水资源开发利用

1、第一章绪论1.1水资源定义及特点(1定义:广义上是指能够直接或间接使用的各种水和水中物质,在社会生活和生产中具有实用价值和经济价值的水。狭义上人类在一定的经济技术条件下能够直接使用的淡水。(2特点:a不可替代性b循环性与再生性c稀缺性d分布不均匀e利用的多样性和综合性f利害双重性g公共性与非公共性h水资源利用中的外部不经济性及其特点:天然水体不仅是供体,往往也是污废水的受纳体。1.2(1水的自然循环与社会循环的关系:自然循环是水资源获得再生的重要途径,但当人工侧支循环影响强度足够大时,就会引起天然水文循环时空分布的秩序出现不同程度的紊乱,引起流域尺度上的一系列资源,生态和环境效应,只是水资源在

2、局部地区和部分时段出现量与质的衰退现象,形成特有的水量消耗和水质劣变规律,对区域的可持续发展产生重要影响。(2水的社会循环:在自然循环的同时,利用地表水和地下水,来满足生产和生活的人工循环。水的社会循环是水循环的重要组成部分,水资源的自然性已深深地打上了人类社会经济活动的烙印。(3水的健康循环:在水的社会循环中,遵循水的自然运动的规律,合理科学的使用水资源,同时将使用过的废水经过再生净化,使得上游地区的用水循环不影响下游水域的水体功能,水的社会循环不损害水的自然循环的客观规律,从而维护或恢复城市乃至流域的水环境,实现可持续利用。第二章区域水资源估算与评价1.采用地下水源的优点:1取水条件及取水

3、构筑物构造简单便于施工和运行管理;2通常地下水无需澄清处理,当水质不符合要求时,水处理工艺比地表水简单,构筑物投资和运行费用也比较小;3便于靠近用户建立水源,降低给水系统投资,节省输水运行费用,同时也提高了给水系统的安全可靠性;4便于分期修建取水设施;5便于建立卫生防护区。2.区域水资源量计算工作内容:1基本资料的搜集,审查及分析;2水资源分区;3降水,蒸发量计算;4河川径流量的分析计算;5地下水补给量的分析计算;6区域水资源量的计算。3.地下水源地允许开采量(1定义:通过经济技术合理的取水构筑物,在整个开采期内不会减少,动水位不超过设计要求,水质和水温变化在允许范围内,不影响已建水源地正常开

4、采,不发生危害性的工程地质现象的前提下,单位时间内从水文地质单元或取水地段中能够取得的水量。(2确定原则:1合理的夺取补给增量,但不影响已建水源地的开采,地表水的补给增量也应考虑是否允许利用;2最大限度的截取天然排泄量的减少值;3慎重地动用储存量,它是含水层中永久储存量的一部分。(3允许开采量精度分析:E级:用于对区域地下水资源的概略了解;D级:用于规划阶段水源地的选择;C级:用于初级设计阶段;B级:用于设计阶段;A级:用于开采阶段水源地改造,扩建和保护。(4计算方法水量平衡法开采试验法解析法数值法地下水水文分析法(岩溶管道截流总和法地下径流模数法流量过程线分割法水文分析法中的频率分析4.重复

5、量计算(1重复水量包括以下几项:1山丘区河川径流量与地下水补给量之间的重复,即山区河川基量2平原区河川径流量与地下水补给量之间的重复,即平原区河川径流量,有时还包括来自平原区河川径流量地等项;3山丘区河川径流量与平原区地下水补给量之间的重复,即山丘区河川径流量流经平原时对地下水的补给量,包括等项;4山前侧向不计量,是山丘区流入平原区的地下径流,属于山丘区,平原区地下水本身的重复;(2重复量:D=5.产水系数产水系数= 区域水资源总量/降水量(<1它主要取决于降水量的大小,也受气温和下垫面条件的影响。例如产水系数为0.453,即是说地表,地下水资源总量上不足总降水量的一半,其余一半多的降水

6、量以包气带蒸发形式重新回到大气中。地表可用水资源:在当前技术经济条件下,因不可能把所有的上游来水或本地产水都加以控制利用,不可避免的要产生弃水,流出,蒸发等,同时还要扣除必需的生态基流量,所以要依据具体情况进行地表水可利用量的评价。6.入境水量:天然河流经区域边界流入区内的河川径流量;出境水量:天然河流经区域边界流出区外的河川径流量;入境水量不等于出境水量7.地表水可利用量:地表水不可避免的会有损失量,如蒸发渗漏流失,流出本区等,确定出不可避免损失量才能确定最大可利用量。可供水量是指根据用水需要能提供的水量,它是当时水资源开发利用程度和能力的现实状况,不能代表水资源的可利用量。地下水可利用量:

7、(1按激化开采的观点评价;(2按按均衡开采的观点评价;(3按节制开采的观点评价。8.局局部开采区:开采区在整个地下水流域中所占面积较小,或开采时间不长,开采形成的地下水降落漏斗不仅在整个地下水流域中的影响范围不大,而且该漏斗与附近地区的地下水降落漏斗无明显联系,或当集中开采区附近有大面积的井灌区,但但井灌区的机井密度很小,而且用水量远比集中开采区用水量少,两者相比,前者可以忽略不计时,均可称为局部开采区。简而言之,局部开采区也就是指无限含水层地区或不考虑边界条件影响的地区。其可采资源的评价方法:1非稳定流法;2相关分析法;3稳定流抽水试验法;4侧向地下径流量评价法。第三章水环境质量及水污染1.

8、国家水环境标准:在全国或某个特定专业或特定地区范围统一使用的标准。地方水环境标准:是指具有地方特点,在规范地区内统一使用的标准,是国家标准的补充与具体化,以扮演与国家标准。2.水环境标准分类:1自然保护区2生活饮用水水源区3渔业用水区4游览,娱乐用水区5工业用水区6农业用水区3. 天然标准:以水环境本底值作为评价标准,即指未受人为活动的直接影响或未受污染的原始环境的本来值。主要用于评价地区水环境的改变。4. 水质评价的目的:1对不同地区各个时期水质的变化趋势进行分析;2分析对工农业生产和生态系统的影响;3根据水资源利用的目的,分析水体水质的适用性。5. 现状评价1综合污染指数法,表示各种污染物

9、对水体综合污染程度的一种数量指标。公式如下:2水质质量系数法,公式如下:6. 预断评价:是指人类活动对水质可能产生的影响进行预先的断定和评价。分为一般评价和目标评价。7. 水体净化:污染物在进入天然水体后,通过物理,化学和生物因素的共同作用,使污染物的总量或浓度降低,曾受污染的天然水体部分地或者完全地恢复原状。水体净化机制可分为三类:1物理净化2化学净化3生物净化8.(1氧垂曲线形式:1ao段,耗氧速率大于复氧速率,水中溶解氧含量大幅度下降,亏氧量增加,直至耗氧速率等于复氧速率;o点处,溶解氧含量最低,亏氧量最大,故称o点为临界亏氧点或氧垂点;2ob段,复氧速率开始超过耗氧速率,水中溶解氧含量

10、开始回升,亏氧量逐渐减少,直至转折点b;3b点以后,溶解氧含量继续回升,亏氧量继续减少,直至恢复到排污点之前的状态。(2氧垂曲线方程菲利普斯方程的建立工程意义:1用于分析有机物污染的河水中溶解氧的变化动态,推求河流的自净过程及其环境容量,进而确定可排入河流的有机物最大限量;2推算确定最大缺氧点,即垂氧点的位置及到达时间,并以此制定河流水体防护措施。9.水环境容量:在满足水环境质量标准的要求下,水体最大允许污染负荷量,又称水体的纳污能力。它建立在水质目标和水体稀释与自净规律的基础之上。一般包括差值容量(稀释作用和同化容量(自净作用。10.各种天然水源的水质特点:(1地下水:1含盐量通常高于地表水

11、2硬度高于地表水3我国含铁地下水分布较广4锰常与铁并存,但含量较少(2江河水:1易受自然条件的影响,水中悬浮物和胶态杂质含量较高,浊度高于地下水;2土质,植被和气候条件较好的地区,浊度均较低;3江河水的含盐量和硬度均较低;4易受工业废水,生活污水及其他各种人为污染,水温不稳定(3湖泊及水库水:1浊度较低,含藻类较多2湖水易受废水污染3湖水含盐量往往比河水高;(4海水:含盐量高,而且所含各种盐类或离子的质量比例基本一定。第四章取水工程1.给水水源选择原则:1水量可靠2水质良好3地下水与地表水联合使用4采用单水源供水时优先采用地下水5全面考虑,统筹安排,综合利用2.给水水源卫生防护3.取水构筑物分

