简化为马斯京根法的槽蓄 方程，并联立求解而得到演算方程。经过几十年的应用和发展 ，已形成了许多不同的应用形式，下面介绍主要的演算形式。
参
数
意
义
（10）CI：深层壤中流水库消退系数，控制壤中流退水形态
，决定洪水尾部退水的快慢。如无深层壤中流时，CI趋于零。
当深层壤中流很丰富时， CI趋于0.9，相当汇流时间约为10天。 其作用是弥补KG+KI =0.7的不足，对整个洪水过程的影响
，远不如SM、KG/KI明显。
（11）CG：地下水库消退系数，反映地下水退水的快慢。可 根据枯季地下径流的退水规律推求， CG =Qt+△t/Qt。如以日为时 段长，则 CG=0.950～0.998，相当于退水历时20～500天。 上述为日模（24h），若转换为次模（一天分为D个时段） ，则公式为：
规律均按线性水库出流。
输入：产流量R 参数：自由水蓄水容量SM
地下水出流系数KG
壤中流出流系数KI 输出：地面径流RS 壤中流RI 地下径流RG
水
源
划
分
由于产流面积是不断变化的，而且在产流面积上自由水蓄水容 量分布也是不均匀的。因此，采用类似流域张力水蓄水容量面积 分布曲线的流域自由水蓄水容量面积分配曲线来考虑上述不均匀 性。所谓流域自由水蓄水容量面积分配曲线是指：部分产流面积 随自由水蓄水容量而变化的累计频率曲线
管井降水计算方案
环湖北路建设工程施工二标段基坑降水二书1-1Vf—1am1 1kj ・1 *1_ ---- L■51r埜1、场地岩土工程情况第①层杂填土，含有粉土、砖块、炉渣，碎石、植物根等。
结构松散，成 分杂乱、不均匀。
K2+480 — K2+840段位于鱼塘与菜地之间。
层底标高介于776.76 —777.74m 。
第②层粉土，褐灰色。
含云母、煤屑、氧化铁铝、混有砂粒等。
湿，中密。
无光泽反应。
具有中等压缩性。
该层含水量平均值为 24.7%，该层天然孔隙比平均值为0.739层底标高介于769.36— 774.44m 之间。
第③层中砂，褐灰色，饱和，松散，含石英、长石、云母等。
含土量较小。
颗粒级配较差，磨圆度较差。
揭露层厚1.5- 8.4m 。
第④层粉质粘土，褐灰色。
含云母、煤屑、氧化铁铝等。
软塑 ~可塑。
该层揭露层厚介于2.7~9m 之间。
K2+850—K3+550.794地下水埋藏于自然地表下 2.4〜4.0m ， 标高在774.24—774.86之间，属孔隙潜水。
主要接受大气降水、沿线池塘、水渠浅层补给及 晋阳湖深层补给。
厂二、降水方案的选择本工程地质条件主要为粉土、砂土。
现场基坑深度为8.5m，根据该场地附近地区的已有降水经验，拟采用管井井点降水方案降低地下水位，即在沿基坑纵向两侧布设一定数量的管井，由管井统一将地下水抽出，从而满足基础施工对降水的要求。
三、降水模型选择及设计计算1、降水模型的选择假定：由于第④层粉质粘土的渗透系数远小于其它土层的渗透系数, 近似将第④层视为不透水层。
(1)含水层厚度：H=第2层土层厚度+第3层土层厚度=11.5m，(2)管井深度：依据JGJ/T111-98《建筑与市政降水工程技术规范》，井点管深度为：H W=H W1+H W2+H W3+H W4+H W5+H W6式中：H w —降水井深度H wi —基坑深度，取8.5mH W2—降水水位距离基坑底要求的深度，取0.5mH W3—水力坡度作用基坑中心所需增加的深度。
基坑降水及地面沉降变形计算
基坑降水及地面沉降变形计算------------------------------------------------------------------- 计算项目: 降水计算 1------------------------------------------------------------------- [原始条件]：计算模型: 潜水完整井;基坑远离边界水位降深 7.500(m)过滤器半径 0.375(m)水头高度 8.500(m)渗透系数 35.000(m/d)单井出水量 360.000(m3/d)沉降计算经验系数 1.000----------------------------------------沉降影响深度内土层数：3场区内丰水季节地下水埋深: 5.000(m)层号层厚度(m) Es(MPa)1 4.000 5.0002 8.000 28.0003 5.000 35.000----------------------------------------基坑轮廓线定位点数：8定位点号坐标x(m) 坐标y(m)1 420.578 357.1292 515.742 355.4413 519.539 571.5314 411.469 573.1485 409.758 474.5316 414.883 461.8097 414.141 427.3018 418.703 400.180----------------------------------------降水井点数：27个（各井间距22.0米）井点号坐标x(m) 