地下水資源的開發(fā)利用途徑及工程

地下水資源的開發(fā)利用途徑及工程第一節(jié)地下水資源的開發(fā)利用途徑第二節(jié)地下水取水構(gòu)筑物分類第三節(jié)地下水水源地的選擇第四節(jié)地下水取水構(gòu)筑物的選擇及布局思考題本章內(nèi)容第一節(jié)地下水資源的開發(fā)利用途徑6.1.1地下水的開發(fā)利用途徑地下水的開發(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(wù)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(gòu)筑物、輸配水管道、水廠和水處理設(shè)施（如圖6-1）。地下水取水構(gòu)筑物的延伸方向基本與地表面垂直。如管井、筒井等。圖6-1地下水取水工程系統(tǒng)組合形式取水構(gòu)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(jié)合在一起，或?qū)⑼到y(tǒng)中的幾種聯(lián)合成一整體。如輻射井、復(fù)合井等6.1.2地下水開發(fā)利用的優(yōu)點分布廣泛，容易就地取水水質(zhì)穩(wěn)定可靠具有時間上的調(diào)節(jié)作用減輕或避免了土地鹽堿化具備某些特殊功效6.1.3地下水過度開發(fā)帶來的環(huán)境問題正是由于地下水具有種種用途，20世紀(jì)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(zhì)災(zāi)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(zhì)惡化鹽澤化、生態(tài)退化河流斷流海水入侵示意圖地下水水質(zhì)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]6.1.4地下水資源的合理開發(fā)模式

不合理地開發(fā)利用地下水資源，會引發(fā)地質(zhì)、生態(tài)、環(huán)境等方面的負(fù)面效應(yīng)，因此需要建立地下水資源合理開發(fā)模式。

地下水庫開發(fā)模式傍河取水開發(fā)模式井渠結(jié)合開發(fā)模式排供結(jié)合開發(fā)模式引泉模式第二節(jié)地下水取水構(gòu)筑物分類6.2本節(jié)結(jié)構(gòu)管井主要由井室、井壁管、過濾器及沉砂管構(gòu)成，見圖6-3。當(dāng)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6-3（b）。1.1管井的構(gòu)造（a）單過濾器管井(b)雙過濾器管井圖6-2管井的一般構(gòu)造

1.1.1井室

井室通常是保護井口免受污染、安裝各種設(shè)備（如水泵機組或其他技術(shù)設(shè)備）以及進行維護管理的場所，井口要用優(yōu)質(zhì)黏土或水泥等不透水材料封閉，一般不少于3m，并應(yīng)高出井室地面0.3～0.5m，以防止井室積水流入井內(nèi)。井室外觀井室內(nèi)1.1.2井管

井管也稱井壁管，由于受到地層及人工填礫的側(cè)壓力，故要求它應(yīng)有足夠的強度，并保持不彎曲，內(nèi)壁平滑、圓整，以利于安裝抽水設(shè)備和井的清洗、維修。井管的構(gòu)造與施工方法、地層巖石穩(wěn)定程度有關(guān)，通常有如下兩種情況：井管1井管2（1）分段鉆進時的異徑井管構(gòu)造（a）（c）（b）圖6-3(a)(b)(c)分段鉆進時井壁管的構(gòu)造(d)不分段鉆進時的同徑井管構(gòu)造（2）不分段鉆進時的同徑井管構(gòu)造（d）1.1.2過濾器

1.1.2.1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(gòu)造、材質(zhì)、施工安裝質(zhì)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(gòu)造的核心。過濾器名稱進水孔眼的直徑或?qū)挾葞r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(zhì)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。表6-1過濾器的進水孔眼直徑或?qū)挾?.1.2.2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6-5（a），（b）〕、纏絲過濾器〔圖6-5（c），（d）〕、包網(wǎng)過濾器〔圖6-5（e）〕、填礫過濾器〔圖6-5（f）〕。（a）圓孔（b）縫隙（c）纏絲（d）鋼筋骨架（e）包網(wǎng)（f）填礫圖6-5過濾器類型1.1.2.3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(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)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(fù)核計算：

(6-2)式中：D—過濾器外徑（包括填礫厚度），m；Q—設(shè)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。

1.1.2.4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(shù)效益。因此，應(yīng)安裝在主要含水層的主要進水段；同時，還應(yīng)考慮井內(nèi)動水位探度。1.2管井的施工

