地下水取水构筑物解析课件

1、第12章 地下水取水构筑物宫建龙安徽工程大学环境工程教研室第12章 地下水取水构筑物宫建龙12.1 地下水源概述和取水构筑物分类212.1 地下水源概述和取水构筑物分类212.1.1 基本术语透水层也称含水层，是指由卵石层、砂层和石灰岩层等组成的岩层。其组织松散，具有众多相互连通的孔隙，透水性能较好，水能在其中渗透进行流动。 也称隔水层，是指由粘土和花岗岩等组成的岩层，其结构紧密，透水性极差甚至不透水。地层构造往往由透水层和不透水层彼此相间构成，其厚度和分布范围随地区而异。不透水层312.1.1 基本术语透水层也称含水层，是指由卵石层、砂层和埋藏在地面下第一个隔水层上的地下水叫潜水。 潜水有一

2、个自由水面。潜水主要靠雨水和河流等地表水下渗而补给。多雨季节，潜水面上升，干旱季节，潜水面下降。地表水和潜水相互补给。地表水位高于潜水面时，地表水补给地下潜水，相反则潜水补给地表水。我国西北地区气候干旱，潜水埋藏较深，约达5080 m ；南方潜水埋深较浅，一般在3 5 m 以内。 12.1.1 基本术语潜水4埋藏在地面下第一个隔水层上的地下水叫潜水。 潜水有一个层间水两个不透水层间的水叫层间水。在同一地区，可同时存在几个层间水或含水层。无压含水层层间水存在自由水面，称无压含水层。承压含水层层间水有压力，称承压含水层。打井时，若承压含水层中的水喷出地面，叫自流水。自流水12.1.1 基本术语5层

3、间水两个不透水层间的水叫层间水。在同一地区，可同时存在几个在适当地形下，在某一出口处涌出的地下水叫泉水。泉水分自流泉和潜水泉两种，自流泉由承压地下水补给，泉水涌水量稳定，水质好。泉水地下水的补给范围叫补给区。抽取井水时，补给区内的地下水都向水井方向流动。 地下径流地下水在松散岩层中流动称地下径流。补给区12.1.1 基本术语6在适当地形下，在某一出口处涌出的地下水叫泉水。泉水地下水的补岩层透水性。以渗透系数表达。水位差。以水力坡度表达。地下水流速决定于地层渗透系数和水力坡度。 地下水流动条件地下水的流态稳定流和非稳定流平面流和空间流层流与紊流或混合流12.1.1 基本术语7岩层透水性。以渗透系

4、数表达。地下水流动条件地下水的流态稳定流12.1.2 地下水取水构筑物管 井地下水取水构筑物类型 大口井辐射井复合井渗 渠由凿井机械开凿,用于开采深层地下水。管井深度一般在200m以内,最大深度可达1000m 以上。由人工开挖或沉井法施工,用于取集浅层地下水,地下水埋深通常小于12m,含水层厚度520m。 壁上开孔, 用于取集含水层厚度46m、水位深度小于2m 的浅层地下水，以及河床地下水或地表渗透水。 取决于含水层的厚度及水位深度由集水井和若干水平铺设的辐射形集水管组成。用于取集含水层厚度较薄的地下水。 复合井是上部大口井与下部管井的组合。用于地下水位较高、厚度较大的含水层。 812.1.2

5、 地下水取水构筑物管 井地下水取水构筑物类型12.2 管井构造、施工和管理912.2 管井构造、施工和管理912.2.1 管井构造管井的井壁为管状，含水层中进水部分采用填砾过滤器以防漏砂及堵塞。管井的直径一般为501000mm, 井深可达1000m以上。常见的管井直径多为小于500mm,井深在200m以内。管井施工方便，适应性强，应用范围广，能用于各种岩性、埋深、含水层厚度和多层次含水层的取水工程。按其过滤器是否贯穿整个含水层,可分为完整井和非完整井。多个含水层可用多层过滤器管井。当抽取结构稳定的岩溶裂隙水时,管井可不装井壁管和过滤器。管井1012.2.1 管井构造管井的井壁为管状，含水层中进

6、水部分采12.2.1 管井构造完整井非完整井含水层含水层1112.2.1 管井构造完整井非完整井含水层含水层1112.2.1 管井构造管井壁粘土封闭过滤器沉淀管单层过滤器管井双层过滤器管井1212.2.1 管井构造管井壁粘土封闭过滤器沉淀管单层过滤器管井壁粘土封闭过滤器沉淀管井室井壁管过滤器沉淀管12.2.1 管井构造井室是用以安装水泵、控制柜等设备, 保持井口免受污染和进行维护管理的场所。井室应有一定的采光、采暖、通风、防水和防潮设施。 井口应高出地面0.30.5m 。井口一般用粘土或水泥等不透水材料封闭。抽水设备：深井泵、潜水深井泵和卧式水泵等。管井构造13管井壁粘土封闭过滤器沉淀管井室井

