地下水取水构筑物课件

地下水取水構築物1地下水源概述和取水構築物分類

卵石層、砂層和石灰岩層等組織鬆散，具有眾多相互連通的孔隙，透水性能較好，水能在其中流動的岩層叫透水層，透水層又叫含水層。粘土和花崗岩等結構緊密，透水性極差甚至不透水的岩層叫不透水層，不透水層也稱隔水層。地下水分類：埋藏在地面下第一個隔水層上的地下水叫潛水；兩個不透水層間的地下水叫層間水；具有自由水面的層間水稱無壓地下水；承受有壓力的層間水稱承壓地下水；在自身壓力作用下從某一出口湧出的地下水叫泉水。地下水取水構築物分類：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，設置井筒，以截取淺層地下水的構築物；滲渠——壁上開孔，以集取淺層地下水的水準管渠；泉室——集取泉水的構築物。取水構築物位置選擇基本要求(1)取水地點應與城市或企業總體規劃相適應；

(2)應位於出水豐富、水質良好的地段。取水構築物位置選擇基本要求(3)應盡可能靠近主要用水地區：(4)應有良好的衛生防護措施，免遭污染。在易污染地區，城市生活飲用水的取水地點應盡可能設在居民區或工業區的上游(5)應考慮施工、運轉、維護管理方便，不占農田，或少占農田。(6)應注意地下水的綜合開發利用。地下水取水構築物的適用條件：

①.管井適用於含水層厚度大於5米，其底板埋藏深度大於15米；

②.大口井適用於含水層厚度在5米左右，其底板埋藏深度小於15米；

③.滲渠僅適用於含水層厚度小於5米，渠底埋藏深度小於6米；

④.泉室適用於有泉水露頭，且覆蓋層厚度小於5米。

管井直徑一般在50～1000mm，深度一般在200米以內，通常由井室、井壁管、篩檢程式、沉澱管組成。

井室：用以安裝各種設備，採光、採暖、通風，防水；

井壁管：加固井壁，隔離水質不良或水頭較低的含水層；

篩檢程式：集水，保持填礫與含水層的穩定，防止漏砂及堵塞；

沉澱管：沉澱進入管井的砂粒2管井構造、施工和管理井室結構：深井泵房——泵體和揚水管安裝在管井內，泵座和電動機安裝在井室內；深井潛水泵房——水泵和電動機安裝在管井內，控制設備安裝在井室內；臥式泵房——水泵和電動機安裝在井室內；地面式——便於維護管理，防水、防潮、通風、採光條件好；地下式——便於總體規劃，雜訊小，防凍條件好。

井壁管應有足夠的強度，內壁平整光滑，軸線不彎曲，便於設備安裝和管井清洗；可採用鋼管、鑄鐵管、鋼筋混凝土管。鋼管可用於任意井深的管井；鑄鐵管適用於井深小於250m的管井；鋼筋混凝土管適用於井深小於150m的管井。井壁管內徑應比水泵設備的外徑大100mm。分段鑽進法與不分段鑽進法的井壁管構造有所不同。

篩檢程式應有足夠的強度和良好的透水性。

鋼筋骨架篩檢程式：由短管、豎向鋼筋、支撐環構成；適用於裂隙岩、砂岩或礫石含水層，或用作纏絲篩檢程式、包網篩檢程式的骨架。

圓孔或條孔篩檢程式：在管壁上鑽圓孔或條孔加工而成；適用於礫石、卵石、砂岩或裂隙含水層，亦可用作纏絲篩檢程式、包網篩檢程式的骨架。

纏絲篩檢程式：在鋼筋骨架篩檢程式、圓孔或條孔篩檢程式外纏繞2～3mm的鍍鋅鐵絲構成；適用於粗砂、礫石和卵石含水層。

包網篩檢程式：在鋼筋骨架篩檢程式、圓孔或條孔篩檢程式外纏繞0.2～1.0mm的濾網構成；適用於粗砂、礫石和卵石含水層。

填礫篩檢程式：在各類篩檢程式的週邊填符合一定級配的礫石構成。填礫粒徑與含水層粒徑比：

填礫層厚度可採用75～150mm；高度應超過篩檢程式頂部8～10m。

篩檢程式進水孔眼數量多，進水性能良好，但強度減小。篩檢程式的孔隙率取決於管材的強度，各種管材允許孔隙率為：鋼管30％～35％；鑄鐵管18％～25％；鋼筋混凝土管10％～15％；塑膠管10％。管井施工步驟鑽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鑽鑿井孔

