地表水取水工程水資源利用與保護(hù)

1、地表水取水工程水資源利用與保護(hù)第1頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.1 地下水取水工程概述 7.1.1 地下水水源地的選擇總目錄本章總目錄一、地下水水源地的選擇 對于大中型集中供水，水源地的選擇，關(guān)鍵是確定取水地段的位置與范 圍；對于小型分散供水而言，則是確定水井的具體井位。 1、集中式供水水源地的選擇 （1）為了滿足需水量要求和節(jié)省建井投資，供水水源地（或開采地段）應(yīng)盡可能選擇在含水層層數(shù)多、厚度大、滲透性強(qiáng)、分布廣的地段上。 （2）保證水源地長期均衡開采，水源地應(yīng)選擇在可以最大限度攔截區(qū)域地下徑流的地段和離補給水源近、能充分奪取各種補給量

2、的地段。 （3）新建水源地應(yīng)遠(yuǎn)離現(xiàn)有的取水或排水點，以減少互相干擾。 （4）為了保證取水的水質(zhì)，水源地應(yīng)選擇在不易引起水質(zhì)污染的地段上。 （5）水源地應(yīng)選擇在不易引起地面沉陷、塌陷、地裂等有害工程地質(zhì)作用的地段上。 （6）在選擇水源地時，還要從經(jīng)濟(jì)上、安全上和擴(kuò)建前景方面考慮。 2、小型分散式水源地的選擇 第2頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.1 地下水取水工程概述 7.1.2 取水構(gòu)筑物的分類總目錄本章總目錄一、地下水取水構(gòu)筑物分類： 1、分類 管井：井管從地面打到含水層，抽取地下水的井。 大口井：由人工開挖或沉井法施工，設(shè)置井筒，以截取淺

3、層地下水的構(gòu)筑物。 輻射井：輻射井一般用于取集含水層厚度較薄而不能采用大口井的地下水。輻射井適應(yīng)性較強(qiáng)，但施工較困難。 滲渠：壁上開孔，以集取淺層地下水的水平管渠。 2、適用條件： 管井適用于含水層厚度大于5米，其底板埋藏深度大于15米；一般用于開采深層地下水，井深一般在200m以內(nèi)，但也可達(dá)1000米以上； 大口井適用集取淺層地下水，含水層厚度在20m以內(nèi)； 滲渠僅適用于含水層厚度小于5米，渠底埋藏深度小于6米； 輻射井：地下水埋深12m以內(nèi)，含水層厚度一般大于2m。第3頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.2 管井 7.2.1 管井的構(gòu)造與施

4、工總目錄本章總目錄一、管井分類 按其過濾器是否貫穿整個含水層，分為完整井與非完整井。第4頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.2 管井 7.2.1 管井的構(gòu)造與施工總目錄本章總目錄二、管井構(gòu)造 管井直徑一般在501000mm，深度一般在200米以內(nèi)。通常由井室、井壁管、過濾器、沉淀管組成。井室：用以安裝各種設(shè)備，采光、采暖、通風(fēng)，防水；井壁管：加固井壁，隔離水質(zhì)不良或水頭較低的含水層；過濾器：集水，保持填礫與含水層的穩(wěn)定，防止漏砂及堵塞；沉淀管：沉淀進(jìn)入管井的砂粒。第5頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水

5、工程7.2 管井 7.2.1 管井的構(gòu)造與施工總目錄本章總目錄管井構(gòu)造示意圖1、井室2、井壁管3、過濾器4、沉淀管5、粘土封閉（井管與井壁）6、規(guī)格添礫7、深井泵第6頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.2 管井 7.2.1 管井的構(gòu)造與施工總目錄本章總目錄1、井室 深井泵房泵體和揚水管安裝在管井內(nèi)，泵座和電動 機(jī)安裝在井室內(nèi)；井室就是深井泵房。 深井潛水泵房水泵和電動機(jī)安裝在管井內(nèi)，控制設(shè)備安裝在井室內(nèi)；井室就是閥門井。 臥式泵房水泵和電動機(jī)安裝在井室內(nèi)；井室與泵房合建（井室就是閥門井），井室與泵房分建，（井室就是臥式泵站）。 地面式便于維護(hù)管

6、理，防水、防潮、通風(fēng)、采光條件好。 地下式便于總體規(guī)劃，噪聲小，防凍條件好。第7頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.2 管井 7.2.1 管井的構(gòu)造與施工總目錄本章總目錄2、井壁管 安裝：不需進(jìn)水的地層 作用：加固井壁、隔離水質(zhì)較差的含水層。 要求：井壁管應(yīng)有足夠的強(qiáng)度；內(nèi)壁平整光滑；軸線不彎曲，便于設(shè)備安裝和管井清洗； 材料：可采用鋼管、鑄鐵管、鋼筋混凝土管 鋼管可用于任意井深的管井； 鑄鐵管適用于井深小于250m的管井； 鋼筋混凝土管適用于井深小于150m的管井； 井壁管內(nèi)徑應(yīng)比水泵設(shè)備的外徑大100mm。 構(gòu)造：分段鉆進(jìn)時井壁管的構(gòu)造和不

