地表水取水工程水资源利用与保护

第7章地下水取水工程7.1地下水取水工程概述7.1.1地下水水源地的选择总目录本章总目录一、地下水水源地的选择对于大中型集中供水，水源地的选择，关键是确定取水地段的位置与范围；对于小型分散供水而言，则是确定水井的具体井位。1、集中式供水水源地的选择（1）为了满足需水量要求和节省建井投资，供水水源地（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、分布广的地段上。（2）保证水源地长期均衡开采，水源地应选择在可以最大限度拦截区域地下径流的地段和离补给水源近、能充分夺取各种补给量的地段。（3）新建水源地应远离现有的取水或排水点，以减少互相干扰。（4）为了保证取水的水质，水源地应选择在不易引起水质污染的地段上。（5）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。（6）在选择水源地时，还要从经济上、安全上和扩建前景方面考虑。2、小型分散式水源地的选择第7章地下水取水工程7.1地下水取水工程概述7.1.2取水构筑物的分类总目录本章总目录一、地下水取水构筑物分类：1、分类管井：井管从地面打到含水层，抽取地下水的井。大口井：由人工开挖或沉井法施工，设置井筒，以截取浅层地下水的构筑物。辐射井：辐射井一般用于取集含水层厚度较薄而不能采用大口井的地下水。辐射井适应性较强，但施工较困难。渗渠：壁上开孔，以集取浅层地下水的水平管渠。2、适用条件：①管井适用于含水层厚度大于5米，其底板埋藏深度大于15米；一般用于开采深层地下水，井深一般在200m以内，但也可达1000米以上；②大口井适用集取浅层地下水，含水层厚度在20m以内；③渗渠仅适用于含水层厚度小于5米，渠底埋藏深度小于6米；④辐射井：地下水埋深12m以内，含水层厚度一般大于2m。第7章地下水取水工程7.2管井7.2.1管井的构造与施工总目录本章总目录一、管井分类按其过滤器是否贯穿整个含水层，分为完整井与非完整井。第7章地下水取水工程7.2管井7.2.1管井的构造与施工总目录本章总目录二、管井构造管井直径一般在50～1000mm，深度一般在200米以内。通常由井室、井壁管、过滤器、沉淀管组成。井室：用以安装各种设备，采光、采暖、通风，防水；井壁管：加固井壁，隔离水质不良或水头较低的含水层；过滤器：集水，保持填砾与含水层的稳定，防止漏砂及堵塞；沉淀管：沉淀进入管井的砂粒。第7章地下水取水工程7.2管井7.2.1管井的构造与施工总目录本章总目录管井构造示意图1、井室2、井壁管3、过滤器4、沉淀管5、粘土封闭（井管与井壁）6、规格添砾7、深井泵第7章地下水取水工程7.2管井7.2.1管井的构造与施工总目录本章总目录1、井室深井泵房——泵体和扬水管安装在管井内，泵座和电动机安装在井室内；井室就是深井泵房。深井潜水泵房——水泵和电动机安装在管井内，控制设备安装在井室内；井室就是阀门井。卧式泵房——水泵和电动机安装在井室内；井室与泵房合建（井室就是阀门井），井室与泵房分建，（井室就是卧式泵站）。地面式——便于维护管理，防水、防潮、通风、采光条件好。地下式——便于总体规划，噪声小，防冻条件好。第7章地下水取水工程7.2管井7.2.1管井的构造与施工总目录本章总目录2、井壁管安装：不需进水的地层作用：加固井壁、隔离水质较差的含水层。要求：井壁管应有足够的强度；内壁平整光滑；轴线不弯曲，便于设备安装和管井清洗；材料：可采用钢管、铸铁管、钢筋混凝土管钢管可用于任意井深的管井；铸铁管适用于井深小于250m的管井；钢筋混凝土管适用于井深小于150m的管井；井壁管内径应比水泵设备的外径大100mm。构造：分段钻进时井壁管的构造和不分段钻进时井壁管的构造。第7章地下水取水工程7.2管井7.2.1管井的构造与施工总目录本章总目录3、过滤器（核心）安装在含水层中，带有孔眼或缝隙，用以集水和保持填砾与含水层稳定。