7、壁管过滤器沉淀管12.2.1井室类型安装在井室内结构组成深井潜水泵房卧式泵房泵体扬水管泵座电动机安装在管井内深井泵房型式地面式地下式半地下式便于维护管理，防水、防潮、通风、采光条件好便于总体规划，噪声小，防冻条件好。12.2.1 管井构造14井室类型安装在井室内结构组成深井潜水泵房卧式泵房泵体扬水管地面式深井泵房地下式深井泵房15地面式深井泵房地下式深井泵房15井室类型深井潜水泵房卧式泵房电动机扬水管水泵电动机和水泵浸没在动水位以下；控制设备安装在井室内。深井泵房结构组成特点井室相当于阀门井，用于小水量管井。结构简单、使用方便、重量轻、运转平稳和无噪声。采用卧式水泵，一般情况，井室与泵房合建。

8、井室与泵房分建时，则类似于阀门井。常用于地下动水位较高的情况,井室多设于地下。12.2.1 管井构造16井室类型深井潜水泵房卧式泵房电动机扬水管水泵电动机和水泵浸没井室井壁管过滤器沉淀管12.2.1 管井构造井壁管用于加固井壁、隔离水质不良的或水头较低的含水层。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。井壁管材料: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。分段钻进法与不分段钻进法的井壁管构造有所不同。管井构造17井室井壁管过滤器沉淀管

9、12.2.1 管井构造井壁管用于加固井室井壁管过滤器沉淀管12.2.1 管井构造安装于含水层，用以集水和保持填砾与含水层的稳定。过滤器应有足够的强度和良好的透水性。过滤器的类型填砾过滤器钢筋骨架过滤器圆孔或条孔过滤器缠丝过滤器包网过滤器砾石水泥过滤器取材容易、制作方便、价格低廉，但强度较低、重量大、易堵塞。管井构造18井室井壁管过滤器沉淀管12.2.1 管井构造安装于含水层，钢筋骨架圆孔条空缠丝缠丝包网75150mm填砾过滤器12.2.1 管井构造填砾层填砾层高度应超过过滤器顶部810m,以保证填砾层出现下沉, 过滤层仍充满砾层。问题何为天然反滤层和人工反滤层？19钢筋骨架圆孔条空缠丝缠丝包网

10、75150mm填砾过滤器12.12.2.1 管井构造钢筋骨架过滤器由短管、竖向钢筋、支撑环构成；适用于裂隙岩、砂岩或砾石含水层，或用作缠丝过滤器、包网过滤器的骨架。圆孔或条孔过滤器在管壁上钻圆孔或条孔加工而成；适用于砾石、卵石、砂岩或裂隙含水层，亦可用作缠丝过滤器、包网过滤器的骨架。孔隙率：钢管3035；铸铁管1825；钢筋混凝土管1015；塑料管10。钢筋骨架圆孔条空2012.2.1 管井构造钢筋骨架过滤器钢筋骨架圆孔条空2012.2.1 管井构造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;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

11、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。缠丝缠丝包网2112.2.1 管井构造缠丝过滤器缠丝缠丝包网21井室井壁管过滤器沉淀管12.2.1 管井构造管井构造接在过滤器的下面，用以沉淀进入井内的细心砂粒和自地下水中析出的沉淀物。沉淀管的长度210m,井深90m ,长度取10m。在稳定的裂隙和岩溶基岩地层取水时，可不设过滤器。22井室井壁管过滤器沉淀管12.2.1 管井构造管井构造接在过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管井施工步骤12.2.2 管井施工23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利用钻头旋转对地层的切

12、削、挤压、研磨破碎作用钻凿井孔。既适用于松散岩层，也适用于基岩。机械设备较复杂，效率高，速度快。利用钻头对地层的冲击力钻凿井孔。仅适用于松散岩层。机械设备简单，效率低，速度慢。冲击钻进法方式正循环回转钻进反循环回转钻进岩心回转钻进回转钻进法12.2.2 管井施工钻凿井孔24利用钻头旋转对地层的切削、挤压、研磨破碎作用钻凿井孔。利用钻钻机组成：传动装置转盘主钻杆钻杆钻头。钻机的动力通过传动装置使转盘旋转，带动主钻杆旋转，主钻杆接钻杆，钻杆接钻头，从而使钻头旋转切削地层。当钻进一个主钻杆深度后，由钻机的卷扬机提起钻具，将钻杆用卡盘卡在井口，取下主钻杆，接一根钻杆，再接上主钻杆，继续钻进，如此反复进

