給排水工程專業(yè)類復習完美課課件

1.1地下水資源地下水的開發(fā)利用，需要借助一定的取水工程來實現(xiàn)。取水工程的任務是從地下水水源地中取水，送至水廠處理后供給用戶使用，它包括水源、取水構筑物、輸配水管道、水廠和水處理設施（如圖）。地下水取水構筑物的延伸方向基本與地表面垂直。如管井、筒井等。地下水取水工程系統(tǒng)組合形式取水構筑物的延伸方向基本與地表面平行。如截潛流工程、坎兒井、臥管井等。將垂直系統(tǒng)與水平系統(tǒng)結合在一起，或將同系統(tǒng)中的幾種聯(lián)合成一整體。如輻射井、復合井等1.1地下水資源地下水的開發(fā)利用，需要借助一1正是由于地下水具有種種用途，20世紀70年代以來，我國通過各種地下水工程，進行地下水的大量開采利用,進而引發(fā)一系列的環(huán)境問題。

形成地下水位降落漏斗引發(fā)地面沉降、地面塌陷、地裂縫等地質災害泉水流量衰減或斷流引起海水（或咸水）入侵引起生態(tài)退化造成地下水水質惡化正是由于地下水具有種種用途，20世紀70年代以來，我2鹽澤化、生態(tài)退化河流斷流海水入侵示意圖地下水水質惡化地下水位下降圖6-2華北平原淺層地下水降落漏斗分布圖[11]鹽澤化、生態(tài)退化河流斷流海水入侵示意圖地下水水質惡化地下水位31.2地下水取水構筑物分類1.2地下水取水構筑物分類4給排水工程專業(yè)類復習完美課課件5管井直徑一般在50～1000mm，深度一般在200米以內；管井主要由井室、井壁管、過濾器及沉砂管構成，見圖。當有幾個含水層且各層水頭相差不大時，可用多層過濾器管井，見圖b。（a）單過濾器管井(b)雙過濾器管井管井的一般構造2.1管井直徑一般在50～1000mm，深度一般在200米以內；管6

井室

井室通常是保護井口免受污染、安裝各種設備（如水泵機組或其他技術設備）以及進行維護管理的場所，井口要用優(yōu)質黏土或水泥等不透水材料封閉，一般不少于3m，并應高出井室地面0.3～0.5m，以防止井室積水流入井內。井室外觀井室內井室井室外觀井室內7井管

井管也稱井壁管，由于受到地層及人工填礫的側壓力，故要求它應有足夠的強度，并保持不彎曲，內壁平滑、圓整，以利于安裝抽水設備和井的清洗、維修。井管的構造與施工方法、地層巖石穩(wěn)定程度有關，通常有如下兩種情況：井管1井管2井管井管1井管28（1）分段鉆進時的異徑井管構造（a）（c）（b）(a)(b)(c)分段鉆進時井壁管的構造(d)不分段鉆進時的同徑井管構造（2）不分段鉆進時的同徑井管構造（d）（1）分段鉆進時的異徑井管構造（a）（c）（b）(a)(b9

管井的結構井壁管應有足夠的強度，內壁平整光滑，軸線不彎曲，便于設備安裝和管井清洗；可采用鋼管、鑄鐵管、鋼筋混凝土管。鋼管可用于任意井深的管井；鑄鐵管適用于井深小于250m的管井；鋼筋混凝土管適用于井深小于150m的管井。井壁管內徑應比水泵設備的外徑大100mm。分段鉆進法與不分段鉆進法的井壁管構造有所不同。管井的結構井壁管應有足夠的強度，內壁平整10過濾器

過濾器的作用、組成

過濾器是管井的重要組成部分用以集水和保持填礫與含水層的穩(wěn)定。它的構造、材質、施工安裝質量對。它連接于井管，安裝在含水層中，管井的出水量、含砂量和工作年限有很大影響，所以是管井構造的核心。過濾器過濾器的作用、組成11過濾器名稱進水孔眼的直徑或寬度巖層不均勻系數(shù)

巖層不均勻系數(shù)

圓孔過濾器（2.5～3.0）d50（3.0～4.0）d50條孔和纏絲過濾器（1.25～1.5）d50（1.5～2.0）d50包網(wǎng)過濾器（1.5～2.0）d50（2.0～2.5）d50注：1．d60、d50、d10分別指顆粒中按質量計算有60%、50%、10%粒徑小于這一粒徑；2．較細砂層取小值，較粗砂層取大值。過濾器名稱注：1．d60、d50、d10分別指顆粒中按質量計12過濾器的分類

由不同骨架和不同過濾層可組成各種過濾器。骨架過濾器〔圖（a），（b）〕、纏絲過濾器〔圖（c），（d）〕、包網(wǎng)過濾器〔圖（e）〕、填礫過濾器〔圖（f）〕。（a）圓孔（b）縫隙（c）纏絲（d）鋼筋骨架（e）包網(wǎng)（f）填礫過濾器類型過濾器的分類（a）圓孔（b）縫隙（c）纏絲（d）鋼筋骨架13過濾器的直徑、長度

過濾器的直徑影響井的出水量，因此它是管井結構設計的關鍵。為保持含水層的穩(wěn)定性，需要對過濾器的尺寸，尤其是過濾器的外徑，進行入井流速的復核計算：

式中：D—過濾器外徑（包括填礫厚度），m；Q—設計出水量，/s；L—過濾器有效長度（工作部分長度），m；n—過濾器進水表面有效孔隙度（一般按50％考慮）；v—允許入井流速，m/s。含水層的允許入井流速可用下式近似

計算：其中k為含水層滲透系數(shù)，m/s。

過濾器的直徑、長度14過濾器的安裝部位濾器的安裝部位影響管井的出水量及其他經(jīng)濟技術效益。因此，應安裝在主要含水層的主要進水段；同時，還應考慮井內動水位深度。過濾器的安裝部位15給排水工程專業(yè)類復習完美課課件16假定Q-S遵循線性關系。大口井的主要組成部分是，主要由上部結構、井筒及進水部分組成，見圖所示。消毒時在水中的加氯量，可分為兩部分，即需氯量和余氯量，需氯量直用于殺死細菌和氧化有機物等所消耗的部分。以上稱為DLVO理論，只適用于憎水性膠體，由德加根（derjaguin）、蘭道（Landon）(蘇聯(lián)，1938年獨立提出〕，伏維（Verwey）、奧貝克（Overbeek）（荷蘭，1941年獨立提出）。第3節(jié)江河固定式取水構筑物①加高分子助凝劑；由于影響最多來自兩側500m處，故只需計算500、250m處之影響。解此行列式可得各Q或各水位降落值。（2）不分段鉆進時的同徑井管構造氯容易溶解于水（20C和98KPa(1個大氣壓）時，溶解度7160mg/L),當氯溶解在清水中時，下列兩個反應幾乎瞬時發(fā)生：雙流式：適用于冬季浮冰，夏季含砂量高的情況井群互阻計算及分段取水井組

井群系統(tǒng)池內的水深愈大，顆粒沉速不同引起的絮凝也進行的愈完善，所以沉淀池的水深對混凝效果也是有影響的。適用于地下水水位低于10-12m的情況；假定2，3，……，n井在第1口井引起的水位降落值分別為t1-2，t1-3，……，t1-n，則第1口井的水位降落值為影響混凝效果的因素比較復雜，主要包括：按照取水方法和集水方式可分為：泥沙淤積：海濱地區(qū)，潮汐運動往往使泥砂移動和淤積，在泥質海灘地區(qū)，這種現(xiàn)象更為明顯。每個濾間均設有濾池進水和反沖出水兩個虹吸管。一、非絮凝性顆粒沉淀過程分析

管井施工增加管井出水量的措施：

真空井法將管井的全部或部分封閉，抽水時使管井處于負壓狀態(tài)，增大水位落差。爆破法將雷管和炸藥裝在專用的爆破器內，對孔隙、裂隙、溶洞發(fā)育不全的堅硬裂隙巖含水層進行爆破。酸洗法對石灰?guī)r含水層的管井采用注酸的方法增大或貫通裂隙和溶洞。假定Q-S遵循線性關系。管井施工增加管井出水量的17