7、分段鉆進(jìn)時井壁管的構(gòu)造。第8頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.2 管井 7.2.1 管井的構(gòu)造與施工總目錄本章總目錄3、過濾器（核心） 安裝在含水層中，帶有孔眼或縫隙，用以集水和保持填礫與含水層穩(wěn)定。 要求：有足夠的強(qiáng)度和抗腐蝕性，具有良好的透水性能，能保持人工填礫層和含水層的穩(wěn)定性。 組成：過濾骨架和過濾層 類型： 鋼筋骨架過濾器：由短管、豎向鋼筋、支撐環(huán)構(gòu)成，只含骨架，不帶過慮層；適用于井壁不穩(wěn)定的基巖井，（用作纏絲過濾器、包網(wǎng)過濾器的骨架）。鋼筋骨架用料省、易加工、孔隙率大，但其抗壓強(qiáng)度較低，不宜用于深度大于200m的管井和侵蝕性較強(qiáng)的

8、含水層。 圓孔或條孔過濾器：在管壁上鉆圓孔或條孔加工而成；適用適用于礫石、卵石、裂隙含水層，主要用作纏絲過濾器、包網(wǎng)過濾器的骨架。各種管材允許孔隙率為：鋼管3035%、鑄鐵管1825%、鋼筋混凝土管1015%、塑料管10%。圓孔孔眼布置間距約為孔徑的12倍，條孔的長度約為寬度的10倍。第9頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.2 管井 7.2.1 管井的構(gòu)造與施工總目錄本章總目錄 纏絲過濾器：在鋼筋骨架過濾器、圓孔或條孔過濾器外纏繞23mm的鍍鋅鐵絲構(gòu)成（或塑料絲、尼龍絲）；適用于粗砂、礫石和卵石含水層。 包網(wǎng)過濾器：在鋼筋骨架過濾器、圓孔或條孔

9、過濾器外纏繞0.21.0mm的濾網(wǎng)構(gòu)成；適用于粗砂、礫石和卵石含水層。阻力大，易被細(xì)砂堵塞，易腐蝕。 填礫過濾器：在各類過濾器的外圍填符合一定級配的礫石構(gòu)成。工程常用纏絲過濾器外圍填礫石組成纏絲填礫過濾器 適用：各類砂質(zhì)含水層和礫石、卵石含水 設(shè)計:填礫粒徑與含水層粒徑比 D50能通過填礫顆?？傊亓?0%的篩孔孔徑； d50能通過含水層顆?？傊亓?0%的篩孔孔徑。第10頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.2 管井 7.2.1 管井的構(gòu)造與施工總目錄本章總目錄4、沉淀管 沉淀管接在過濾器的下面，用以沉淀進(jìn)入井內(nèi)的細(xì)小砂粒和自地下水中析出的沉淀物，

10、以防在日后的運行中因沉積物堆積而堵塞過濾器，影響管井出水量。其長度根據(jù)井深和含水層出砂量而定，一般為210m。井深小于20m，沉淀管長度取2m；井深大于90m取10m。三、管井施工 管井施工步驟如下圖：第11頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二管井施工管井施工步驟鉆鑿井孔管井驗收粘土封閉沖孔換漿物探測井井管安裝圍填礫料抽水試驗洗 井第12頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二泥漿池泥漿泵鉆桿鉆頭鉆盤掛鉤膠管泥漿池泥漿泵鉆桿鉆頭鉆盤掛鉤膠管反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)一般回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)第13頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7

11、.2 管井 7.2.2 管井與井群出水量總目錄本章總目錄一、管井出水量的計算 1管井水力計算的理論公式（1）穩(wěn)定流情況下井的水力計算 1）承壓含水層完整井計算公式為： 2）無壓含水層完整井計算公式為：第14頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.2 管井 7.2.2 管井與井群出水量總目錄本章總目錄 3）承壓含水層非完整井的計算 4）無壓含水層非完整井的計算 1）承壓含水完整井的泰斯公式： （2）非穩(wěn)定流情況下井的水力計算第15頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.2 管井 7.2.2 管井與井群出水