衝擊鑽進法：利用鑽頭對地層的衝擊力鑽鑿井孔；僅適用於鬆散岩層；機械設備簡單；效率低、速度慢。

回轉鑽進法：包括一般回轉鑽進、反迴圈回轉鑽進和岩心回轉鑽進。利用鑽頭旋轉對地層的切削、擠壓、研磨破碎作用鑽鑿井孔；既適用於鬆散岩層，也適用於基岩；機械設備較複雜；效率高、速度快。

回轉鑽進過程：鑽機的動力通過傳動裝置使轉盤旋轉，帶動主鑽杆旋轉，主鑽杆接鑽杆，鑽杆接鑽頭，從而使鑽頭旋轉切削地層。當鑽進—個主鑽杆深度後，由鑽機的捲揚機提起鑽具，將鑽杆用卡盤卡在井口，取下主鑽杆，接一根鑽杆，再接上主鑽杆，繼續鑽進，如此反復進行，直至設計井深。

鑽頭過程中，高壓泥漿泵把用粘土調製成的含砂量極低的泥漿經膠管、提引龍頭、鑽杆腹腔向下噴射至工作面，起到冷卻鑽頭、潤滑鑽具的作用，同時將被切削下來的岩土碎屑混合在一起，沿著井孔與鑽杆之間的環形空間上升至地面，流入泥漿池。地層被鑽成井孔後，破壞了原始應力平衡狀態，在側壓力作用下可導致井壁坍塌，因鑽進中泥漿始終灌滿井孔，比重較大，可平衡地層側壓力、防止井壁坍塌。

反迴圈回轉鑽進方式的泥漿迴圈運動方向與正迴圈鑽進相反，攜帶岩土碎屑的泥漿沿鑽杆腹腔或吸泥膠管的上升流速不變，能較好地保證岩土碎屑的清除。在井徑變動較大，這種鑽進方式清除岩土碎屑的能力比正迴圈鑽進要高，進尺速度要快。缺點是由於泥漿的回流僅靠泥漿泵的真空吸力作用，因此鑽進深度有限，只適用於打淺井。同時，因泥漿中央帶有大量的者土碎屑，易產生堵塞現象。

在基岩地層中鑽井，不能使用鑽進鬆散地層的鑽頭，必須使用岩心鑽頭。岩心鑽頭依靠鑲焊在鑽頭上的硬合金切削岩層，將沿井壁的岩石切削粉碎，但不削碎中間部分，因此仍有較高的鑽進速度。隨著鑽頭的鑽進，中間部分就成為圓柱狀的岩心。岩心可供觀察分析岩石的礦物成分、結構構造以及地層的地質構造等用。岩心鑽進不能連續進行，效率較低。物探測井井孔打成後，還需瞭解掌握地層結構，含水層與隔水層的深度、厚度，地下水的礦化度(總合鹽量)和鹹、淡水分界面，為井管安裝、填礫和粘土封閉提供可靠資料。取水工程通常採用電法勘探測井，其基本原理是：不同地層的導電性能差異很大，利用電測儀器測得反映各地層導電性能的物理參數，就可以反推各地層的性質。沖孔換漿井孔打成後，在井孔中仍充滿著泥漿，泥漿調度較大，含有大量泥質，無法安裝井管、填礫和粘土封閉，也會給洗井帶來困難。在下管前必須將井孔中的泥漿換成清水。將不帶鑽頭的鑽杆放入井底，用泥漿泵吸取清水打入井中，將泥漿換出，至井孔中全為清水力止。清水護壁作用不如泥漿好，有可能造成井壁局部坍塌，要儘量縮短沖孔時間，換漿完畢立即下管。井管安裝井管安裝的順序為沉澱管－篩檢程式－井壁管，下管前應根據鑿井和電測井資料，確定篩檢程式的長度和安裝位置。井管安裝必須保證井管順直，介面牢固，篩檢程式安裝到位。下管一般有兩種方法：託盤法和吊裝法。前者適用於重量大、井管拉力小的管材，如鋼筋混凝土管；後者適用於拉力大、重量相對輕的管材，如鋼管、鑄鐵管、塑膠管。填礫和粘土封閉填礫應以堅實、圓滑礫石為主，並應按設計要求的粒徑進行篩選。填礫過程要均勻、連續，避免堵塞。礫料填完後、一定要計算所填礫料的總體積，一般情況下，圍填礫料的總體積應等於或大於井管與孔壁之間環形空間的體積。粘土封閉一般採用球直徑為25mm的粘土球，圍填過程同樣要求均勻、連續，填至井口時，應進行夯實。

