取水工程課程設計

《取水工程》課程設計—30000m3/d地下水水源設計計算書姓名 專業(yè)班級組 別 指導教師 日 期 太原理工大學環(huán)境科學與工程學院一、設計任務1、 題目30000m3/d地下取水水源設計計算2、 目的培養(yǎng)學生運用所學的水文地質和地下水取水工程的知識，解決實際問題的能力，進一步提高計算、繪圖、使用規(guī)范、手冊和技術資料的基本技能。3、 要求確定取水型式與構造、取水設備，確定井群布置的方案。計算書要文字簡練，字體端正，計算正確，圖表清晰美觀。4、 資料水源地范圍長X寬=1350X1600地下水流向及水位自北向南流動靜水位：10.00m含水層性質：承壓含水層巖性：粗砂夾礫石埋深：52?73m(厚度為21m)滲透系數：K=43.5m/d影響半徑：R=260.5m水質資料:符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749-2006)勘探試驗井井距：L、=54.59m井徑：D、=300mm抽水試驗資料 試1#、2#孔進行了互阻抽水試驗，試驗進行了三次穩(wěn)定降深，試驗成果詳見表1。表1抽水試驗資料抽水1#2#單孔互阻單孔互阻次涌降單位水涌降單位涌降單位水涌降單位數水深涌水位水深涌水水深涌水位水深涌水量S量削量S量量S量削量S量Q(L(mQ減Q(L(mQQ(L(mQ減Q(L(mQ/S))(L/s?m)量t(m)/S))(L/s?m)/S))(L/s?m)量t(m)/S))(L/s?m)117.5571.5211.5510.3216.0821.619.98815.411.728.970.5211.411.736.595234.6313.1710.9250.7828.8953.199.05829.623.568.320.8924.553.586.858347.6794.6810.1880.9341.0014.728.68737.234.687.961.1829.624.586.467二、設計計算1、取水型式的確定管井對含水層的適應能力強，施工機械化程度高，用于開采深層地下水，井深一般在300m以內，最深可達1000m以上。2、單井的設計計算㈠圖解法確定Q-S曲線①對1#井抽水數據做如下處理：抽水次數lgSwlgQ10.1818441.2444520.5010591.5394630.6702461.678321#試驗井lgQ-lgSw擬合曲線圖則q-s曲線為幕函數型 q=nmsw將兩邊取對數，得：lgQ=lgn+一lgsmwA和b可由最小二乘法算得，計算公式如下:n￡(lgs)2一(￡lgs)2

m=n￡(lgs?igQ)一￡lgs：￡lgQ

w w3x0.733-1.8313x2.122—6.038=1.122￡lgQ-上lgn= mNs4.462一1x1.353里= 1122 =1.0853則n=101.085=12.16則有Q—Sw曲線方程：Q=12.161回七抽水次數lgSwlgQ(lgSw)*(lgQ)10.2355281.1878030.27976120.551451.4715850.81150530.6702461.5708931.052884②對2#抽水數據做如下處理:2#試驗井lgQ-lgSw擬合曲線圖ogly=0.8847x+0.98031.8-1.6 為幕函數型Q=nmSW將兩邊取對數，得：lgQ=lgn+—lgsmwA和b可由最小二乘法算得，計算公式如下:

N￡(1gs)2-(Z1gs)2w wywm) - —w亍)3N￡(1gs)2-(Z1gs)2w wywN￡(1gs?lgQ)-￡1gs?Z1gQ3x2.145-6.1651gn=1gn=Z1gQ--Z1gsmwN4.23-x1.457 1.115 =0.9743貝U n=100.974=9.42Q=9.421.115則有Q—Sw曲線方程： 'wQ=9.421.115'y根據圖解法，可以選擇一個比較安全的Q-S曲線： 氣’w㈡曲度n值法確定Q-S曲線對1#井抽水數據進行如下處理：IgSi0.181844lgQ11.24445lgS20.501059lgQ21.539465lgS30.670246lgQ31.678327=1.081"_1gs。-1gs_0.501-0.182令n1—1gQ2-1g4—1.539-1.244=1.081==1.1241gs3-1gs11gq31gq3-1gQ0.670-0.1821.6781.678-1.244】】gS3-也七0.670-0.501.…