12、量總目錄本章總目錄 2管井水力計算的經(jīng)驗公式 用經(jīng)驗公式的計算方法是根據(jù)水源地或水文地質(zhì)條件相似地區(qū)抽水試驗的結(jié)果找出符合井的出水量Q和水位降落值S之間的關(guān)系方程。根據(jù)所得方程，即可求出在給定水位降落值時的井的出水量，或據(jù)已定的井的出水量，求出井的水位降落。 實際工程中常見的QS曲線，有直線型、拋物線型、冪函數(shù)型及半對數(shù)型等數(shù)種。 第16頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.3 大口井 7.3.1 大口井的構(gòu)造與施工建造總目錄本章總目錄一、大口井概述 大口井構(gòu)造簡單、取材容易、施工方便、使用年限長、容積大能起水量調(diào)節(jié)作用；但深度較淺，對水位變化適

13、應(yīng)性差。用于開采淺層地下水，口徑58m，井深15m。二、大口井結(jié)構(gòu) 大口井主要由井筒、井口和進(jìn)水部分組成。 （1）井口應(yīng)高出地表0.5m以上，并在井口周邊修建寬度為1.5m的排水坡，以避免地表污水從井口或沿井壁侵入，污染地下水。 （2）井筒通常用鋼筋混凝土澆注或用磚、塊石砌筑而成，用以加固井壁和隔離不良水質(zhì)的含水層，鋼筋混凝土井筒最下端應(yīng)設(shè)置刃腳，用以在井筒下沉?xí)r切削土層，刃腳外緣綠應(yīng)凸出井筒510cm。 （3）進(jìn)水部分包括井壁進(jìn)水和井底反濾層。 井壁進(jìn)水是在井壁上做成水平或傾斜的直徑為100200mm的圓形進(jìn)水孔，或100mm150mm200mm250mm的方形進(jìn)水孔，孔隙率為15左右，孔內(nèi)

14、裝填一定級配的濾料層，孔的兩側(cè)設(shè)置鋼絲網(wǎng)，以防濾料漏失。第17頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二25346718 圖713 大口井的構(gòu)造（與泵房合建）1泵房； 2井筒； 3刃腳； 4井底反濾層；5井壁透水孔；6潛水泵； 7出水管； 8出水總管第18頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.3 大口井 7.3.1 大口井的構(gòu)造與施工建造總目錄本章總目錄三、大口井施工方法（1）大開槽施工:將基槽直接開挖到設(shè)計井深，并進(jìn)行排水，在基槽中砌筑或澆注透水井壁和井筒以及鋪設(shè)反濾層。 優(yōu)點：施工方便，便于鋪設(shè)反濾層，可以直接采用當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?/p>

15、料。 缺點：開挖土方量大、施工排水費用較高，只適用于口徑小(D4m)、深度淺(H9m)或地質(zhì)條件不宜采用沉井施工的大口井。（2）沉井施工:在井位處開挖基坑，將帶有刃腳的井筒或進(jìn)水孔井壁、透水井壁放入基坑，再在井筒內(nèi)挖土，讓井筒靠自重切土下沉，直至設(shè)計井深。有不排水機(jī)械開挖下沉和內(nèi)排水人工開挖下沉。 優(yōu)點：土方量少，施工場地小，施工安全，排水費用低，對含水層擾動程度輕，可避免流砂現(xiàn)象發(fā)生，對周圍建筑物影響小。 缺點：技術(shù)要求高，在下沉過程中可能會出現(xiàn)井筒歪斜、下沉困難或到位后難以控制下沉趨勢等問題。第19頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.3 大

16、口井 7.3.1 管井與井群出水量總目錄本章總目錄 四、人工降低地下水位: 適用條件：基坑開挖深度較大，地下水位較高、土質(zhì)較差（如細(xì)砂、粉砂等）等情況。 施工方法：在基坑周圍或一側(cè)埋入深于基底的井點濾水管或管井，以總管連接抽水，使地下水低于基坑底，以便在干燥狀態(tài)下挖土，這樣可防止流砂現(xiàn)象和增加邊坡穩(wěn)定，而且便于施工。分類輕型井點噴射井點電滲井點管井井點深井井點 根據(jù)土層的滲透系數(shù)、要求降低水位的深度和工程特點，考慮經(jīng)濟(jì)和節(jié)能進(jìn)行選擇。第20頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二人工降低地下水位例：輕型井點適用于粗砂、中砂、細(xì)砂、粉砂等土層。井點管降低后地下水位線濾管原有地下

17、水位線總管彎聯(lián)管水泵房第21頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.3 大口井 7.3.2 大口井出水量計算總目錄本章總目錄 完整大口井按管井計算公式計算： 井底進(jìn)水： 井底與井壁同時進(jìn)水：第22頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.3 大口井 7.3.1 管井與井群出水量總目錄本章總目錄 五、大口井設(shè)計要點 （1）大口井應(yīng)選在地下水補給豐富、含水層透水性且好、埋藏淺的地段。 （2）適當(dāng)增加井徑可增加水井出水量，在出水量不變條件下，可減小水位降落值，降低取水的電耗；還能降低進(jìn)水流速，延長大口井的使用期