12、类图:(1一般河流取水构筑物:固定式和移动式固定式:1岸边式a合建式b分建式2河床式a虹吸式b自流管式c水泵直接吸水式d桥墩式e湿式竖井泵房f淹没式泵房3斗槽式a顺流式,逆流式b侧坝进水逆流式c双向式移动式:1缆车式a斜坡式b斜桥式2浮船式a阶梯式连接b摇臂式连接c活动钢引桥橡胶管连接d摇把式活动连接e浮筒式活动连接(2山区浅水河流取水构筑物:底栅栏式和堤坝式底栅栏式堤坝式:1固定堤坝式2活动堤坝式a橡胶坝b浮体闸4. 江河泥沙的分类:按运动状态可分为:1推移质:对于推移质运动,与取水最为密切的问题是泥沙的启动和沙波移动;2悬移质:对于悬移质运动,与取水最为密切的问题是含沙量沿水深的分布河水流

13、的夹砂能力。5. 影响河床演变的主要因素有:(1河段的来水量及其变化;(2河段的来沙量,来沙组成及其变化;(3河段的水面比降和水流速度;(4河流及河段的外形;(5河床地质组成;(6河流的自然地理条件,人类经济活动,水土保持和水工建筑的修建也会影响河床的冲淤变形。6. 河床变形种类:(1按时间序列划分:1单向变形:在长时间内,河床缓慢的朝某一方向的变化;2往复变形:在较短时间内,河床周期性的冲淤变化。(2按变形空间方位不同划分:1纵向变形:河床沿纵深方向的变化,表现为河床纵剖面和横剖面的冲淤变化。是由水流纵向输沙率不平衡引起的。2横向变形:河床在与流向垂直的两侧方向上的变化,表现为河岸的冲刷与淤

14、积,使河床平面位移发生摆动。是由横向输砂率不平衡引起的。7. 平原河流基本类型:1顺直微弯型河段2弯曲型河段3分叉河段4游荡型河段8. 河流冰冻阶段:1结冻阶段2封冻阶段3解冻阶段9. 江河水取水构筑物位置的选择要求1设在水质较好的地点;2具有稳定的河床和河岸,靠近主流,有足够的水深,取水构筑物应设在凹岸,离开支流出口处;3具有良好的地质,地形及施工条件;4靠近主要用水地区;5应注意河流上的人工构筑物或天然障碍物;6避免冰凌的影响;7应与河流的综合利用相适应。10. 固定式取水构筑物:不经过拦河筑坝蓄水而在岸边或河床上直接修建的固定取水设施。11. 固定式与移动式的区别:固定式与移动时相比,具

15、有取水可靠,维护管理简单,适用范围广等优点,但投资较大,水下工程量较大,施工期长,在水源水位变幅较大时尤其如此。12.岸边式取水构筑物:直接从江河岸边取水,由进水间和泵房两部分组成;适用范围:适用于江河岸边较陡,主流靠近岸边,有足够水深,水质和地质条件较好,水位变幅不大的情况。构筑物特点:一般用钢筋混凝土建造,分为合建式和分建式两种。(1合建式:集水井和取水泵站建在一起,布置紧凑,占地小,水泵吸水管路短,运行管理方便,但施工困难。(2分建式:集水井不与泵房合建,对取水条件的适应性较强,实际运行灵活。13. 防冰防草措施(防止堵塞进水孔格栅防冰:1降低进水孔流速2加热格栅3在进水孔前引入废热水4

16、在进水孔上游设置挡冰木排5采取渠道引水防草:采用机械或水力方法及时清理格栅,在进水孔前设置除草木排,在压力管中设置除草措施。14. 进水间辅助设施:(1格栅:设在取水头部或进水间的进水孔上,用来阻截水中粗大的漂浮物及鱼类;(2格网:设在进水间内,用以拦截水中细小的漂浮物;有平板格网和旋转格网;(3排泥,启闭及起吊设备:含泥沙较多的河水进入进水间后,由于流速降低,常有大量泥沙沉积,需要及时排除,以免影响取水;(4防冰,防草措施。15. 泵房的防渗和稳定:取水泵房的井壁,要求在水压作用下不产生渗漏。(1井壁防渗主要在于混凝土的密实性,所以必须注意混凝土的抗渗标号和施工质量;(2取水构筑物的稳定性包