13、行，直至设计井深。回转钻进过程12.2.2 管井施工25钻机组成：传动装置转盘主钻杆钻杆钻头。回转钻进过程1钻头过程中，高压泥浆泵把用粘土调制成的含砂量极低的泥浆经胶管、提引龙头、钻杆腹腔向下喷射至工作面，起到冷却钻头、润滑钻具的作用，同时将被切削下来的岩土碎屑混合在一起，沿着井孔与钻杆之间的环形空间上升至地面，流入泥浆池。地层被钻成井孔后，破坏了原始应力平衡状态，在侧压力作用下可导致井壁坍塌，因钻进中泥浆始终灌满井孔，比重较大，可平衡地层侧压力、防止井壁坍塌。12.2.2 管井施工26钻头过程中，高压泥浆泵把用粘土调制成的含砂量极低的泥浆经胶管反循环回转钻进方式的泥浆循环运动方向与正循环钻进

14、相反，携带岩土碎屑的泥浆沿钻杆腹腔或吸泥胶管的上升流速不变，能较好地保证岩土碎屑的清除。在井径变动较大，这种钻进方式清除岩土碎屑的能力比正循环钻进要高，进尺速度要快。缺点：由于泥浆的回流仅靠泥浆泵的真空吸力作用，因此钻进深度有限，只适用于打浅井。同时，因泥浆中央带有大量的岩石碎屑，易产生堵塞现象。反循环回转钻进12.2.2 管井施工27反循环回转钻进方式的泥浆循环运动方向与正循环钻进相反，携带岩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泥浆池泥浆泵钻杆钻头钻盘挂钩胶管12.2.2 管井施工真空吸泥28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泥在基岩地层中钻井，

15、不能使用钻进松散地层的钻头，必须使用岩心钻头。岩心钻头依靠镶焊在钻头上的硬合金切削岩层，将沿井壁的岩石切削粉碎，但不削碎中间部分，因此仍有较高的钻进速度。随着钻头的钻进，中间部分就成为圆柱状的岩心。岩心可供观察分析岩石的矿物成分、结构构造以及地层的地质构造等用。岩心钻进不能连续进行，效率较低。岩心回转钻进12.2.2 管井施工29在基岩地层中钻井，不能使用钻进松散地层的钻头，必须使用岩心钻井孔打成后，还需了解掌握地层结构，含水层与隔水层的深度、厚度，地下水的矿化度(总合盐量)和咸、淡水分界面，为井管安装、填砾和粘土封闭提供可靠资料。取水工程通常采用电法勘探测井，其基本原理是：不同地层的导电性能

16、差异很大，利用电测仪器测得反映各地层导电性能的物理参数，就可以反推各地层的性质。12.2.2 管井施工物探测井30井孔打成后，还需了解掌握地层结构，含水层与隔水层的深度、厚度井孔打成后，在井孔中仍充满着泥浆，泥浆稠度较大，含有大量泥质，无法安装井管、填砾和粘土封闭，也会给洗井带来困难。在下管前必须将井孔中的泥浆换成清水。将不带钻头的钻杆放入井底，用泥浆泵吸取清水打入井中，将泥浆换出，至井孔中全为清水力止。清水护壁作用不如泥浆好，有可能造成井壁局部坍塌，要尽量缩短冲孔时间，换浆完毕立即下管。12.2.2 管井施工冲孔换浆31井孔打成后，在井孔中仍充满着泥浆，泥浆稠度较大，含有大量泥质井管安装的顺

17、序为沉淀管过滤器井壁管，下管前应根据凿井和电测井资料，确定过滤器的长度和安装位置。井管安装必须保证井管顺直，接口牢固，过滤器安装到位。下管一般有两种方法：吊装法、浮板法和托盘法。吊装法适用于拉力大、重量相对轻的井管安装。浮板法适用于长度大，重量大的井管安装。托盘法适用于不能承受拉力的非金属井管安装。 12.2.2 管井施工井管安装32井管安装的顺序为沉淀管过滤器井壁管，下管前应根据凿井和电填砾应以坚实、圆滑砾石为主，并应按设计要求的粒径进行筛选。填砾过程要均匀、连续，避免堵塞，并随时测量砾面高度。砾料填完后、一定要计算所填砾料的总体积，一般情况下，围填砾料的总体积应等于或大于井管与孔壁之间环形

