地下水资源开发利用工程.ppt

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1、第九章 地下水资源开发利用工程第一节 水源地的选择及其允许开采量的确定,一、地下水水源地的选择1.集中式供水水源地的选择 应考虑以下技术和经济方面的条件为满足取水量要求和节省建井投资，供水水源地(或开采地段)应尽可能选择在含水层层数多、厚度大、渗透性强、分布广的地段上。如冲积扇的中、上游砾石带和轴部、冲积平原的古河床；厚度较大的层状或似层状裂隙岩溶含水层；延续深远的断裂及其它脉状基岩含水带。,为增加开采补给量、保证水源地的长期均衡开采，水源地应尽可能选择在可以最大限度拦截区域地下径流的地段。接近补给水源和能充分夺取各种补给量地段。如基岩地区的水源地常常选择在集水条件最好的区域性阻水界面的上游一

2、侧；在松散地层分布区，水源地应尽可能靠近补给地下水的河流岸边；在岩溶区，水源地最好选择在区域地下水径流的排泄区附近。为保证水源地投产后能按预计开采动态正常运转和为避免过量开采产生的种种有害后果，在选择水源地时，要从区域水资源综合平衡观点出发，尽量避免出现新旧水源之间、工业和农业用水之间，供水与矿山排水之间的矛盾，也即新建水源地应尽量远离原有的取水点或排水，减少互相干扰。,为保证取出水的质量，水源地应选择在不易引起水质污染(或恶化)的地段上。如：把水源地选择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地段；避开易于使水井淤塞、涌沙或水质长期混浊的流砂层或溶岩充填带

3、。为减少垂向污水渗入的可能性，最好把水源地选择在含水层上部有厚度较大的稳定隔水层分布的地方。水源地应选在不易引起地面沉陷、塌陷、地裂等有害工程地质作用地段上。在选择水源地时，还要从经济上、安全上和扩建前景方面考虑，在满足水量、水质要求的前景下，为节省建设投资，水源地应尽可能靠近供水区，为降低取水成本。水源地应选择在地下水位埋浅或自流地段；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，则要考虑井的稳固性。可有多水源地选择时，未来扩大开采的前景条件。,2.小型分散区式水源地的选择 集中式也适合山区基岩裂隙水小型水源地的选择。只是由于基岩区地下水分布不均匀，水井的布置主要取决强含水裂隙带

4、的分布位置。布井地段地下水位埋深，以及布井地段上游有无较大补给面积地下汇水条件以及夺取开采补给量的条件，也是山区、选井位置必须考虑的条件。,二、水源地允许开采量的确定1.允许开采量的概念允许开采量：通过技术经济合理的取水构筑物，在整个开采期内出水量不会减少，动水位不超过设计要求，水质和水湿变化在允许范围内，不影响已建水源地正常开采，不发生危害性的工程地质现象的前提下，单位时间内从文地质单元或取水地段中能够取得的水量。单位m3/h、m3/d、m3/a。开采量：只反映取水工程的出水能力。开采量不准大于允许开采量。,3.允许开采量的精度分级允许开采量按其精度分ABCDE五级，A级最高。E级：一般用经

5、验参数估算，用于对区域地下水的概略了解。D级：用于规划阶段水源地的选择。要求在初步圈定的富水地段上，根据小比例尺水文地质测绘的资料，估算允许开采量。C级：用于初步设计阶段。要求在水文地质初勘的基础上，用带观测孔的抽水试验或枯水期地下水动态观测资料，结合初步设计方案计算允许开采量，作为给水工程初步设计的依据。,B级：用于设计阶段。要求在水文地质详勘的基础上，根据一个水文年以上的地下水动态资料和互阻抽水试验或试验性开采抽水试验，运用数学模型，结合具体开采方案，确定允许开采量，论证保证程度。预测开采条件下水位、水量、水质的变化，提出保证和改善措施，作为给水工程施工图纸设计依据。A级：用于开采阶段水源

6、地改造、扩建及保护。要求掌握三年以上连续的开采动态资料，具有为解决开采水源地具体课题所进行的专门研究和试验成果。地下水具有流动性和可恢复性特点，对大中型水源地来说，供水的保证率是至关重要的。作为B级精度、要求采用97%的保证率。,4.允许开采量的计算水量平衡法 是运用物质不灭原理，对取水地段影响范围内(平衡区)在一定时间段(平衡期，一般不少于一年)中，对地下水补给量，储存量和排泄量之间数量转换关系进行水量平衡计算，来确定地下水的允许开采量。开采条件下，补给量Qb、排泄量Qp和储存量之关系,如果要求稳定型开采动态(即储存量不补不动用)，则最大允许开采量为 如果是合理的疏干型(消耗型)开采动态，则