管井的施工建造一般包括鉆鑿井孔、井管安裝、填礫和管外封閉、洗井、抽水試驗等步驟，現(xiàn)介紹如下：鉆鑿井孔井管安裝填礫和管外封閉洗井抽水試驗返回2.1大口井的構(gòu)造

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(shè)備型式限制不大，如有一定的場地且具備較好的施工技術(shù)條件，可考慮采用大口井。但是，大口井對地下水位變動適應(yīng)能力很差，在不能保證施工質(zhì)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(jié)構(gòu)、井筒及進水部分組成，見圖6-6所示。大口井的構(gòu)造實圖圖6-6大口井的陽構(gòu)造2.1企.1上部結(jié)架構(gòu)上部結(jié)病構(gòu)的布息設(shè)主要收取決于簡水泵站粘是與大撥口井分循建還是穩(wěn)合建，桂而這又恩取決于音井水位描（動水砌位與靜匯水位）蓮的變化攝幅度、訪單井出陜水量、咬水源供銜水規(guī)模富及水源森系統(tǒng)布煙置等因回素，同遮時做好父井口的潤污染防貞治工作共。2.1叉.2井筒井筒包括霧井中水面給以上和水設(shè)面以下兩斃部分，用轉(zhuǎn)鋼筋混凝庸土、磚、肆石條等砌羽成。井筒六的直徑應(yīng)岸根據(jù)水量革計算、允食許流速校嬸核及安裝圖抽水設(shè)備灶的要求來悠確定。井隸筒的外形倚通常呈圓步筒形、截盈頭圓錐形塑、階梯圓逮筒形等（纖圖6-7）。（a）圓筒怎形（b）截頭壤圓錐形（c）階梯圓棒筒形圖6-7大口井抵井筒外淺形2.1.走3進水部辟分進水部分翼包括井壁煌進水孔（很或透水井兔壁）和井鞋底反濾層靈。2.2大口井的威施工返回2.2.抽1大開挖施炸工法大開挖拴施工法溉是在開屠挖的基辜槽中，雹進行井犬筒砌筑鉆或澆注俘及鋪設(shè)送反濾層毛工作。2.2糟.2沉井施緩工法沉井施竹工法是鮮在井位股處先開烘挖基坑略，然后奸在基坑撤上澆注目帶有刃掘腳的井輕筒；待粱井筒達慈到一定淡強度后餃，即可丟在井筒岔內(nèi)挖土臘，利用頂井筒自奪重切土代下沉。3.1復(fù)合井復(fù)合井著是由非完整武大口井和井底下設(shè)放管井過濾扣器組成。實誤際上，它麻是一個大口井和管井組合的分層或分段取水系統(tǒng)岔（如圖6-8）。它夕適用于碎地下水拾水位較宵高、厚餐度較大隆的含水鴨層，能芽充分利俊用含水第層的厚斃度，增靜加井的東出水量莊。實驗裁證明，劉當(dāng)含水巧層厚度胞大于大勁口井半群徑3～6倍，或含旨水層透水渡性較差時接，采用復(fù)午合井出水貴量增加顯皺著。圖6-8復(fù)合井返回4.何1輻射井輻射井剃是由集窄水井（踢垂直系卸統(tǒng)）及膀水平的棒或傾斜禿的進水柄管（水值平系統(tǒng)型）聯(lián)合勒構(gòu)成的土一種井獄型，屬倉于聯(lián)合逼系統(tǒng)的佳范疇。枕因水平奸進水管回是沿集思水井半網(wǎng)徑方向逐鋪設(shè)的淹輻射狀考滲入管懸，故稱款這種井感為輻射阻井。輻射井的擠現(xiàn)場施工炒圖4.1肆.1輻射井統(tǒng)的類型按集水井犧本身取水臺與否，輻鈔射井分為番集水井井跳底與輻射輔管同時進闊水和集水歐井井底封掏閉僅輻射盲管進水兩倡種型式。調(diào)前者適用路于厚度較低大的含水城層。按集取疲水源的疲不同，猾輻射井懼又分為丘：集取嫩一般地極下水〔如圖6-9（a）〕、集取河販流或其他渠地表水體渣滲透水〔如圖6-9（b）、（c）〕、集取岸虧邊地下水撤和河床地?zé)粝滤妮椘渚踩鐖D6-9（d）〕等型式。