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1、第三章 取水工程3.3 地下取水工程主讲：朱永主讲：朱永3.3 地下水取水构筑物地下水取水构筑物3.3.1 地下水特点及分类地下水特点及分类 地下水（ground water），是贮存于包气带以下地层空隙，包括岩石孔隙、裂隙和溶洞之中的水。3.3.3.13.1 地下水特点及分类地下水特点及分类n透水层（含水层）：如卵石层、砂层和石灰岩层等，孔隙多且连通，透水性好；n不透水层：粘土、花岗岩层等紧密岩层，透水性极差；n潜水：第一个隔水层上的地下水，靠降雨和河流地表水补给，水位随降雨情况而变化。西北和南方分别和不等；n层间水：有压和无压。有压和无压对于管井出水量计算有所区分；n包气带水：位于潜水面以
2、上未被水饱和的岩石中的水。主要靠降水和地表水不给。3.3.2 地下水取水构筑物的类型及适用条件（一）管井 1井室；2井壁管；3过滤器；4沉淀管(二)井群 1.自流井井群；2虹吸式井群；3卧式泵取水的井群；4深井泵取水的井群（三）大口井（四）辐射井（五）渗渠一、形式及适用范围 地下水取水构筑物形式选择时，要根据当时水文地质条件通过技术经济比较确定。类别类别适用条件适用条件管井1、抽水设备性能允许的条件下，不受地下水水位埋深的限制；2、含水层厚度大于5m或多层含水层；3、不受地层岩性限制。大口井1、适用于砂、卵石、砾石含水层，含水层渗透系数宜大于20m/d；2、地下水埋深小于10m；3、含水层较薄
3、，且不含漂石时，可加设辐射管。辐射井含水层较薄，不能用大口井或含水层薄、埋深大、不能用渗渠的情况（补足大口井和渗渠不适用的情况）复合井地下水位较高，厚度较大渗渠1、地下水埋深较浅，一般在2m以内；2、含水层较薄，一般在5m以内；地下水取水构筑物形式及适用范围地下水取水构筑物形式及适用范围形式 尺寸(mm)深度(m)类型 埋深(m)厚度(m)产水量管井 150800 201000 裂隙水、潜 200m 5m或有多 单井5008000 水、承压水 层含水层 m3/d，最大达 23万m3/d 大口井 40008000 615m 潜水、承压水 10m 515 m 单井50010000 m3/d，最大为
4、 23万m3/d渗渠 8001000 46m 潜水、河床渗透水 6m 46 m 一般为1030 m3/d.m，最大为 50100 m3/d.m辐射井 750150 3-12 潜水、承压水 12m 2m 单井为5000 （辐射管）（集水井）50000m3/d二、位置选择要求 地下水取水构筑物的位置，应根据水文地质条件选择，并应符合下列要求：1.位于水质良好，不易受污染的富水地段；2.尽量靠近主要用水地区；3.施工、运行和维护方便；4、尽量避开地震区、地质灾害区和矿产采空区。3.3.3管井一、管井构造名称由来名称由来井壁和含水层中进水部分均为管状井壁和含水层中进水部分均为管状类别完整井和非完整井（
5、根据过滤器位置）适用条件各种岩性、埋深、含水层厚度和多层次含水层的取水工程（可参见标准值）尺寸0；可达以上。常用的，构造井室、井管壁、过滤器和沉淀管（有时可视含水层情况省略井管壁和过滤器）、井室 井室：保护井口、安装各种设备。功能功能安装设备、避免污染、便于维护管理安装设备、避免污染、便于维护管理条件采光、采暖、通风、防水、防潮、超高（）、密封（）类型深井泵房、深井潜水泵房、卧式泵房、自流井式、虹吸方式2.井壁管n功能：用来加固井壁，隔离水质不良或水位较低的含水层；n要求：有足够强度、平整光滑便于安装设备、清洗和维修；n管材：钢管：不受井深范围限制；铸铁管：适用于井深小于m的范围；钢筋混凝土管