目的：消除井孔及周圍含水層中的泥漿和井壁上的泥漿壁，沖洗出含水層中部分細小顆粒，形成天然反濾層。方法：水泵洗井法、活塞洗井法、壓縮空氣洗井法、聯合洗井法。要求：中、細砂地層出水含砂量在1/200000以下，粗砂地層出水含砂量在1/500000以下。洗井

水泵洗井安裝實際使用的水泵抽水，使水位降深達到水泵所能達到的最大值，從而達到洗井的目的。優點：簡便，洗井和生產相結合，可不另設置洗井沒備；缺點：水位降深有一定限度，地下水水力坡度較小，沖洗力較小，洗井時間長，當含水層含泥漿量較大、泥皮較厚時，可能造成洗井不徹底。適合於含水層本身水流較通暢、含泥漿量小、泥皮薄而軟的情況。

壓縮空氣洗井將壓縮空氣以很高的速度呈渦旋形向井壁噴射，借助水氣混合的衝力破壞泥漿壁，壓縮空氣與水匯合上升時，可以形成很大的水位降，使地下水形成很大的流速，增大對泥漿和泥皮的衝擊力。優點：效率高、洗井比較徹底；確定：洗井攜走的砂粒較多，對砂層有一定破壞作用，不適合砂粒較細的含水層。

活塞洗井是用安裝在鑽杆上活塞在井壁管內上下拉動，借助真空抽吸作用和壓縮作用，在篩檢程式周圍形成反復沖洗的水流，以破壞泥漿壁，清除含水層中殘留的泥漿顆粒。優點：洗井強度大，洗井徹底，洗井效果良好，對本身顆粒細、臺泥質較多的含水層，能較徹底地清除含水層中的泥質，明顯增大山水量；缺點：由於機械強度大，易破壞井管。抽水試驗

目的：測定管井的出水量，瞭解出水量與水位降落的關係，為選擇、安裝抽水設備提供依據；取樣進行分析，評價管井水質。方法步驟：記錄靜水位，開啟抽水設備，使抽水量達到設計出水量，動水位穩定後記錄水位降落值，繪製出水量與水位降落關係曲線。管井驗收資料①.管井施工說明書：管井地質柱狀圖，篩檢程式和填礫規格，井位的座標及井口的絕對標高，抽水試驗記錄，水的化學及細菌分析資料，篩檢程式安裝、填礫、週邊封閉施工記錄；

