水井的合理布局
为使地下水的开发能够有计划和有控制地进行，在制订地下水开发利用规划时，应根据各含水层的可采资源，确定各层水井数目和开采水量，做到分层取水，浅、中、深合理布局。在浅层淡水比较充足的地区，以开采浅层水为主，将深层水作为后备水源，平时尽量减小深层水的开采量，留备大旱和连旱之年抗旱保收之用。在浅层淡水缺乏又无地面水可供利用的地区，为了保证工农业用水需要，在一定时期内可以有计划地开采深层水但必须预见到地下水位下降、地面下沉、碱水界面下移等出现的可能性，争取在这些现象发生之前，采取有效措施，确保工农业用水的需要。
（一）水井出流量计算
1.承压含水层单井抽水时非稳定流计算
图6-20 允许的最大地下水埋深与灌溉保证率关系曲线
图6-21 单井从承压含水层抽水时地下水位变化图
图6-21表示单井从承压含水层抽水时地下水位的变化情况。根据达西定律，在某一瞬间t，通过距井（坐标中心）r处（采用极坐标，以井为坐标原点）断面（其周长为2πr）的流量q为
式中 k——含水层渗透系数；
m——含水层的厚度；
h——压力水位高程（以含水层底板为基准面）。负值表示水流方向与坐标方向相反。
在r变化d r时，q的变化为d q，自上式得
取距原点r处相差d r的两断面间含水层进行水量平衡分析（图6-21）。
1）含水层的来水有：①水平方向来流量q；②垂直补给，可以是越层补给，也可以是越层损失（此时为负值）；若补给强度为ε，则两断面间含水层所承受的总补给量为ε2πr d r。
2）含水层的出流量为q+d q。
将式（6-21）代入上式，经整理得
式（6-27）即为单井地下水非稳定流的基本方程。
在单井定流量抽（注）水时，如果①含水层是均质各向同性；②含水层范围无限延伸（实际上是指在所计算的时间内含水层的边界位于抽水井影响范围以外）；③水和含水层假定为弹性体，并且从含水层中释放出的水量随着水头的降低而瞬时排出；④无垂直补给（ε=0）；⑤含水层原始水位为水平；⑥抽水流量为定值Q；⑦水井为完整井，则单井非稳定流基本方程式（6-28）的解为
式中 S——降深，m；
h0——原始水位高程，m；
h——计算点在计算时间的水位高程，m；
r——计算点至抽水井的距离，m；
a——压力传导系数，m2/d；
t——计算时间（自开始抽水时算起），d；
Q——抽水流量，m3/d。
一般W（u）称为井函数，该函数展开是一收敛级数，即
式（6-29）在国外文献中常称为泰斯（Thies）公式。
W（u）值可自表6-8中查得。根据式（6-28）即可求得单井抽水时任一时间t、任一距离r（距抽水井的距离）处的压力水位降深值。
表6-8 井函数W（u）表
如果r1取在井径处，即r1=rω，则式（6-32）可改写为
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h（rω，t）——在抽水延续时间为t时，井的水位高程。
2.潜水含水层单井抽水时非稳定流计算[1]
在承压含水层中，水头的下降，仅是压力的减小，它所引起的水的弹性膨胀和含水层的弹性压缩比较迅速，因而可以近似地假定弹性储量的释放（或储存）是瞬时完成的。但是，潜水含水层却不一样，地下水位的下降所引起的水量释放，是水自饱和的土体中由于重力的作用而排泄出来的，因而它不能瞬时完成（图6-4），尤其是细粒土所组成的含水层更是明显。这种由于潜水位下降引起的饱和带水缓慢地排出的现象，称为滞后疏干（或滞后重力排水）。
布尔顿（Boultion）提出了考虑潜水含水层这种滞后疏干现象的分析方法。
假定在抽水开始以后某一时间τ和τ+dτ之间，潜水位下降δh，潜水含水层释放（排出来）的水由两部分组成：
1）单位面积含水层柱体中弹性释放出的水其体积为μeδh，μe是弹性释水系数。
2）单位面积含水层柱体由于潜水位下降δh，在任意时间t（t＞τ）的滞后疏干排水强度可用以下经验公式表示：
式中 μd——潜水含水层的给水度；
a——经验系数。
单位面积含水层柱体单位时间的滞后重力排水强度的总和为
在考虑潜水滞后疏干作用的基础上，布尔顿根据以下条件：
1）含水层在抽水影响范围内是均质的，且厚度基本相同。
2）含水层的侧向延伸是无限的。
3）含水层的底板为一水平隔水层。
4）抽水井为完整井，井的半径可忽略。
5）水井的出水量是稳定的。
求得潜水运动的微分方程式为
如果有若干水井同时工作或含水层有边界限制，则根据线性方程的解可以叠加的原理，应用源流叠加和镜像反射的方法，自单井公式求得相应的水位降深，参见第七章竖井排水部分。
（二）水井的距离
水井的平面布置应根据水文地质条件，地下水资源状况并与地形、提水机械，老井和作物布局等情况结合起来考虑，保证在任何时间灌溉工作都能正常地进行，在多年运用中取水量不减少，取水条件不恶化。
在大面积水文地质条件差异不大，地下水的补给比较充足，地下水资源比较丰富，地下水利用量与补给量基本平衡的情况下，均匀分布水井的间距主要决定于井的出水量和所能灌溉的面积。如水井的流量为Q（以m3/h），渠系水有效利用系数为η，每次灌水定额为m（m3/亩），每天灌水时间为t（h），整个面积完成一次灌水所需要的时间为T（d），则单井灌溉面积A（亩）为
井的距离D应为
上式中的Q值是在有群井抽水动水位相互干扰情况下，静水位降深达到相对稳定时的单井出水量，这一水量常小于开采初期单井的出水量。在动水位的干扰下每井出水量的大小，与井距D有关，一般应根据试验或计算确定。
由式（6-39）看出，在井出水量一定情况下，井距主要决定于灌水定额，而灌水定额又与土地平整、灌水技术有着十分密切的关系，为了扩大单井的灌溉面积，加大井距，减少井数，降低造价，必须大力搞好土地平整工作，尽量减少渠道的渗漏损失和采用先进的省水的灌水技术。
在地下水补给量不能满足灌溉用水需要的地区，应根据各含水层允许的开采模数和每个水井的出水量确定单位面积上的井数和井距，根据平均受益的原则，在大面积内均匀布井。在这种情况下，每平方公里井数可按下式估算：
式中 N——每平方公里平均井数；
ε——开采模数，m3/（km2·a）；
Q——每井出水量，m3/h；
t、T——水井每日工作时数和每年工作日数。
井的间距为
井距决定后，在具体布井时还要考虑地形、地下水流向、作物种植、输电线路等条件。在成排布井时，注意与地下水流向垂直，井位互相错开成梅花形，或根据具体情况布置，输电线路布置要求经济合理，变压器布置在负荷的中心成放射状为最好，还要打破乡村界限，进行全面规划，避免局部地方布井过密或形成空白点。在条件许可时，井位应尽可能布置在高地，以便于输水和控制最大的灌溉面积。
【注释】
[1]张蔚榛主编，地下水非稳定流计算及地下水资源评价，科学出版社，1981年。