6、：适用于井深不大于150m的管井；石棉水泥管；塑料管。n尺寸确定：其直径按水泵类型、吸水管外形尺寸等确定；n井壁管构造：与施工方式有关。分段钻进不分段钻进3.过滤管n功能：集水、保持人工填砾和含水层的稳定；n要求：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。注：其材质和构造形式的选择很重要。n常用过滤器：钢筋骨架过滤器；圆孔或条孔过滤器；缠丝过滤器；包网过滤器；填砾过滤器；装配式砾石过滤器。注：上述各种类型的比较，掌握其适用条件。图3.7 过滤器类型钢筋骨架过滤器n采用钢筋骨架进水；n适用条件：不稳定的裂隙岩、砂岩或砾岩含水层；深度不大于200m；侵蚀性较弱
7、；一般用作其它过滤器的骨架。n优点：用料省、易加工、孔隙率大；n缺点：抗压强度小、抗腐蚀能力弱；圆孔、条孔过滤器n采用圆孔或条孔进水；n适用条件：砾石、砂岩、卵石、砾岩和裂隙含水层；多用作其它过滤器的骨架。n优点：可以形成天然反滤层，能：保持含水层的渗透稳定性；提高过滤器的透水性；改善管井的工作性能；提高管井单位出水量；延长使用年限。n各种管材的允许孔隙率：n进水孔眼尺寸：n天然反滤层缠丝过滤器n以前两种为骨架，在外缠丝构成；n适用条件：粗砂、砾石和卵石含水层；n材质：根据腐蚀性等选择。包网过滤器n以前两种为骨架，在外包网（直径0.21.0mm）构成；n适用条件：粗砂、砾石和卵石含水层；已逐渐
8、为缠丝替代。n材质：根据腐蚀性等选择 填砾过滤器n以以上各种过滤器为骨架，围填砾石构成；n适用条件：砂质含水量和砾石、卵石含水层；n填砾粒径：式中，D50表示通过砾料重量50的筛孔孔径；d50表示通过含水层中砂粒重量50的筛孔孔径。装配式砾石过滤器n具有填砾过滤器的优点，又避免了因为现场填砾产生的问题。n优点：便于分层填砾、砾石层薄、井的开口直径小、现场施工的工作量减少。n缺点：加工复杂、造价高、运输不便、吊装质量大。4、沉淀管n功能：用以沉淀进入井内的细小砂粒和自地下水中析出的沉淀物。n长度要求：根据井深和含水层出沙的可能性而定，其长度一般为210m。井深小于20m，沉淀管长度取2m；井深大
9、于90m，沉淀管长度取10m。二、管井的施工二、管井的施工n管井的施工过程钻凿井孔钻凿井孔管井验收管井验收粘土封闭粘土封闭冲孔换浆冲孔换浆物探测井物探测井井管安装井管安装围填砾料围填砾料抽水试验抽水试验洗洗 井井三、管井的设计步骤1.搜集设计资料、查勘现场2.根据含水层埋藏等条件，初步确定管井的形式与构造，同时，根据地下水位和地下水的分布情况，初步选择取水设备形式和考虑井群布置方案。3.按有关理论公式或经验公式确定单井的出水量和对应的水位降落值，并结合其他条件确定取水设备形式和容量。4.根据上述计算结果进行管井构造设计，包括井室、井壁管、过滤器、沉淀管和填砾管等的构造尺寸、材质、规格。最后，还
10、要对过滤器作校核计算：3.3.4 大口井一、基本方面：n垂直建造，口径比管井大；n与管井比较：n适用条件：开采浅层地下水，一般开采埋深小于12m，厚度在520m的地下水；n型式：完整井：仅以井壁进水，含水层厚58m；非完整井：井壁和井底同时进水，H10m 时类别类别井径井径深度深度大口井58m，不宜大于10m15m以内管井501000mm，大多小于500mm200m，可高达1000m图3.8 大口井构造示意图n优缺点：优点：构造简单、取材容易，使用年限长，容积大，能同时起水量调节作用；适用于小城镇或农村供水；缺点：易受地下水水位变化的影响。n构造及其功能：井筒材料：钢筋混凝土、砖、石功能：加固
