【精选】取水工程课程设计

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1、取水工程课程设计30000m3/d 地下水水源设计计算书姓 名 专业班级 组 别 指导教师 日 期 太原理工大学环境科学与工程学院一、设计任务1、题目30000m3/d 地下取水水源设计计算2、目的培养学生运用所学的水文地质和地下水取水工程的知识，解决实际问题的能力，进一步提高计算、绘图、使用规范、手册和技术资料的基本技能。3、要求（1）确定取水型式与构造、取水设备，确定井群布置的方案。（2）计算书要文字简练，字体端正，计算正确，图表清晰美观。4、资料（1）水源地范围长宽=13501600(2) 地下水流向及水位1）自北向南流动 2）静水位：10.00m(3) 含水层性质：承压含水层 岩性：粗

2、砂夹砾石埋深：5273m（厚度为 21m） 渗透系数：K=43.5m/d 影响半径：R=260.5m水质资料:符合生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）（4）勘探试验井井距：L 试 =54.59m 井径：D 试 =300mm（5）抽水试验资料1#、2#孔进行了互阻抽水试验，试验进行了三次稳定降深，试验成果详见表 1。表 1 抽水试验资料二、设计计算1、取水型式的确定管井对含水层的适应能力强，施工机械化程度高，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、单井的设计计算图解法确定 Q-S 曲线 对 1#井抽水数据做如下处理：抽水次数lgSw lgQ1 0.1

3、81844 1.244452 0.501059 1.539463 0.670246 1.678321# 2#单 孔 互 阻 单 孔 互 阻抽水次数涌水量Q(L/S)降深Sw(m)单位涌水量Q(L/sm)水位削减量t(m)涌水量Q(L/S)降深Sw(m)单位涌水量Q(L/sm)涌水量Q(L/S)降深Sw(m)单位涌水量Q(L/sm)水位削减量t(m)涌水量Q(L/S)降深Sw(m)单位涌水量Q(L/sm)1 17.5571.5211.5510.3216.0821.619.98815.411.728.97 0.5211.411.736.5952 34.6313.1710.9250.7828.895

4、3.199.05829.623.568.32 0.8924.553.586.8583 47.6794.6810.1880.9341.0014.728.68737.234.687.96 1.1829.624.586.467 1#试 验 井 lgQ-lgSw拟 合 曲 线 图y = 0.893x + 1.084600.20.40.60.811.21.41.61.80 0.2 0.4 0.6 0.8lgSwlgQ则 Q-S 曲线为幂函数型 mwsnQ将两边取对数，得：wslg1llgA 和 b 可由最小二乘法算得，计算公式如下：12.038.612.37lgl)lg(l)(22 QsQsNmww 5

5、.146.l1llgn则 .12085.1则有 QSw曲线方程： 12.6wsQ对 2#抽水数据做如下处理：抽水次数 lgSw lgQ (lgSw)*(lgQ)1 0.235528 1.187803 0.2797612 0.55145 1.471585 0.8115053 0.670246 1.570893 1.052884 2#试 验 井 lgQ-lgSw拟 合 曲 线 图y = 0.8847x + 0.980300.20.40.60.811.21.41.61.80 0.2 0.4 0.6 0.8lgSwlgQ为幂函数型 mwsnQ将两边取对数，得：wslg1llgA 和 b 可由最小二乘法

6、算得，计算公式如下：15.6.145.23380lgl)lg()(22 QsQsNmww 97.0.1.4l1llgn则 2.91074.则有 QSw 曲线方程：15.wsQ根据图解法，可以选择一个比较安全的 Q-S 曲线：15.429wsQ曲度 n 值法确定 Q-S 曲线 对 1#井抽水数据进行如下处理：lgS1 0.181844 lgQ1 1.24445lgS2 0.501059 lgQ2 1.539465lgS3 0.670246 lgQ3 1.678327令 081.24.159.0lgl121 Qsn .678.l3l12 216.539.1.00lgl23 Qsn计算得到的 n 值

7、均在 12 之间，所以 Q-S 曲线为幂曲线。1#试 验 井 Q-S拟 合 曲 线 图y = 12.151x0.89301020304050600 1 2 3 4 5 6S/(m)Q/(L/S)对 2#井抽水数据进行如下处理lgS1 0.235528 lgQ1 1.187803lgS2 0.55145 lgQ2 1.471585lgS3 0.670246 lgQ3 1.570893令 109.8.47.1650lgl21 Qsn 3.5.2l3l12 0.1472.06lgl23 Qsn计算得到的 n 值均在 12 之间，所以 Q-S 曲线为幂曲线。2#试 验 井 Q-S拟 合 曲 线 图y

8、= 9.5574x0.8847010203040500 1 2 3 4 5 6S/(m)Q/(L/S)为了安全稳定供水，取斜率较小的作为 Q-S 曲线，lgQ=0.8847lgSw+0.9803对上式进行化简，最后可表示 15.429wsQ综上所述，Q-S 曲线为 。15.ws设计降深的确定考虑供水安全和含水层埋藏条件，取 S 设 =1.75Smax单井出水量的推求根据 S 设 和 Q-S 曲线确定设计降深下的单井出水量，但要特别注意，设计井的井径与试验井的井径不同时，要进行出水量的校正。.设计降深及单井流量的确定S 设 =1.75Smax=1.754.68=8.19m单井出水量 dmsLsQ