18、。 （3）計算井的出水量和確定水泵安裝高度時，均應(yīng)以枯水期最低設(shè)計水位為準(zhǔn)，抽水試驗也應(yīng)在枯水期進(jìn)行。 （4）布置在岸邊或河漫灘的大口井，應(yīng)該考慮含水層堵塞引起出水量的降低。第23頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.4 復(fù)合井和輻射井 7.4.1 復(fù)合井總目錄本章總目錄一、復(fù)合井的構(gòu)造與出水量計算 1、 構(gòu)造: 當(dāng)含水層厚度很大，或在上方含水層下還有可開采利用的含水層時，為增大井的出水量，在大口井下面再打一個管井，就組成了復(fù)合并。 2、復(fù)合井的出水量： 無壓、承壓完整井： 無壓非完整井： 承壓非完整井： 第24頁，共32頁，2022年，5月20

19、日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.4 復(fù)合井和輻射井 7.4.2 輻射井的構(gòu)造與建造施工總目錄本章總目錄一、輻射井的構(gòu)造 輻射井由集水井與輻射狀集水管組成，與大口井相比，更適用于較薄的含水層和厚度小而埋深大的含水層。輻射井管理集中，占地省，便于衛(wèi)生防護(hù)，但施工難度較大，成本較高。 進(jìn)水：集水井底與輻射管同時進(jìn)水時適用于厚度較大的含水層(510m)；集水井底封閉，僅靠輻射管集水時適用于較薄的含水層(5m)。 分類：按補給條件輻射井可以分為： （1） 集取地下水； （2） 集取河流或其他地表水體滲透水； （3） 集取岸邊地下水和河床地下水。第25頁，共32頁，2022年，5月20

20、日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.4 復(fù)合井和輻射井 7.4.2 輻射井的構(gòu)造與建造施工總目錄本章總目錄二、輻射管的施工 1、直接頂入法：鋼管、混凝土管、鑄鐵管 地處粘土及含水性粘土地，DN25200mm，在穿越III級鐵路時，宜采用直接頂進(jìn)法。 特點：采用直接頂進(jìn)法可以不必開槽，不加套管，可省去挖土與運土工序；不影響鐵路正常交通。但頂管阻力大，頂管平面與高程位置不易控制，易出現(xiàn)較大誤差。第26頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.4 復(fù)合井和輻射井 7.4.2 輻射井的構(gòu)造與建造施工總目錄本章總目錄 施工工序：（1）開挖工作坑

21、，處理基礎(chǔ)，支設(shè)后背、導(dǎo)軌與頂進(jìn)設(shè)備。（2）啟動干斤頂，將管子徐徐頂進(jìn)；（3）千斤頂行程終了，將千斤頂復(fù)位，在墊塊空余部分再加塞墊塊；（4）再次啟動千斤頂，繼續(xù)將管子頂進(jìn)，如此住復(fù)啟動千斤頂，復(fù)位千斤頂，加塞墊塊。 2、套管法： 帶纏絲的輻射管、塑料、陶土管水平鉆機(jī)鉆孔后再放管：帶纏絲的輻射管、塑料、陶土管。 特點：套管管徑應(yīng)較穿越管徑大600mm，且不小于1000mm；若穿越流砂地段，須采用帶基礎(chǔ)套管整體施工。設(shè)置套管，穿越管道安全可靠；頂進(jìn)平面與高程位置較易控制。但勞動強(qiáng)度較大，運土與挖土較困難；采用帶基礎(chǔ)套管整體頂入，增加費用。第27頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星

22、期二 第7章 地下水取水工程7.4 復(fù)合井和輻射井 7.4.2 輻射井的構(gòu)造與建造施工總目錄本章總目錄 套管施工示意圖：第28頁，共32頁，2022年，5月20日，11點20分，星期二 第7章 地下水取水工程7.4 復(fù)合井和輻射井 7.4.2 輻射井的構(gòu)造與建造施工總目錄本章總目錄施工工序：（1）開挖工作坑，處理基礎(chǔ)，支設(shè)后背、導(dǎo)軌與頂進(jìn)設(shè)備；（2）將一節(jié)套管置于導(dǎo)軌上，用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀校正其平面與高程位置，使其滿足設(shè)計要求；（3）派兩人至管內(nèi)，一人在工作面挖土，一人用小車將松土運出管外至工作 坑，再用電葫蘆將土運至地面上；（4）啟動千斤頂，將套管頂進(jìn)，干斤頂行程終了，復(fù)位千斤頂，加塞墊塊后復(fù)頂。一節(jié)套管頂入工作面后，使其預(yù)留0.3m左右的管子在導(dǎo)軌上，供作第二節(jié)套管頂進(jìn)前穩(wěn)管用，第二節(jié)套管在導(dǎo)軌上就位后，