7、最大允许开采量为,补给量Qb的组成项目虽然很多，而且要准确的测得这些数据往往也是困难的，但对某一个具体的地区来说，常常并不是包含全部项目，有的甚至非常简单，应按具体条件的分析建立具体的水均衡方程式。如补给量与储存量的计算方法如下：A.地下径流量QQ=KJBH或Q=KJBM(9-6)Q地下径流量m3/d K渗透系数m/dJ水力坡度 B计算断面宽度mH(或M)无压(或承压)含水层厚度m,利用灌溉定额资料计算时Qb=mA1/365(9-11)入渗系数 m灌溉定额m3/a 对潜水含水层而言，当潜水面下降一个单位时，单位面积柱体含水层水位波动带上所排出的动水的体积称灌溉面积。,E.相邻含水层垂向越流补给

8、量 Qb=A（H2-H1）=AK（H2-H1）/mQb相邻含水层垂向越流补给量m3/dA越流补给面积m2越流系数1/dK越流层垂向渗透系数m/dm越流层的厚度mH2相邻含水层的水位mH1开采层的水位或开采漏斗的平均水位m,F1含水层的容积储存量Wv=V给水度 V含水层的体积m3G.承压含水层的弹性储存量WcWc=AShp(m3)(9-14)A计算面积m2S储水系数hp承压含水层自顶板算起的压力水头高度m,开采试验法 由抽水试验确定允许开采量A.稳定状态，如图9-1。,按设计需水量进行长时间抽水，当主井的动水位在允许降深之内，并能保持稳定，观测的动水位也能保持稳定，停抽水后水位又能较快地恢复到原

9、始水位，表明抽水试验已达稳定状态，抽水量小于或等于开采时的补给量，按这样的抽水量是有保证的，这时实际抽水量就是允许开采量。抽水试验应在旱季进行，能满足则在补给季节更能满足。这样确定偏保守。,稳定状态判定：在枯水期无补给时。对抽水叠加流场稳定状态的判断，必须排除天然疏干场的干扰。ho为天然疏干流场动水位。按抽水前实测日降幅推算，h1为天然流场和抽水流场的叠加动水位。抽水由初始时刻t。开始至t1和t3时刻，抽水流场的动水位s1和S3开始匀速下降，其速率与天然疏于流场的动水位S1和S3保持一致。水位降过程线S1S2，S3S4段的斜率保持不变(即s/d为常数)，并与天然疏干流场的S1S2，S3S4段平

10、行，表明抽水流场处于稳定状态。水位恢复阶段由t4时刻开始至t5时刻，抽水流场的恢复水位(即动水位)开始与天然疏干流场的动水位重复，表明其动水位已恢复到天然疏干状态。总结：枯水季抽水试验稳定状态的判断，有赖于对抽水前天然疏干流场水位降速与降幅的确定。,B.非稳定状态 按设计需水量在枯水季长时间抽水时，水位不稳定，特别是观测孔中的水位一直持续下降，降落漏斗不断扩展；停抽后水位虽有恢复，但始终达不到原始水位。说明抽水量大于补给量，已消耗了储存量，按这样的抽水量开采是没有保证的。这种情况下确定允许开采量，可以通过分析抽水过程曲线，求出抽水条件下的补给量作为允许开采量，或者考虑利用暂时储存量和旱季补给量

11、作为允许开采量。,为讨论方便，假设抽水时天然流场处于基本稳定状态，地下水水位变幅很小，可不考虑，如图9-2。抽水初期，主井水位下降较快，随即趋于稳定，而观测井中水位仍继续下降，降落漏斗扩展。后期，出现主井水位与观测井水位同步等幅下降，说明抽水量大于补给量。取任一时段t的抽水产生水位降S，若无其它消耗，则水平衡关系为：,为求Qb需先求A(用两次抽水试验求)设两次不同抽水试验的Qk1、Qk2和相应、则,上述是采用枯水季抽水试验，补给量的计算是保守的。用样方法求得两季的补给量Qb雨，再分别雨季和旱季的时段长短t1、t2分配到全年，得：Qb1、Qb2雨季和旱季的补给量m3/dt1、t2雨季和旱季的时间

12、dQb一年中雨季和旱季补给量m3/d,用这样的补给量Qb1、Qb2作为允许开采量时，还应计算旱季末的最大水位降Smax(用旱季补少开多)看是否超过最大允许降深(每一地下水都有一最大允许降深)SmaxS1雨季时的水位降Qk允许开采量试验法特点：允许开采量比较可靠；但抽水试验需跨越旱、雨两季，花费太大。只适宜水质地质条件复杂的中小型水源地。,C.解析法是根据水文地质条件和布井方案，选用地下水动力学中相应的井流理论公式计算允许开采量。井距大，各水井之间相互影响极小时，用单井理论公式计算各井的出水量，其总和作为允许开采量。各水井间相互影响时，采用水位削减法等井群干扰计算公式，按布井方案计算出水量作为允

13、许开采量。或将不规的布井方案概化为规则的理想“大井”，用“大井”法计算出水量作为井群的允许开采量。解析法计算井的出水量作为评价允许开采量依据时，用水平衡法确定取水地段的补给量以论证其保证程度。,4.允许开采量的计算水量平衡法 是运用物质不灭原理，对取水地段影响范围内(平衡区)在一定时间段(平衡期，一般不少于一年)中，对地下水补给量，储存量和排泄量之间数量转换关系进行水量平衡计算，来确定地下水的允许开采量。开采条件下，补给量Qb、排泄量Qp和储存量之关系,如果要求稳定型开采动态(即储存量不补不动用)，则最大允许开采量为 如果是合理的疏干型(消耗型)开采动态，则最大允许开采量为,开采试验法 由抽水