大口井的特點是：大口井不存在腐蝕問題，進水條件較好，使用年限較長，對抽水設備型式限制不大，如有一定的場地且具備較好的施工技術條件，可考慮采用大口井。但是，大口井對地下水位變動適應能力很差，在不能保證施工質量的情況下會拖延工期、增加投資，亦易產(chǎn)生涌砂（管涌或流砂現(xiàn)象）、堵塞問題。大口井的主要組成部分是，主要由上部結構、井筒及進水部分組成，見圖所示。2.1大口井的構造2.2大口井的特點是：大口井不存在腐蝕問題，進水條件較好，18大口井的構造實圖大口井的構造實圖19

大口井結構形式井室井筒進水部分井壁進水孔進水透水井壁井底反濾層進水大口井構造簡單、施工方便、容積大能起水量調節(jié)作用；深度較淺，對水位變化適應性差。用于開采淺層地下水，口徑5～8m，井深≤15m。完整井只有井壁進水，適用于顆粒粗、厚度薄(5～8m)、埋深淺的含水層。含水層厚度較大(＞10m)時，應做成不完整大口井。大口井結構形式井室井壁進水孔進水大口井構造簡單20大口井的構造上部結構

上部結構的布設主要取決于水泵站是與大口井分建還是合建，而這又取決于井水位（動水位與靜水位）的變化幅度、單井出水量、水源供水規(guī)模及水源系統(tǒng)布置等因素，同時做好井口的污染防治工作。大口井的構造上部結構21井筒

井筒包括井中水面以上和水面以下兩部分，用鋼筋混凝土、磚、石條等砌成。井筒的直徑應根據(jù)水量計算、允許流速校核及安裝抽水設備的要求來確定。井筒的外形通常呈圓筒形、截頭圓錐形、階梯圓筒形等。（a）圓筒形（b）截頭圓錐形（c）階梯圓筒形圖6-7大口井井筒外形進水部分

進水部分包括井壁進水孔（或透水井壁）和井底反濾層。井筒（a）圓筒形（b）截頭圓錐形（c）階梯圓筒形圖6-7223.1復合井復合井是由非完整大口井和井底下設管井過濾器組成。實際上，它是一個大口井和管井組合的分層或分段取水系統(tǒng)。它適用于地下水水位較高、厚度較大的含水層，能充分利用含水層的厚度，增加井的出水量。實驗證明，當含水層厚度大于大口井半徑3～6倍，或含水層透水性較差時，采用復合井出水量增加顯著。2.33.1復合井復合井是由非完整大口井和井底下設23復合井返回復合井返回244.1輻射井輻射井是由集水井（垂直系統(tǒng)）及水平的或傾斜的進水管（水平系統(tǒng)）聯(lián)合構成的一種井型，屬于聯(lián)合系統(tǒng)的范疇。因水平進水管是沿集水井半徑方向鋪設的輻射狀滲入管，故稱這種井為輻射井。輻射井的現(xiàn)場施工圖2.44.1輻射井輻射井是由集水井（垂直系統(tǒng)）及水平25輻射井的構造輻射井的構造26因此，在沉淀池中，通常要求降低雷諾數(shù)以利于顆粒沉降。由于Q1=Q2，t1=t2通過壩頂帶欄柵的引水廊道取水。影響距離可達數(shù)米至數(shù)十米之遙。6山區(qū)淺水河流取水構筑物用于開采淺層地下水，口徑5～8m，井深≤15m。井壁管應有足夠的強度，內壁平整光滑，軸線不彎曲，便于設備安裝和管井清洗；它適用于地下水水位較高、厚度較大的含水層，能充分利用含水層的厚度，增加井的出水量。鋼管可用于任意井深的管井；配備真空泵排氣量：近似計算，1噸地下水排氣25L，1000m虹吸管排氣1L。如果原水懸浮物含量過高，為減少混凝劑的用量，通常投加高分子助凝劑。因此，實際生產(chǎn)性沉淀池的沉淀時間和水深均影響沉淀效果。h0—沉淀區(qū)的水深；配備真空泵排氣量：近似計算，1噸地下水排氣25L，1000m虹吸管排氣1L。（理想沉淀池的沉淀原理）且水質好，缺點是：施工條件復雜、造價高、易淤塞，常有早期報廢的現(xiàn)象，應用受到限制。(1)設在水質較好地點一、非絮凝性顆粒沉淀過程分析因而不能解釋以下兩種現(xiàn)象：①混凝劑投加過多，混凝效果反而下降；井群的互阻影響也叫做井群的干擾。輻射井的類型按集水井本身取水與否，輻射井分為集水井井底與輻射管同時進水和集水井井底封閉僅輻射管進水兩種型式。前者適用于厚度較大的含水層。按集取水源的不同，輻射井又分為：集取一般地下水〔如下圖（a）〕、集取河流或其他地表水體滲透水〔如下圖（b）、（c）〕、集取岸邊地下水和河床地下水的輻射井〔如下圖（d）〕等型式。按輻射管鋪設方式，輻射井有單層輻射管和多層輻射管兩種。下圖(e)所示為集水井井底封閉的單層輻射管的輻射井。

因此，在沉淀池中，通常要求降低雷諾數(shù)以利于顆粒沉降。輻射井的27（e）按補給條件與布置方式分類的輻射井（e）按補給條件與布置方式分類的輻射井28輻射井的構造輻射井的構造見圖所示：集水井集水井又稱豎井，其作用是匯集輻射管的來水和安裝抽水設備等，對于不封底的集水井還兼有取水井的作用。輻射管輻射井的構造295.1滲渠

滲渠是水平敷設在含水層中的穿孔滲水管渠。滲渠可分為集水管和集水廊道兩種型式；同時也有完整式和非完整式之分。滲渠施工圖2.55.1滲渠滲渠是水平敷設在含水層中的穿孔滲水管30滲渠滲渠由滲水管渠、集水井和檢查井組成，如圖所示。滲渠滲渠由滲水管渠、集水井和檢查井組成，如圖所示。31

滲渠

滲渠分集水管和集水廊道兩種型式，由于是水平鋪設在含水層中，也稱水平式取水構筑物。受施工條件的限制，其埋深很少超過10m。滲渠的優(yōu)點是：既可截取淺層地下水，也可集取河床地下水或地表滲水。且水質好，缺點是：施工條件復雜、造價高、易淤塞，常有早期報廢的現(xiàn)象，應用受到限制。滲渠滲渠分集水管和集水廊道兩種型式，由于32

滲渠位置選擇：

滲渠應選擇在河床沖積層較厚、顆粒較粗的河段，并應避開不透水的夾層；滲渠應選擇在河流水力條件良好的河段，避免設在有雍水的河段和彎曲河段的凸岸；但也應避開沖刷強烈的河岸；滲渠應選擇在河床穩(wěn)定的河岸。滲渠位置選擇：33布置形式：

滲渠的布置布置形式：滲渠的布置34鋪設在不同條件下的滲渠，以及對不同施工條件下的要求，見下圖（b）鋪設在河床下的滲渠（a）鋪設在河灘下的滲渠滲渠人工反濾層構造返回鋪設在不同條件下的滲渠，以及對不同施工條件下的要求，356.1坎兒井