11、井壁、防止井壁坍塌、隔离不良水质的含水层井口大口井露出地表的部分；功能：为避免地表污水从井口或沿井壁侵入污染地下水；建设形式：合建或分建。进水部分井壁进水孔：水平孔、斜形孔；透水井壁：由无沙混凝土制成；井底反滤层：一般为34层，滤料自下而上逐渐变粗。二、大口井的施工：n大开挖施工法；n沉井施工法3.3.5 辐射井一、概况：1、由集水井与若干辐射状敷设或倾斜的集水管（辐射管）组合而成。2、形式及各自的适用性n按集水井本身是否取水分：集水井与辐射管同时进水：适用于厚度较大的含水层（510m）；井底封闭，仅有辐射管进水：适用于较薄的含水层（5m），施工和维修方便。n按补给方式分：集取地下水的辐射井；
12、集取河流或其他地表渗透水的辐射井；集取岸边地下水或河床地下水的辐射井。n按辐射管辐射方式分：单层辐射管辐射井：在只开采一个含水层时采用；多层辐射管辐射井：含水层较厚或存在两个以上含水层且水头相差不大时采用。3、辐射井的适用条件：u一般不能用大口井开采的、厚度较薄的含水层；u不能用渗渠开采的厚度薄、埋深大的含水层。注：辐射井是一种补充性的地下水取水构筑物，其取水能力强，其辐射管的布置主要是为了最有利地收集地下水。4、优缺点：u优点：适应性广，效能高，管理集中、占地省、便于卫生防护；u缺点：辐射管施工难度较高。二、辐射井的型式与构造1、集水井u功能：汇集辐射管来水、安放设备、作为施工场所（不封底时
13、还有进水功能）；2、辐射管u功能：进水三、辐射管的出水量计算u辐射管出水量取决于水文地质等自然因素和辐射管管径、长度、根数和布置方式等工艺因素。四、辐射管的施工：u水射顶进法u兰尼顶进法3.3.6复合井u管井和大口井的组合，由非完整大口井和井底以下所设的一根至数根管井过滤器组成。u适用条件：地下水水位较高、厚度较大的含水层或含水层透水性较差时。u优点：比大口井能更充分地利用厚度较大的含水层，增加井的出水量。u构造：大口井+管井，前者同单独的大口井。u水力计算：目前研究较少，计算的参考公式：注：关键是大口井和管井之间相互影响系数 ，与过滤器根数、完整程度及管径有关。4.3.7 渗渠一、概况n渗渠
14、：水平铺设在含水层中的集水管（渠），又名水平式地下水取水构筑物。n形式：完整式、非完整式n适用条件：开采埋深小于2m，厚度小于6m的含水层（浅层地表水）n渗渠的作用：对于地表水取水具有季节性的地方，可以实现不间断取水。n渗渠的特点：水质兼有地表水和地下水的共同特征。二、渗渠的构造：u集水管、检查井、集水井、泵站u集水管一般由穿孔钢筋混凝土管、混凝土管组成；集水管外设人工反滤层；集水管端、转角、变径处设检查井三、位置选择与布置方式1、位置选择：u主要是综合考虑渗渠的特殊之处及欲布置之处的状况。u具体要求：（类似于地表水取水构筑物）冲积层厚、颗粒较粗、无不透水夹层；河流水力条件好、冲刷不严重；河床稳定2、布置方式 根据渗渠集取的水源形式而定，关键是要最大限度地发挥集水作用；u对于集取河床地下水，有：平行于河流布置：前提：河流补给较充分、河床稳定；垂直于河流布置：应用条件：地下水补给差、河流枯水期流量很小；河流主流摇摆不定；河床冲积层较薄；平行和垂直组合布置：应用条件：适用范围更广、取水量较稳定。谢 谢