17、括倾覆,滑移和上浮三方面。16. 抗浮措施(1依靠泵房自身抗浮;(2在泵房顶部或侧壁增加重物来抗浮;(3将泵房底板扩大嵌固于岩石地基内,以增加抗浮;(4在泵房底部打入锚桩与基岩锚固;(5利用泵房下部井壁和底板与岩石之间的粘结力,以抵消一部分浮力。17. 格栅与格网面积计算公式(1格栅(21平板格网2旋转格网18. 河床式取水构筑物(1适用范围:适用于河床稳定,河岸较平坦,枯水期主流离岸较远,岸边水深不够或水质不好,而河中又具有足够水深或较好水质时;(2与岸边式区别:用伸入江河中的进水管来代替岸边式进水间的进水孔;(3基本型式1按进水管的不同分为a自流管取水b虹吸管取水c水泵直接吸水d桥墩式取水

18、2按取水泵房结构形式和特点分为a湿井型b淹没式(4取水头部的形式:喇叭管蘑菇形鱼形罩箱式桥墩式(5进水管的冲洗方法:1顺冲:关闭一部分进水管,使全部水量通过待冲的一根进水管,以加大流速的方法来实现冲洗。或在河流高水位时,先关闭进水管上的阀门,从该格集水间抽水至最低水位,然后迅速开启进水管阀门,利用河流与集水间的水位差来冲洗进水管。此法简单,但冲洗效果差。2反冲:当河流水位低时,先关闭进水管末端阀门,将该格集水间充水至高水位,然后迅速开启阀门,利用集水间与河流的水位差来反冲进水管;或者将泵房内水泵压水管与进水管连接,利用水泵压力水或高位水池来进行反冲洗。效果好,但管路复杂。19. 斗槽式取水构筑

19、物(1特点及适用范围在取水构筑物之前设斗槽进水,由于斗槽中流速较小,水中泥沙易于在斗槽中沉淀,水内冰容易上浮。因此,斗槽式取水构筑物适宜在河流含沙量大,冰絮较严重,取水量较大,地形条件合适时采用。(2分类1顺流式斗槽:适用于含泥沙甚多而冰凌不多的河流;2逆流式斗槽:适用于冰凌多而泥沙较少的河流;3侧坝进水逆流式斗槽:适用于含沙量较高的河流;4双向式斗槽:适用于含沙量大而冰凌又多的河流。20. 移动式取水构筑物(1特点,优点:1水下工程量少,施工方便,工程投资少,灵活机动;2工期短,便于分期修建,易于定型化,工厂化;3机动性强,便于调动,可迅速供水。缺点:操作管理复杂,需经常随河水水位的变化将缆

20、车或浮船移位以至换输水斜管的接头,运行不够安全。(2浮船式联络管的连接方式1阶梯式连接:a柔性联络管连接b刚性联络管连接2摇臂式连接:可随水位涨落垂直于河岸转动,但洪水时浮船离岸较远,上下交通不便;3摇把式活动连接:适用于水位变化较快和频繁的河流,浮船离岸较近,便于联系和防护;4活动钢引桥橡胶管连接:能适应浮船的位移和颠簸;5浮筒式活动连接:适宜在岸坡平缓,浮船需远离河岸取水时采用。(3缆车式活动接头的分类:1橡皮软管柔性接头2球形万向接头3套筒活动接头4曲臂式活动接头;21. 湖泊与水库取水构筑物的位置与深度(1水库,深水湖泊分层取水对大而深的湖泊,由于水面不稳定,波动较大,岸边水质混浊,宜

21、自湖泊深处取水,且取水构筑物多为河床式。(2浅水湖泊的取水对于大而浅的湖泊,一方面近岸水质不良,另一方面无水质较好的深层湖水,因此宜自湖心取水,除可利用河床式外还可用岛式取水构筑物。22.山区浅水河流取水构筑物(1低坝式取水:1固定式,易造成坝前泥沙淤积,威胁取水安全;2活动式,能减少上游淹没的面积,并能冲走坝前沉积泥沙。(2底栅栏式取水:通过坝顶带栅栏的引水廊道取水,它适宜在水浅、大粒径推移质较多的山区河流取水量较大时采用。23. 管井(1适用范围:适用于含水层厚度大于5米,底板埋藏深度大于15米地含水层;且能适于各种岩性,埋深,含水层厚度和多层次含水层。(2过滤器:1安装于含水层中,用以集

