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1、1 地下水资源的开发 2 地下水资源的保护 3 地下水资源的管理,第十一章 地下水资源的开发、保护与管理,2019年1月6日7时12分,1 地下水资源的开发,供水水文地质勘察的任务，除查明水源地地下水的形成，进行水质与水量评价外，还应研究合理地开发和保护地下水资源，以及加强科学管理工作，以利于长期正常地开采利用地下水资源。 地下水的水量和水质，都有各自的形成规律。在天然条件下，绝大多数地区地下水的水量与水质均处于相对平衡状态之中。有时，它们也可能随着某种自然因素的变化而变化，但其变化过程一般是非常缓慢的。因此，只要能正确地认识它们的形成规律，就基本上可以做到在不破坏原有均衡关系的条件下，充分利
2、用地下水资源为人类造福。但是，如果违背这些规律，盲目、恣意地开采地下水资源，就会破坏其均衡关系，给人类的生活、生产、环境及自然界的生态平衡带来种种严重后果。,2019年1月6日7时12分,随着社会的发展，生产、生活水平的提高，人们对水的需求量愈来愈大，开发利用的地下水资源量也在日益增加。随着开采规模的不断扩大，出现了地下水位区域性持续下降、水质不断恶化及其他种种环境地质问题。这主要是由于人们在开发利用地下水中缺乏统筹兼顾、合理使用和珍惜水资源等观念所造成的。本章将简要介绍地下水资源合理开发利用、保护和管理问题。,1 地下水资源的开发,2019年1月6日7时12分,对于大、中型集中供水水源地，就
3、是选择取水地段的具体位置；对小型分散供水的水源地，则是选定水井布置的具体位置。水源地（水井）位置选择得正确与否，不仅关系到水源地建设的投资，而且关系到是否能保证水源地长期经济、安全地运转和避免产生各种不良的环境地质作用。 在选择集中式水源地的位置时，一般应考虑以下技术和经济条件（透水性、水量、水质、环境地质问题、节省投资等）。 为满足需水量和节省建井费用，水源地应尽可能选在含水层透水性好、厚度大、层数多、分布较广的地段上，如冲洪积扇的中、上部砂砾石带和轴部，冲积平原的古河床，厚度较大、裂隙或岩溶发育的层状或似层状裂隙或岩溶含水层，延续深远的断裂及其它脉状基岩含水带。,一、水源地的选择,1 地下
4、水资源的开发,2019年1月6日7时12分,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能最大限度拦截区域地下径流的地段或接近补给水源、能充分夺取各种补给量的地段。例如，在基岩区，水源地常选在集水条件最好的区域性阻水界面的上游一侧；在松散地层分布区，水原地应尽量靠近补给地下水的河流岸边；在岩溶区，最好选择在区域地下径流的排泄区附近。 为保证水源地投产后正常运转和避免开采后产生种种不良后果，在选择水源地时，应尽量远离原有的取水或排水点，减少互相干扰，避免新旧水源之间、工业和农业用水之间、供水和矿山排水之间产生矛盾。 为保证水源地出水的质量，应将其选择在不易引起水质污染或恶化的
5、地段上，如远离城市或工矿排污区的上游。,1 地下水资源的开发,2019年1月6日7时12分,为了减少因开采地下水后引起的不良环境地质问题，水源地应选在不易引起地面沉降、塌陷、地裂、滑坡等有害地质作用的地段上。 在选择水源地时，还应从经济、安全和扩建前景方面加以考虑。在满足水量、水质要求的前题下，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，应选择在地下水位浅埋或自流的地段；对河谷水源地，要考虑水井可能被淹没的问题；用人工开挖的大口径取水工程，则要考虑井壁的稳固性。当有几个水源地方案可供比较选择时，还应考虑未来扩大开采的前景条件。,1 地下水资源的开发,2019年1月6日7时12分,