坎兒井是我國新疆地區(qū)在缺乏把各山溪地表徑流由戈壁長距離引入灌區(qū)的手段以及缺乏提水機械的情況下，根據(jù)當?shù)刈匀粭l件、水文地質特點，創(chuàng)造出用暗渠引取地下潛流，進行自流灌溉的一種特殊水利工程。坎兒井修復坎兒井2.66.1坎兒井坎兒井是我國新疆地區(qū)在缺乏把各山溪地36濾器的安裝部位影響管井的出水量及其他經(jīng)濟技術效益。井筒的直徑應根據(jù)水量計算、允許流速校核及安裝抽水設備的要求來確定。15×6×7=216.因此，在沉淀池中，通常要求降低雷諾數(shù)以利于顆粒沉降。高分子絮凝劑投加后，通?？赡艹霈F(xiàn)以下兩個現(xiàn)象：應設在穩(wěn)定河床的主流深槽處，有足夠的取水深度；D河流出峽谷的三角洲附近圖6-2華北平原淺層地下水降落漏斗分布圖[11]假定Q-S遵循線性關系。V—水平流速；經(jīng)驗法通過抽水試驗得出，較為精確。按集取水源的不同，輻射井又分為：集取一般地下水〔如下圖（a）〕、集取河流或其他地表水體滲透水〔如下圖（b）、（c）〕、集取岸邊地下水和河床地下水的輻射井〔如下圖（d）〕等型式。水中懸浮物濃度的影響圖6-2華北平原淺層地下水降落漏斗分布圖[11]進水部分包括井壁進水孔（或透水井壁）和井底反濾層。所以，可在很寬的范圍內選取，而不至于對沉淀效果有明顯的影響。(3)確定單井的出水量和對應的水位降落值，進行井群互阻計算，確定管井數(shù)目、井距、井群布置方案，確定取水設備型式和容量；AH段，加氯后，氯與氨發(fā)生反應，有余氯存在，有一定的消毒效果，但余氯為化合性的氯。二、懸浮顆粒在凈水中的擁擠沉淀②水化膜的阻礙（親水性膠體）坎兒井坎兒井的構造坎兒井的布設，一般大致順沖積扇的地面坡降，即地下潛流的流向，與之相平行或斜交。其構造由豎井、暗渠、明渠和澇壩（即小型蓄水池）四部分組成，如圖所示。濾器的安裝部位影響管井的出水量及其他經(jīng)濟技術效益?？矁壕矁?7給排水工程專業(yè)類復習完美課課件38

井流計算理論公式經(jīng)驗公式見后頁圖穩(wěn)定流完整井流-裘布衣公式

非穩(wěn)定流井流公式-泰斯井流公式

井流計算理論公式見后頁圖穩(wěn)定流完整井流-裘布衣公39給排水工程專業(yè)類復習完美課課件40給排水工程專業(yè)類復習完美課課件41給排水工程專業(yè)類復習完美課課件42給排水工程專業(yè)類復習完美課課件43給排水工程專業(yè)類復習完美課課件44給排水工程專業(yè)類復習完美課課件45給排水工程專業(yè)類復習完美課課件46雜質濃度低，顆粒間碰撞機率下降，混凝效果差。因此，在沉淀池中，通常要求降低雷諾數(shù)以利于顆粒沉降。15×6×7=216.當有幾個含水層且各層水頭相差不大時，可用多層過濾器管井，見圖b。井群互阻計算及分段取水井組

井群系統(tǒng)當水中的有機物主要是氨和氮化合物時，情況比較復雜。通過壩頂帶欄柵的引水廊道取水。（四）底欄柵取水構筑物用于開采淺層地下水，口徑5～8m，井深≤15m。假定2，3，……，n井在第1口井引起的水位降落值分別為t1-2，t1-3，……，t1-n，則第1口井的水位降落值為滲渠由滲水管渠、集水井和檢查井組成，如圖所示。大口井的主要組成部分是，主要由上部結構、井筒及進水部分組成，見圖所示。氯對消毒有效的三種形態(tài)：CL2、HocL、OCL-統(tǒng)稱為有效氯，在上述方程中平衡存在。普通快濾池可采用石英砂濾料或無煙煤石英砂雙層濾料。滲渠由滲水管渠、集水井和檢查井組成，如圖所示。G易于崩塌和滑動的河段以及其下游附近河段（1）取水頭部設計的一般要求電性中和作用機理包括壓縮雙電層與吸附電中和作用機理，見圖6-4。井群互阻計算及分段取水井組

井群互阻計算即在沉淀過程中顆粒之間互不干擾，不在凝聚和破碎，顆粒的大小、形狀和密度不變，因此顆粒沉速始終不變。雜質濃度低，顆粒間碰撞機率下降，混凝效果差。47給排水工程專業(yè)類復習完美課課件48給排水工程專業(yè)類復習完美課課件49給排水工程專業(yè)類復習完美課課件50井流計算過濾器有效長度：過濾器周圍含水層中的水流屬于三維流動，靠近水泵吸水管管口越近，水流速度越大，管井的出水量越大、管徑越小，流速分布的不均勻程度越明顯。分段取水：管井抽水時只會對一定厚度的含水層產(chǎn)生影響，厚度超過40米的含水層可在不同深度分別打井抽水。相鄰過濾器垂直間距一般10～20m。井流計算過濾器有效長度：分段取水：51井流計算管井設計列步驟：

(1)水文地質資料搜集和現(xiàn)場查勘；

(2)根據(jù)含水層埋藏條件、厚度、巖性、水力狀況及材料設備、施工條件、初步確定管井的形式與構造，選擇取水設備形式和考慮井群布置方案；

(3)確定單井的出水量和對應的水位降落值，進行井群互阻計算，確定管井數(shù)目、井距、井群布置方案，確定取水設備型式和容量；

(4)進行管井構造設計。井流計算管井設計列步驟：52

井群互阻計算及分段取水井組

井群系統(tǒng)

按照取水方法和集水方式可分為：自流井井群虹吸式井群臥式泵井群深井泵井群只有當承壓含水層的靜水位高出地表時存在。設計方法采取相應管徑的管道系統(tǒng)直接收集，然后匯入清水池，或自流進入管網(wǎng)系統(tǒng)；或通過加壓泵站送至用戶。如：自流泉水供水系統(tǒng)。

井群互阻計算及分段取水井組

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按照取水方法和集水方式可分為：自流井井群虹吸式井群臥式泵井群深井泵井群1.通過虹吸管將各水井連接，匯入總集水井。2.虹吸管工作前，需要啟動真空泵排出總集水井及虹吸管內空氣，然后啟動水泵，當各集水井與總集水井之間存在液位差時體系才能工作。3.對管及總集水井密閉性能要求較高。設計要求適用于地下水位較高的情況。配備真空泵排氣量：近似計算，1噸地下水排氣25L，1000m虹吸管排氣1L。設置虹吸管檢查井。

井群互阻計算及分段取水井組

井群系統(tǒng)按照取水方法和集水方式可分為：自流井井群虹吸式井54

按照取水方法和集水方式可分為：自流井井群虹吸式井群臥式泵井群深井泵井群1.適用于地下水位在6-8m的情況?？擅烤畣为氃O置臥式泵，也可設置共用臥式泵。3.抽吸力不大，揚程不高，但水泵揚水量較大。

井群互阻計算及分段取水井組

井群系統(tǒng)按照取水方法和集水方式可分為：自流井井群虹吸式井55

按照取水方法和集水方式可分為：自流井井群虹吸式井群臥式泵井群深井泵井群適用于地下水水位低于10-12m的情況；可抽取埋深較大的深層地下水。缺點運行成本高，動耗較大。

井群互阻計算及分段取水井組

井群系統(tǒng)按照取水方法和集水方式可分為：自流井井群虹吸式井566山區(qū)淺水河流取水構筑物自藥劑與水均勻混合起直至大顆粒絮凝體形成為止，工藝上總稱混凝過程。滲渠可分為集水管和集水廊道兩種型式；含水層的允許入井流速可用下式近似余氯量是為了抑制水中殘存細菌的再度繁殖，管網(wǎng)中尚需維持少量剩余氯。6山區(qū)淺水河流取水構筑物滲渠應選擇在河床穩(wěn)定的河岸。高分子絮凝劑投加后，通?？赡艹霈F(xiàn)以下兩個現(xiàn)象：第8節(jié)取水構筑物的設計濾器的安裝部位影響管井的出水量及其他經(jīng)濟技術效益。我國飲用水標準規(guī)定，出廠水游離性余氯在接觸30分鐘后不應低于0.由于影響最多來自兩側500m處，故只需計算500、250m處之影響。在沉淀過程中，顆粒由于相互接觸凝聚而改變其大小、形狀和密度，這種過程稱為混凝沉淀。應設在穩(wěn)定河床的主流深槽處，有足夠的取水深度；井群互阻計算及分段取水井組