18、空间的体积。粘土封闭一般采用球直径为25mm的粘土球，围填过程同样要求均匀、连续，填至井口时，应进行夯实。12.2.2 管井施工填砾和粘土封闭33填砾应以坚实、圆滑砾石为主，并应按设计要求的粒径进行筛选。1洗井目的：消除井孔及周围含水层中的泥浆和井壁上的泥浆壁，冲洗出含水层中部分细小颗粒，形成天然反滤层。洗井方法：水泵洗井法活塞洗井法压缩空气洗井法联合洗井法洗井要求：中、细砂地层出水含砂量在1/20000以下，粗砂地层出水含砂量在1/50000以下。12.2.2 管井施工洗井34洗井目的：12.2.2 管井施工洗井34安装实际使用的水泵抽水，使水位降深达到水泵所能达到的最大值，从而达到洗井的目

19、的。优点：简便，洗井和生产相结合，可不另设置洗井没备。缺点：水位降深有一定限度，地下水水力坡度较小，冲洗力较小，洗井时间长，当含水层含泥浆量较大、泥皮较厚时，可能造成洗井不彻底。适合于含水层本身水流较通畅、含泥浆量小、泥皮薄而软的情况。 水泵洗井 12.2.2 管井施工35安装实际使用的水泵抽水，使水位降深达到水泵所能达到的最大值，将压缩空气以很高的速度呈涡旋形向井壁喷射，借助水气混合的冲力破坏泥浆壁，压缩空气与水汇合上升时，可以形成很大的水位降，使地下水形成很大的流速，增大对泥浆和泥皮的冲击力。优点：效率高、洗井比较彻底；确定：洗井携走的砂粒较多，对砂层有一定破坏作用，不适合砂粒较细的含水层

20、。压缩空气洗井12.2.2 管井施工36将压缩空气以很高的速度呈涡旋形向井壁喷射，借助水气混合的冲力活塞洗井是用安装在钻杆上活塞在井壁管内上下拉动，借助真空抽吸作用和压缩作用，在过滤器周围形成反复冲洗的水流，以破坏泥浆壁，清除含水层中残留的泥浆颗粒。优点：洗井强度大，洗井彻底，洗井效果良好，对本身颗粒细、含泥质较多的含水层，能较彻底地清除含水层中的泥质，明显增大出水量。缺点：由于机械强度大，易破坏井管。 活塞洗井 12.2.2 管井施工37活塞洗井是用安装在钻杆上活塞在井壁管内上下拉动，借助真空抽吸目的：测定管井的出水量，了解出水量与水位降落的关系，为选择、安装抽水设备提供依据；取样进行分析，

21、评价管井水质。方法步骤：记录静水位，开启抽水设备，使抽水量达到设计出水量，动水位稳定后记录水位降落值，绘制出水量与水位降落关系曲线。12.2.2 管井施工抽水试验38目的：测定管井的出水量，了解出水量与水位降落的关系，为选择、管井施工说明书：管井地质柱状图，过滤器和填砾规格，井位的座标及井口的绝对标高，抽水试验记录，水的化学及细菌分析资料，过滤器安装、填砾、外围封闭施工记录；管井使用说明书：最大开采量和选用抽水设备的型号规格，使用维护注意事项；钻进中的岩样：名称、厚度、埋藏深度。12.2.3 管井的维修管理管井验收资料39管井施工说明书：管井地质柱状图，过滤器和填砾规格，井位的座标抽水设备的出

22、水量应小于管井的出水能力，过滤器表面进水流速小于允许进水流速；建立管井使用卡，逐日按时记录井的出水量、水位、出水压力等信息；机泵应定期检修，管井要及时清理沉淀物，必要时进行洗井；季节性供水的管井，停运期间应定期抽水，以防电机受潮和井管腐蚀与沉积；管井周围应按卫生防护要求，保持良好的卫生环境和进行绿化。12.2.3 管井的维修管理管井使用注意事项40抽水设备的出水量应小于管井的出水能力，过滤器表面进水流速小于过滤器进水口尺寸不当、缠丝或滤网腐蚀破裂、接头不严或管壁断裂等造成砂粒流入而堵塞更换过滤器、修补或封闭漏砂部位过滤器表面及周围填砾、含水层被细小泥沙堵塞用钢丝刷、活塞法、真空法洗井过滤器表面