②.管井使用說明書：最大開採量和選用抽水設備的型號規格，使用維護注意事項；

③.鑽進中的岩樣：名稱、厚度、埋藏深度。管井使用注意事項：

①抽水設備的出水量應小於管井的出水能力，篩檢程式表面進水流速小於允許進水流速；

②建立管井使用卡，逐日按時記錄井的出水量、水位、出水壓力等資訊；

③機泵應定期檢修，管井要及時清理沉澱物，必要時進行洗井；

④季節性供水的管井，停運期間應定期抽水，以防電機受潮和井管腐蝕與沉積；

⑤管井周圍應按衛生防護要求，保持良好的衛生環境和進行綠化。篩檢程式進水口尺寸不當、纏絲或濾網腐蝕破裂、接頭不嚴或管壁斷裂等造成砂粒流入而堵塞更換篩檢程式、修補或封閉漏砂部位篩檢程式表面及周圍填礫、含水層被細小泥沙堵塞用鋼絲刷、活塞法、真空法洗井篩檢程式表面及周圍填礫、含水層被腐蝕膠結物和地下水中析出的鹽類沉澱物堵塞18％～35％工業鹽酸清洗細菌等微生物繁殖造成堵塞氯化法或酸洗法區域性地下水位下降回灌補充、降低抽水設備安裝高度含水層中地下水流失隔斷管井出水量減少原因及處理措施增加管井出水量的措施：真空井法將管井的全部或部分封閉，抽水時使管井處於負壓狀態，增大水位落差。爆破法將雷管和炸藥裝在專用的爆破器內，對孔隙、裂隙、溶洞發育不全的堅硬裂隙岩含水層進行爆破。酸洗法對石灰岩含水層的管井採用注酸的方法增大或貫通裂隙和溶洞。

目的：在已知水文地質等參數的條件下，通過計算確定管井在最大允許水位降落時的可能出水量；或在給定的管井出水量下可能產生的水位降落。理論公式：方法簡單，計算結果精度較差，適用於水源選擇、方案擬定和初步設計。經驗公式：計算結果接近實際，用於施工圖設計。3管井的設計與水力計算Qshs0h0HRm理論公式承壓含水層完整井Qshs0h0HR無壓含水層完整井地層地層顆粒滲透係數K(m/d)粒徑(mm)所占重量

(%)粉砂細砂中砂粗砂極粗的砂礫石夾砂帶粗砂的礫石漂礫石0.05～0.10.1～0.250.25～0.50.5～1.01～270以下＞70＞50＞50＞501～55～1010～2525～5050～10075～150100～200200～500地層滲透係數K值地層地層顆粒影響半徑R(m)粒徑(mm)所占重量

(%)粉砂細砂中砂粗砂極粗的砂小礫石中礫石粗礫石0.05～0.10.1～0.250.25～0.50.5～1.01～22～33～55～1070以下＞70＞50＞50＞5025～5050～100100～300300～400400～500500～600600～15001500～3000各種地層的影響半徑R值馬斯克特公式巴布希金公式(L>5r0

)非穩定流泰斯公式經驗公式直線方程：

根據水源地或水文地質條件相似地區抽水試驗所得Q－S數據整理。QSm2m1K1K2K3m3層狀承壓含水層的平均滲透係數：層狀無壓含水層的平均滲透係數：h2h0K1K2K3h3h1篩檢程式有效長度：篩檢程式周圍含水層中的水流屬於三維流動，靠近水泵吸水管管口越近，水流速度越大，管井的出水量越大、管徑越小，流速分佈的不均勻程度越明顯。分段取水：管井抽水時只會對一定厚度的含水層產生影響，厚度超過40米的含水層可在不同深度分別打井抽水。相鄰篩檢程式垂直間距一般10～20m。井徑對出水量的影響：承壓含水層承壓含水層管井設計列步驟：