=1.2161gQ3-1gQ1.678-1.53921#試驗井Q-S擬合曲線圖y=12.151x。.893S/(m)②對2#井抽水數據進行如下處理lgS10.235528lgQ11.187803lgS20.55145lgQ21.471585峪0.670246lgQ31.570893令n=恒、27*=、限36fogi1gQ2-1gQ1 1.472-1.188=1g七-lg*=0.670-0.236=1133-1gq3-1gQ1-1.571-1.188—.=也s"也七=0.670-0.551=12021gQ3-1gQ2 1.571-1.472 *為了安全穩(wěn)定供水，取斜率較小的作為Q-S曲線，lgQ=0.8847lgSw+0.9803對上式進行化簡，最后可表示Q=9-421-115/sw綜上所述，Q-S曲線為Q=9?42i.ii尊s㈢設計降深的確定考慮供水安全和含水層埋藏條件，取S設=1.75Smax㈣單井出水量的推求根據S.和Q-S曲線確定設計降深下的單井出水量，但要特別注意，設計井的井徑與試驗井的井徑不同時，要進行出水量的校正。設計降深及單井流量的確定S設=1-75Smax=1-75x4-68=8-19m單井出水量Q=9.421.1仃=62.107L/s=5366.03m3/d選取井徑為300mm，則不需要校正。㈤井結構設計井徑：300mm孔口徑：500mm井管材料：井壁管應具有足夠的強度，使其能夠經受地層和人工填充物的側壓力，并且應盡可能不彎曲，內壁平滑、圓整以利于安裝抽水設備和井的清洗、維修。一般情況下，鋼管適用范圍較廣，井深不受限制，但成本較高，易受腐蝕。而鑄鐵管成本較低，不易受腐蝕，但井深不易超過150m。因此，選用鑄鐵管作為井壁管材料。過濾器過濾器用以積水和保持填礫與含水層的穩(wěn)定，應有足夠的強度和抗蝕性，具有良好的透水性且能保持人工填礫和含水層的滲透穩(wěn)定性。在均質含水層中設計過濾器時，其長度應符合下列規(guī)定：含水層厚度小于30m時，宜取含水層厚度或設計動水位以下含水層厚度。由于含水層巖性為粗砂夾礫石，水質符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006）。因纏絲過濾器、填礫過濾器具有較好的滲水能力，故適合在這里使用。故此設計使用不銹鋼纏絲過濾器、填礫過濾器。1） 填礫粒徑和含水層粒徑之比為：Do=7d50式中 D0——填礫中粒徑小于氣。值的砂、礫石占總重量的50%d50——含水層中粒徑小于d50的占重量的50%允許流速vf=65^K=228.60m/d^理=以j36*03刃=162.755m/dnDl 3.14x0.5x21因為嘉＜%所以符合要求。2） 填礫層厚度為100mm。3） 過濾器纏絲間距小于礫石粒徑。4） 填礫層高度超過過濾器頂6m。5） 填礫層上方用速凝水泥封閉，封閉高度為44m。6） 總填礫層高度為37m。7） 過濾器長度為21m。沉淀管含水層埋深為52?73m（厚度為21m），且含水層巖性為粗砂夾礫石，故泥沙相對較少，因此沉淀管長度取6m。井深根據沉淀管和含水層埋深，可得井深為79m。3井群的計算（1）開采井數的布置根據單井出水量，并考慮井群間互阻影響和備用井數確定為滿足30000m3（1）開采井數的布置根據單井出水量，并考慮井群間互阻影響和備用井數確定為滿足30000m3/d水量而布置的開采井數。Q30000n= 則應布置的井數0.75"單井=7.45乂80.75x5366.03備用井數為2（2）開采井的布置開采井的影響半徑「RS、RRlg-r式中=—?RS00DD?lg—0r0nifn平必 4-^nA nifn平必R、R0設計開影響半徑、試驗所得影響半徑；S、S0r、r0解得R=427.5m設計、試'驗M□寸P中/深；-開采開、試驗井半徑；布置開采井的出水量減少系數