14、试验确定允许开采量A.稳定状态，如图9-1。,按设计需水量进行长时间抽水，当主井的动水位在允许降深之内，并能保持稳定，观测的动水位也能保持稳定，停抽水后水位又能较快地恢复到原始水位，表明抽水试验已达稳定状态，抽水量小于或等于开采时的补给量，按这样的抽水量是有保证的，这时实际抽水量就是允许开采量。抽水试验应在旱季进行，能满足则在补给季节更能满足。这样确定偏保守。,稳定状态判定：在枯水期无补给时。对抽水叠加流场稳定状态的判断，必须排除天然疏干场的干扰。ho为天然疏干流场动水位。按抽水前实测日降幅推算，h1为天然流场和抽水流场的叠加动水位。抽水由初始时刻t。开始至t1和t3时刻，抽水流场的动水位s1

15、和S3开始匀速下降，其速率与天然疏于流场的动水位S1和S3保持一致。水位降过程线S1S2，S3S4段的斜率保持不变(即s/d为常数)，并与天然疏干流场的S1S2，S3S4段平行，表明抽水流场处于稳定状态。水位恢复阶段由t4时刻开始至t5时刻，抽水流场的恢复水位(即动水位)开始与天然疏干流场的动水位重复，表明其动水位已恢复到天然疏干状态。总结：枯水季抽水试验稳定状态的判断，有赖于对抽水前天然疏干流场水位降速与降幅的确定。,B.非稳定状态 按设计需水量在枯水季长时间抽水时，水位不稳定，特别是观测孔中的水位一直持续下降，降落漏斗不断扩展；停抽后水位虽有恢复，但始终达不到原始水位。说明抽水量大于补给量

16、，已消耗了储存量，按这样的抽水量开采是没有保证的。这种情况下确定允许开采量，可以通过分析抽水过程曲线，求出抽水条件下的补给量作为允许开采量，或者考虑利用暂时储存量和旱季补给量作为允许开采量。,为讨论方便，假设抽水时天然流场处于基本稳定状态，地下水水位变幅很小，可不考虑，如图9-2。抽水初期，主井水位下降较快，随即趋于稳定，而观测井中水位仍继续下降，降落漏斗扩展。后期，出现主井水位与观测井水位同步等幅下降，说明抽水量大于补给量。取任一时段t的抽水产生水位降S，若无其它消耗，则水平衡关系为：,为求Qb需先求A(用两次抽水试验求)设两次不同抽水试验的Qk1、Qk2和相应、则,上述是采用枯水季抽水试验

17、，补给量的计算是保守的。用样方法求得两季的补给量Qb雨，再分别雨季和旱季的时段长短t1、t2分配到全年，得：Qb1、Qb2雨季和旱季的补给量m3/dt1、t2雨季和旱季的时间dQb一年中雨季和旱季补给量m3/d,用这样的补给量Qb1、Qb2作为允许开采量时，还应计算旱季末的最大水位降Smax(用旱季补少开多)看是否超过最大允许降深(每一地下水都有一最大允许降深)SmaxS1雨季时的水位降Qk允许开采量试验法特点：允许开采量比较可靠；但抽水试验需跨越旱、雨两季，花费太大。只适宜水质地质条件复杂的中小型水源地。,D.数值法 数值法是运用数值模拟技术，量化地下补给、径流、排泄的水文机理，以获取地下水

18、的各种补给量，界揭示含水层内部的水量分配及其调蓄能力，为最佳取水地段和布井方案的选择、允许开采量的确定提供依据。原理：用分割近似原理，将非线性的偏微分方程分割后用近似的线性代数方程求解。分割越细，精度越高。,C.解析法是根据水文地质条件和布井方案，选用地下水动力学中相应的井流理论公式计算允许开采量。井距大，各水井之间相互影响极小时，用单井理论公式计算各井的出水量，其总和作为允许开采量。各水井间相互影响时，采用水位削减法等井群干扰计算公式，按布井方案计算出水量作为允许开采量。或将不规的布井方案概化为规则的理想“大井”，用“大井”法计算出水量作为井群的允许开采量。解析法计算井的出水量作为评价允许开

19、采量依据时，用水平衡法确定取水地段的补给量以论证其保证程度。,数学模拟的选择 工程中出于经济技术考虑，一般以二维数学模型为主。a.松散沉积物分布的平原地区，一般采用非均质二维地下水流模型。b.基岩地区用非均质各向异性二维地下水流模型。c.存在多层含水层结构时，采用准三维流模型，即用平面二维流刻画含水层，以垂向一维流描述含水层之间的作用。,例如：非均质二维非稳定流地下水模型：,平衡基本项(T、S项)：系方程中带有水头函数H的偏导项。表径渗流场内各平衡单元内及其相互间的水量分配与交换，构成泛定方程的基本平衡条件。含T的水量渗透基本项是指渗流场水量的侧向交换条件，反映了含水层几何形态特征，含水介质的

