地下水水源地选择课件.ppt

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1、1,地下水取水构筑物,63地下水水源地选择 631集中式供水水源地的选择 632小型分散水源地选择 64 地下水取水构筑物的类型和适用条件641管 井 642管井和井群的出水量计算 643 管井施工 644大口井 645复合井 646辐射井 647 渗 渠,2,63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。,3,631集中式供水水源地的选择,1水源地的水文地质条件取水地段含水层的富水性：首先从富水性角度考虑，水

2、源地应选在含水层透水性强、厚度大、层数多、分布面积广的地段上。补给条件：取水地段应有良好的汇水条件。可以最大限度拦截、汇集区域地下径流，或接近地下水的集中补给、排泄区。,4,631集中式供水水源地的选择,2水源地的地质环境新建水源地应远离原有的取水点或排水点，减少相互干扰。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；远离已污染(或天然水质不良)的地表水体或含水层的地段；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，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。此外，水源地应选在不易引发地面沉降、塌

3、陷、地裂等有害地质作用的地段。,5,631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；为降低取水成本，应选在地下水浅埋或自流地段；河谷水源地要考虑水井的淹没问题；人工开挖的大口井取水工程，要考虑井壁的稳固性。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。,6,6.3.2小型分散水源地选择,以上集中式供水水源地的选择原则，对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，水井布置主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

4、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。,7,64 地下水取水构筑物的类型和适用条件,641管 井 642管井和井群的出水量计算 643 管井施工 644大口井 645复合井 646辐射井 647 渗 渠,8,64 地下水取水构筑物的类型和适用条件,641管 井641l管井构造管井俗称机井，是地下水构筑物中应用最广的一种，适用于任何岩性与地层结构，按其过滤器是否贯穿整个含水层，分为完整井与非完整井(图6-38(a)、(b)。管井通常由井室、井壁管、过滤器及沉淀管构成，(图639(a)、（b）)，但在抽取稳定基岩中的地下水时，也可不安装井壁管和过滤器。,9,6411管井构造,1

5、井室主要作用：安装水泵，并维护其正常运行。水泵的选择应满足供水时的流量与吸程要求，即根据出水量、静水位、动水位和井径、井深等因素来决定。常用水泵：深井泵流量大，不受地下水位埋深的限制、潜水泵结构简单，重量轻、运转平稳、无噪音，在小流量管井中广泛应用卧式水泵受其吸水高度的限制，用于地下水位埋深不大时。井室的型式：很大程度上取决于抽水设备，同时也要考虑气候、水源的卫生条件等。深井泵站的井室一般采用地上式，潜水泵和卧式水泵均为地下式。,10,641l管井构造,2井管井管也称井壁管，要求有足够的强度，不弯曲、光滑圆整，便于安装水泵和井的清洗维修，由于长期埋置地下，故还需有较强的抗蚀性。井管可用钢、铸铁

6、、钢筋混凝土、石棉水泥、塑料等材料制成。钢管一段不受井深限制，铸铁和钢筋混凝土管的应用深度一般不能大于150200m。井管的直径应按水泵类型、吸水管外形尺寸等确定，其内径一般应大于水泵下部最大外径100mm。,11,641l管井构造,3过滤器 (1)过滤器的作用、组成与类型它是管井构造中的核心。对此，要求过滤器具有较大的孔隙度和一定的直径，足够的强度和抗蚀性，并且成本低廉，能保持含水层的稳定性。过滤器由过滤骨架和过滤层组成。骨架起支撑作用，在井壁稳定的基岩井中，也可直接用做过滤器。过滤层起过滤作用。,12,过滤骨架分管型和钢筋型两种。管型按其上孔眼的特征又分为圆孔及长条(缝隙)型两种(图6 4