(1)水文地質資料搜集和現場查勘；

(2)根據含水層埋藏條件、厚度、岩性、水力狀況及材料設備、施工條件、初步確定管井的形式與構造，選擇取水設備形式和考慮井群佈置方案；

(3)確定單井的出水量和對應的水位降落值，進行井群互阻計算，確定管井數目、井距、井群佈置方案，確定取水設備型式和容量；

(4)進行管井構造設計。4井群互阻計算及分段取水井組井群類型：自流井井群適用於靜水位高於地面的承壓含水層；虹吸式井群適用於靜水位接近地面的含水層；臥式泵井群適用於靜水位接近地面且水位降落較小的含水層；深井泵井群適用於各類含水層。井群佈置：設在城鎮和工礦企業的上游；設在補給條件好、透水性強、水質及衛生環境良好的地段；接近主要用水區，降低管道造價和輸水費用；盡可能垂直於地下水流向；施工、運行管理和維護方便；避免洪水及其它因素的影響。井群互阻概念：在水位降落值不變的條件下，共同工作時，各井的出水量小於各井單獨工作時的出水量；在出水量不變的條件下，共同工作時，各井的水位降落值大於各井單獨工作時的水位降落值。

影響因素井距，佈置方式，出水量，含水層的滲透係數、厚度、儲量、補給條件；計算目的確定井距、各井的出水量、井數；計算方法理論公式、經驗法。5大口井、輻射井和複合井大口井大口井構造簡單、取材容易、施工方便、使用年限長、容積大能起水量調節作用；但深度較淺，對水位變化適應性差。用於開採淺層地下水，口徑5～8m，井深≤15m。完整井只有井壁進水，適用於顆粒粗、厚度薄(5～8m)、埋深淺的含水層。含水層厚度較大(＞10m)時，應做成不完整大口井。

大口井主要由井筒、井口和進水部分組成：井筒通常用鋼筋混凝土澆注或用磚、塊石砌築而成，用以加固井壁和隔離不良水質的含水層，鋼筋混凝土井筒最下端應設置刃腳，用以在井筒下沉時切削土層，刃腳外緣綠應凸出井筒5～10cm。採用磚石結構的並筒和進水孔井壁、透水井壁，也需加用鋼筋混凝土刃腳，刃腳高度不小於1.2m。大口井構造及功能

井口應高出地表0.5m以上，並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，如覆蓋層系透水層，排水坡下麵還應填以厚度不小於1.5m的夯實粘土層。井口以上部分可與泵站合建，工藝佈置要求與一般泵站相同；也可與泵站分建，只設井蓋，井蓋上部設有人孔和通風管。

進水部分包括井壁進水和井底反濾層。井壁進水是在井壁上做成水準或傾斜的直徑為100～200mm的圓形進水孔，或100mm×150mm～200mm×250mm的方形進水孔，孔隙率為15％左右，孔內裝填一定級配的濾料層，孔的兩側設置鋼絲網，以防濾料漏失。井壁進水也可利用無砂混凝土製成的透水井壁。無砂混凝土大口井製作方便，結構簡單，造價低，但在粉細砂層和含鐵地下水中易堵塞。大口井施工方法大開槽施工將基槽直接開挖到設計井深，並進行排水，在基槽中砌築或澆注透水井壁和井筒以及鋪設反濾層。優點：施工方便，便於鋪設反濾層，可以直接採用當地的建築材料。缺點：開挖土方量大、施工排水費用較高，只適用於口徑小(D＜4m)、深度淺(H＜9m)或地質條件不宜採用沉井施工的大口井。

沉井施工

在井位處開挖基坑，將帶有刃腳的井筒或進水孔井壁、透水井壁放入基坑，再在井筒內挖土，讓井筒靠自重切土下沉，直至設計井深。

優點：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，可避免流砂現象發生，對周圍建築物影響小。

缺點：技術要求高，在下沉過程中可能會出現井筒歪斜、下沉困難或到位後難以控制下沉趨勢等問題。自然條件因素、設計因素、管理因素自然條件因素主要包括氣象、水文、水文地質3個方面，氣象條件中,最重要的是當年的降雨量設計因素最主要的是：設計中是否考慮了地面水和地下水的流向；影響半徑和井位間距；是否充分利用了含水層的厚度；是否確定了可靠的進水面積、進水方式以及合適的反濾層級配與厚度,以達到正常枯年枯水期能夠滿足工廠需水量的目的。為使大口井水量衰減速度減慢,延長其使用壽命,工廠應加強對大口井的管理。大口井水力計算完整大口井按管井計算公式計算井底進水：井底與井壁同時進水：大口井設計要點

