5第四章地下水资源的开发利用途径及工程课件

第四章地下水资源的开发利用途径及工程第一节地下水资源的开发利用途径第二节地下水水源地的选择第三节地下水取水构筑物分类第四节地下水取水构筑物的选择及布局思考题第四章地下水资源的开发利用途径及工程第一节地下水资源的1第一节地下水资源的开发利用途径一、地下水的开发利用途径地下水的开发利用，需要借助一定的取水工程来实现。取水工程的任务是从地下水水源地中取水，送至水厂处理后供给用户使用，它包括水源、取水构筑物、输配水管道、水厂和水处理设施（如图6-1）。地下水取水构筑物的延伸方向基本与地表面垂直。如管井、筒井等。图4-1地下水取水工程系统组合形式取水构筑物的延伸方向基本与地表面平行。如截潜流工程、坎儿井、卧管井等。将垂直系统与水平系统结合在一起，或将同系统中的几种联合成一整体。如辐射井、复合井等第一节地下水资源的开发利用途径一、地下水的开发利用途径地2分布广泛，容易就地取水水质稳定可靠具有时间上的调节作用减轻或避免了土地盐碱化具备某些特殊功效二、地下水开发利用的优点分布广泛，容易就地取水二、地下水开发利用的优点3正是由于地下水具有种种用途，20世纪70年代以来，我国通过各种地下水工程，进行地下水的大量开采利用,进而引发一系列的环境问题。形成地下水位降落漏斗引发地面沉降、地面塌陷、地裂缝等地质灾害泉水流量衰减或断流引起海水（或咸水）入侵引起生态退化造成地下水水质恶化三、地下水过度开发带来的环境问题正是由于地下水具有种种用途，20世纪70年代以来，我4

不合理地开发利用地下水资源，会引发地质、生态、环境等方面的负面效应，因此需要建立地下水资源合理开发模式。

地下水库开发模式傍河取水开发模式井渠结合开发模式排供结合开发模式引泉模式四、地下水的合理开发模式不合理地开发利用地下水资源，会引发地质、生态、环境等5

地下水资源的开发利用首先要选择好合适的地下水源地，因为水源地位置选择得正确与否，关系到是否能保证其长期经济和安全地运转，以及避免由此产不仅关系到水源地建设的投资生各种不良的环境地质问题。第二节地下水水源地的选择地下水资源的开发利用首先要选择好合适的地下水源地，因6第二节地下水开发工程一、地下水水源地选择地下水水源地的选择，对于大中型集中供水，关键是确定取水地段的位置与范围；对于小型分散供水，则是确定水井的井位。它关系到建设投资，也关系到是否能保证水源地长期的经济和安全运转，以及避免产生各种不良的环境地质问题。第二节地下水开发工程一、地下水水源地选择7二、集中式供水水源地的选择

1.水源地的水文地质条件

3.水源地的经济、安全性和扩建前景

2.水源地的地质环境二、集中式供水水源地的选择1.水源地的水文地质条件81．水源地的水文地质条件(1)首选条件:取水地段含水层的富水性。(2)其次:补给条件1．水源地的水文地质条件92． 水源地的地质环境(1) 新建水源地应远离原有的取水点或排水点，减少相互干扰。(2) 为保证地下水的水质，水源地应选在远离城市或工矿排污区的上游；(3) 远离已污染(或天然水质不良)的地表水体或含水层的地段(4)避开易于使水井淤塞、涌砂或水质长期混浊的沉砂层和岩溶充填带；(5)在滨海地区，应考虑海水入侵对水质的不良影响，为减少垂向污水入渗的可能性，最好选在含水层上部有稳定隔水层分布的地段。(6)此外，水源地应选在不易引发地面沉降、塌陷、地裂等有害地质作用的地段。2． 水源地的地质环境103．水源地的经济、安全性和扩建前景(1)在满足水量、水质要求的前提下，为节省建设投资，水源地应靠近用户、少占耕地；(2)为降低取水成本，应选在地下水浅埋或自流地段；(3)河谷水源地要考虑水井的淹没问题；(4)人工开挖的大口井取水工程，要考虑井壁的稳固性。(5)当有多个水源地方案可供比较时，未来扩大开采的前景条件，也是必须考虑的因素之一。

一、地下水水源地选择

（一）、集中式供水水源地的选择3．水源地的经济、安全性和扩建前景一、地下水水源地选择

（一11三、小型分散式水源地的选择集中式供水水源地的选择原则，对于基岩山区裂隙水小型水源地的选择也是适合的。但在基岩山区，由于地下水分布极不均匀，水井布置还要取决于强含水裂隙带及强岩溶发育带的分布位置；此外，布井地段的地下水水位埋深及上游有无较大的汇水补给面积，也是必须考虑的条件。三、小型分散式水源地的选择12第三节地下水取水构筑物分类一、取水构筑物分类第三节地下水取水构筑物分类一、取水构筑物分类13