20、渗透性及非物质性以及渗流运动状态。含S的水量储存与释放基本项是指渗流场水量的储存与消耗。,垂向交换项W：包括源(或汇)项，指计算域内各井的抽(或注)水强度、垂向入渗补给和消耗项以及垂向越流项。计算中是给定的已知函数。初始条件：指开采初始条件下的地下水头，为已知。边界条件：在二维中仅指侧向边界条件。,水文地质条件概化用抽象的数学模型解决复杂的水文地质问题时，必须按数学方法的表达形式，对实际问题进行概化，以满足解决数学问题的形式。进行允许开采量数值法计算时对水文地质条件的概化，主要表现三方面：含水层结构概化：包括含水层空间形态和非均质参数分区的概化。地下水流态的概化：开采条件下地下水流态比天然流场

21、中复杂得多，特别是在开采井群周围出现种种复杂的流态。视情况概化。,边界条件的概化：概化时，首先应根据区域水文地质条件和勘探工程的控制情况，选择计算域的边界，给出边界节点的平面坐标，确定其水力性质及有无水量交换(隔水、供水或排泄)及交换方式。然后，根据动态观测或抽水试验资料，用数理统计方法概化出边界水位或流量的变化规律，并按计算时段要给出边界节点的水位或单宽流量。在选择边界时，应尽量避免将计算边界置于开采井群的附近，并尽可能选择天然地质界线作为计算边界，以减少勘探工程的控制量。,求参与模型的识别、校正：数值法求参，是在已知水头函数的条件下，利用水头函数解算地下水平衡方程。而水头函数是一个多元函数

22、，它是平衡域内地质条件和平衡条件的综合表征，可起到对地质模型的各要素进行全面验证的作用。求参方法,直接,间接,直接求参法：把水头函数作为已知量(即渗流场内任一时刻任一节点的水头值均是给定的)，用反演计算直接解出模型中各方程参数T、S、等。此法要求很多水位观测数据和观测点数量，在工程实践中很少采用。,间接求参法(即试算法)。计算时给出参数的初值及其变化范围，用正演计算求各节点的水头函数，将计算值与实测值进行拟合比较，通常以数学模型中的两个基本项的拟合作为拟合基本要求，即水头梯度场的拟合(固定时段，对不同时段的水头梯度场进行计算值与实测值的拟合)和水头降(升)速场的拟合固定空间位置，对不同空间位置

23、上的水头降(升)场进行计算值与实测值的拟合。通过不断调整初值参数、反复拟合，满足误差为止。允许开采量计算 允许开采量计算是在求参的基础上，结合选定的开采地段及其布井方案，并以允许最大降深作为约束条件进行计算。,F.地下水文分析法 此法是采用测流方法计算地下水在某一区域一年内总的流量，它如果接近补给量或排泄量，则可用来作为该区域的允许开采量。此法只用于一些特定地区，如岩溶管道流区、基岩山区等地。,岩溶管道截流总和法：岩溶地区多为管道流，地下水资源大部分集中于岩溶管道中，而管道外岩体的裂隙或溶隙中储存的水量甚微。因此，岩溶管道中的地下径流量，可以表征为该区地下水的开采量Qk，即，取各暗河枯季的流量

24、较有保证。,地下径流模数法 此法是当暗河管道埋藏很深，无法测流时采用。认为一个地区地下暗河的流量与其补给面积成正比，且在条件相似的地区地下径流模数M是相近似的。为此在研究区域选择其中的一两条暗河，测得其流量Qi和其相应的补给面积Ai，计算出地下径流模数M，再乘以全区的补给面积A，便可求得整个研究区域的地下径流量作为地下水开采量(采用枯水期测流)。,流量过程线分割法 枯季山区河流的地下水径流量(即基流量)，基本上代表了地下水排泄区的流量，可以作为评价允许开采量的依据。原理方法：利用水文站的河流水文图(即流量过程图)结合具本的水文地质条件，对全区全部地表水的流量过程线进行深入分析，把补给河水的地下

25、径流量分割出来，就可获得全区的地下水径流量，作为计算允许开采量。,水文分析法中的频率分析1.水文分析法都是用求得的地下径流量作为区域地下水的可开采量。2.丰水年偏大,平水年和枯水年偏小。3.对丰水年、平水年和枯水年地下径流量进行频率分析，求出不同保证率的数据。,第二节 地下取水构筑物的适用条件一、正确选择取水构筑类型(井型)1.选型关系到能否以最少投资取得最大出水量的问题。2.关系到水源地建成后能否长期正常运转和低成本取水的问题。3.在埋桩条件复杂的基岩裂隙岩溶地区，正确选型常常是成井的关键。,二、选型的影响因素1.主要决定于含水层(带)的空间分布特点以及含水层(带)的埋藏深度、厚度和富水性能