井群互阻計算真空井法將管井的全部或部分封閉，抽水時使管井處于負壓狀態(tài)，增大水位落差。E:在有支流入口的河段上．易在交匯口產(chǎn)生大量的泥沙沉積。進水室的平面尺寸應根據(jù)進水孔、格網(wǎng)和閘板的尺寸及安裝、檢修和清洗等要求確定；它適用于地下水水位較高、厚度較大的含水層，能充分利用含水層的厚度，增加井的出水量。在深水海岸，若地質條件及水質良好，可考慮設置岸邊式取水，直接從岸邊取水。

井群的互阻影響也叫做井群的干擾。在水位降落值不變的條件下共同工作時，各井的出水量小于單井工作時的出水量在出水量不變的情況下，共同工作時各井水位降落值大于單井工作時的水位降落值

井群互阻計算及分段取水井組

井群互阻計算為何研究井群互阻影響？確定互阻情況下的各井出水量，可以確定井的數(shù)量及各井的最佳出水量，從而合理布置井群系統(tǒng)，節(jié)約投資。或在已知井的數(shù)量下，根據(jù)抽水試驗得出的各井參數(shù)進行井群系統(tǒng)供水能力的預測。6山區(qū)淺水河流取水構筑物井群的互阻影響也叫做井群的干57

理論公式較為不準確。要求井群系統(tǒng)共同工作時，每井出水量的減少量不得超過單井工作時的20%-30%。理論計算法經(jīng)驗法經(jīng)驗法通過抽水試驗得出，較為精確。哪種情況下的井群系統(tǒng)可以忽略互阻影響？井群互阻計算及分段取水井組

井群互阻計算理論公式較為不準確。要求理論計算法經(jīng)驗法經(jīng)驗58

1.承壓含水層完整井井群計算設定n口完整井并行抽水，且存在互阻，出水量分別為Q1……Qn；由于存在互阻影響；假定2，3，……，n井在第1口井引起的水位降落值分別為t1-2，t1-3，……，t1-n，則第1口井的水位降落值為理論計算法代入井流公式得到n個如同下式所示的表達式解此行列式可得各Q或各水位降落值。井群互阻計算及分段取水井組

井群互阻計算1.承壓含水層完整井井群計算設定n口完整59

2.無壓含水層完整井井群計算設定n口完整井并行抽水，且存在互阻，出水量分別為Q1……Qn；由于存在互阻影響；假定2，3，……，n井在第1口井引起的水位降落值分別為t1-2，t1-3，……，t1-n，則第1口井的水位降落值為理論計算法代入井流公式得到n個如同下式所示的表達式解此行列式可得各Q或各水位降落值。井群互阻計算及分段取水井組

井群互阻計算2.無壓含水層完整井井群計算設定n口完整60

引入出水量減少系數(shù)α

α的定義：該井與井群系統(tǒng)中的其他井共同工作且存在互阻，當水位降落值與該井單獨工作保持不變時的出水量相對單井工作出水量的減少比例。α值的確定方法如下經(jīng)驗法假定Q-S遵循線性關系。井群互阻計算及分段取水井組

井群互阻計算引入出水量減少系數(shù)αα的定義：該井與井群61

α值的確定方法如下經(jīng)驗法假定Q-S遵循線性關系。12S1S2Q1Q2假定各井單獨抽水時，所允許的水位降落值分別為S1和S2，則單井工作流量分別為Q1，Q2.井群互阻計算及分段取水井組

井群互阻計算α值的確定方法如下經(jīng)驗法假定Q-S遵循62

α值的確定方法如下經(jīng)驗法假定Q-S遵循線性關系。為計算互阻系數(shù)，各井單獨工作，使其水位降落值分別達到S1和S2，同時觀察各井分別達到此值時未工作井的水位降落值，分別記為t1-2和t2-1。但同時工作時的水位降落值肯定小于t1-2和t2-1，把2井在1處及1井在2處產(chǎn)生的水位降落值記為t/1-2和t/2-1則，此時各井出水量分別為Q/1，Q/2.t2-112S1S2t1-2t/1-2t/2-1Q/1Q/2井群互阻計算及分段取水井組

井群互阻計算α值的確定方法如下經(jīng)驗法假定Q-S遵循63

根據(jù)α值的定義求得1井的減少系數(shù)為經(jīng)驗法由于兩井同時工作時，t/根本無法求出，此式仍不能使用。考慮如下處理方法：假定兩井抽水時，在2號井抽水量與1號井相同且1號井水位已降落至t1的條件下，1號井水量仍為Q1，則1號井水位降落值為S1+t1；得1號井在兩種水位降落值情況下的出水量之比為則由于Q1=Q2，t1=t2井群互阻計算及分段取水井組

井群互阻計算根據(jù)α值的定義求得1井的減少系數(shù)為經(jīng)驗法由于兩64

說明經(jīng)驗法應用上述公式，設計井與實驗井必須處于同一含水層，且設計井與實驗井的形式、構造尺寸應該基本相同。當兩個設計井的間距與實驗井間距相同時，可直接采用實驗數(shù)據(jù)得到的減少系數(shù)進行設計。若實驗井間距L1與設計井間距L1-2不等時，需按照下式計算若多井聯(lián)合工作，對第1井而言，需要迭加所有的減小系數(shù)進行計算。井群互阻計算及分段取水井組

井群互阻計算說明經(jīng)驗法應用上述公式，設計井與實驗井必須處于65

例題經(jīng)驗法擬建直徑為350mm，間距為250m，直線排列的管井8口。已知影響半徑為650m；得到了兩口間距為200m，直徑為350mm管井的抽水試驗資料。求各設計井水位降落值為6m時，共同工作條件下的出水量。實驗井1實驗井2Q1S1q1t1-2Q2S2q2t2-1L/smL/smmL/smL/smm6.101.205.080.196.151.215.080.1914.202.755.160.4014.102.735.160.4024.504.705.210.7224.704.745.210.71井群互阻計算及分段取水井組

井群互阻計算例題經(jīng)驗法擬建直徑為350mm，間距為250m66

解經(jīng)驗法首先驗證Q-S關系井群互阻計算及分段取水井組

井群互阻計算解經(jīng)驗法首先驗證Q-S關系井群互阻計算及分段取67

解經(jīng)驗法計算各次抽水試驗時的減少系數(shù)α1=0.137α2=0.137α//1=0.127α//2=0.127α///1=0.130α///2=0.132均取大值0.137井群互阻計算及分段取水井組

井群互阻計算解經(jīng)驗法計算各次抽水試驗時的減少系數(shù)α1=0.68

解經(jīng)驗法在影響半徑為650m，井距為250m的情況下，哪幾個井存在互阻？由于影響最多來自兩側500m處，故只需計算500、250m處之影響。250m250m250m250m250m250m12345671號受2、3號影響2號受1、3、4號影響3號受1、2、4、5號影響4號受2、3、5、6號影響5號受3、4、6、7號影響6號受4、5、7號影響7號受5、6號影響α250=0.109；α500=0.029井群互阻計算及分段取水井組

井群互阻計算解經(jīng)驗法在影響半徑為650m，井距為250m的69

解經(jīng)驗法250m250m250m250m250m250m1234567α250=0.109；α500=0.029；S=6m井編號∑α1-∑αqQ/L/smL/s10.1380.8625.1526.63620.2470.7535.1523.26830.2760.7245.1522.37240.2760.7245.1522.37250.2760.7245.1522.37260.2470.7535.1523.26870.1380.8625.1526.638井群互阻計算及分段取水井組

井群互阻計算解經(jīng)驗法250m250m250m250m25070

解經(jīng)驗法井編號Q/∑Q/L/s126.636223.268322.372422.372522.372623.268726.638166.924若要求結果保持小數(shù)點后兩位有效數(shù)字，則需要在計算過程中保持三位有效數(shù)字方可。據(jù)結果得出共同工作時的出水量為169.92L/s。無互阻時的出水量為5.15×6×7=216.300L/s。得出出水量減少系數(shù)為（216.300-169.924）/216.300=22.83%井群互阻計算及分段取水井組

井群互阻計算解經(jīng)驗法井編號Q/∑Q/L/s126.636271第1節(jié)江河特征與取水構筑物的關系

徑流特征泥沙運動河床演變第2節(jié)江河取水構筑物位置的選擇

第3節(jié)江河固定式取水構筑物岸邊式河床式斗槽式第4節(jié)江河移動式取水構筑物浮船式纜車式第5節(jié)湖庫取水構筑物隧洞式分層取水自流管式取水第6節(jié)山溪淺水河流取水構筑物