7、0(a)、(b)，它可用钢、铸铁、水泥、塑料等加工而成。 过滤层分布于骨架外，有缠丝和滤网及砾石充填层等种类，它和不同骨架组成各种类型的过滤器。缠丝过滤器(图640(c)、(d)效果好，制作简单、耐用，适用于颗粒较粗的岩石与各种基岩。滤网过滤器(图640(e)阻力大、易堵塞腐蚀，逐渐被填砾过滤器取代。填砾过滤器(图640(f)是可以上各种过滤器为骨架，用填砾与含水层颗粒组成一定级配关系的砾石层，以人工反滤层(图641)加大井管外围的渗透性能。是最好的一种过滤器。为了克服人工填砾在施工中的困难，有一种将砾石和骨架组合在一起的笼状砾石过滤器和筐状砾石过滤器(图640(g)、(h),13,(2)过滤

8、器的直径、长度及安装部位 过滤器的直径影响井的出水量。有试验表明，当其直径大于200mm时，井径对出水量的影响逐渐趋弱。因此设计中主要根据所选抽水设备类型、规格对井径的要求，即安装水泵的井段的井管内径，应比水泵标定的井管内径最少应大50mm；对于松散含水层中的管井，为保持含水层的稳定性，还应根据井的取水量，对过滤器直径作允许入井流速的复核： DQLvn (6-4)式中D过滤器外径(包括填砾厚度)，m； Q设计出水量，m3s； L过滤器工作部分长度，m； m过滤器进水表面有效孔隙度(一般按50考虑)，； v允许入井流速(与含水层渗透系数k有关，可按有关规范查表或计算求得)，ms。,14,过滤器的

9、长度关系到地下水资源的有效开发，它应根据设计出水量，含水层性质、厚度、水位降及其他技术经济因素确定。根据井内测试，管井中7080的出水量是从过滤器上部进入的，尤其是靠近水泵吸水口部位，而下部进水很少，当含水层厚度越大、透水性越好、井径越小，这时出水量的不均匀分布越明显。有试验资料表明，过滤器的适用长度不宜超过30m，对此近年来在一些厚度很大的含水层中，常采用多井分段开采法，以提高开发利用率。过滤器的安装部位，应安装在动水位以下主要含水层含水性最强的进水段，对均质的潜水含水层，应安装在含水层底部1213的厚度内，在厚度较大的含水层中，可将过滤管与井壁管间隔排列，分段设置，可获得较好的出水效果。,

10、15,4沉淀管沉淀管的作用是防止沉砂堵塞过滤器，其直径与过滤器一致，长度通常为210m，可按井深确定。,16,6412 管井的井群系统及其合理布局,1管井的井群系统 (1)自流井井群：适用于静水位高出地表，呈自流状态的承压含水层。它只需用管道直接引水至清水池，经加压即可送入给水管网。 (2)虹吸式井群；因受虹吸高度的限制，只适用于静水位接近地表的含水层。 (3)卧式泵取水井群：适宜于井内最低的动水位距地面不深(68m)时。当井距不大，可直接用吸水管或总连接管和各井相连吸水，具虹吸式井群特点；若井距较大或单井出水量较大时，应在每个井内安卧式水泵。 (4)深井泵取水井群；能抽取埋深较大的地下水，故

11、应用广泛。,17,2井群的合理布局,(1)水井的平面布局水井的平面布局视开采量的组成，地下水的径流条件及含水层的均匀程度而定在径流条件良好的地区，地下水的开采量以径流量为主要组成，水井布局以充分拦截地下径流为主，并视主径流带过水断面的宽窄和地下径流的多寡，垂直其径流方向布置一至数个井排。若水源地靠近补给边界，应沿边界走向并垂直地下水的补给方向布置井群。在地下径流滞缓的平原区，其开采量以含水层的调节资源或垂向入渗补给为主，故宜用网络状或梅花形、圆形的布局形式。在导水性、贮水性极不均匀的基岩含水层中，水井的平面布局主要受控于含水层富水带的分布，不应再拘于规则的布局形式。,18,(2)水井的垂向布局