6、在实际工作中，应按以上原则全面分析考虑。若具体条件不能完全满足时，则应分出主次，尽量满足主要条件。上述原则对于山区基岩裂隙水小型水源地的选择（或单个取水井的定位），也基本上是适合的。但是，由于基岩地区地下水分布极不均匀，水井的布置主要决定于强含水裂隙带及强岩溶发育带的分布位置。此外，布井地段上游有无较大补给面积、地下汇水条件及夺取开采补给量的条件，也是确定基岩区水井位置时必须考虑的因素。,1 地下水资源的开发,2019年1月6日7时12分,正确地选择取水建筑物的类型（井型），不仅关系到能否以最少投资取得最大出水量；同时，也关系到水源地建成后能否长期运转和取水成本低的问题。正确地选择井型，常常是
7、能否成井的关键。 取水建筑物类型的选择，主要决定于含水层（带）的空间分布特点及含水层（带）的埋藏深度、厚度和富水性能；同时，也与设计需水量大小、预计的施工方法及选用的抽水设备类型等因素有关。现将目前我国常用的取水建筑物类型及适用条件列于表11一1中。除表111中所列各种常见的单一取水建筑物外，还有一些适用于某种特定水文地质条件的联合取水工程，如开采深埋岩溶含水层的竖井、钻孔联合工程；开采复杂脉状含水层（带）的竖井一水平或倾斜钻孔联合工程和竖井一水平坑道联合工程；开采岩溶暗河水的拦地下河堵坝引水工程等。,二、取水建筑物的类型和运用条件,1 地下水资源的开发,2019年1月6日7时12分,水源地的
8、范围和取水建筑物的类型确定之后，怎样合理地布置取水建筑物，才能最有效地开采地下水并防止有害后果的产生，就成为最重要的工作。合理布局主要指取水井平面和剖面上的布置（排列）形式及井间距离与井数等的确定。 1水井的平面布局 水井的平面布局主要决定于地下水可开采量的组成性质及其运动形式。,1 地下水资源的开发,三、取水建筑物的合理布局,2019年1月6日7时12分,在地下径流条件良好的地区，为充分拦截地下径流，水井应布置成垂直地下水流向的并排形式，视地下径流量的大小，可布置一个或几个井排。例如，我国许多山前冲洪积扇中、上部的水源地，主要是靠上游地下径流补给的河谷水源地，以及由一些巨大的阻水界面所形成的
9、裂隙一岩溶水源地，多采用上述水井布置形式。如水源地的主要补给水源可能是地表水体时，则开采井排应平行于地表水体的延伸方向布置。当含水层四周被透水边界包围时，开采井也可以布置成环形、三角形、矩形等集中孔组形式。,1 地下水资源的开发,2019年1月6日7时12分,在地下径流滞缓的平原区，当开采量以含水层的储存量或垂向入渗补给量为主时，则开采井群一般布置成网格状、梅花形或圆形的形式。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，其开采井则应沿着河谷方向布置，视河谷宽度布置一到数个井排。 在岩层导、储水性能分布很不均匀的基岩裂隙水分布区，水井的平面布局主要受富水带分布位置的控制，应把水井布
10、置在补给条件最好的强含水裂隙带上，而不必拘束于布井规则要求的布置形式。农田灌溉水井的布局，则均匀分布在整个灌区。,1 地下水资源的开发,2019年1月6日7时12分,2水井的垂向布局 对于厚度大（大于30m）的含水层或含水组，是采用完整井开采，还是用非完整井分段分层多井开采，尚需研究和试验。而对于厚度不大（小于30m）的松散含水层和大多数基岩含水层，一般采用完整井开采最合理，因此不存在垂向布局问题。,1 地下水资源的开发,2019年1月6日7时12分,西安某水源地为大厚度冲、湖积含水层，通过分段抽水试验得到过滤器长度（L）与水井出水量（Q）的关系曲线（图11l）。由图可见，出水量随着滤水管长度
11、的增大而急剧加大，但其增长强度（QL）愈来愈小（见图112）。 当滤水管增加到一定长度后，出水量已基本不再增加了。进行供水管井设计时，一般取QL0.5的滤水管长度（La）作为分段取水设计的依据，将这个La称“过滤器的合理长度”，它约占整个井出水量的90一95。,1 地下水资源的开发,2019年1月6日7时12分,过滤器的合理长度还与水位降深、含水层厚度、渗透性、过滤器直径等因素有关，可根据抽水试验或用经验公式计算确定，一般为2030m之间。 为了充分汲取大厚度含水层整个厚度上的水资源，可以在含水层不同深度上采取分段（或分层）取水的方式。一般采用井组形式取水，多由23口水井组成，可布置成三角形或