低壩式底欄柵式第7節(jié)海水取水構筑物

引水管渠岸邊式取水潮汐式取水第8節(jié)取水構筑物的設計

第1節(jié)江河特征與取水構筑物的關系徑流特征第7213.2地表水取水位置的選擇選擇江河取水構筑物位置時，應考慮以下基本要求：(1)設在水質較好地點A:在排污河段，應設在排污口的上游100－150m以上；B:取水構筑物應避開河流中的回流區(qū)和死水區(qū)，以減少進水中的泥沙和漂浮物C：潮汐河段和河流入海口易受咸水入侵的地方設置取水構筑物應考慮到可能的影響，盡可能避免。D:其他可能對水質產(chǎn)生影響的因素，如農(nóng)田排水的農(nóng)藥污染等。

13.2地表水取水位置的選擇選擇江河取水構筑物位置時，7313.2地表水取水位置的選擇(2)具有穩(wěn)定河床和河岸，靠近主流，有足夠的水深A：在彎曲河段上，取水構筑物位置宜設在河流的凹岸，B:

河岸凸岸，岸坡平緩，容易淤積，深槽主流離岸較遠，一般不宜設置取水構筑物。C:

在順直河段上，取水構筑物位置宜設在河床穩(wěn)定、深槽主流近岸處，在取水構筑物處水深一般要求不小于2.5-3.0m。D:在有邊灘、沙洲的河段上取水時，應注意了解邊灘、沙洲形成的原因，移動的趨勢和速度，取水構筑物不宜設在可能移動的邊灘、沙洲的下游附近，以免日后被泥沙堵塞。E:在有支流入口的河段上．易在交匯口產(chǎn)生大量的泥沙沉積。因此，取水構筑物應離開支流出口處上下游有足夠的距離13.2地表水取水位置的選擇(2)具有穩(wěn)定河床和河岸，74

13.2地表水取水位置的選擇（3）取水點應設在具有穩(wěn)定的河床及岸邊，有良好的工程地質條件的地段，并有較好的地形及施工條件(4)靠近主要用水地區(qū)(5)應注意河流上的人工構筑物或天然障礙物(6)避免冰凌的影響(7)應與河流的綜合利用相適應，不影響航運和防洪，符合整體規(guī)劃的要求。（8）供生活飲用水的地表水取水構筑物的位置，應位于城鎮(zhèn)和工業(yè)企業(yè)上游的清潔河段。13.2地表水取水位置的選擇（3）取水點應設在具75

13.2地表水取水位置的選擇在下列地段不宜設置取水口，如需設置，應取得論證資料：A：彎曲河段的凸岸，B呈環(huán)狀彎曲的河段的河內環(huán)C分岔河道的分岔和匯合段D河流出峽谷的三角洲附近E河道出海口區(qū)域F游蕩性河段G易于崩塌和滑動的河段以及其下游附近河段H可能收到漂木，流冰沖擊的地點I匯入水庫或湖泊的河流或支段的匯入段13.2地表水取水位置的選擇在下列地段不宜設置取76進水部分包括井壁進水孔（或透水井壁）和井底反濾層。膠體穩(wěn)定性分“動力學穩(wěn)定性”和“聚集穩(wěn)定”兩種。PH低HocL較多吸引勢能：EA－1/d6（有些認為是1/d2或1/d3）膠體穩(wěn)定性：是指膠體粒子在水中長期保持分散懸浮狀態(tài)的特性。選擇江河取水構筑物位置時，應考慮以下基本要求：泥沙淤積：海濱地區(qū)，潮汐運動往往使泥砂移動和淤積，在泥質海灘地區(qū)，這種現(xiàn)象更為明顯。一、非絮凝性顆粒沉淀過程分析（一）山區(qū)淺水河流特點動力學穩(wěn)定性：無規(guī)則的布朗運動強，對抗重力影響的能力強。按補給條件與布置方式分類的輻射井側壩進水逆流式斗槽:適用于含沙量較高的河流。井群互阻計算及分段取水井組

井群互阻計算（三）低壩式取水構筑物（3）取水點應設在具有穩(wěn)定的河床及岸邊，有良好的工6山區(qū)淺水河流取水構筑物井室通常是保護井口免受污染、安裝各種設備（如水泵機組或其他技術設備）以及進行維護管理的場所，井口要用優(yōu)質黏土或水泥等不透水材料封閉，一般不少于3m，并應高出井室地面0.每個濾間均設有濾池進水和反沖出水兩個虹吸管。解此行列式可得各Q或各水位降落值。③水溫低時，膠體顆粒水化作用增強，妨礙凝聚；13.3固定式取水構筑物（一）岸邊式取水構筑物直接從岸邊進水口取水的構筑物稱為岸邊式取水構筑物，它由進水間和泵房兩部分組成。岸邊式取水構筑物無需在江河上建壩，適用于當河岸較陡，主流近岸，岸邊水深足夠，水質和地質條件都較好，且水位變幅較穩(wěn)定的情況，但水下施工工程量較大，且須在枯水期或冰凍期施工完畢。根據(jù)進水間與泵房是否合建，岸邊式取水構筑物可分為合建式和分建式兩種。進水部分包括井壁進水孔（或透水井壁）和井底反濾層。13.3771．合建式岸邊取水構筑物階梯式布置1-進水間；2-進水室；3-吸水室；4-進水孔；5-格柵；6-網(wǎng)格；7-泵房；8-閥門井1．合建式岸邊取水構筑物階梯式布置1-進水間；2-進水室；378水平式布置水平式布置79臥式泵改為立式泵或軸流泵，且吸水間在泵房下面

1-進水間；2–泵房；3-立式泵；4-立式電動機臥式泵改為立式泵或軸流泵，且吸水間在泵房下面1-進水間；2802．分建式岸邊取水構筑物分建式岸邊取水構筑物1-進水間；2-引橋；3-泵房2．分建式岸邊取水構筑物分建式岸邊取水構筑物1-進水間；2-81（二）河床式取水構筑物河床式取水構筑物與岸邊式基本相同，但用伸入江河中的進水管（其末端設有取水頭部）來代替岸邊式進水間的進水孔。它主要由泵房、集水間、進水管和取水頭部組成。床式取水構筑物根據(jù)集水井與泵房間的聯(lián)系，可分為合建式與分建式。河床式取水構筑物按照進水管形式的不同，可以分為四種基本形式：自流管取水式、虹吸管取水式、水泵直接取水式和江心橋墩取水式。（二）河床式取水構筑物河床式取水構筑物與岸邊式基本相同，但用82（a）合建式；（b）分建式1－取水頭部；2－進水管；3－集水井；4－泵房1．自流管取水式（a）合建式；（b）分建式1．自流管取水式832．虹吸管取水式1-取水頭部；2-虹吸管；3-集水井；4-泵房2．虹吸管取水式1-取水頭部；2-虹吸管；3-集水井；4-泵843．水泵直接吸水式1-取水頭部；2-水泵吸水管；3-泵房3．水泵直接吸水式1-取水頭部；2-水泵吸水管；3-泵房854．江心橋墩取水式1-集水井；2-進水孔；3-泵房；4-引橋；5-出水管4．江心橋墩取水式1-集水井；2-進水孔；3-泵房；4-引橋86順流式：適用于含泥沙甚多、面冰凌不嚴重的河流。

逆流式：適用于冰凌嚴重，而泥沙較少的河流

側壩進水逆流式斗槽:適用于含沙量較高的河流。是逆流式斗槽的一種改進雙流式：適用于冬季浮冰，夏季含砂量高的情況

（三）斗槽式取水構筑物順流式：適用于含泥沙甚多、面冰凌不嚴重的河流。（8713.4移動式取水構筑物（一）浮船式取水構筑物將取水設備直接安置在浮船上，由浮船、錨固設備、連絡管及輸水斜管等部分組成。