12、对于巨厚的多层含水层组而言，若采用水井立体布局的分层取水方式，不仅有利于充分开采地下水资源，并在目前上层含水层普遍因污染水质恶化的情况下，可保护下层含水层的优质地下水免遭污染，又利于实行分层供水、量质而用。对于厚度很大的单层含水层，由于水井抽水对含水层的影响深度有限，滤水管的有效长度一般仅30m，因此当岩石颗粒较粗(中砂以上)，透水性强、补给条件又好时，可谨慎地采用非完整井组的分段取水方式，井组一般由23口井组成，呈直线或三角形布置，井间水平距离510m，相邻滤水管垂向间距一般为l020m，可视岩石颗粒粗细而定。对于补给条件较差的水源地，采用分段取水需慎重，否则会加大含水层的水位降，加剧区域地

13、下水位的下降速度，引发环境地质问题。,19,(3)水井的井数和井距,井数主要取决于允许开采量(或设计总需水量)、井间距和单井出水量的大小。井间距取决于井间干扰强度，一般要求井间水量减少系数不超过2025。集中式供水水井的数量和井间距的确定，一般首先根据水源地的水文地质条件、井群的平面布局形式、需水量大小及允许水位降等已给定的条件，拟定数个不同开采方案；然后选用适宜的公式，计算每一个布局方案的水井总出水量及其水位降深。最后通过技术经济比较，选取出水量和水位降均满足设计要求，井数少、井间干扰强度符合要求，建设投资和开采成本最低的方案。,20,642管井和井群的出水量计算,出水量计算是管井设计的重要

14、环节。它是在查明地下水资源的基础上，结合开采方案和允许开采量评价进行的，以确定井的类型、结构、井数、井距、井群布局，以及供水设备的选择。理论公式：建立在理想化模型基础上的解析公式，精度较差，一般用于初步设计；经验公式：以相似性现场抽水试验为依据，可用作施工图的编制。出水量计算的内容，有管井和干扰井群两类。对于大中型集中式水渠工程，其井群系统中井间存在互阻干扰作用。而分散式水源工程，和因井数少可采用较大井距的小型水源工程而言，不存在井间的互相干扰，可直接用各井的出水量之和，评价总的开采量。,21,理论公式,承压含水层完整井,22,无压含水层完整井,23,地层渗透系数K值,24,各种地层的影响半径

15、R值,25,6423 出水量计算的经验公式,鉴于理论公式存在的理想化问题，在工程实践中常利用现场抽水试验，建立出水量Q与水位降Sw之间的关系式，进行出水量(或水位降)汁算，故称为Qsw曲线法,26,选用半经验公式的计算方法如下： (1)在抽水试验的基础上，绘制Q-sw曲线； (2)通过转换坐标，判断Q-sw曲线类型; (3)用图解法或最小二乘法求待定系数a和b，建立Q-sw曲线方程； (4)根据给定的水位降或出水量，求解Q或sw。,27,应用经验公式应注意的事项：,(1)必须以三个或三个以上水位降的稳定流抽水试验绘制Q一sw曲线;(2)应确保抽水试验资料Q与sw的代表性和惟一性。对此，试验地段

16、的选择要求试验井的构造与试验的技术条件应符合未来管井的生产条件，试验的时间应选择在旱季；同时，应尽可能延长试验的延续时间，使抽水试验的成果反映边界的补给条件，并保证每个水位降的试验符合稳定流条件。(3)抽水试验应力争大降深，以减少出水量计算的外推范围。一般外推范围不应超过抽水试验最大降深的23倍。,28,6424井群的互阻干扰计算,2经验公式(水位削减法)井群互相干扰计算出水量减少系数=(Q-Q)/Q Q=(1- )QQ为无互阻影响时出水量Q为有互阻影响时出水量,水位降保持不变 如已知水井的值,则可由Q推出Q,29,设Q-S为直线关系Q=qs单独抽水时Q1对应S1; t1Q2对应S2; t2同