23、及周围填砾、含水层被腐蚀胶结物和地下水中析出的盐类沉淀物堵塞1835工业盐酸清洗细菌等微生物繁殖造成堵塞氯化法或酸洗法区域性地下水位下降回灌补充、降低抽水设备安装高度含水层中地下水流失隔断管井出水量减少原因及处理措施12.2.3 管井的维修管理41过滤器进水口尺寸不当、缠丝或滤网腐蚀破裂、接头不严或管壁断裂真空井法将管井的全部或部分封闭，抽水时使管井处于负压状态，增大水位落差。爆破法将雷管和炸药装在专用的爆破器内，对孔隙、裂隙、溶洞发育不全的坚硬裂隙岩含水层进行爆破。酸洗法对石灰岩含水层的管井采用注酸的方法增大或贯通裂隙和溶洞。增加管井出水量的措施12.2.3 管井的维修管理42真空井法增加管

24、井出水量的措施12.2.3 管井的维修管理412.3 管井的设计与水力计算4312.3 管井的设计与水力计算43在已知水文地质等参数的条件下，通过计算确定管井在最大允许水位降落时的可能出水量；或在给定的管井出水量和上述地质等参数的条件下，计算确定管井的可能水位降落值。12.3.1 管井的水力计算管井的水力计算目的理论公式：方法简单，计算结果精度较差，适用于水源选择、方案拟定和初步设计。经验公式：计算结果接近实际，用于施工图设计。44在已知水文地质等参数的条件下，通过计算确定管井在最大允许水位稳定流承压含水层完整井水力计算的理论公式Qshs0h0HRmr0r12.3.1 管井的水力计算承压含水层

25、(confined aquifer) ：一个完全被水饱和的、夹在上下两个隔水层之间的含水层。承压含水层上部的隔水层称作隔水顶板，或叫限制层，下部的隔水层称作隔水底板，顶底板之间的距离为含水层厚度。裘布依(Dupuit,J.)公式45稳定流承压含水层完整井水力计算的理论公式Qshs0h0HRm稳定流无压含水层完整井水力计算的理论公式Qshs0h0HRr0r12.3.1 管井的水力计算无压含水层(non-compression aquifer, unconfined aquifer)是指具有潜水自由面的含水层。裘布依(Dupuit,J.)公式井的最大出水量问题：裘布依(Dupuit,J.)公式只有

26、在水位降落值和含水层厚度相比不大的情况下，才有较高的准确性。46稳定流无压含水层完整井水力计算的理论公式Qshs0h0HRr地层渗透系数K值地层地层颗粒渗透系数K (m/d)粒径(mm)所占重量(%)粉砂0.050.170以下15细砂0.10.2570510中砂0.250.5501025粗砂0.51.0502550极粗的砂125050100砾石夹砂75150带粗砂的砾石100200漂砾石200500式中渗透系数K和影响半径R的取值对计算结果有很大影响。由现场抽水实验确定K和R值比较接近实际情况，无条件进行抽水试验时，可参照水文地质条件类似值或经验数据估算。下表列出渗透系数K和影响半径R的经验数

27、据。各种地层的影响半径R值地层地层颗粒影响半径R(m)粒径(mm)所占重量 (%)粉砂0.050.170以下2550细砂0.10.257050100中砂0.250.550100300粗砂0.51.050300400极粗的砂1250400500小砾石23500600中砾石356001500粗砾石5101500300012.3.1 管井的水力计算公式说明47地层渗透系数K值地层地层颗粒渗透系数K (m/d)粒径(mm经验公式直线方程根据水源地或水文地质条件相似地区抽水试验所得Q-S数据进行井的出水量计算。工程实践中常见的Q-S曲线，有直线型、抛物线型、幂函数型及半对数型等。QS12.3.1 管井的

28、水力计算q:单位出水量q值可通过作图法求解，也可用下式计算48经验公式直线方程根据水源地或水文地质条件相似地区抽水试验所得抛物线方程QSQS0a1b12.3.1 管井的水力计算a,b值可通过作图法求解，也可用最小二乘法计算49抛物线方程QSQS0a1b12.3.1 管井的水力计算a,幂函数方程1QS12.3.1 管井的水力计算m,n值可通过作图法求解，也可用最小二乘法计算50幂函数方程1QS12.3.1 管井的水力计算m,n值可通过半对数方程1baQS以不同流量Q抽水，得水位下降值S，抽水次数为N；分别作Q - S, Q/S - S, lgQ - lgS, Q - lgS图；对数据点进行线性拟