互阻時1#井出水量Q1'互阻時1#井出水量Q1'=2兀Kmtln2兀Kmr出水量減少系數a1=1一1.11"一§s(s-s(s-t)_s(^-1)t'=t?12__t'=t?2111 1ss—tt，2 2ss—tt12 12 12 12￡1￡2￡1￡21.521.723.173.564.684.68t2J0.2380.4380.6230.7150.7320.995tlt20.320.520.780.890.931.IS0.1420.2320.ITS0.1S20.1420.193由于試驗井與設計井的降深和井距不同，t’要進行降深校正(方法是利用t’一S曲線求設計降深下的t’)對t2'的校正t2’及S對應數據如下表:

S-t2'擬合曲線圖則S疙8.19m時，得t2’=2.418m對a的校正校正后的a還要進行井距校正:lgR ig427.5a=a. ：i=0.269x四*25=0.108設1 試 R 1427.25】g— lg^T^Tr式 54.59a設2=0.269x427.537254273lg一54.59=0.018試計算井群總的出水量和水量減少系數如下表:井號i腿(m)■影響右側飄Effi-Ecr航<1-1(?)￡!:L/s)O13E.25a3%5?186.25a3此f1E72.50〔D.1C80〔./189255.3992136.3.108(30,01E0.1263.87454.2824HE.250O.C13D.1C80(.125187454.2825■72.53.1D8(0(.103J.89255.3995E72.50C0.1C80(.125187455哉1133.1D8(0.01E(.2310.7U654.2829HE.250O.C13D.1C80〔.制3.7i)654.28210■72.53.1D8(0(.125JS455.399由上表井群在互阻情況下的總出水量為：EQ’=4X(55.399+54.282)=438.724L/s不發(fā)生互阻時，總出水量為：EQ=62.107X8=496.856L/s町互阻影響，井群出水量共減少：￡Q-￡0 496.856-438.724 V x100%= x100%=11.7%^Q496.856總水量減少系數為11.7%V25%設計符合要求。4抽水設備的選擇根據計算所得干擾出水量和設計井結構及設計降深，并考慮管路水頭損失和服務水頭，確定合理的抽水設備。Q’max=55.399X3.6m3/h=199.44m3/h所選300RJC220-13.5-7型水泵，出水量為220m3/h,總揚程為94.5m，符合設計要求。三、井群水位降深的校核在互阻影響下，各井以所選水泵額定流量220m3/h抽水時，水源地中水位降深最大井的降深為：TOC\o"1-5"\h\z(RR R R R、Q-lg-+Q」g—+Q」g—+Q」g—+Q」g—

[3r1r2r4r5rj427.5 427.5 427.5 427.5 427.5、x(5280lg +5280lg +5280lg +5280lg +5280lg )2.73x43.5x21 0.25 18625 3725 18625 3725=8.62mAC:彥壽:~~5280x4.68AS=履、 =0.2x■ =0.83m水躍值KFX43.5x3.14x0.5x21一 ,所以降深最大的井降深為S=S3+AS=8.62+0.83=9.45m該降深值小于含水層厚度21m，因而滿足要求。四、總結與建議總結：對照本次課程設計任務書所給的水文地質資料，結合課本中的地下水取水構筑物的各種類型及適用條件，最終選取管井形式。經驗公式是建立在水文地質詳細勘察和現(xiàn)場抽水試驗資料的基礎上，找出符合井的出水量Q和水位降落值S之間的關系方程式。所以要對設計的參考數據資料進行統(tǒng)計分析，選擇與實際過程盡量接近且相對穩(wěn)定的資料。最終，對比1#和2#井的資料、計算，確定一個比較安全的Q-S曲線。管井深度應根據需水量，擬開采含水層的深度、厚度、富水性及其出水能力同時結合附近其他同類條件的水井資料等綜合因素考慮。在地下水取水設計過程中要考慮對周邊環(huán)境的影響，不能對給定的井群范圍以外的地方產生地下水位的影響，井群本身布置也不宜太緊湊，盡量減少互阻，單井的降深及直徑均應當與試驗井接近，否則實驗參考數據將失去意義。必須指出，引用試驗井資料進行設計井