17、时抽水时,Q1=Q2,Q1保持不变时,则s=s1+t1无干扰时如出水=q1(s1+t1) 则干扰时出水=q1s1=(Q-Q)/Q=t1/(s1+t1)1-2= 1lg(R/L1-2) / lg(R/Li),L1-2,30,多井相互影响时Q1= Q1(1- 1 ),31,643 管井施工,32,钻凿井孔 冲击钻进法：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。 回转钻进法：包括一般回转钻进、反循环回转钻进和岩心回转钻进。利用钻头旋转对地层的切削、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。,6431凿井,33,回

18、转钻进过程：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，如此反复进行，直至设计井深。,34,反循环回转钻进,一般回转钻进,35,冲孔换浆 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

19、量缩短冲孔时间，换浆完毕立即下管。,6432井管安装、填砾、管外封闭,36,井管安装 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：托盘法和吊装法。前者适用于重量大、井管拉力小的管材，如钢筋混凝土管；后者适用于拉力大、重量相对轻的管材，如钢管、铸铁管、塑料管。,37,填砾和粘土封闭 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。 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空

20、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。,38,643 管井施工,6433洗井和抽水试验目的：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。 方法：水泵洗井法、活塞洗井法、压缩空气洗井法、联合洗井法。 要求：中、细砂地层出水含砂量在1/200000以下，粗砂地层出水含砂量在1/500000以下。,39,水泵洗井 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

21、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。,40,压缩空气洗井 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。,41,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

22、点：洗井强度大，洗井彻底，洗井效果良好，对本身颗粒细、台泥质较多的含水层，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。,42,抽水试验,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，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。,43,6434管井的验收 (1)管井施工说明书;(2)管井使用说明书；(3)钻进中的岩样。 6435管井的使用 6436管井出水量减少的原因及恢复和增加出水量的措施含水层填塞 真空井法：爆破法：

23、酸处理法：,44,管井出水量减少原因及处理措施,45,增加管井出水量的措施： 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。,46,644大口井,6441 大口井的构造 是开采浅层地下水最合适的取水构筑物类型，不仅进水断面大, 并具有构造简单、取材容易、使用年限长及容积大能兼起调蓄水量作用等优点，直径一般为48m，井深一般在12m以内，很少超过20m ,主要由井室、井筒及进水部分组成,1.2m,47,3进水

24、部分进水部分包括井壁进水孔(或透水井壁)和井底反滤层。透水井壁由无砂混凝土制成 , 大口井主要依靠井底进水，井底反滤层一般铺设三层，每层厚200300mm。6442大口井的施 工 开挖和沉井法,48,6443大口井的出水量计算,1理论公式(1)井底进水大口井出水量计算,49,含水层很薄(承压含水层M8rw；潜水含水层Th8rw),50,(2)井壁进水、井底和井壁同时进水的出水量计算 2经验公式 6444大口井进水允许流速校核,51,6445大口井的设计要点,大口井的设计步骤和管井类似。但还应注意以下问题：1大口井应选在地下水补给丰富、含水层透水性良好、埋藏浅的地段。开采河床地下水的大口井，除考

25、虑水文地质条件外，应选在稳定的河漫滩或一级冲积阶地上。2适当增加井径是增加水井出水量的途径之一。同时，在相同的出水量条件下，采取较大的直径，也可减小水位降，降低取水电耗，降低进水流速，延长使用年限。3由于大口井的井深不大，地下水位的变化对井的出水量和抽水设备的正常运行有很大影响。,52,645复合井,复合井是由非完整式大口井和井底下设管井过滤器组成。它是一个由大口井和管井组成的分层或分段取水系统(图655)。复合井适用于地下水较高、厚度较大的含水层，能充分利用含水层的厚度，增加井的出水量。模型试验表明，当含水层厚度大于大口井半径36倍，或含水层透水性较差时，采用复合井出水量增加显著。过滤器直径