1)大口井應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；還能降低進水流速，延長大口井的使用期。

3)計算井的出水量和確定水泵安裝高度時，均應以枯水期最低設計水位為准，抽水試驗也應在枯水期進行。

4)佈置在岸邊或河漫灘的大口井，應該考慮含水層堵塞引起出水量的降低。輻射井輻射井由集水井與輻射狀集水管組成，與大口井相比，更適用於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，便於衛生防護，但施工難度較大，成本較高。集水井底與輻射管同時進水時適用於厚度較大的含水層(5～10m)；集水井底封閉，僅靠輻射管集水時適用於較薄的含水層(＜5m)。

集水井用於匯水和輻射管施工，直徑由抽水設備安裝和輻射管施工要求而定，一般不小於3m，集水井結構與大口井相似，通常採用鋼筋混凝土井筒，沉井法施工。

輻射管一般採用厚壁鋼管，直接頂管施工；進水孔有圓孔和條孔兩種，孔眼在集水管上交錯排列，孔隙率15～20％。

輻射管可多層佈置，層間距1～3m，每層4～8根，最下層距含水層底板不小於1m，高於集水井井底1.5m，以利於集水和頂管施工，直徑75～150mm，長度小於30m。輻射井水力計算無壓含水層承壓含水層輻射井的施工1.水射頂進法。該法系利用於斤頂將輻射管從集水井向外頂入含水層，在頂進的同時，利用噴射水槍，以高速射流(15—30m／s)沖射含水層，砂粒因此隨水流沿輻射管排入井內，含水層鬆動，輻射管得以頂進。此法在水流沖射下，對含水層擾動很大，難以在輻射管周圍形成透水性能好的反濾層，從而影響輻射管之出水量。輻射井的施工2.蘭尼頂進法該法能頂進較長的輻射管(40一80m)和形成透水性良好的反濾層，是輻射井成為高效能的取水構築物的重要原因之一。3.套管頂進施工法在輻射管周圍進行人工填礫。該法是在蘭尼施工法基礎上改進的，即用上述同樣的方法將套管頂入含水層。然後在套管內安裝輻射管，並利用送料小管用壓力水將礫石沖填在套管與輻射管間環狀空間，形成人工填礫層。最後拔出套管，形成人工填礫的輻射管。此法由於不用輻射管作直接頂進，可用強度較低的金屬管和非金屬管。在有侵蝕性的地下水中，宜用此法鋪設抗蝕能力較強的非金屬管。影響河流附近輻射井產水量的因素

和提高產水量的措施影響產水量的因素和提高產水量的措施影響因素措施輻射井應用目前應用非常廣泛：如：寧夏銀川北部黃河沖積單元中,地勢平緩,地面高程1087~1137m,南高北低。本區潛水含水層岩性以細砂、粉細砂為主,並在不同的深度分佈有厚薄不均的粘性土夾層與透鏡體,但未能構成區域性的相對隔水層，含水層厚度一20~40m,部分地區大於50m或小於20m,潛水層底板埋深16~43m，區內地下水埋深多為0.5~2.2m,機井單井湧水量的大小與含水層厚度相應,為600~1500m3/d。中國水利科學研究院在該區共完成4眼輻射井的試驗和施工,井深分別28.5米，28.2米，32米，36米,水準輻射管佈置層數分別為7，7，5，10層,每層6~8根,每根長度5~15m。2.中國水利科學研究院受勝利油田委託，利用輻射井在黃河下游灘地開發淺層地下水。水質與水量:最大穩定出水量超過250M3/h大口徑輻射井應用

當含水層厚度很大，或在上方含水層下還有可開採利用的含水層時，為增大井的出水量，在大口井下麵再打一個管井，就組成了複合並。當增加管井部分篩檢程式的直徑時，可以增加複合井的出水量，但管井部分對大口井井底進水