按輻射詠管鋪設(shè)懇方式，逐輻射井獲有單層兵輻射管州和多層豈輻射管藏兩種?？謭D6-9毒(e)所示為集鏡水井井底序封閉的單居層輻射管另的輻射井聲。（e）圖6-9按補給段條件與浙布置方五式分類仔的輻射咸井4.1板.2輻射井的耽構(gòu)造輻射井皮的構(gòu)造持見圖6-10：4.1寄.2.知1．集水井集水井又該稱豎井，鳴其作用是樓匯集輻射賣管的來水哪和安裝抽流水設(shè)備等娃，對于不偽封底的集鄰水井還兼榨有取水井撕的作用。4.1.張2.2．輻射錘管圖6-1特0輻射井稻的構(gòu)造4.1.道3輻射井顏的施工輻射井的臥集水井和板輻射管的霜結(jié)構(gòu)不同挨，施工方摔法和施工勺機械也完濤全不同。象下面介紹病兩種方法滴。4.1.嫌3.1．集水渡井的施濟工方法4.1逆.3.餡2．輻射績管的施壤工方法返回5.1滲渠滲渠是嶄水平敷暫設(shè)在含邀水層中納的穿孔燥滲水管游渠。滲世渠可分骨為集水頭管和集遍水廊道敢兩種型啟式；同持時也有產(chǎn)完整式綠和非完原整式之題分。滲渠蘋施麗工圖圖6-1腦1滲渠滲渠由鞋滲水管規(guī)渠、集稻水井和焰檢查井醋組成，針如圖6-11所示。鋪設(shè)在糕不同條權(quán)件下的辟滲渠，驕以及對永不同施戀工條件磚下的要拌求，見往圖（6-12）（b）鋪設(shè)在攤河床下的取滲渠（a）鋪設(shè)向在河灘餡下的滲絹渠圖6-12滲渠人漸工反濾寧層構(gòu)造返回6.1坎兒井坎兒井是冷我國新疆倆地區(qū)在缺絲式乏把各山受溪地表徑答流由戈壁竟長距離引憶入灌區(qū)的炕手段以及辨缺乏提水惱機械的情垂況下，根扒據(jù)當(dāng)?shù)刈蕴喝粭l件、色水文地質(zhì)胖特點，創(chuàng)章造出用暗返渠引取地灑下潛流，頌進行自流簡灌溉的一摸種特殊水章利工程。坎兒井胳修復(fù)坎兒井圖6-1佛3坎兒井6.1暫.1坎兒井爽的構(gòu)造坎兒井的斯布設(shè)，一斗般大致順南沖積扇的烈地面坡降滲，即地下炊潛流的流透向，與之否相平行或惕斜交。其此構(gòu)造由豎鑒井、暗渠志、明渠和筑澇壩（即窩小型蓄水醫(yī)池）四部很分組成，育如圖6-1遲3。6.1琴.2坎兒井的伍施工6.1悉.3坎兒井類火型坎兒井吹按其成從井的水蘿文地質(zhì)停條件來因劃分，很可分為謊三種類蘭型：山前潛圈水補給誘型山溪河擴流河谷那潛水補宿給型平原潛水西補給型地下水極資源的乏開發(fā)利癥用首先掙要選擇牌好合適濁的地下侵水源地祥，因為內(nèi)水源地照位置選武擇得正評確與否護，，而伙且關(guān)系慘到是否爭能保證繩其長期慮經(jīng)濟和喜安全地各運轉(zhuǎn)，滲以及避夾免由此壇產(chǎn)不僅鑒關(guān)系到脅水源地職建設(shè)的勵投資生團各種不鞏良的環(huán)憲境地質(zhì)泉問題。第三節(jié)爛地塞下水水摘源地的語選擇3.1集中式供耕水水源地絡(luò)的選擇水源地的墳水文地質(zhì)約條件水源地籍的經(jīng)濟紅、安全蠶性和擴娘建前景水源地的家地質(zhì)環(huán)境3.2小型分拆散式水梳源地的浸選擇集中式供露水水源地炎的選擇原膊則，對于許基巖山區(qū)嚴(yán)裂隙水小選型水源地仆的選擇也寒是適合的治。但在基饅巖山區(qū)，授由于地下難水分布極東不均勻，農(nóng)水井布置會還要取決組于強含水部裂隙帶及巧強巖溶發(fā)戲育帶的分誰布位置；滲此外，布訴井地段的談地下水水旁位埋深及湖上游有無畝較大的匯蓮水補給面掌積，也是應(yīng)必須考慮漂的條件。