階梯式連接的浮船式取水構筑物柔性聯(lián)絡管連接剛性聯(lián)絡管連接13.4移動式取水構筑物（一）浮船式取水構筑物將取88（二）纜車式取水構筑物1－泵車；2－坡道；3－支墩；4－輸水管；5－絞車房（a）斜橋式（b）斜坡式纜車式取水構筑物由泵車、坡道或斜橋、輸水管和牽引設備等部分組成。（二）纜車式取水構筑物1－泵車；2－坡道；3－支墩；4－輸水8913.5湖泊和水庫取水構筑物（一）湖泊和水庫特征湖泊和水庫的水位與其蓄水量和來水量有關，其年變化規(guī)律基本上屬于周期性變化。湖泊和水庫具有良好的沉淀作用，水中泥砂含量較低，濁度變化不大。但在河流入口處，由于水流突然變緩，易形成大量淤積。不同的湖泊或水庫，水的化學成分不同。湖泊、水庫中的水流動緩慢，浮游生物較多，多分布于水體上層10m深度以內的水域。13.5湖泊和水庫取水構筑物（一）湖泊和水庫特征湖泊和水庫90（三）取水構筑物類型1．隧洞式取水和引水明渠取水

巖塞爆破法示意圖（三）取水構筑物類型1．隧洞式取水和引水明渠取水巖塞爆破法912．分層取水的取水構筑物為避免水生生物及泥砂的影響，應在取水構筑物不同高度設置取水窗。根據(jù)不同水深的水質情況，取得低濁度、低色度、無嗅的水。2．分層取水的取水構筑物為避免水生生物及泥砂的影響，923．自流管式取水構筑物采用自流管或虹吸管把水引入岸邊深挖的吸水井內，然后水泵的吸水管直接從吸水井內抽水，泵房與吸水管可以合建，也可分建。

3．自流管式取水構筑物采用自流管或虹吸管把水引入岸邊9313.6山區(qū)淺水河流取水構筑物（一）山區(qū)淺水河流特點河床多為粗顆粒的卵石、礫石或基巖，穩(wěn)定性較好。河床坡降大、河狹流急，洪水期流速大，洪水期推移質多。水位和流量變化幅度大。水質變化劇烈。北方某些山區(qū)河流潛冰（水內冰）期較長。13.6山區(qū)淺水河流取水構筑物（一）山區(qū)淺水河流特點河床多94（二）取水特點山區(qū)河流枯水期河流流量很小，取水量占河水枯水徑流量的比重很大，有時高達70％～90％。平枯水期水層淺薄，不能滿足取水深度要求，需要修筑低壩抬高水位或采用底部進水的方式解決。洪水期推移質多，粒徑大，因此，在山區(qū)淺水河流的開發(fā)利用中，既要考慮到使河水中的推移質能順利排除，不致大量堆積，又要考慮到使取水構筑物不被大顆粒推移質損壞。

（二）取水特點山區(qū)河流枯水期河流流量很小，取水量占河水枯水徑95（三）低壩式取水構筑物固定式低壩平面圖1－溢流壩（低壩）；2－沖沙閘；3－進水閘；4－引水渠；5－導流堤；6－護坦1．固定式（三）低壩式取水構筑物固定式低壩平面圖1．固定式962．活動式袋形橡膠壩2．活動式袋形橡膠壩97浮體閘浮體閘98（四）底欄柵取水構筑物通過壩頂帶欄柵的引水廊道取水。由攔河低壩、底欄柵、引水廊道、沉沙池、取水泵站等部分組成。在河床較窄、水深較淺、河床縱坡降較大、大顆粒推移質特別多的山溪河流，且取水量占河水總量比例較大時采用。1－溢流壩（低壩）；2－底欄柵；3－沖沙室；4－進水閘；5－第二沖沙室；6－沉沙池；7－排沙渠；8－防洪護坦（四）底欄柵取水構筑物通過壩頂帶欄柵的引水廊道取水。由攔河低9913.7海水取水構筑物（一）海水取水的特點海水含鹽量高，腐蝕性強。海生生物的影響與防治：海生生物的大量繁殖常堵塞取水頭部、格網(wǎng)和管道，且不易清除，對取水安全可靠性構成極大危脅。可采用加氯法去除。潮汐和波浪：取水構筑物應設在避風的位置，對潮汐和海浪的破壞力給予充分考慮。泥沙淤積：海濱地區(qū)，潮汐運動往往使泥砂移動和淤積，在泥質海灘地區(qū)，這種現(xiàn)象更為明顯。因此，取水口應避開泥砂可能淤積的地方，最好設在巖石海岸、海灣或防波堤內。13.7海水取水構筑物（一）海水取水的特點海水含鹽量高，腐1001．引水管渠取水當海灘比較平緩時，可采用自流管或引水管渠取水。（二）海水取水構筑物分類1－防浪墻；2－進水斗；3－引水渠；4－沉淀池；5－濾網(wǎng)；6－泵房引水渠取海水的構筑物剖面圖平面圖1．引水管渠取水當海灘比較平緩時，可采用自流管或引水管渠取水1012．岸邊式取水在深水海岸，若地質條件及水質良好，可考慮設置岸邊式取水，直接從岸邊取水。（三）海水取水構筑物分類3．潮汐式取水1－蓄水池；2－潮門；3－取水泵房；4－海灣2．岸邊式取水在深水海岸，若地質條件及水質良好，可考慮設置岸102固定式取水構筑物的構造和設計（一）岸邊式取水構筑物1．進水間進水室的平面尺寸應根據(jù)進水孔、格網(wǎng)和閘板的尺寸及安裝、檢修和清洗等要求確定；吸水室的設計要求一般與泵房吸水井基本相同。吸水室的平面尺寸按水泵吸水管的直徑、數(shù)目和布置要求確定。2．進水孔不同高程處分層設置進水孔固定式取水構筑物的構造和設計（一）岸邊式取水構筑物1．進水間1033．進水間的附屬設備（1）格柵：在取水頭部或進水間的進水孔處設置。金屬框架柵條與進水孔形狀相同斷面：：矩形、圓形等。厚度：10mm間距：根據(jù)取水量大小、冰絮和漂浮物等情況確定。進水孔的過柵流速3．進水間的附屬設備（1）格柵：在取水頭部或進水間的進水孔處104（2）格網(wǎng)：格柵后設置。平板格網(wǎng)旋轉格網(wǎng)（3）排泥：采用排砂泵、排污泵、壓縮空氣提升器等設備。（4）起閉設備：在進水間的進水孔、格網(wǎng)和橫向隔墻的聯(lián)通孔上設置。常用平板閘門、滑閥和蝶閥等。（5）起吊設備：設在進水間上部的操作平臺上，用以起吊格柵、格網(wǎng)、閘板和其它設備。常用起吊設備有單軌吊車與橋式吊設備車。（2）格網(wǎng)：格柵后設置。平板格網(wǎng)旋轉格網(wǎng)（3）排泥：采用排砂1054．岸邊式取水泵房水泵型號和臺數(shù)：3～4臺。泵房平面：矩形、圓形等。取水泵房的起吊設備：一級起吊和二級起吊。防滲；抗浮：增加重物、錨固、增加摩擦。4．岸邊式取水泵房水泵型號和臺數(shù)：3～4臺。106（二）河床式取水構筑物1．取水頭部（1）取水頭部設計的一般要求應設在穩(wěn)定河床的主流深槽處，有足夠的取水深度；選擇合理的外形和較小的體積，以避免對周圍水流產(chǎn)生大的擾動，同時防止取水頭部受沖刷，甚至被沖走；取水頭部應防止冰塊堵塞和沖擊，并防止船只、木筏碰撞，可在上游或周圍設置航標加以保護。（二）河床式取水構筑物1．取水頭部（1）取水頭部設計的一般要107（2）取水頭部的型式與構造管式取水頭部（a）順水流式；（b）水平式；（c）垂直向上式；（d）垂直向下式喇叭管取水頭部（2）取水頭部的型式與構造管式取水頭部（a）順水流式；（b）108蘑菇式取水頭部蘑菇式取水頭部109魚形罩式取水頭部魚形罩式取水頭部110箱式取水頭部圓形箱式取水頭部菱形箱式取水頭部箱式取水頭部圓形箱式取水頭部菱形箱式取水頭部111橋墩式取水頭部橋墩式取水頭部112樁架式取水頭部岸邊隧洞式喇叭口形取水頭部樁架式取水頭部岸邊隧洞式喇叭口形113活動式取水頭部斜板式取水頭部活動式斜板式114（3）取水頭部進水孔的設計進水孔的位置和方向應根據(jù)水流中含泥沙、漂浮物及冰凌等情況確定，一般布置在取水頭部的側面和下游面，多朝向下游或與水流方向垂直。漂浮物和泥沙較少的河流，可在取水頭部下游側開進水孔；有漂浮物或流冰的河流，應在側面設進水孔，以免水面旋渦吸入漂浮物；河床為易沖刷的土壤、含沙量大且豎向分布不均勻的河流，當漂浮物或流冰少時，可在取水頭部的頂部設進水孔；一般不宜在迎水面設進水孔。（3）取水頭部進水孔的設計進水孔的位置和方向應根據(jù)水流中含泥1152．進水管（1）設計要求（2）進水管型式

