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1、第十一章地下水的开发 保护和管理 取水工程是水资源利用与保护的重要组成分 本章将就水源特征 取水点的布置原则 取水构筑物的类型 结构给予讨论 地下水水源地选择地下水取水构筑物的类型和适用条件 第一节地下水的开发 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 一 地下水水源地选择 一 集中式供水水源地的选择 选择时 既要充分考虑能否满足长期持续稳定开采的需水要求 也要考虑它的地质环境和利用条
2、件 1 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 一 地下水水源地选择 一 集中式供水水源地的选择 2 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 一 地下水水源地选择 一 集中式供水水源地的选择 2 水源地的地质环境 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
3、 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 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 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 1 以上集中式供水水源地的选择原则 2 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
4、带及强岩溶发育带的分布位置 3 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 一 地下水水源地选择 二 小型分散式水源地的选择 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件 类型 管井 大口井 辐射井 复合井和水平渗渠 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
5、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 1 1管井构造定义 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 分类 按其过滤器是否贯穿整个含水层 分为完整井与非完整井 组成 通常由井室 井壁管 过滤器及沉淀管构成 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 1 1管井构造 1 井室作用 安装水泵 并维护其正常运行 水泵类型 深井泵 潜水泵和卧式水泵 井室的形式 地上式 地下式 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 1 1管井构造 2
6、 井管 井壁管 材料 钢 铸铁 钢筋混凝土 石棉水泥 塑料等材料制成 要求 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150 200m 直径 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lOOmm 分类 异径井管和同径井管两类 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 1 1管井构造 3 过滤器过滤器的作用 组成与类型作用 是保持水井取得最大出水量 延长使用年限 组成 过滤器由过滤骨架和过滤层组成 过滤骨架分类 管型和钢筋型 按管型分类 按其上孔眼的特征又分为圆孔及长条 缝隙 型两种 过滤层 分布于骨架外 有缠丝和滤网及砾石充填层等种类
7、 它和不同骨架组成各种类型的过滤器 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 A 缠丝过滤器 效果好 制作简单 耐用 适用于颗粒较粗的岩石与各种基岩 B 滤网过滤器 阻力大 易堵塞腐蚀 逐渐被填砾过滤器取代 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 C 填砾过滤器 是可以上各种过滤器为骨架 用填与含水层颗粒组成一定级配关系的砾石层 以人工反滤层加大井管外围的渗透性能 其过滤器骨架的进水孔尺寸应等于所填砾石的平均粒径 它适用于各种砂 砾 卵石含水层 是最好的一种过滤器 D 笼状砾石过滤器和筐状砾石过滤器 用于井径较大的浅井 E 贴砾过滤器 用胶结材料将规定级配的石英砂粘 结在穿孔骨架上制
8、成 具良好的透水 滤水性 对解决粉 细颗粒的涌砂和深井填砾不匀效果较好 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 过滤器类型的选择 A 松散含水层 颗粒大小及分选程度 B 基岩含水层 带 基岩的稳固程度 裂隙 孔隙中疏松充填物的粒度和分选性 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 1管井构造 3 过滤器过滤器的直径 长度及安装部位直径 200mm逐渐趋弱 水泵标定的井管内径最少应大50mm 松散含水层 过滤器直径作允许入井流速的复核 D Q Lvn 5 4 式中D 过滤器外径 包括填砾厚度 m Q 设计出水量 m2 s L 过滤器工作部分
9、长度 m n 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 与含水层渗透系数是有关 可按有关规范查表或计算求得 m s 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 长度 管井中70 80 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 过滤器的适用长度不宜超过30m 安装 含水层底部1 2 1 3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 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 1 1管井构造 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2 10m 可按井深确定 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井