9、w /03.56/107.6242.915. 选取井径为 300mm，则不需要校正。井结构设计 井径：300mm 孔口径：500mm井管材料：井壁管应具有足够的强度，使其能够经受地层和人工填充物的侧压力，并且应尽可能不弯曲，内壁平滑、圆整以利于安装抽水设备和井的清洗、维修。一般情况下，钢管适用范围较广，井深不受限制，但成本较高，易受腐蚀。而铸铁管成本较低，不易受腐蚀，但井深不易超过 150m。因此，选用铸铁管作为井壁管材料。过滤器过滤器用以积水和保持填砾与含水层的稳定,应有足够的强度和抗蚀性，具有良好的透水性且能保持人工填砾和含水层的渗透稳定性。在均质含水层中设计过滤器时，其长度应符合下列规定

10、：含水层厚度小于 30m 时，宜取含水层厚度或设计动水位以下含水层厚度。由于含水层岩性为粗砂夹砾石，水质符合生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）。因缠丝过滤器、填砾过滤器具有较好的渗水能力，故适合在这里使用。故此设计使用不锈钢缠丝过滤器、填砾过滤器。1) 填砾粒径和含水层粒径之比为： =750dD式中 填砾中粒径小于 值的砂、砾石占总重量的 50%50D含水层中粒径小于 的占重量的 50%d50允许流速=228.60m/d365Kvf=162.755m/d21.014.3DlQ理因为 所以符合要求。fvl理2) 填砾层厚度为 100mm。3) 过滤器缠丝间距小于砾石粒径。4) 填砾层高

11、度超过过滤器顶 6m。5) 填砾层上方用速凝水泥封闭，封闭高度为 44m。6) 总填砾层高度为 37m。7) 过滤器长度为 21m。沉淀管含水层埋深为 5273m（厚度为 21m），且含水层岩性为粗砂夹砾石，故泥沙相对较少，因此沉淀管长度取 6m。井深根据沉淀管和含水层埋深，可得井深为 79m。3 井群的计算（1）开采井数的布置根据单井出水量，并考虑井群间互阻影响和备用井数确定为满足30000m3/d 水量而布置的开采井数。则应布置的井数845.703.567.075.0 单 井Qn备用井数为 2（2）开采井的布置开采井的影响半径 00lglgrRSrR式中 R、R0设计井影响半径、试验所得影

12、响半径；S、S0设计、试验时降深；r、r0开采井、试验井半径；解得 R=427.5m布置开采井的出水量减少系数 互阻时 1#井出水量 rRKmtQln21tl21出水量减少系数 15.11St15.22t则可求得 (已知 K=43.5m/d，m=21m，R=260.5m，r=300mm)t，211 tst212 tst由于试验井与设计井的降深和井距不同，t要进行降深校正(方法是利用 tS 曲线求设计降深下的 t)1.对 t2的校正t2及 S 对应数据如下表： S-t2拟 合 曲 线 图y = 0.0336x2 - 0.0269x + 0.384800.20.40.60.811.21.40 2

13、4 6S/(m)t2/(m)则 S 设 =8.19m 时，得 t2=2.418m2.对 的校正269.01.824115.5.2 设试 St校正后的 还要进行井距校正：108.59.427lg86.0lgl11 试试设 rRx801.59.427lg3.l6.0lgl22 试试设 rRx计算井群总的出水量和水量减少系数如下表： 由上表井群在互阻情况下的总出水量为：Q=4（55.399+54.282）=438.724L/s不发生互阻时，总出水量为:Q=62.1078=496.856L/s由于互阻影响，井群出水量共减少：%7.10496.853724%10 Q总水量减少系数为 11.7% 25%设

14、计符合要求。4 抽水设备的选择根据计算所得干扰出水量和设计井结构及设计降深，并考虑管路水头损失和服务水头，确定合理的抽水设备。Qmax=55.3993.6 m3/h=199.44 m3/h所选 300RJC220-13.5-7 型水泵，出水量为 220m3/h,总扬程为 94.5m，符合设计要求。三、井群水位降深的校核在互阻影响下，各井以所选水泵额定流量 220m3/h 抽水时，水源地中水位降深最大井的降深为： 5354-33231033 lglgllgrRl7.21 rRQrrRQrQKmS)5.3724lg802.167l805.7l805.647l528.47l581.43. （=8.6

15、2m水跃值 mKFQS83.0215.4.36802.0所以降深最大的井降深为 S9.45.max该降深值小于含水层厚度 21m，因而满足要求。四、 总结与建议总结：1.对照本次课程设计任务书所给的水文地质资料，结合课本中的地下水取水构筑物的各种类型及适用条件，最终选取管井形式。2.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，找出符合井的出水量 Q 和水位降落值 S 之间的关系方程式。所以要对设计的参考数据资料进行统计分析，选择与实际过程尽量接近且相对稳定的资料。最终，对比1#和 2#井的资料、计算，确定一个比较安全的 Q-S 曲线。3.管井深度应根据需水量，拟开采含水层的深度、厚度、富水性及其出水能力同时结合附近其他同类条件的水井资料等综合因素考虑。4.在地下水取水设计过程中要考虑对周边环境的影响，不能对给定的井群范围以外的地方产生地下水位的影响，井群本身布