12、直线形。井间距一般为3一5m即可。当含水层颗粒较细或水井封填质量不好时，为防止深、浅水井间水流串通，可把孔距增大到6一l0m。相邻取水段之间的垂向间距（图113中的a段）的确定原则是：既要减少垂向上的干扰强度，又能充分汲取整个含水层厚度上的地下水资源。表112列出了在不同含水层厚度条件下分段取水的垂向间距（a）等的经验数据。实践经验表明，滤水管垂向间距在 510m时，其垂向水量干扰系数一般都小于25，完全可以满足设计的要求。,1 地下水资源的开发,2019年1月6日7时12分,表111 常用的地下水取水建筑物及适用条件,2019年1月6日7时12分,2019年1月6日7时12分,实践证明，在进
13、水性较好（中砂以上）的大厚度含水层中分段（层）取水，既可有效地开发地下水资源，提高单位面积产水量，又可节省建井投资（不用扩建或新建水源地），并能减轻浅部含水层的开采强度。据北京、西安、兰州等市20多个水源地统计，由于采用了井组分段取水方法，水源地的产水量都获得了成倍增加。当然，井组分段（层）取水也是有一定条件的。如果采用分段取水，又不相应地加大井组之间的距离，将会大大增加单位面积上的取水强度，从而加大含水层的水位降深或加剧区域地下水位的下降速度。,1 地下水资源的开发,2019年1月6日7时12分,3井数和井间距离的确定 两者的确定原则是：在满足设计需水量的前提下，本着技术上合理，且经济、安全
14、的原则确定水井（井组）的数量与井间距离。取水地段范围确定之后，井数主要决定于该地段的允许开采量或设计总需水量和井间距离，以及单井出水量的大小。 集中式供水水井的数量与井间距，一般是用解析法井流公式计算确定的。即首先根据水源地的水文地质条件、井群的平面布局形式、需水量的大小及设计允许水位降深等已给定的条件，拟定出几个不同井数和井间距的开采方案，然后选用适合的公式计算每一布井方案的水井总出水量和指定点或指定时刻的水位降深，最后优选出水量和指定点水位降深均满足设计要求、井数最少、井间干扰强度不超过要求（一般要求水量减少系数小于20一25%）、建设投资和开采成本最低的布井方案，即技术、经济最合理的井数
15、与井距方案。,1 地下水资源的开发,2019年1月6日7时12分,农田灌溉供水井的布局，主要是确定合理的井间距离。考虑的主要原则是：单位面积上的灌水量必须与该范围内地下水的可采量相平衡。力求将开采地下水时的井间干扰减到最小，以节省设备和动力，降低开采成本，充分发挥单井效益。如果井距太小，井数增多，井间干扰增大，单井出水量就会减小。这不仅会增加投资和消耗动力，甚至能引起区域地下水位持续下降使开采条件恶化。井距太大，虽然井间干扰减少，单井出水量较大，但其需要控制的灌水面积增大，单井出水量难以满足灌水定额要求。因此，需要兼顾上述的两个方面确定合理的井距。其方法有以下几种。,1 地下水资源的开发,20
16、19年1月6日7时12分,（1）单井灌溉面积法：当地下水资源较丰富，能满足灌溉需水量要求，单井出水量又较大时，则可简单地根据需水量来确定井数与井距。首先，根据单井出水量计算单井灌溉面积F（亩）： 式中：Q单井出水量（m3h）； T一次灌溉所需的天数（d）； t每天抽水时间（h）； W灌水定额（m3亩）； 渠系水的有效利用系数。,1 地下水资源的开发,2019年1月6日7时12分,如果水井按正方网状布置，则水井间距离D（m）应为： 如果水井按等边三角形排列，则井间距为： 整个灌区内应布置的水井数（n）为： 式中：A灌区的总面积（亩）； 土地利用率（%）； F单井控制的灌溉面积（亩）,1 地下水资源的开发,2019年1月6日7时12分,从以上公式可见，用这种方法计算的井数和井距，主要决定于单井所控制的面积。在单井水量一定的条件下，单井控制面积大小决定于灌水定额。因此，应从平整土地、减少渠道渗漏、改进灌溉技术等方面来降低灌水定额。