坐标y(m) 抽水量(m3/d)1 516.724 354.423 360.0002 517.150 378.656 360.0003 517.576 402.888 360.0004 518.002 427.121 360.0005 518.427 451.353 360.0006 518.853 475.586 360.0007 519.279 499.818 360.0008 519.705 524.051 360.0009 520.131 548.283 360.00010 520.556 572.516 360.00011 498.542 572.845 360.00012 476.528 573.175 360.00013 454.514 573.504 360.00014 432.500 573.833 360.00015 410.486 574.163 360.00016 410.053 549.208 360.00017 409.621 524.254 360.00018 409.188 499.300 360.00019 408.755 474.346 360.00020 413.879 461.626 360.00021 413.139 427.228 360.00022 417.707 400.075 360.00023 418.663 378.110 360.00024 419.620 356.146 360.00025 443.896 355.715 360.00026 468.172 355.285 360.00027 492.448 354.854 360.000----------------------------------------任意点降深计算公式采用：基坑工程手册公式沉降计算方法:岩土工程勘察规范方法, 即不考虑应力随深度衰减的方法----------------------------------------[计算结果]：1.基坑涌水量计算:按《规范》附录F计算得：根据《规范》F.0.7 确定降水影响半径 R = 258.723(m)根据《规范》F.0.7 确定基坑等效半径 r0 = 84.472(m)基坑涌水量 = 5595.100(m3/d)2.降水井的数量计算:按《规范》8.3.3计算得：单井出水量按360.000(m3/d)计算，需要降水井的数量 = 18井单井出水量按240.000(m3/d)计算，需要降水井的数量 = 26井3.单井过滤器进水长度计算:按《规范》8.3.6验算得：单井过滤器进水长度 =6.000(m)4.各点降深与地表沉降计算:降深按《基坑工程手册》计算按用户指定的井数(27)、井位、各井抽水量，计算得:在指定范围内: 最小降深=0.010(m) 最大降深=8.500(m)在指定范围内: 最小沉降=0.0(cm) 最大沉降=2.1(cm)5.建筑物各角点降深与沉降计算:选取人民医院住宅楼为计算模型，角点分布：建筑物角点1: 降深=4.093(m) 沉降=1.309(cm)建筑物角点2: 降深=8.500(m) 沉降=2.057(cm)建筑物角点3: 降深=8.500(m) 沉降=2.057(cm)建筑物角点4: 降深=4.230(m) 沉降=1.342(cm)建筑物各角点: 最小降深=4.093(m) 最大降深=8.500(m)建筑物各角点: 最小沉降=1.3(cm) 最大沉降=2.1(cm)选取计算的住宅楼为砌体承重结构，建筑物长66.39米，宽10.2米，基础埋深约1.5米，地基土为一般粘性土和中密以上砂土，为中等压缩性土，建筑各角点之间最大倾斜率 = 千分之 0.137，小于《建筑地基与基础设计规范》（GB50007-2011）规定的限值。
基于分布式水文模型的城市暴雨积水过程模拟
收稿日期：2021-04-15。
项目来源：天津市重点研发计划院市合作计划项目 （18YFYSZC00120）。
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第20 卷第 8 期
地理空间信息
加载 DEM
填洼
无洼地
DEM
流向计算
累积流量
计算
栅格转换
为矢量
河网计算
子流域划分
CHEN Zhuo1, SUN Jianjun1
（1. Academy of Prospecting of Tianjin, Tianjin 300191, China）
Abstract: In order to deeply study the development process of urban waterlogging, we used the distributed hydrological model to analyze the
渍水点.shp 属性表 （部分）
FID
Shape
1
Point
0
2
Point
Point
Area
Address
花溪区
甲秀南路与溪北路交叉口吉林村拉槽