10、 1 2 管井的井群系统及其合理布局 1 管井的井群系统按取水方法和集水方式分为 自流井井群 虹吸式井群 卧式泵取水井群 深井泵取水井群 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 1 2 管井的井群系统及其合理布局2 井群的合理布局 1 水井的平面布局径流条件良好的地区 拦截地下径流为主 垂直其径流方向布置一至数个井排 水源地靠近补给边界 沿边界走向并垂直地下水的补给方向布置井群地下径流滞缓的平原区 网络状或梅花形 圆形的布局形式 导水性 贮水性极不均匀的基岩含水层 不应再拘于规则的布局形式 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 1 2 管井的井群系统及其合理布局2 井群的合理布局
11、 2 水井的垂向布局厚度小于30m的疏松含水层和大多数基岩含水层 完整井取水最合理 不存在垂向布局问题 巨厚的多层含水层组 采用水井立体布局的分层取水方式厚度很大的单层含水层 可谨慎地采用非完整井组的分段取水方式 补给条件较差的水源地 采用分段取水需慎重 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 1 2 管井的井群系统及其合理布局2 井群的合理布局 3 水井的井数和井距井数 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 井间干扰强度 一般要求井间水量减少系数不超过20 25 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 1 3 管井施工管井施工建造一般包括凿井 井管安装 填
12、砾 管外封闭 洗井等过程 最后进行抽水试验 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 1 3 管井施工 1 凿井方法 冲击钻进和回转钻进 回转钻进 回转 正循环 钻进 反循环钻进和岩心回转钻进 根据泥浆流动方向或钻头类型分 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 1 3 管井施工 1 凿井回转钻进共同点 泥浆循环护壁去屑 适用于各种岩层 回转钻进不同点 正循环钻进 是用吸泥泵将泥浆由沉淀池沿钻杆腹腔从钻头压入工作面上 在与岩屑混合后沿井壁和钻杆的环状空间上升至地面泥浆池内 反循环 则反之 泥浆由沉淀池沿井壁和钻杆的环状间流入井底 泥浆的回流依靠吸泥泵的真空作用 从钻头吸入沿钻杆腹腔上
13、升流入沉淀池去屑 钻进深度 钻进反循环 100m左右 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 1 3 管井施工 2 井管安装 填砾 管外封闭井管安装 填砾和管外封闭应在井孔凿成后及时进行 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 1 3 管井施工 3 洗井和抽水试验洗井的作用 消除凿井过程中井孔及周围含水层中的泥浆和井壁上的泥浆壁 同时还要冲洗出含水层中部分细小颗粒 使其周围含水层形成天然反滤层 洗井的方法 有活塞洗井 压缩空气洗井和联合洗井等多种方法抽水试验 是管井建造的最后阶段 目的在于测定井的出水量 了解出水量与水位降深值的关系 为选择 安装抽水设备提供依据 同时取水样进行分析
14、 以评价井水的水质 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 1 3 管井施工 4 管井的验收管井验收时 施工单位应提交下列资料 1 管井施工说明书 2 管井使用说明书 3 钻进中的岩样 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 1 3 管井施工 5 管井的使用管井使用应注意下列问题 1 抽水设备的出水量应小于管井的出水能力 2 建立管井使用卡制度 3 严格执行必要的管井 机泵的操作规程和维修制度 4 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 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 1 3 管井施工 6 管井出水量减少的原因及恢复和增加出水量的措施1 管井出水量减少的
15、原因和恢复措施原因一 管井本身 抽水设备 含水层填塞造成 措施 更换过滤器 修补封闭漏砂部位 清除过滤器表面的泥砂 洗井等 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 1 3 管井施工 6 管井出水量减少的原因及恢复和增加出水量的措施1 管井出水量减少的原因和恢复措施原因二 水源方面 长期超量开采 境内矿山捅水 新建水源地的干扰 措施 变集中开采为分散开采 关停部分漏斗中心区的管井 开展矿山防治水工作 研究矿坑排水的综合利用 协调并限制新水源地的建设与开发 寻找 开发新水源 加强地下水动态的监测工作 实行水资源的联合调度和科学管理 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 1 3 管井施
16、工 6 管井出水量减少的原因及恢复和增加出水量的措施2 加管井出水量的措施A 真空井法 是将管井全部或部分密闭 进行负压状态下的管井抽水 达到增加出水量的目的 B 爆破法 适用于基岩井 通常将炸药和雷管封置于专用的爆破器内 吊入井中预定位置起爆 以增强基岩含水层的透水性C 酸处理法 适用于可溶岩地区 以扩大串通可溶岩的裂隙和溶洞 增加出水量 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件1 管井 2 1大口井的构造 大口井因其井径大而得名 适用条件 开采浅层地下水优点 进水断面大 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缺点 受到施工困难和基建费用高等条件的限制 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件2 大口井 2 1大口井的构造我国大口井的直径一般为4 8m 井深一般在12m以内 很少超过20m 大口井大多采用不完整井形式 虽然施工条件较困难 但可以从井筒和底同时进水 以扩大进水面积 而当井筒进水孔被堵后 仍可保证一定的进水量 大口井的构造 井室 井筒及进水部分组成 二 地下水取水构筑物的类型和适用条件2 大口井 2 1大口井的构造1 井室井室构造主要取决于地下水位的埋深和抽水设