26、；2.与设计需水量大小，预计的施工方法，选用的抽水设备类型等有关。我国目前常用的取水构筑物和适用条件如表9-1。3.分类：地下水取水构筑物可分为垂直的(井)和水平的(渠)两种类型。某些情况下两种方法联合使用，如大口井与渗渠相结合的取水形式。4.正确选用取水构筑物的类型，对提高出水量、改善水质和降低工程造价影响很大，因此，除按9-1表适用条件选用外，还应考虑设备材料供应情况、施工条件和工期长短等因素。,第三节 管井,管井由其井壁和含水层中进水部分均为管状结构而得名。通常由凿井机械开凿，故俗称机井，应用最广。A 管井的型式和构造由井室1，井壁管2，过滤管3，沉淀管4填充物：粘土封闭 规格砾石,1

27、井室,地下式,地面式,作用：(1)安放设备;(2)保护管井不受外界水污染;(3)维修、保护设备 要求：(1)井头部高出地面0.30.5m(2)井口用粘土或水泥等不透水材料封闭，长度不少于3m(3)维修、保护方便(4)采光、通风、防水、防潮设施,井室根据所选用的水泵类型的不同分为：深井泵房：深井泵由泵体装有传动轴的扬水管、泵座和电动机组成。,1）地面式：用于大流量2）半地下式3）地下式：用于城镇、厂区,深井潜水泵房：深井潜水泵其水泵和电机一起浸没在动水位以内。由潜水电动机(包括电缆)、水泵和扬水管组成。井室只要安装闸门等附属设备即可，实际相当于一个阀门井，控制设备安装于室外，用于小流量管井。,卧

28、式水泵房：采用卧式水泵的管井，其井室可以与泵分建成合建、分建的井室类似阀门井、合建的井室类似深井泵房，卧式水泵受其吸水高度的限制，常常用于地下动水位较多的情况，且井室大多设地下。其它形式的井室：主要有自流井室或虹吸方式取水，适用于地下水位很高的管井，大多为地下式，其结构同阀门井相似。还有装有空气扬水装置的管井，设气水分离器，出水通常直接流入清水池，结构同深井泵房相似。,2.井壁管目的：1)加固井壁 2)隔离水质不良好的或水头较低的含水层的水进入井中。要求：1）应具有足够的强度，使其能够经受地层和人工填砾充填物的侧压力；2）尽可能不弯曲；3）内壁平滑、圆整以利安装抽水设备和井的清洗、维修。材料：

29、金属材料 150m也可采用非金属材料下管：分段，不分段（加固井壁）,分段钻井时井壁管的构造如图9-6，先钻井径为d1，深度h1，下井壁1，然后缩小孔径至d2钻深h2、下井避管2，再缩至d3钻深h3、下井壁管3，依此下去。要求：两井壁管段应重叠35m，其环形空间用水泥封填。相邻两段井壁管的口径差50mm左右。适用于深度很大的管井。,不分段钻进时井壁管的构造：）在井深不大的情况下，都不进行分段钻进，而采用一次钻进的方法，如图9-3。）地层稳定时，一次钻进、一次下管 地层不稳定时，边钻进边下套管）泥浆护壁(不稳定时还要填砾)。,过滤器概述：（1）作用：集水、滤水、保持含水层的稳定（2）要求：良好的透

30、水性；足够的强度和抗蚀性保持人工填料和含水层的稳定性（3）组成：过滤骨架和过滤层 骨架主要起支撑作用，也可直接用做过滤器。管状骨架 钢筋骨架 过滤层起着过滤作用，有分布于骨架外的密集缠丝、带孔眼的滤网及砾石填充层等,b.常用类型：钢筋骨架过滤器，如图9-8(d)圆孔、条孔过滤器，如图9-8(a)、(b)缠丝过滤器，图9-8(c)、(d)包网过滤器，图9-8(e)填砾过滤器，图9-8(f)砾石水泥过滤器,c.过滤器的直径、长度及安装部位过滤器直径过滤器的直径直接影响井的出水量。因此它是管井结构设计的关键。过滤器直径的确定，是根据井的出水量选择水泵型号，按水泵安装要求确定的。一般要求安装水泵的井段

31、内径，应比水泵铭牌上标定的井管内径至少大50 mm。采用内径300 mm(外径350 mm)的过滤器，周围填入100 mm厚度的砾石层，则过滤器可保持600mm左右外径，施工中可以做到农业灌溉井可以略小些，大型企业和城市水井可加大至1000mm。,在管井运行时，如地下水流速度大，当超过含水层允许渗透速度时，含水量中某些颗粒就会被大量带走，破坏含水层的天然结构。为保持含水层的稳定性，需要对过滤器的尺寸，尤其是过滤器的外径，进行入井流速的复核计算：,过滤器长度：(有效长度)过滤器长度是根据预计出水量、含水层性质和厚度、水位降以其他技术经济因素确定。精确确定较困难，稳定流完整井理论是在二维流(平面流