自流管和虹吸管（3）進水管的沖洗正向沖洗：指沖洗時管內水流方向與正常運行時的水流方向一致，也稱順沖。反向沖洗：指管內水流方向與正常運行時方向相反，即泥沙流向河床。2．進水管（1）設計要求116

水中膠體的穩(wěn)定性膠體穩(wěn)定性：是指膠體粒子在水中長期保持分散懸浮狀態(tài)的特性。膠體穩(wěn)定性分“動力學穩(wěn)定性”和“聚集穩(wěn)定”兩種。動力學穩(wěn)定性：無規(guī)則的布朗運動強，對抗重力影響的能力強。聚集穩(wěn)定性包括：①膠體帶電相斥（憎水性膠體）；②水化膜的阻礙（親水性膠體）在動力學穩(wěn)定性和聚集穩(wěn)定兩者之中，聚集穩(wěn)定性對膠體穩(wěn)定性的影響起關鍵作用。膠體顆粒的雙電層結構見圖6-1。滑動面上的電位：稱為電位，決定了憎水膠體的聚集穩(wěn)定性。也決定親水膠體的水化膜的阻礙，當ξ電位降低，水化膜減薄及至消失。水中膠體的穩(wěn)定性117

118

理論膠體顆粒之間的相互作用決定于排斥能與吸引能，分別由靜電斥力與范德華引力產(chǎn)生。排斥勢能：ER－1/d2

吸引勢能：EA－1/d6（有些認為是1/d2或1/d3）由此可畫出膠體顆粒的相互作用勢能與距離之間的關系，見圖6-2。當膠體距離x<oa或x>oc時，吸引勢能占優(yōu)勢；當oa<x<oc時，排斥勢能占優(yōu)勢；當x=ob時，排斥勢能最大，稱為排斥能峰。膠體的布朗運動能量Eb＝1.5kT，當其大于排斥能峰時，膠體顆粒能發(fā)生凝聚。以上稱為DLVO理論，只適用于憎水性膠體，由德加根（derjaguin）、蘭道（Landon）(蘇聯(lián)，1938年獨立提出〕，伏維（Verwey）、奧貝克（Overbeek）（荷蘭，1941年獨立提出）。理論119

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混凝機理

1．電性中和作用機理電性中和作用機理包括壓縮雙電層與吸附電中和作用機理，見圖6-4。（1）壓縮雙電層加入電解質加入，形成與反離子同電荷離子，產(chǎn)生壓縮雙電層作用，使ξ電位降低，從而膠體顆粒失去穩(wěn)定性，產(chǎn)生凝聚作用。壓縮雙電層機理適用于叔采－哈代法則，即：凝聚能力離子價數(shù)6。該機理認為電位最多可降至0。因而不能解釋以下兩種現(xiàn)象：①混凝劑投加過多，混凝效果反而下降；②與膠粒帶同樣電號的聚合物或高分子也有良好的混凝效果?；炷龣C理121

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（2）吸附－電性中和這種現(xiàn)象在水處理中出現(xiàn)的較多。指膠核表面直接吸附帶異號電荷的聚合離子、高分子物質、膠粒等，來降低電位。其特點是：當藥劑投加量過多時，電位可反號。

2．吸附架橋吸附架橋作用是指高分子物質和膠粒，以及膠粒與膠粒之間的架橋，架橋模型示意見圖6-5。高分子絮凝劑投加后，通?？赡艹霈F(xiàn)以下兩個現(xiàn)象：①高分子投量過少，不足以形成吸附架橋；②但投加過多，會出現(xiàn)“膠體保護”現(xiàn)象，見圖6-6；

（2）吸附－電性中和123

3．網(wǎng)捕或卷掃金屬氫氧化物在形成過程中對膠粒的網(wǎng)捕與卷掃。所需混凝劑量與原水雜質含量成反比，即當原水膠體含量少時，所需混凝劑多，反之亦然。3．網(wǎng)捕或卷掃124

3．混凝控制指標

自藥劑與水均勻混合起直至大顆粒絮凝體形成為止，工藝上總稱混凝過程。相應設備有混合設備和絮凝設備?；旌希郏┻^程：在混合階段，對水流進行劇烈攪拌的目的主要是使藥劑快速均勻分散以利于混凝劑快速水解、聚合、及顆粒脫穩(wěn)。平均G＝700~1000s-1，時間通常在10～30s，一般<2min散藥劑，此階段，雜質顆粒微小，同時存在顆粒間異向絮凝。絮凝過程：在絮凝階段，主要靠機械或水力攪拌促使顆粒碰撞凝聚，故以同向絮凝為主。同向絮凝效果不僅與G有關，還與時間有關。在絮凝階段，通常以G值和GT值作為控制指標。平均G＝20－70s-1，GT＝1～104－105

隨著絮凝的進行，G值應逐漸減小。3．混凝控制指標1256.4影響水混凝的主要因素概述影響混凝效果的因素比較復雜，主要包括：①原水性質，包括水溫、水化學特性、雜質性質和濃度等；②投加的凝聚劑種類與數(shù)量；③使用的絮凝設備及其相關水力參數(shù)。6.4影響水混凝的主要因素概述126

水溫影響水溫低時，通常絮凝體形成緩慢，絮凝顆粒細小、松散，凝聚效果較差。其原因有：①無機鹽水解吸熱；②溫度降低，粘度升高――布朗運動減弱；③水溫低時，膠體顆粒水化作用增強，妨礙凝聚；④水溫與水的pH值有關水溫影響127

水的pH和堿度影響

水的pH值對混凝效果的影響程度，與混凝劑種類有關?；炷龝r最佳pH范圍與原水水質、去除對象等密切有關。當投加金屬鹽類凝聚劑時，其水解會生成H+，但水中堿度有緩沖作用，當堿度不夠時需要投加石灰。石灰投量按下式估算：

[CaO]=3[a]–[x]+[δ]（6-13）式中[CaO]：純石灰CaO投量，mmol/L；

[a]：混凝劑投量，mmol/L；

[x]：原水堿度，按mmol/L，CaO計；[δ]：保證反應順利進行的剩余堿度，一般取0.25~0.5mmol/L（CaO）。一般石灰投量通過試驗決定。水的pH和堿度影響128水中懸浮物濃度的影響

雜質濃度低，顆粒間碰撞機率下降，混凝效果差。可采取的對策有：①加高分子助凝劑；②加粘土③投加混凝劑后直接過濾如果原水懸浮物含量過高，為減少混凝劑的用量，通常投加高分子助凝劑。如黃河高濁度水常需投加有機高分子絮凝劑作為助凝劑。水中懸浮物濃度的影響雜質濃度低，顆129

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絮凝設備

1.隔板絮凝池隔板絮凝池分往復式和回轉式，見圖6-15與圖6-16。隔板絮凝池的水頭損失由局部水頭和沿程水頭損失組成。往復式總水頭損失一般在0.3~0.5m，回轉式的水頭損失比往復式的小40％左右。隔板絮凝池特點：構造簡單、管理方便，但絮凝效果不穩(wěn)定，池子大。適應大水廠。隔板絮凝池的設計參數(shù)：