各种类型取水构筑物的适用条件:（1）管井——用于开采深层地下水，井深一般在300m以内，最深可达1000m以上；（2）大口井——广泛用于取集含水层厚度20m以内的浅层地下水。（3）辐射井——用于汲取含水层厚度较薄的浅层地下水，它比大口井效率高，但施工难度大。（4）复合井——常常用于同时集取上部孔隙潜水和下部厚层基岩高水位的承压水。在一些需水量不大的小城镇和不连续供水的铁路给水站中被较多地应用。（5）渗渠——主要用于地下水埋深小于2m的浅层地下水，或集取季节性河流河床下的地下水，在我国东北、西北地区应用较多。二、地下水取水构筑物的类型和适用条件

各种类型取水构筑物的适用条件:二、地下水取水构筑物的类型和14第四节地下水取水构筑物的选择及布局

在地下水水源地选择的基础上，还要正确选择和设计地下水取水构筑物，以最大限度地截取补给量，提高出水量、改善水质、降低工程总造价。4.1地下水取水构筑物的选择常见的地下水取水构筑物有管井、大口井等构成的垂直集水系统，渗渠、坎儿井等构成的水平集水系统，辐射井、复合井等构成的复合集水系统以及引泉工程。由于类型不同，其适用条件具有较大的差异性。常见各种地下水取水构筑物的适用范围如表4-3所示。

第四节地下水取水构筑物的选择及布局在地下水水源地155第四章地下水资源的开发利用途径及工程课件164.2地下水取水构筑物的合理布局

取水建筑物的合理布局，是指在确定水源地的允许开采量和取水范围后，进而明确在采取何种工程技术和经济承受能力下的取水建筑物布置方案，才能最有效地开采地下水并尽可能地减少工程所带来的负面作用。

4.2.1水井的平面布局水井的平面布局主要决定于地下水的运动形式和可开采量的组成性质，分以下几种情况。在地下径流条件良好的地区在地下径流滞缓的平原区在以大气降水或河流季节补给为主、纵向坡度很缓的河谷潜水区在岩层导、储水性能分布极不均匀的基岩裂隙水分布区4.2地下水取水构筑物的合理布局取水建筑物的合理174.2.2、水井的垂向布局

根据含水层和多数的基岩含水层（主要含水裂隙段的厚度）的厚度来判断是采用完整井形式取水还是分段取水，在垂向上我们只考虑分段取水。分段取水设计时，要考虑井组中单井的横向和纵向的距离。（图6-14）。表6-4列出了在不同水文地质条件下分段取水时，垂向间距a的经验数据。图6-14分段取水井组布置示意4.2.2、水井的垂向布局根据含水层和多数的基岩含水18表6-4列出了在不同水文地质条件下分段取水时，垂向间距a的经验数据。表6-4列出了在不同水文地质条件下分段取水时，垂向间19表6-4分段（层）取水井组配置参考资料

在明确了水井平面和垂向布局之后，取水建筑物合理布局所要解决的最后一个问题是，如何在满足设计需水量的前提下，本着技术可行且经济合理的原则，来确定水井的数量与井距。4.2.3、井数和井间距离的确定

4.2.3.1集中式供水井数与井距的确定

4.2.3.1分散式灌溉供水的井数与井距的确定

单井灌溉面积法考虑井间干扰时的井距确定方法根据允许开采模数确定井数和井间距离表6-4分段（层）取水井组配置参考资料在明确了水20（1）单井灌溉面积法首先计算出单井可控制的灌溉面积F：(6-3)

如果水井按正方网状布置，则水井间的距离D为：

(6-4)

如果水井按等边三角形排列，则水井间的距离D为：(6-5)整个灌区内应布置的水井数n为：

(6-6)（1）单井灌溉面积法21（2）考虑井间干扰时的井距确定方法这种计算方法的思路是，首先提出几种可能的设计水位降深和井距方案，分别计算出不同降深、不同井距条件下的单井干扰出水量，最后通过干扰水井的实际可灌溉面积与理论上应控制灌溉面积的对比试算确定出合理的井距。以等边三角形均匀布井（如图6-15所示）为例，来说明其井距的计算过程：

图6-15水井按等边三角形均匀布置的井网平面（2）考虑井间干扰时的井距确定方法图6-15水井按等边三22

相关的计算过程如下：

首先计算在某一选定井距条件下，干扰出水量为Q时的单井实际灌溉面积F′(6-7)