29、合，线性相关性高的图即为所求的公式。经验公式求解方法12.3.1 管井的水力计算a,b值可通过作图法求解，也可用最小二乘法计算51半对数方程1baQS以不同流量Q抽水，得水位下降值S，抽水次层状承压含水层的平均渗透系数m2m1K1K2K3m3sh1K1K2K3h3sh2h0层状无压含水层的平均渗透系数12.3.1 管井的水力计算52层状承压含水层的平均渗透系数m2m1K1K2K3m3sh1K水流进入过滤器到吸水管管口产生各种水头损失，从而使过滤器周围含水层的水流处于三维流运动状态。即含水层各点的水头既沿径向变化，也沿轴向变化。从而使过滤器进水不均匀，距水泵吸水管管口越近，水流速度越大。管井的出

30、水量越大、管径越小，流速分布的不均匀程度越明显。由于过滤器进水的不均匀，自然产生过滤器有效长度问题。也就是说，在较厚均质含水层中，当过滤器长度增加到一定限度以后，进水量并无明显增加。过滤器有效长度12.3.1 管井的水力计算53水流进入过滤器到吸水管管口产生各种水头损失，从而使过滤器周围12.3.1 管井的水力计算吸水管管口m0.20.40.60.81.0Ql/mQ1qQ0Q2Q3Q4过滤器有效长度的确定5412.3.1 管井的水力计算吸水管管口m0.20.40.井径对出水量的影响无压含水层承压含水层由稳定流的理论公式可知，井径对井出水量产生的影响甚小。r增大1倍，Q增加10； r增大10倍，

31、 Q井水量仅增加40。实际测定表明，在一定范围内，井径对井出水量有较大的影响。理论公式假定地下水流为层流、平面流，忽视了过滤器附近地下水流态变化的影响。事实上，随井径缩小，井周围渗流速度变大，三维流或紊流影响的程度加剧，水头损失随之急剧增加。因此实际的出水量与井径关系曲线必将偏离以平面流、层流假设的理论公式求得的曲线。n=0.021(r2/r1-1)55井径对出水量的影响无压含水层承压含水层由稳定流的理论公式可知水文地质资料搜集和现场查勘；根据含水层埋藏条件、厚度、岩性、水力状况及材料设备、施工条件、初步确定管井的形式与构造，选择取水设备形式和考虑井群布置方案；确定单井的出水量和对应的水位降落

32、值，进行井群互阻计算，确定管井数目、井距、井群布置方案，确定取水设备型式和容量；进行管井构造设计。12.3.2 管井的设计管井设计步骤过滤器表面允许流速过滤器表面进水流速必须小于或等于允许流速。56水文地质资料搜集和现场查勘；12.3.2 管井的设计管井设计12.4 井群互阻计算及分段取水井组5712.4 井群互阻计算及分段取水井组57适用于各类含水层。12.4.1 井群系统井群类型承压含水层的静水位高于地表，可以用管道直接汇集至清水池、加压泵站或给水管网。适用于静水位接近地面的含水层适用于静水位接近地面且水位降落较小的含水层自流井井群虹吸式井群卧式泵井群深井泵井群在规模较大的地下水取水工程中

33、，常由很大取水井(管井或大口井)组成一个井群系统。58适用于各类含水层。12.4.1 井群系统井群类型承压含水层的12.4.1 井群系统虹吸式井群124512hh3动水位接真空泵接真空泵1123521管井；2吸水管；3集水井；4泵站；5水泵吸水管工作原理存在问题解决办法虹吸管内处于负压状态，管外空气易从接头不严处渗入。保证管道接口和配件等的严密性。虹吸管宜用钢管。管内水中溶解的气体析出，水头损失增大。减小管内真空度，减少管内气体析出量。虹吸管有1%坡度坡向集水井，以便排气；流速0.50.7m/s。集气井具有调节水量、进行简单处理和检修管路等作用。5912.4.1 井群系统虹吸式井群124512

34、hh3动水位接12.4.1 井群系统1-管井；2-吸水管；3-泵站；4-压水管；5-集水井；6-二级泵站12324卧式泵取水的井群当地下水位较高，井的最低动水位距地面不深时(68m)，可采用卧式泵取水。当井距不大时，可不用集水井，直接用吸水管或总连接管与各井相联吸水。6012.4.1 井群系统1-管井；2-吸水管；3-泵站；4-压12.4.1 井群系统1-管井；2-吸水管；3-泵站；4-压水管；5-集水井；6-二级泵站34561当井距大或单井出水量较大时，应在每个井上安装卧式水泵取水。这种系统工作较为安全可靠，但管理不便。卧式水泵取水的井群的水泵吸水高度有限。采用射流泵与卧式水泵联合装置，可增