32、)的外设基础上推导出来的。根据假设，沿管井过滤器进水的分布应该是均匀的。实际上，水流进入过滤器到吸水管管口产生各种水头损失，从而使过滤器和周围含水层水流处于三维流状态，即沿过滤器和周围含水层各点的水头既是r(x、y-各点至井轴的距离)又是Z(距含水层底板的高度)的函数。由于三维流的存在，使过滤器,进水不均匀，其分布规律是：距吸水管管口越近，进水量越大，如图9-10。实测表明，当井的出水量越大，过滤器越长、管径越小、含水层透水性越好，则过滤器进水的分布越不均匀，较厚含水层，当过滤器长度增加到一定限度以后，进水量并无明显增加。其出水量与井完整程度l/m有关。一般l/m在.范围时，出水量增加很快，在

33、0.6以后出水量增加缓慢、定义管井的l/m=0.6那一段长度为过滤器的有效长度，但过滤器的适宜长度不宜超过30 m。,过滤器安装部位安装部位是影响管井的出水量及其他经济技术效益。对单层过滤器:一般设在含水层中部厚度较大的含水层的主要进水段，可将过滤器管与井壁管间隔排列，在含水层中分段设置，以获得较好的出水效果。对多层承压含水层：应选择含水性最强的含水段安装。潜水(均质层)：应装在含水层底部的1/21/3厚度内。,4、沉砂管 起沉淀作用，使过滤器不致因沉砂而堵塞。长2m。井深20m,取2m 井深90m,取10m,B 管井的施工方法施工程序钻井开孔安装井管 填砾石 管外封闭洗井和抽水试验2钻井开孔

34、冲击式（1)实用条件：5级灰岩地质可用 深度150m 开孔直径最大1200mm,(2)工作过程:冲击频率(4050次/分钟)冲击时间 尺寸 冲程 进尺:0.010.05m/min(3)井壁稳定:自然稳定 套管护壁 灌水:清水 泥浆水(在井壁上形成一层薄膜状的保护层),b)回转式 主要依靠钻头旋转对地层的切削、挤压、研磨破碎作用，钻凿井孔。一般回转(正循环)钻进如图9-19(a)，伸进井孔的为定腹的钻杆，钻杆下端连接钻头工，上端连接提引水龙头，钻杆的上部分为一节7 m的空腹方形钻杆，此杆穿过钻机的方孔转盘。电机带动转盘转动，转盘带动钻杆转动，泥浆由泵吸取，通过胶管，经提引水龙头，沿钻杆腹腔向下从

35、钻头喷射到工作面上。泥浆与岩屑混和在一起沿井孔与钻杆环状空间上升至地面流入泥浆池。泥装在池内沉淀除去岩屑后，又被泥浆泵抽送至井下。称正循环。,反循环回转钻进 在正循环钻进中，往往由于井壁裂缝和坍塌，发生泥浆漏失或井壁与钻杆环状空间扩大，使泥浆上升流速降低，影响岩屑排出，降低进尺速度。反循环回转钻进是克服上述问题的一种方法，泥浆流向正好方向。岩心钻进法(回转)岩芯回转钻进设备与工作情况和一般回转钻进基本相同，只是所用的是岩心钻头。岩心钻头只是将沿井壁的岩石粉碎，保留中间部分，因此效率较高，并能将岩心取到地面供考察地层构造用。岩心回转法适用于钻凿坚硬的岩层。,井管安装 当钻到一定深度后，即可进行井

36、管安装。1)、安装前，对管井构造设计进行核对、修正，如过滤器的长度和位置等。2)、井管安装应在井孔凿成后及时进行，尤其是非套管施工的井孔，以防井孔坍塌。3)、井管安装必须保证质量。如井管偏斜和弯曲都将影响填砾质量和抽水设备的安装及正常运行。,4)、安装方法吊装下管方法：托盘下管法：适用不能承受拉力的非金属管。浮板下管法：适用于长度木大，重量大的井管。即在井管中设置密闭隔板(浮板)，使在井管下沉时产生浮力，从而减轻吊装设备的负荷和井管自重产生的拉力。浮板在井管安装完成后用钻凿通即可。,4、填砾和井管外封闭 填砾和井管外封闭是紧接下管后的一道工序。填砾：要求砾石坚定，圆滑砾石为主，进行筛选和冲洗，

37、去除杂质及不合格的砾石。填砾应均匀连续进行。井管外封闭：一般采用d为25 mm左右粘土球，下沉时粘土球不化解，且在填至井口时进行夯实。,洗井 作用:为去除含水层中滞留的泥浆和井壁上形成的一层泥浆壁，必须进行洗井，同时冲出含水层中细小颗粒形成良好的天然反滤层。1、洗井方法 洗井要在上述工作完成后立即进行，以防泥浆壁硬化。洗井前应用抽筒清除井内泥浆。活塞洗井法。是用安装在钻杆上带有活门的活塞，在井壁管内上下拉动，使过滤器周围形成反复冲洗的水流，以破坏泥浆壁、清除含水层中残留泥浆和细小颗粒，效果好，洗井彻底，但对非金属管要注意强度。,压缩空气洗井 方法有多种，以喷嘴反冲洗井法广泛采用，设备简单，效率