再计算出在同一设计井距条件下，单井理论上负担（或控制）的灌溉面积F（在本例所采用的等边三角形均匀布井条件下）：

(6-8)式中，D为按等边三角形布井时，三角形的边长（即井距）。然后，根据单井实际灌溉面积F′与理论上应负担的灌溉面积F的对比分析。相关的计算过程如下：23（3）根据允许开采模数确定井数和井间距离该种方法的前提条件是计划的开采量应等于地下水的允许开采量，以保持灌区内地下水量的收支平衡。首先按下式计算每平方公里范围内的井数

(6-9)当允许开采模数已知时，亦可按下式求得合理的井距：

(6-8)（3）根据允许开采模数确定井数和井间距离该种方法的前24[1]集中式供水水源地的选择需要考虑哪些方面的因素？[2]简要叙述不同取水构筑物的适用范围。思考题[1]集中式供水水源地的选择需要考虑哪些方面的因素？思考25第四章地下水资源的开发利用途径及工程第一节地下水资源的开发利用途径第二节地下水水源地的选择第三节地下水取水构筑物分类第四节地下水取水构筑物的选择及布局思考题第四章地下水资源的开发利用途径及工程第一节地下水资源的26第一节地下水资源的开发利用途径一、地下水的开发利用途径地下水的开发利用，需要借助一定的取水工程来实现。取水工程的任务是从地下水水源地中取水，送至水厂处理后供给用户使用，它包括水源、取水构筑物、输配水管道、水厂和水处理设施（如图6-1）。地下水取水构筑物的延伸方向基本与地表面垂直。如管井、筒井等。图4-1地下水取水工程系统组合形式取水构筑物的延伸方向基本与地表面平行。如截潜流工程、坎儿井、卧管井等。将垂直系统与水平系统结合在一起，或将同系统中的几种联合成一整体。如辐射井、复合井等第一节地下水资源的开发利用途径一、地下水的开发利用途径地27分布广泛，容易就地取水水质稳定可靠具有时间上的调节作用减轻或避免了土地盐碱化具备某些特殊功效二、地下水开发利用的优点分布广泛，容易就地取水二、地下水开发利用的优点28正是由于地下水具有种种用途，20世纪70年代以来，我国通过各种地下水工程，进行地下水的大量开采利用,进而引发一系列的环境问题。形成地下水位降落漏斗引发地面沉降、地面塌陷、地裂缝等地质灾害泉水流量衰减或断流引起海水（或咸水）入侵引起生态退化造成地下水水质恶化三、地下水过度开发带来的环境问题正是由于地下水具有种种用途，20世纪70年代以来，我29

不合理地开发利用地下水资源，会引发地质、生态、环境等方面的负面效应，因此需要建立地下水资源合理开发模式。

地下水库开发模式傍河取水开发模式井渠结合开发模式排供结合开发模式引泉模式四、地下水的合理开发模式不合理地开发利用地下水资源，会引发地质、生态、环境等30

地下水资源的开发利用首先要选择好合适的地下水源地，因为水源地位置选择得正确与否，关系到是否能保证其长期经济和安全地运转，以及避免由此产不仅关系到水源地建设的投资生各种不良的环境地质问题。第二节地下水水源地的选择地下水资源的开发利用首先要选择好合适的地下水源地，因31第二节地下水开发工程一、地下水水源地选择地下水水源地的选择，对于大中型集中供水，关键是确定取水地段的位置与范围；对于小型分散供水，则是确定水井的井位。它关系到建设投资，也关系到是否能保证水源地长期的经济和安全运转，以及避免产生各种不良的环境地质问题。第二节地下水开发工程一、地下水水源地选择32二、集中式供水水源地的选择

1.水源地的水文地质条件

3.水源地的经济、安全性和扩建前景

2.水源地的地质环境二、集中式供水水源地的选择1.水源地的水文地质条件331．水源地的水文地质条件(1)首选条件:取水地段含水层的富水性。(2)其次:补给条件1．水源地的水文地质条件342． 水源地的地质环境(1) 新建水源地应远离原有的取水点或排水点，减少相互干扰。(2) 为保证地下水的水质，水源地应选在远离城市或工矿排污区的上游；(3) 远离已污染(或天然水质不良)的地表水体或含水层的地段(4)避开易于使水井淤塞、涌砂或水质长期混浊的沉砂层和岩溶充填带；(5)在滨海地区，应考虑海水入侵对水质的不良影响，为减少垂向污水入渗的可能性，最好选在含水层上部有稳定隔水层分布的地段。(6)此外，水源地应选在不易引发地面沉降、塌陷、地裂等有害地质作用的地段。2． 水源地的地质环境353．水源地的经济、安全性和扩建前景(1)在满足水量、水质要求的前提下，为节省建设投资，水源地应靠近用户、少占耕地；(2)为降低取水成本，应选在地下水浅埋或自流地段；(3)河谷水源地要考虑水井的淹没问题；(4)人工开挖的大口井取水工程，要考虑井壁的稳固性。(5)当有多个水源地方案可供比较时，未来扩大开采的前景条件，也是必须考虑的因素之一。