35、加卧式泵的吸水深度，但有效出水量q。6112.4.1 井群系统1-管井；2-吸水管；34561当井距12.4.1 井群系统1设有深井泵管井；2压水管；3集水井；4二级泵站1432深井泵取水群当井的动水位低于地面1012m时，采用深井泵取水。6212.4.1 井群系统1设有深井泵管井；2压水管；3集取水点应设在城镇和工矿企业的上游；取水点应设在补给条件好、透水性强、水质及卫生环境良好的地段；取水点应接近主要用水区，降低管道造价和输水费用；取水井尽可能垂直于地下水流向，以求充分利用含水层；考虑施工、运行管理和维护方便；避免洪水及其它因素的影响。井群布置12.4.1 井群系统63取水点应设在城镇和工

36、矿企业的上游；井群布置12.4.1 井群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；在出水量不变的条件下，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。 井群互阻概念12.4.2 井群的互阻计算64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井群互阻概念12.4.2 井群的互阻计算井群互阻的影响因素：井距，布置方式，出水量，含水层的渗透系数、厚度、储量、补给条件以及井的出水量等。井群互阻计算目的：确定井距、各井的出水量、井数；同时为合理布置井群，进行技术经济比较提供依据。 井群互阻计算方法：理论公式、经验法。65井群互阻概念12.

37、4.2 井群的互阻计算井群互阻的影响因素：12.3.3 分段取水井组分段取水的概念在水位降落和出水量一定的情况下，对大厚度含水层抽水，过滤器只在有效长度范围内起作用，只能对一定厚度的含水层抽水。受抽水影响的含水层厚度称含水层的有效带。在有效带范围以外的含水层中，地下水基本上不向水井流动。在有效带以外含水层中另设过滤器，实行垂直分段开采，可充分利用含水层。6612.3.3 分段取水井组分段取水的概念在水位降落和出水量12.3.3 分段取水井组分段取水井组抽水试验结果表明：分段取水井组既不严重影响井的出水量，又可大大节省各井间连络管投资，而且管理集中、方便。厚度超过40米的含水层可在不同深度分别打

38、井抽水。每口井过滤器长度2025m，井距510m，相邻过滤器垂直间距一般1020m。分段取水的概念6712.3.3 分段取水井组分段取水井组抽水试验结果表明：分12.5 大口井、辐射井和复合井6812.5 大口井、辐射井和复合井68大口井用于开采含水层埋深小于12m，厚度520m的地下水，口径58m，井深15m。大口井可分为完整大口井和不完整大口井。完整井只有井壁进水，适用于颗粒粗、厚度薄(58m)、埋深浅的含水层。12.5.1 大口井大口井含水层69大口井用于开采含水层埋深小于12m，厚度520m的地下水，不完整大口井，井壁和井底均可进水，含水层厚度10m。 12.5.1 大口井大口井含水层

39、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。70不完整大口井，井壁和井底均可进水，含水层厚度10m。 12.5.1 大口井大口井构造井筒井口进水部分井筒的形式与材料：通常为圆筒形；用钢筋混凝土或砖、石做成，用以加固井壁和隔离不良水质的含水层。钢筋混凝土井筒用于沉井法施工，井筒最下端设刃脚，刃脚外缘凸出井筒510cm，用以在井筒下沉时切削土层，减少摩擦力。砖石结构的井筒和进水孔井壁、透水井壁，也需加用钢筋混凝土刃脚，刃脚高度不小于1.2m。圆形受力条件好，节省材料，采用阶梯圆形井筒可减小下沉时的摩擦力。7112.5.1 大口井大口井构造

40、井筒井口进水部分井筒的形式与材12.5.1 大口井大口井构造井筒井口进水部分井口高出地表0.5 m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。如覆盖层系透水层，排水坡下面还应填以厚度不小于1.5m的夯实粘土层。井口以上部分可与泵站合建，工艺布置要求与一般泵站相同；也可与泵站分建，只设井盖，井盖上部设有人孔和通风管。在低洼地区及河滩上的大口井应用密封盖板，以防洪水冲刷和淹没人孔。7212.5.1 大口井大口井构造井筒井口进水部分井口高出地表012.5.1 大口井大口井构造井筒井口进水部分进水部分包括井壁进水和井底反滤层。井壁进水方式：进水孔和透水壁

41、进水。井壁进水孔为水平或倾斜的圆形(100200 mm)，或方形(100150200250)。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。透水壁由无砂混凝土制成。无砂混凝土大口井制作方便，结构简单，造价低，但在粉细砂层和含铁地下水中易堵塞。井底反滤层：34层,滤料级配,下细上粗，每层厚度200300 mm。进水孔易堵塞，主要靠井底进水。7312.5.1 大口井大口井构造井筒井口进水部分进水部分包括井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