花溪区
黔灵山路黔灵山隧道 B 匝道
南明区
机场路小碧立交桥下交叉口积水点
X
Y
665 966.716 1
2 926 580.102 3
678 860.232 6
q = Kq 0 + q 0
'
（6）
积水模型
Q z = å[(Qi −q × Si)× Dti]
式中， q 为排水效率，单位为 m3 / (s × km 2 ) ； q 0 为设
降水井方案讲解
降水设计1 设计依据1.2.3. 技术要求：（1）地下水位根据地勘报告，施工期间由于临近场地降水作业及季节性影响（钻探施工时为丰水期）,场地地下水位较深，场地地下水位埋深为 2.8~3.3m（假设标高-3.4~-3.9m）,结合地区经验该区水位涨幅为1.00~2.0m。
主要为卵石土中孔隙潜水，水位稳定，受周边地下水影响，渗透系数较大，卵石层渗透系数可取20m/d，水量补给较快。
根据地区水文地质资料，场地地下水年变化幅度为 1.00~2.0m，因此一般情况下，场地抗浮设防水位建议按假设标高-2.0m 考虑。
（2）地下室施工对降水安全性要求较高，为满足施工要求，地下水位须降至基底0.5m 以下。
4. 《建筑与市政降水工程技术规》（JGJ/T1 1 1 -98 ）5. 《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）2 降水设计在基坑围，当降水井把整个基坑围地下水形成包围下降到作业区底标高，整个作业区为干作业区，可开展施工。
根据详勘资料和地区水文地质相关资料，计算参数选用如下：1. 开挖深度：作业区深度-4.8m （假设电梯井深度为-6.8m）;2. 降水井管距作业区边线不小于1.5〜2.5m；3. 设计降深：sd=-2.0-(-6.8-0.5) =4.30m；4•含水层厚度：地下含水层厚取H=20.0m；5•渗透系数：由地勘资料，该场地砂卵石层平均渗透系数K取20m/d 3水文地质计算1•降水验算基坑降水设计计算模型详见下图。
图一基坑降水计算简图2•基坑中心点起算的等效半径r。
、A/ =22.85mA为基坑面积，约1640.0m2。
3•潜水含水层的影响半径RR 2s^ ,kH =400.0msw为井水位降深，sw小于10时取sw=10.0m4.基坑涌水量:=3486.82(m3/d)In 15.确定单井出水量q o 120 r s l 3k=383.55(m3/d)6•求出管井数量n=n 1.1Q=10（口）q。
VisualModflow在基坑降水设计中的应用
① 常密度地下水的三维流动基本方程
9 9x
[
Kxx
9h 9x
]
+
9 9y
[
Kyy
9h 9y
]
+
9 9z
[
Kzz
9h 9z
]
-ω =
9h Ss 9t
(1)
式中 Kxx 、Kyy 、Kzz ———沿 X、Y、Z 坐标轴方向上的渗 透系数
近年来平原地区各大城市不断修建高层建筑 , 这些建筑工程特点是上部荷载大 ,基坑开挖深 ,在基 坑开挖过程中往往会破坏浅部潜水含水层 ,地下水 会不断渗入到基坑内 。为了防止基坑在开挖过程中 地下水涌入 ,保障基础施工安全 ,在开挖前必须对建 筑场地进行降排水 。降水工作是基础工程顺利进行 的先决条件 ,同时基坑降水工程会造成地面不均匀 沉降 ,对周围建筑物造成危害 ,所以降水设计是否合 理至关重要 。就基坑降水方案设计而言 ,目前国内 主要采用求解析解方法 ,其特点是建立模型简单 ,对 场地地下水流态主要采用二维流进行计算 。随着计 算机技术的迅猛发展 ,采用先进技术手段进行基坑
= 0. 15;砂层下伏岩层为隔水岩层 。根据施工要求 , 需要将建筑区地下水位降至地面以下 5 m。
降水设计方案 : ① 沿着长方形建筑场地四周布置 6口完整井 降水 ,井位布置见图 1。
图 1 降水井平面位置 Fig. 1 Plane map of dewatering well
·98·
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附件一： 计算模型及公式
1.潜水完整井计算模型
()⎪⎭⎫ ⎝
⎛+-=01log 2366.1r R S S H k
Q …………………………………………公式1
式中：Q 基坑涌水量（m 3/d ）；
k ：渗透系数（m/d ）； H ：潜水含水层厚度（m ）： S ：基坑水位降深（m ）； R ：降水影响半径（m ）； r 0：基坑等效半径（m ）。
2.承压水完整井计算模型
⎪
⎪⎭⎫
⎝
⎛+=01lg 73.2r R MS k
Q
式中：Q ：基坑涌水量（m 3/d ）；
K ：渗透系数（m/d ）； R ：降水影响半径（m ）； r 0：基坑等效半径（m ）； M ：承压含水层厚度（m ）
3.承压水非完整井计算模型
⎪⎪⎭
⎫
⎝
⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=002.01lg 1lg 73.2r M