要求：有足够的强度和抗腐蚀性，具有良好的透水性能，能保持人工填砾层和含水层的稳定性。组成：过滤骨架和过滤层类型：①钢筋骨架过滤器：由短管、竖向钢筋、支撑环构成，只含骨架，不带过虑层；适用于井壁不稳定的基岩井，（用作缠丝过滤器、包网过滤器的骨架）。钢筋骨架用料省、易加工、孔隙率大，但其抗压强度较低，不宜用于深度大于200m的管井和侵蚀性较强的含水层。②圆孔或条孔过滤器：在管壁上钻圆孔或条孔加工而成；适用适用于砾石、卵石、裂隙含水层，主要用作缠丝过滤器、包网过滤器的骨架。各种管材允许孔隙率为：钢管30～35%、铸铁管18～25%、钢筋混凝土管10～15%、塑料管10%。圆孔孔眼布置间距约为孔径的1～2倍，条孔的长度约为宽度的10倍。第7章地下水取水工程7.2管井7.2.1管井的构造与施工总目录本章总目录③缠丝过滤器：在钢筋骨架过滤器、圆孔或条孔过滤器外缠绕2～3mm的镀锌铁丝构成（或塑料丝、尼龙丝）；适用于粗砂、砾石和卵石含水层。④包网过滤器：在钢筋骨架过滤器、圆孔或条孔过滤器外缠绕0.2～1.0mm的滤网构成；适用于粗砂、砾石和卵石含水层。阻力大，易被细砂堵塞，易腐蚀。⑤填砾过滤器：在各类过滤器的外围填符合一定级配的砾石构成。工程常用缠丝过滤器外围填砾石组成缠丝填砾过滤器适用：各类砂质含水层和砾石、卵石含水设计:填砾粒径与含水层粒径比D50——能通过填砾颗粒总重量50%的筛孔孔径；d50——能通过含水层颗粒总重量50%的筛孔孔径。8~65050dD第7章地下水取水工程7.2管井7.2.1管井的构造与施工总目录本章总目录4、沉淀管沉淀管接在过滤器的下面，用以沉淀进入井内的细小砂粒和自地下水中析出的沉淀物，以防在日后的运行中因沉积物堆积而堵塞过滤器，影响管井出水量。其长度根据井深和含水层出砂量而定，一般为2～10m。井深小于20m，沉淀管长度取2m；井深大于90m取10m。三、管井施工管井施工步骤如下图：管井施工管井施工步骤钻凿井孔管井验收粘土封闭冲孔换浆物探测井井管安装围填砾料抽水试验洗井泥浆池泥浆泵钻杆钻头钻盘挂钩胶管泥浆池泥浆泵钻杆钻头钻盘挂钩胶管反循环回转钻进一般回转钻进第7章地下水取水工程7.2管井7.2.2管井与井群出水量总目录本章总目录一、管井出水量的计算1．管井水力计算的理论公式（1）稳定流情况下井的水力计算1）承压含水层完整井计算公式为：2）无压含水层完整井计算公式为：0000rRlg73KmS.2rRlnKmS2Q02000202rRlg)S2HS(37K.1rRln)hH(KQ第7章地下水取水工程7.2管井7.2.2管井与井群出水量总目录本章总目录3）承压含水层非完整井的计算R4mlg)Ar4m2lg(h2173KmS.2Q004）无压含水层非完整井的计算]R4Mln)3A.2r4M2ln(h212MrRlnSL[KSQ00001）承压含水完整井的泰斯公式：（2）非稳定流情况下井的水力计算)u(WT4QSn!nu)1(lnu0.5772)u(Wn1n1n4atru2第7章地下水取水工程7.2管井7.2.2管井与井群出水量总目录本章总目录2．管井水力计算的经验公式用经验公式的计算方法是根据水源地或水文地质条件相似地区抽水试验的结果找出符合井的出水量Q和水位降落值S之间的关系方程。根据所得方程，即可求出在给定水位降落值时的井的出水量，或据已定的井的出水量，求出井的水位降落。实际工程中常见的Q－S曲线，有直线型、抛物线型、幂函数型及半对数型等数种。第7章地下水取水工程7.3大口井7.3.1大口井的构造与施工建造总目录本章总目录一、大口井概述大口井构造简单、取材容易、施工方便、使用年限长、容积大能起水量调节作用；但深度较浅，对水位变化适应性差。用于开采浅层地下水，口径5～8m，井深≤15m。二、大口井结构大口井主要由井筒、井口和进水部分组成。（1）井口应高出地表0.5m以上，并在井口周边修建宽度为1.5m的排水坡，以避免地表污水从井口或沿井壁侵入，污染地下水。