38、高，原理：一根空气管伸入井中，空气管上端与压缩机相连，并悬吊于井架能升降；空气管下端焊有3-4支短管，其上有若干小喷气孔。此法不宜于细粉砂地层。联合洗井法：压缩空气与活塞联合运用或泥浆与活塞联合运用。洗井要求：出水含砂在1/500001/20000以下时结束。粗砂1/5000，中、细砂地层1/20000。,6、抽水试验(出水量 水质 水位降)是最后阶段，测定井的出水量，了解出水量与水位降落值的关系。抽水延续时间2476小时.抽水前测静水位，抽水时测出水量相应的动水位。抽水试验的最大出量一般应达到或超过设计出水量，设备条件有限时75%Q设。抽水试验时，水位下降次数一般为3次，至少2次，每次保持一

39、定的水位降落值与出水量稳定延续时间。抽水试验过程中，认真观测和记录，现场及时整理资料(如绘出水量与水位降落值，水位和出水量与时间关系曲线以及水位恢复曲线等)，以便发现问题及时处理。,C 管井的维修管理(一)管井的验收管井竣工后，应由使用、施工或设计单位根据设计图纸及验收规范共同验收，检验井深、井径、水位、水量、水质和有关施工文件。（施工单位应提交材料）1、管井施工说明书这是一个综合性施工技术文件，如管井的地质柱状图，其中包括岩层名称、厚度、埋藏深度，井的结构，过滤器和填砾规模，井位的座标及井口绝对标高，抽水试验记录表，水的化学及细菌分析资料，过滤器安装、填砾、封闭时的记录资料等。,2、管井使用

40、说明书包括：该井最大开采量和选用的抽水设备类型和规模，水井使用中可能发生的问题及使用维修方面的建议，为防止水质恶化和管井损坏所提出的关于维护方面的建议。3、钻进中的岩样把岩样分别装在木盒中，并附岩石名称，取样深度和详细的描述。并设技术档案保存。,(二)管井的使用使用时应注意：1、抽水设备的出水量应小于管井的出水能力，并使过滤器表面进水流速小于允许进水流速，否则有可能产生出水含砂量增加，破坏含水层渗透稳定性。2、建立管井使用卡制度：每口井都有，值班人按日逐时记录井的出水量，水位出水压力和电机电流，电压、温度等，并可安装水表和观测水位的装置。,3、严格执行必要的管井、机泵的操作规程和维修制度。如深

41、井泵运行应遵守预润手续，及时加、注机、润滑油等。机泵必须定期检修，水井也要及时清理沉淀物，必要时洗井。4、对季节性供水的管井，在停运期间，应定期抽水，以防长期停用使电机受潮和加速管井腐蚀与沉积。5、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。,(三)管井出水量减少的原因及恢复或增加出水量的措施1、管井出水量减少的原因及恢复出水量的措施主要是管井本身和水源两方面的原因：管井原因，除设备本身外，主要有以下4种情况：过滤器进水孔尺寸选择不当，缠丝或滤网腐蚀破裂、井管接头不严或错位、井壁断裂等原因，使砂粒、砾石大量涌入井内，造成堵塞；过滤器表面及周围填砾、含水层被细小泥砂堵塞；过滤器及周围

42、填砾、含水层被腐蚀胶结构和地下水中析出的盐类沉淀物堵塞；因细菌繁殖造成堵塞。,采取措施：更换过滤器或修补封闭漏砂部位(弹力套筒补井是一种较好补井方法，此法是将2 mm厚钢板卷成长度3-5m(视补井需要)的开口套筒，将套筒卷紧，安置在特制的紧固器上，送入井下预定位置，最后松开紧固器套筒则自身弹力张开，紧紧贴在井管上，达到封闭目的)。消除过滤器表面的泥砂、洗井等。安装钢丝刷上下拉动，氯化法或酸洗。,水源方面的原因地下水位区域性下降(长期过易开采)使管井出水量减少。含水层中地下水的流失。主要因地震、矿坑开采及其他自然与人类活动的结果，使地下水流入其他透水层、矿坑或其他地点。,2、增加管井出水量的措施

43、真空井法此法系将井管的全部或部分密闭，井孔抽水时，使管井处于负压下进水(实质上是增加水位降落值，以达到增加出水量的目的。爆破法：以增强裂隙，岩溶含水层的透水法。此法不宜松软岩层。,酸处理法：适宜于石灰岩地区的管井。注酸管用封闭塞在含水层上端加以封闭。注酸后即以980kPa以上的压力水注入井内，使酸液渗入岩层裂隙中。注水时间约 h左右，酸处理后应及时排除反应物，以免沉淀在井内及周围含水层中。,A 管井的井群系统及其合理布局(水源地能否充分发挥其技术经济效益的关键）井群系统1）自流井井群：开采高水头承压水含水层时，当其静水位高出地表，则可直接用管道将水引至清水地、加压泵站或直接送入给水管网的井群。

44、,2）虹吸式井群：用虹吸管将各井中的水引入集水井，再由泵站送入清水池或管网。流程：真空泵抽气 管井吸水 集水井 水泵抽升 管网,b)虹吸管设计要点：管道严密不漏气上升坡度0.1流速：0.50.7m/s,至少大于0.4m/s。D=200500mm水头损失要同时考虑局部和沿程损失。,允许真空高度 67m为了保持密闭，虹吸管插入最低水位11.5m一根虹吸管同时连接的井不多于23口,3）卧式泵取水井群：当地下水位埋深不大时，可采用卧式泵。井距不大时，可不用集水井，直接用吸水管(或总连接管)与各井相连吸水，图9-12(a)、井距大时，每个井安装卧式泵，图9-12(b)。4）深井泵取水井群：由深井泵抽取埋

