地表水取水工程水资源利用与保护.ppt

1、,第7章 地下水取水工程,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,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

2、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,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

3、渠。 2、适用条件： 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； 大口井适用集取浅层地下水，含水层厚度在20m以内； 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； 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,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,二、管井构造 管井直径一般在501000mm，深度一般在200米以内。通常由井室、井

4、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,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,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

5、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,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

6、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,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： 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

7、较强的含水层。 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3035%、铸铁管1825%、钢筋混凝土管1015%、塑料管10%。圆孔孔眼布置间距约为孔径的12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, 缠丝过滤器：在钢筋骨架过滤器、圆孔或条孔过滤器外缠绕23mm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。 包网过滤器：在钢筋骨架过滤器、圆孔或条孔过滤器外缠绕0.21.0mm的滤网构成；适用于粗砂、砾石和卵石含水层。

8、阻力大，易被细砂堵塞，易腐蚀。 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。,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,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210m。井深小于20m，沉淀管长度取2m；井深

9、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,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,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：,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,3）承压含水层非完整井的计算,4）无压含水层非完整井的计算,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,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,2管井

10、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QS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,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58m，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

11、。 （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510cm。 （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100200mm的圆形进水孔，或100mm150mm200mm250mm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。,第7章 地下水取水工程7.3 大口井 7.3.

12、1 大口井的构造与施工建造,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(D4m)、深度浅(H9m)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

13、，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,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。,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

14、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,完整大口井按管井计算公式计算： 井底进水：,井底与井壁同时进水：,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,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

15、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,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：,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,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，便于卫生防护，但

16、施工难度较大，成本较高。 进水：集水井底与辐射管同时进水时适用于厚度较大的含水层(510m)；集水井底封闭，仅靠辐射管集水时适用于较薄的含水层(5m)。 分类：按补给条件辐射井可以分为： （1） 集取地下水； （2） 集取河流或其他地表水体渗透水； （3） 集取岸边地下水和河床地下水。,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,二、辐射管的施工 1、直接顶入法：钢管、混凝土管、铸铁管 地处粘土及含水性粘土地，DN25200mm，在穿越III级铁路时，宜采用直接顶进法。 特点：采用直接顶进法可以不必开槽，不加套管，可省去挖土与运土工序；不影响铁路正常交通。

17、但顶管阻力大，顶管平面与高程位置不易控制，易出现较大误差。,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,施工工序： （1）开挖工作坑，处理基础，支设后背、导轨与顶进设备。 （2）启动干斤顶，将管子徐徐顶进； （3）千斤顶行程终了，将千斤顶复位，在垫块空余部分再加塞垫块； （4）再次启动千斤顶，继续将管子顶进，如此住复启动千斤顶，复位千斤顶，加塞垫块。 2、套管法： 带缠丝的辐射管、塑料、陶土管水平钻机钻孔后再放管：带缠丝的辐射管、塑料、陶土管。 特点：套管管径应较穿越管径大600mm，且不小于1000mm；若穿越流砂地段，须采用带基础套管整体施工。设置套管

18、，穿越管道安全可靠；顶进平面与高程位置较易控制。但劳动强度较大，运土与挖土较困难；采用带基础套管整体顶入，增加费用。,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,套管施工示意图：,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,施工工序： （1）开挖工作坑，处理基础，支设后背、导轨与顶进设备； （2）将一节套管置于导轨上，用经纬仪、水准仪校正其平面与高程位置，使其满足设计要求； （3）派两人至管内，一人在工作面挖土，一人用小车将松土运出管外至工作 坑，再用电葫芦将土运至地面上； （4）启动千斤顶，将套管顶进，干斤顶行程终了，复位千斤顶，加塞垫块后复顶。一节套管顶入工作面后，使其预留0.3m左右的管子在导轨上，供作第二节套管顶进前稳管用，