絮凝設備133

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2.折板絮凝池通常采用豎流式，它將隔板絮凝池的平板隔板改成一定角度的折板。折板波峰對波谷平行安裝稱“同波折板”，波峰相對安裝稱“異波折板”。與隔板式相比，水流條件大大改善，有效能量消耗比例提高，但安裝維修較困難，折板費用較高。其示意圖見圖6-17與圖6-18。2.折板絮凝池135

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3機械絮凝池

機械絮凝池的剖面示意見圖6-19。攪拌器有漿板式和葉輪式，按攪拌軸的安裝位置分水平軸式和垂直軸式。第一格攪拌強度最大，而后逐步減小，G值也相應減小，攪拌強度決定于攪拌器轉速和槳板面積。

3機械絮凝池138

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4.穿孔旋流絮凝池

由若干方格組成。分格數(shù)一般不少于6格。流速逐漸減小，G也相應減小以適應絮凝體形成，孔口流速宜取0.6～1.0m/s，末端流速宜取0.2～0.3m/s。絮凝時間15～25min。穿孔旋流絮凝池的平面示意圖見圖6-20。穿孔旋流絮凝池的優(yōu)點是構造簡單，施工方便，造價低，可用于中、小型水廠或與其他形式的絮凝池組合應用。

4.穿孔旋流絮凝池140

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5.網(wǎng)格、柵條絮凝池

網(wǎng)格、柵條絮凝池設計成多格豎井回流式。每個豎井安裝若干層網(wǎng)格或柵條，各豎井間的隔墻上、下交錯開孔，進水端至出水端逐漸減少，一般分3段控制。前段為密網(wǎng)或密柵，中段為疏網(wǎng)或疏柵，末段不安裝網(wǎng)、柵。網(wǎng)格（柵條）絮凝池的示意圖見圖6-21。5.網(wǎng)格、柵條絮凝池142

143沉淀和澄清

水中固體顆粒依靠重力作用，從水中分離出來的過程稱為沉淀，按著水中固體顆粒的性質，沉淀分為三類：1.自然沉淀顆粒在沉淀過程中不改變其大小、形狀和密度。2.混凝沉淀在沉淀過程中，顆粒由于相互接觸凝聚而改變其大小、形狀和密度，這種過程稱為混凝沉淀。3.化學沉淀在某些特種水處理中，投加藥劑使水中溶解雜質結晶為沉淀物，稱為化學沉淀。沉淀和澄清水中固體顆粒依靠重力作用144懸浮顆粒在凈水中的沉淀自由沉淀：顆粒沉淀時不受容器壁和其他懸浮物的影響，顆粒狀沉淀。擁擠沉淀：顆粒處于互相干擾的沉淀（網(wǎng)狀沉淀）。一、懸浮顆粒在凈水中的自由沉淀一般認為，懸浮顆粒與器壁的距離大于50倍顆粒的直徑，同時體積濃度小于0.002時（5400mg/L），可認為自由沉淀，此時的沉淀速度稱為自由沉淀速度。懸浮顆粒在凈水中的沉淀自由沉淀：145二、懸浮顆粒在凈水中的擁擠沉淀

自由沉淀可以看成單個顆粒在無邊無際的水體中下沉，此時顆粒排擠開同體積的水，水將以無限小的速度上升，當大量顆粒在有限的水中下沉時，被排擠的水便有一定的速度，使顆粒所受到的摩擦阻力有所增加，顆粒處于互相干擾狀態(tài)，此過程稱為擁擠沉淀，此時的沉淀速度稱為擁擠沉速。

一般講，當原水含沙量增到一定數(shù)量，泥沙即處于擁擠沉淀狀態(tài)，含沙量再大時，再沉淀過程中會產(chǎn)生濁度相差懸殊的清水區(qū)和渾水區(qū)，兩區(qū)交界面清晰可見，稱為渾液面，該面緩緩下降，直至泥沙完全沉積為止。黃河高濁度水當含沙量＞6kg/m3時，具有擁擠沉淀性質；當含沙量＞15~20kg/m3時，就出現(xiàn)清晰可見的渾液面。二、懸浮顆粒在凈水中的擁擠沉淀自由沉淀可以看146一、非絮凝性顆粒沉淀過程分析（理想沉淀池的沉淀原理）1.顆粒處于自由沉淀狀態(tài)。即在沉淀過程中顆粒之間互不干擾，不在凝聚和破碎，顆粒的大小、形狀和密度不變，因此顆粒沉速始終不變。2.水流沿著水平方向流動，在過水斷面上，各點流速相等。在流動過程中，v始終不變。3.顆粒沉到池底即認為已被去除。理想沉淀池應符合以下三個假定：一、非絮凝性顆粒沉淀過程分析（理想沉淀池的沉淀原147沉淀效率：式中：L—沉淀區(qū)的長度；h0—沉淀區(qū)的水深；

V—水平流速；B—沉淀區(qū)的寬度；

A—沉淀區(qū)的面積；ui—小于截流速度的沉速（截流沉速）。q—表面負荷率（單位面積沉淀區(qū)單位時間所沉淀的水量）；

E—沉淀效率。●BAB′A′u0uibmvv●b′△ABB′～△Abb′相似同樣所以沉淀效率：式中：L—沉淀區(qū)的長度；h0148三、影響平流沉淀池沉淀效果的因素1、進水的影響水流經(jīng)進水穿孔板孔眼的流速0.1～0.2m/s,較池中水流速3～20m/s高出很多，所以進池水流有很大的功能，它能在池內持續(xù)很長距離才逐漸消失，這種射流加劇水的紊動，從而影響沉淀效果。影響距離可達數(shù)米至數(shù)十米之遙。在沉淀池的末端，以水流的出水溢流堰頂為軸心向上形成出流水舌，細粒雜質在出流水舌夾帶下能隨水流流出池外，從而使沉淀效果降低。2、異重流的影響渾水進入沉淀池后，因水中顆粒雜質不斷沉淀而逐漸變清，流出沉淀池的水中渾水物質的含量已經(jīng)很少，渾水和清水的比重是不同的。即進入沉淀池渾水的比重比流出沉淀池清水的比重大。比重大的渾水進沉淀池后，在重力作用下會潛入池的底部流動，形成所謂的渾水異重流。三、影響平流沉淀池沉淀效果的因素1、進水的影響149此外，水的比重與溫度有關，當進水溫度較池內水溫高時，進水有可能趨向池表流動，形成溫度異重流，當進水溫度較池水溫度低時，將會加劇渾水異重流。3、水流紊動性和穩(wěn)定性對沉淀效果的影響水的紊動性以雷諾數(shù)Re判別渾水異重流是平流沉淀池中的基本現(xiàn)象之一，當進池渾水的濃度高時異重流的現(xiàn)象就明顯一些，進池渾水的濃度低時，異重流現(xiàn)象就不如濃度高時明顯。

—水的流速；R—水力半徑；

—水的運動拈滯系數(shù)。此外，水的比重與溫度有關，當進水溫度較池內水溫150一般認為，在明渠流中，Re＞500時，水流是紊流狀態(tài)，平流沉淀池中水流的Re一般為4000～15000，屬紊流狀態(tài)。此時水流除水平流速外，尚有上、下、左、右的脈動分速，且伴有小的渦流體，對水中雜質顆粒的沉降是有影響的，因此，在沉淀池中，通常要求降低雷諾數(shù)以利于顆粒沉降。Fr高，慣性力作用相對增加，重力相對減少。水流對溫差、密度異重流及風浪等影響的抵抗的能力強，使沉淀池中的水流流型保持穩(wěn)定，一般認為平流沉淀池中Fr＞10-5。在沉淀池中，降低Re和提高Fr的有效措施是減小水力半徑R，平流沉淀池的縱向分隔及斜板、斜管沉淀池都能達到上述目的。水的穩(wěn)定性以費勞德數(shù)判別R—水力半徑；—水平流速；g—重力加速度。一般認為，在明渠流中，Re＞500時，水流是151

在沉淀池中，增大，一方面提高Re，加強水力的紊動性而不利于沉淀，但另一方面也提高了Fr，而加強了水的穩(wěn)定性，從而有利于沉淀效果的提高。所以，可在很寬的范圍內選取，而不至于對沉淀效果有明顯的影響。我國各地一般=10