26、不宜过大，一般以200300mm为宜,53,646辐射井,辐射井是由大口径的集水井与若干沿井壁向外呈辐射状铺设的集水管(辐射管)组合而成 -高产的辐射井口产水量可达10万m3以上6461辐射井的型式辐射井分集水井井底和辐射管同时进水与集水井井底封闭仅辐射管进水两种型式，其辐射管的铺设方式有单层和多层两种。图656所示为集水井井底封闭的单层辐射管的辐射井。集水井井底与辐射管同时进水的辐射井，适用于厚度较大的含水层。,54,6462辐射井的构造与施工,1集水井 2辐射管 辐射管的配置分单层或多层，每层412根，层间距13m，根据含水层厚度和补给条件而定。辐射管采用直径70150mm的厚钢管，以便于

27、直接顶管施工。辐射管的进水孔有条形孔和圆形孔，其缝宽和孔径应按含水层颗粒组成确定，孔隙率一般为1520。管长一般在30m以内。辐射管尽量布置在集水井的底部，一般距井底1m左右，以保证在大水位降条件下取得最大的出水量。,55,6463 辐射井的出水量计算,1“大井”法 计算时，为了满足等效原则，应根据辐射管的进水条件，为理想大井构造一个具有等效作用引用半径rw (1)根据辐射器的长度L和根数n rw025 1/nL (648)当n=1时，rw=0.25L，即“大井”的等效引用半径rw，此时仅与辐射管长度L有关。(2)根据辐射管分布范围所固定的面积A它适用于辐射管长度有限且配置较密的情况,56,薄

28、层承压含水层中，集水井为完整井或井底封闭的辐射井,57,2辐射管互阻系数法,薄层潜水含水层中，集水井为完整井或井底封闭的辐射井,58,647 渗 渠,6471渗渠的型式渗渠分集水管和集水廊道两种型式，同时也有完整式和非完整式之分。受施工条件的限制，其埋深很少超过10m。 渗渠的优点是：既可截取浅层地下水，可集取河床地下水或地表渗水。由于渗滤作用，悬浮物和细菌含量少，硬度和矿化度低其缺点是：施工条件复杂、造价高、易淤塞，常有早期报废的现象，应用受到限制。,59,6472 渗渠的构造,渗渠通常由水平集水管、集水井、检查井和泵站组成， 集水管外需铺设人工反滤层,60,6473 渗渠出水量计算,1截取

29、地下水的渗渠(1)潜水含水层中完整式渗渠的出水量计算 当渗渠长度L50m时，渗渠两端辐射流对出水量影响的比重增大，此时也可根据等效原则采用辐射井计算中的“大井”法，,r,61,(2)潜水含水层中非完整式渗渠的出水量计算,62,上式适用于渠底和含水层底板距离不大(hwsw)时,63,2同时集取河床和岸边地下水的完整式渗渠的出水量计算,此类渗渠一般平行河流铺设，其出水量为河床地下水和岸边地下水之和,64,6474渗渠的水力计算渗渠的水力计算包括确定管径、管内流速、水深和管底坡度等。其计算方法与重力流排水管相同。计算时，应按枯水期水位校核最小流速，根据洪水期水位校核管径。集水管内流速一般采用0508

30、ms，管底最小坡度小于02，管内充满度可视具体情况而定，管渠内径或矩边不小于600mm。,65,6475渗滤设计要点1渗滤位置选择(1)选在水流较急，有一定冲刷能力的直线或凹岸非淤积河段，并尽可能靠近主流；(2)选在含水层较厚、颗粒较粗、不含淤泥等不透水夹层；(3)选在河水清澈、水位变化小、河床稳定的河段。,66,2渗渠平面布置(1)平行河流布置 (2)垂直河流布置(3)平行和垂直河流组合布置两者的夹角不宜小于120。,67,3渗渠出水量衰减问题,(1)渗渠的淤塞设计中除了重视河段的选择和合理布置渗渠外，还应控制取水量，降低水流渗透速度，提高反滤层的施工技术水平和施工要求。(2)水源设计时应全面掌握有关水文及水文地质资料，对开发地区的水资源状况及河床变迁趋势等影响水源的问题有正确的评价。足够的估计和相应的措施。如将渗渠的开发纳入区域地表水和地下水综合利用规划之中，整治所在河道，稳定河床或改善其水力状况等。,