22、水和保持填砾与含水层的稳定;2对过滤器基本要求:有足够的强度和抗蚀性,具有良好的透水性且能够保持人工填砾和含水层的渗透稳定性;3分类:a钢筋骨架过滤器,适用于不稳定的裂隙岩,砂岩或砾岩含水层;b圆孔、条孔过滤器,适用于砾石、卵石、砂岩、砾岩和裂隙含水层;c缠丝过滤器,适用于粗砂、砾石、卵石含水层;d包网过滤器e填砾过滤器f装配式砾石过滤器24. 管井出水量减少的原因和采取的措施(1管井本身原因1过滤器进水孔尺寸选择不当,缠丝或滤网腐蚀破裂,管井接头不严或错位,井壁断裂等原因,使沙砾,砾石大量涌入井内,造成堵塞。(措施:更换过滤器,或修补封闭漏沙部位。2过滤器表面及周围填砾,含水层被细小泥沙堵塞

23、。(措施:a用安装在钻杆上的钢丝刷,在过滤器内上下移动,清除表面泥沙;b活塞洗井;c压缩空气洗井。3过滤器及周围填砾、含水层被腐蚀胶结物和地下水中的盐类沉淀物填塞。(措施:使用酸洗法清除。4因细菌繁殖造成堵塞。(措施:用用氧化法或酸洗法使其缓解。(2属于水源方面的原因1地下水位区域性下降,使管井出水量减少。(措施:调整现有抽水设备的安装高度,必要时改建管井。2含水层地下水的流失。25. 增加管井出水量的措施(1真空井法:将井管的全部或者部分密封,井孔抽水时,使使管井处于负压进水状态,已达到增加出水量的目的。(2爆破法(3酸处理法:对于石灰岩地区的管井,可采用注酸的方法,以增大或串通石灰岩裂隙或

24、溶洞,增加出水量。26. 井群系统的分类及适用范围(1自流井井群:适用于承压含水层的静水位高出地表的情况;(2虹吸式井群:适用于接近地面的含水层;(3卧式泵取水的井群:适用于地下水位较高,井的最低动水位距地面不深(68米的情况;(4深井取水的井群:适用于埋深较大的地下水,水的动水位可低于地面1012米。27. 井群互阻在抽水影响范围内当两个以上水井同时开采时,必然产生相互干扰,所谓井群互阻有两种情况:1在水位降落值不变的条件下,共同工作时,各井的出水量小于各井单独工作时的出水量;2在出水量不变的情况下,共同工作时各井的水位降落值大于各井单独工作时的水位降落值。28. 大口井(1构造形式:垂直建

25、造的取水井,井径较大;(2组成部分及各部分的作用1井筒:用以加固井壁,防止井壁坍塌及隔离不良水质的含水层;2井口:取水通道,为避免污水从井口或沿井壁侵入污染地下水,井口应高出地表0.5米以上;3进水部分:使地下水渗入到井中。a井壁进水孔(水平孔,斜孔b透水井壁c井底反滤层(3施工方法1大开挖施工法:在开挖的基槽中,进行井筒砌筑或浇注以及铺设反滤层等工作。井底反滤层施工方便,可改善进水条件,但施工土方量大,施工排水费用高。2沉井施工法:在井位处先开挖基坑,然后在基坑上浇注带有刃脚的井筒,在井筒内开挖,开挖与井筒下沉交替进行,直至设计标高。a排水下沉,施工简单,便于发现问题及时排除,排水费用较高;b不排水下沉,与排水下沉相反。29.辐射井形式与类型(1形式:1集水井底与辐射管同时进水,适用于较厚含水层;2井底封闭,仅由辐射管集水,适用于较薄含水层。(2类型:1按补给情况分:a汲取地下水的辐射井b汲取河流或其他地表水的辐射井c汲取岸边和河床地下水的辐射井2按辐射管铺设方式:a单层辐射管的辐射井,在只开采一个含水层时使用b多层,在含水层较厚或两个以上含水层,且水头相差不大时采用。30. 复合井(1形势与构造:由由非完整式大口井和井底一下所设的一根至数根管井过滤器所组成,实际上是大口井和管井上下重合的分层或多段取水系统