第四節(jié)貪地下水帶取水構(gòu)筑揚物的選擇失及布局在地下欠水水源萍地選擇價的基礎(chǔ)太上，還泰要正確中選擇和啟設(shè)計地揭下水取抽水構(gòu)筑占物，以躺最大限默度地截凱取補給俱量，提嚷高出水兄量、改址善水質(zhì)救、降低館工程總鈴造價。4.1地下水取寶水構(gòu)筑物工的選擇常見的億地下水汪取水構(gòu)盯筑物有管井、大口井等構(gòu)成崇的垂直集汪水系統(tǒng)，滲渠、坎兒井等構(gòu)成的水平集夜水系統(tǒng)，輻射井、復(fù)合井等構(gòu)成的復(fù)合集水貌系統(tǒng)以及引泉工露程。由于過類型不賄同，其殖適用條感件具有食較大的椒差異性武。常見誓各種地砍下水取騙水構(gòu)筑蘿物的適懸用范圍澆如表6-3所示。4.2地下水取有水構(gòu)筑物棒的合理布否局取水建筑秒物的合理妖布局，是讓指在確定白水源地的隨允許開采筑量和取水艘范圍后，袖進而明確聾在采取何沒種工程技呈術(shù)和經(jīng)濟栗承受能力顛下的取水皂建筑物布拐置方案，周才能最有訓(xùn)效地開采揚地下水并株盡可能地謝減少工程稼所帶來的棄負(fù)面作用伏。4.2.蛛1水井的嶺平面布宜局水井的平狠面布局主鞠要決定于吃地下水的鴨運動形式亮和可開采村量的組成煤性質(zhì)，分牧以下幾種問情況。在地下徑咸流條件良形好的地區(qū)在地下徑禿流滯緩的型平原區(qū)在以大爆氣降水妄或河流向季節(jié)補鋼給為主雖、縱向懂坡度很繪緩的河麥谷潛水持區(qū)在巖層導(dǎo)舊、儲水性辰能分布極挎不均勻的燙基巖裂隙盾水分布區(qū)4.2.濟2、水井的暮垂向布局根據(jù)含乏水層和激多數(shù)的襪基巖含格水層（勝主要含清水裂隙鬧段的厚謊度）的銀厚度來霜判斷是砌采用完擦整井形兵式取水被還是分梅段取水罩，在垂直向上我箏們只考悅慮分段特取水。分段取水丘設(shè)計時，袖要考慮井培組中單井規(guī)的橫向和琴縱向的距懲離。（圖6-1娃4）。表6-4列出了擊在不同年水文地生質(zhì)條件潑下分段袖取水時餡，垂向怒間距a的經(jīng)驗數(shù)敢據(jù)。圖6-14分段取失水井組修布置示愁意表6-4列出了斃在不同昨水文地角質(zhì)條件惕下分段泰取水時麥，垂向保間距a的經(jīng)驗數(shù)臥據(jù)。表6-4分段（層建）取水井辱組配置參獄考資料在明確了堂水井平面分和垂向布途局之后，麻取水建筑終物合理布島局所要解惠決的最后熔一個問題階是，如何木在滿足設(shè)襲計需水量繩的前提下視，本著技教術(shù)可行且甘經(jīng)濟合理釀的原則，青來確定水咱井的數(shù)量的與井距。4.2.吉3、井?dāng)?shù)和類井間距離礙的確定4.2柳.3.單1集中式訂供水井切數(shù)與井賞距的確懸定4.2.翼3.1分散式胃灌溉供烘水的井箭數(shù)與井奧距的確舉定單井灌水溉面積物法考慮井間茫干擾時的授井距確定弟方法根據(jù)允許擊開采模數(shù)尸確定井?dāng)?shù)匪和井間距割離（1）單井挖灌溉面胃積法首先計算送出單井可村控制的灌她溉面積F：(6-3串)如果水壤井按正算方網(wǎng)狀辜布置，享則水井瀉間的距芳離D為：(6-4揭)如果水井瞎按等邊三齒角形排列象，則水井睬間的距離D為：(6-驗5)整個灌蓮區(qū)內(nèi)應(yīng)之布置的盡水井?dāng)?shù)n為：(6-6艙)（2）考慮失井間干校擾時的狠井距確跟定方法這種計摔算方法猴的思路您是，首泳先提出尿幾種可歉能的設(shè)夸計水位睬降深和擋井距方旦案，分碌別計算痕出不同嘗降深、蜓不同井選距條件捧下的單虹井干擾恒出水量貸，最后洪通過干喇?dāng)_水井勢的實際閱可灌溉陪面積