45、藏较大的地下水的井群系统(埋深1012 m)。,水井的平面布局（取决于地下水可开采量的组成及地下水的运动形式）a)地下径流良好的地区，水井应布置成垂直地下水流向的井排形式，视断面地下径流量的多寡，可布置成一个至数个井排。(直线形、环形、三角形、矩形等)。b)地下水径流滞缓的平原地区，井群一般应网格状、梅花形或圆形的平面布局形式。c)在含水层导水、储水性能分布极不均匀的基岩裂隙水分布区，应把水井布置在补给条件最好的强含水裂隙带上。d)以大气降水或河流季节补给为主的缓倾斜河谷潜水区，井群应沿河谷方向布置，并视河谷宽度布置一至数个纵向井排。,3 水井的垂向布局 对于厚度不大的(小于30m)的孔隙含水

46、层和多数的基岩含水层(主要含水裂隙段的厚度也不大)，一般均采用完整井形式取水，不存在水井多种垂向布局问题。对于大厚度(大于30 m)的含水层或多层含水组，是采用完整井取水，还是采用非完整井组分段取水，两者在技术上、经济上的合理性则需深入讨论。分段取水井：厚度50m，透水性良好的含水层，经抽水试验和技术经济比较证明合理时才采用分段取水井组。技术要求：每口井过滤器长度应在20m，井距5m。垂直间距为10m。,4 水井的井数和井距主要取决于该地段的允许开采量(或设计的总需水量)。确定方法：据水源地的水文地质条件、井群的平面部局、需水量的大小、，及选定的提水工具汲程设计的允许水位降深，拟出几个不同井数

47、和井距的开采方案。利用水井互阻干扰计算方法，分别算出每一布井方案的水井总出水量及水位降深。经技术经济比较，选择出水量和水深降均满足设计要求、井数最少、井间干扰强度不超过要求(即出水量减少系数小于20%），建设投资和开采成本最低的布井方案，即为技术经济上最合理的井数和井距方案。,B、管井和井群出水量的计算一、管井的出水量计算任务：确定管井在最大允许水位降低值时的出水量(也称最大出水量)；或在给定井的出水量条件下，计算井的最大水位降低值。计算采用理论公式和经验公式。在工程实际中，根据水文地质初步勘察阶段的资料，按理论公式进行计算，方法简便，但其精确程度较差，通常用于水源选择、供水方案的拟定或初步设

48、计阶段。经验公式是建立在水文地质详细勘察和现场抽水试验资料的基础上的。其结果能反映实际情况，在施工图设计阶段，用以最后确定井的形式、构造、井数和井群布置方式。,用理论公式计算出水量的方法完整井的出水量的计算稳定井流公式(9-34)非稳定井流公式(9-35)（2）非完整井的出水量的计算 非完整井流范围内存在两种不同的运动形式：空间流带和平面流带 对于非完整井的出水量计算，常根据非完整井的特点与非完整井流运动的特殊形式，采用平面分段法、剖面分段法或经验公式进行近似计算。,用经验公式计算出水量概述（1）抽水试验QS关系曲线 设计井同试验井的条件相似（构造、管径等）（2）QS关系曲线有几大类公式表达

49、湧水量曲线 湧水量曲线公式（3)经验公式是湧水量曲线 方程式的数学表达式类型：（1）直线型：Q=qS(S1.51.75Smax)Smax最大允许抽水深度,适用条件：承压含水层或水位降很小的厚层无压含水层地区（2）抛物线型方程（S(1.752.0)Smax),令,实用条件：补给条件好、含水层厚、出水量较大的 地区。,（3)幂函数型方程,（S(1.752.0)Smax),将上式两端取对数，得：,lgs,b,lga,lgQ,1,+,=,适用条件：渗透性较好，厚度较大，但补给条件差的含水层。,（4）半对数型方程（S(2.03.0)Smax)Q=a+blgs适用条件:常见于靠近隔水边界，或含水层规模小、

50、补给差的地区。,c)选用经验公式的方法如下：1）伸直法在抽水试验的基础上，绘制QS曲线；通过转换坐标，判断QS曲线类型；用图解法或最小二乘法求待定系数a、b,建立QS曲线方程；根据给定的水位降或出水量，求解Q或S。2）曲度法,n=1,直线型；n=2,抛物线型；1n2,指数型；n2半对数型,d)应用经验公式的应注意的事项：抽水试验应有3次或更多次水位下降，在此基础上绘制QS曲线应确保抽水试验资料与s的代表性和唯一性；抽水试验应力争大降深，以减少出水量计算的外推范围。一般外推范围不超过抽水试验最大降深得23倍。,例题：在单井中进行3次水位下降的抽水试验，试验数据为S1=8.3 m，Q1=16 l/