（2）井筒通常用钢筋混凝土浇注或用砖、块石砌筑而成，用以加固井壁和隔离不良水质的含水层，钢筋混凝土井筒最下端应设置刃脚，用以在井筒下沉时切削土层，刃脚外缘绿应凸出井筒5～10cm。（3）进水部分包括井壁进水和井底反滤层。井壁进水是在井壁上做成水平或倾斜的直径为100～200mm的圆形进水孔，或100mm×150mm～200mm×250mm的方形进水孔，孔隙率为15％左右，孔内装填一定级配的滤料层，孔的两侧设置钢丝网，以防滤料漏失。25346718图7－13大口井的构造（与泵房合建）1─泵房；2─井筒；3─刃脚；4─井底反滤层；5─井壁透水孔；6─潜水泵；7─出水管；8─出水总管第7章地下水取水工程7.3大口井7.3.1大口井的构造与施工建造总目录本章总目录三、大口井施工方法（1）大开槽施工:将基槽直接开挖到设计井深，并进行排水，在基槽中砌筑或浇注透水井壁和井筒以及铺设反滤层。优点：施工方便，便于铺设反滤层，可以直接采用当地的建筑材料。缺点：开挖土方量大、施工排水费用较高，只适用于口径小(D＜4m)、深度浅(H＜9m)或地质条件不宜采用沉井施工的大口井。（2）沉井施工:在井位处开挖基坑，将带有刃脚的井筒或进水孔井壁、透水井壁放入基坑，再在井筒内挖土，让井筒靠自重切土下沉，直至设计井深。有不排水机械开挖下沉和内排水人工开挖下沉。优点：土方量少，施工场地小，施工安全，排水费用低，对含水层扰动程度轻，可避免流砂现象发生，对周围建筑物影响小。缺点：技术要求高，在下沉过程中可能会出现井筒歪斜、下沉困难或到位后难以控制下沉趋势等问题。第7章地下水取水工程7.3大口井7.3.1管井与井群出水量总目录本章总目录四、人工降低地下水位:适用条件：基坑开挖深度较大，地下水位较高、土质较差（如细砂、粉砂等）等情况。施工方法：在基坑周围或一侧埋入深于基底的井点滤水管或管井，以总管连接抽水，使地下水低于基坑底，以便在干燥状态下挖土，这样可防止流砂现象和增加边坡稳定，而且便于施工。分类轻型井点喷射井点电渗井点管井井点深井井点根据土层的渗透系数、要求降低水位的深度和工程特点，考虑经济和节能进行选择。人工降低地下水位例：轻型井点适用于粗砂、中砂、细砂、粉砂等土层。井点管降低后地下水位线滤管原有地下水位线总管弯联管水泵房第7章地下水取水工程7.3大口井7.3.2大口井出水量计算总目录本章总目录完整大口井按管井计算公式计算：井底进水：rTrAKSQ80rTHRTrrKSQ4lg185.11220井底与井壁同时进水：HRTrrrRShRSQ4lg185.1122lg31.2200第7章地下水取水工程7.3大口井7.3.1管井与井群出水量总目录本章总目录五、大口井设计要点（1）大口井应选在地下水补给丰富、含水层透水性且好、埋藏浅的地段。（2）适当增加井径可增加水井出水量，在出水量不变条件下，可减小水位降落值，降低取水的电耗；还能降低进水流速，延长大口井的使用期。（3）计算井的出水量和确定水泵安装高度时，均应以枯水期最低设计水位为准，抽水试验也应在枯水期进行。（4）布置在岸边或河漫滩的大口井，应该考虑含水层堵塞引起出水量的降低。第7章地下水取水工程7.4复合井和辐射井7.4.1复合井总目录本章总目录一、复合井的构造与出水量计算1、构造:当含水层厚度很大，或在上方含水层下还有可开采利用的含水层时，为增大井的出水量，在大口井下面再打一个管井，就组成了复合并。2、复合井的出水量：无压、承压完整井：无压非完整井：承压非完整井：laQQQ'00lnlnlnln11rRrRRmArmlmrR4ln4ln22lnln1100RTArTlTrR4ln4ln22lnln1100第7章地下水取水工程7.4复合井和辐射井7.4.2辐射井的构造与建造施工总目录本章总目录一、辐射井的构造辐射井由集水井与辐射状集水管组成，与大口井相比，更适用于较薄的含水层和厚度小而埋深大的含水层。辐射井管理集中，占地省