42、、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。大口井施工方法大开槽施工12.5.1 大口井74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12.5.1 大口井7512.5.1 大口井7512.5.1 大口井7612.5.1 大口井76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。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

43、控制下沉趋势等问题。沉井施工 12.5.1 大口井77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12.5.1 大口井沉井下沉施工技术7812.5.1 大口井沉井下沉施工技术78井底进水井底与井壁同时进水大口井水力计算12.5.1 大口井井壁进水79井底进水井底与井壁同时进水大口井水力计算12.5.1 大口井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。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。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。

44、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。大口井设计要点12.5.1 大口井80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。辐射井由集水井与辐射状集水管组成，辐射井适用于较薄的含水层或厚度小而埋深大的含水层。12.5.2 辐射井辐射井81辐射井由集水井与辐射状集水管组成，辐射井适用于较薄的含水层或12.5.2 辐射井辐射井进水面积大, 单井产水量高；辐射井管理集中,占地省,便于卫生防护；但施工难度较大, 成本较高。辐射井的特点8212.5.2 辐射井辐射井进水面积大, 单井产水量高；辐射井12.5.2 辐射井按集水井本身取水与否：集水井底与辐射管同时进水的

45、辐射井，适用于厚度较大的含水层(510m)；集水井底封闭，仅靠辐射管集水的辐射井，适用于较薄的含水层(5m)。按补给方式：集取地下水的辐射井；集取河流或其他地表水体渗透水的辐射井；集取岸边地下水和河床地下水的辐射井。按辐射管铺设方式：单层辐射管和多层辐射管辐射井辐射井类型8312.5.2 辐射井按集水井本身取水与否：辐射井类型8312.5.2 辐射井集水井的作用是汇集从辐射管来的水；安放抽水设备以及作为辐射管施工的场所；集水井直径不应小于3m。不封底的集水井还兼有取水井之作用，出水量增大，但对辐射管施工及维护均不方便。在我国多采用。集水井通常都采用圆形钢筋混凝土井筒，沉井施工。 辐射井的构造集

46、水井辐射管8412.5.2 辐射井集水井的作用是汇集从辐射管来的水；安放抽12.5.2 辐射井辐射管一般采用厚壁钢管(壁厚69mm) ，直接顶管施工；当采用套管施工时，可采用薄壁钢管、铸铁管及其他非金属管。辐射管可多层布置，层间距13m，每层48根，最下层距含水层底板不小于1m，高于集水井井底1.5m，以利于集水和顶管施工。直径一般为75100mm。长度一般小于30m。进水孔有圆孔和条孔两种，孔眼在集水管上交错排列，孔隙率1520。为利于集水和排砂，辐射管应有一定坡度向集水井倾斜。辐射井的构造集水井辐射管8512.5.2 辐射井辐射管一般采用厚壁钢管(壁厚69mm)12.5.2 辐射井的施工利

47、用千斤顶将辐射管从集水井向外顶入含水层，在顶进的同时，利用喷射水枪，以高速射流(1530 m/s )冲射含水层，砂粒因此随水流沿辐射管排入井内，含水层松动，辐射管得以顶进。此法在水流冲射下，对含水层扰动很大，难以在辐射管周围形成透水性能良好的反滤层，从而影响辐射管之出水量。顶管法8612.5.2 辐射井的施工利用千斤顶将辐射管从集水井向外顶入12.5.2 辐射井的施工当含水层中缺乏骨架颗粒，不可能形成天然反滤层（如在中、细砂地层）时，可采用套管顶进施工法，在辐射管周围进行人工填砾。采用顶管法将套管顶入含水层。然后在套管内安装辐射管，并利用送料小管用压力水将砾石冲填在套管与辐射管间环状空间，形成人工填砂层。最后拔出套管，形成人工填砾的辐射管。此法由于不用辐射管作直接顶进，可用强度较低的金属管和非金属管。在有侵蚀性的地下水中，宜用此法铺设抗蚀能力较强的非金属管。 套管法8712.5.2 辐射井的施工当含水层中缺乏骨架颗粒，不可能形成12.5.2 辐射井刃脚钢板、钢筋施工混凝土施工 沉井施工辐射管施工辐射管排水井盖安装8812.5.2 辐射井刃脚钢板、钢筋施工混凝土施工 沉井施工辐12.5.2 辐射井竣工后的辐射井8912.5.2 辐射井竣工后的辐射井89无压含水层承压含水层辐射井水力计算12.5.2 辐射井90无压含水层承压含水层辐射井水力计算