l l M r R MS
k
Q ……………………………公式式中：Q ：基坑涌水量（m 3/d ）；
K ：渗透系数（m/d ）； R ：降水影响半径（m ）； r 0：基坑等效半径（m ）； M ：承压含水层厚度（m ）； S ：基坑水位降深（m ）；
l ：基坑降水井过滤器工作部分长度（m ）
4.承压—潜水完整井计算模型
()⎪
⎪⎭⎫
⎝
⎛+--=021lg 2366.1r R h M M H k Q 式中：Q ：基坑涌水量（m 3/d ）；
K ：渗透系数（m/d ）； R ：降水影响半径（m ）； r 0：基坑等效半径（m ）； M ：承压含水层厚度（m ）；
h
5.线形工程潜水完整井计算模型
R h H kL Q 2
2-=…………………………………………………公式5
()
222h H R
x
h y -+
=……………………………………………公式6 ()d
R r d S
S H k q w 2ln 2πππ+-=
…………………………………………………公式7
双直线井排，条件同上,适用条件：
①均质潜水含水层； ②完整井点； ③位于无界含水层中； ④直线井点排，两侧进水； ⑤L>50m 。
6.线形工程承压完整井计算模型
R kMSL
Q 2=
………………………………………………………公式8 x R
S
H y -=………………………………………………………公式9
适用条件： ①均质承压含水层； ②线形排列井点，两侧进水；
③完整井点，远离地表水体； ④L>50m 。
9.线形工程承压—潜水完整井计算模型
()[]d
R r d h M M H k q w 2ln 22πππ+--=
…………………………………………公式12 对于双直线井排，条件同上
适用条件：
①承压—潜水完整井点； ②其它条件同上。
10.降水引起地面沉降计算模型
水位变化施加于土层的荷载引起土层的竖向变形属一维变形问题，因此沉降计算采用一维变形计算模型
∑
=⨯∆=n
i Ei
Hi
P s …………………………………………公式13 式中：s ———最终沉降量（mm ）；
△P ———水位变化施加于土层上的平均荷载（KPa ）； H i ———计算土层的厚度（m ）； E i ———土层的压缩模量（MPa ）
11.辐射井计算模型
qn Q α=…………………………………………………………公式14
其中：l R h m K q 75.0lg
36.12
2-=………………………………………公式15
当h r >h 时: l
R h m K q 25.0lg
36.12
2-=…………………………………公式适用条件：①、远离水体或河流；
②、l=30～50m
式中：Q ——辐射井总出水量(m 3/d)
n ——辐射管根数 q ——单管出水量(m 3/d) α——系数 m ——含水层厚度(m)
h ——动水位以下含水层厚度(m)
12.单井出水量计算公式：
15
2K
l r q ⋅
⋅⋅=π ………………………………………………公式17 式中：l ：过滤器有效长度m ；
γ：管井半径(m)；
K ：渗透系数 m/s 。
13.抗突涌验算公式：
γw H <γh …………………………………………………公式18
式中：H ：承压水头，由含水层顶面算起，m;
h ：基坑底部所需的最小隔水层厚度，m ；
γw ：水的重度，kN/m 3
； γ：隔水层土的重度，kN/m 3。
14.潜水群井干扰抽水任意点降深计算公式：
()⎥⎦
⎤⎢⎣⎡⋯⋯--
=n x x x n R K
Q H h 212.lg 1lg .366.1…………………………………公式19 式中：H ：含水层厚度，m ；
h ：水头，m ；
Q ：基坑涌水量，m 3/d ；
n x ：某点到各井点中心距离，m ；
R ：影响半径，m 。
15.承压水群井干扰抽水任意点降深计算公式：
()⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡⋯⋯-=
n x x x n R KM Q S 21.1lg 366.0……………………………………………公式20 式中：M ：含水层厚度，m ；
S ：基坑水位降深，m ； Q ：基坑涌水量，m 3/d ；
n x ：某点到各井点中心距离，m ；
R ：影响半径，m 。
16.线形工程承压—潜水非完整井计算模型
()ξππππππ++++⎥⎥
⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--=d
R r d KTS
d R r d l M M H k q w w 2ln 22ln 2'''22
…………………………………………公式21
对于双直线井排，条件同上 适用条件：
①承压—潜水完整井点； ②其它条件同上。
17.越流补给
m
∆H =κε 其中：
⑴ε为越流强度；
⑵κ弱含水层的渗透系数； ⑶∆H 水头损失； ⑷m 弱含水层的厚度。