一、地下水水源地选择

（一）、集中式供水水源地的选择3．水源地的经济、安全性和扩建前景一、地下水水源地选择

（一36三、小型分散式水源地的选择集中式供水水源地的选择原则，对于基岩山区裂隙水小型水源地的选择也是适合的。但在基岩山区，由于地下水分布极不均匀，水井布置还要取决于强含水裂隙带及强岩溶发育带的分布位置；此外，布井地段的地下水水位埋深及上游有无较大的汇水补给面积，也是必须考虑的条件。三、小型分散式水源地的选择37第三节地下水取水构筑物分类一、取水构筑物分类第三节地下水取水构筑物分类一、取水构筑物分类38

各种类型取水构筑物的适用条件:（1）管井——用于开采深层地下水，井深一般在300m以内，最深可达1000m以上；（2）大口井——广泛用于取集含水层厚度20m以内的浅层地下水。（3）辐射井——用于汲取含水层厚度较薄的浅层地下水，它比大口井效率高，但施工难度大。（4）复合井——常常用于同时集取上部孔隙潜水和下部厚层基岩高水位的承压水。在一些需水量不大的小城镇和不连续供水的铁路给水站中被较多地应用。（5）渗渠——主要用于地下水埋深小于2m的浅层地下水，或集取季节性河流河床下的地下水，在我国东北、西北地区应用较多。二、地下水取水构筑物的类型和适用条件

各种类型取水构筑物的适用条件:二、地下水取水构筑物的类型和39第四节地下水取水构筑物的选择及布局

在地下水水源地选择的基础上，还要正确选择和设计地下水取水构筑物，以最大限度地截取补给量，提高出水量、改善水质、降低工程总造价。4.1地下水取水构筑物的选择常见的地下水取水构筑物有管井、大口井等构成的垂直集水系统，渗渠、坎儿井等构成的水平集水系统，辐射井、复合井等构成的复合集水系统以及引泉工程。由于类型不同，其适用条件具有较大的差异性。常见各种地下水取水构筑物的适用范围如表4-3所示。

第四节地下水取水构筑物的选择及布局在地下水水源地405第四章地下水资源的开发利用途径及工程课件414.2地下水取水构筑物的合理布局

取水建筑物的合理布局，是指在确定水源地的允许开采量和取水范围后，进而明确在采取何种工程技术和经济承受能力下的取水建筑物布置方案，才能最有效地开采地下水并尽可能地减少工程所带来的负面作用。

4.2.1水井的平面布局水井的平面布局主要决定于地下水的运动形式和可开采量的组成性质，分以下几种情况。在地下径流条件良好的地区在地下径流滞缓的平原区在以大气降水或河流季节补给为主、纵向坡度很缓的河谷潜水区在岩层导、储水性能分布极不均匀的基岩裂隙水分布区4.2地下水取水构筑物的合理布局取水建筑物的合理424.2.2、水井的垂向布局

根据含水层和多数的基岩含水层（主要含水裂隙段的厚度）的厚度来判断是采用完整井形式取水还是分段取水，在垂向上我们只考虑分段取水。分段取水设计时，要考虑井组中单井的横向和纵向的距离。（图6-14）。表6-4列出了在不同水文地质条件下分段取水时，垂向间距a的经验数据。图6-14分段取水井组布置示意4.2.2、水井的垂向布局根据含水层和多数的基岩含水43表6-4列出了在不同水文地质条件下分段取水时，垂向间距a的经验数据。表6-4列出了在不同水文地质条件下分段取水时，垂向间44表6-4分段（层）取水井组配置参考资料

在明确了水井平面和垂向布局之后，取水建筑物合理布局所要解决的最后一个问题是，如何在满足设计需水量的前提下，本着技术可行且经济合理的原则，来确定水井的数量与井距。4.2.3、井数和井间距离的确定

4.2.3.1集中式供水井数与井距的确定

4.2.3.1分散式灌溉供水的井数与井距的确定

单井灌溉面积法考虑井间干扰时的井距确定方法根据允许开采模数确定井数和井间距离表6-4分段（层）取水井组配置参考资料在明确了水45（1）单井灌溉面积法首先计算出单井可控制的灌溉面积F：(6-3)

如果水井按正方网状布置，则水井间的距离D为：

(6-4)

如果水井按等边三角形排列，则水井间的距离D为：(6-5)整个灌区内应布置的水井数n为：