給水工程(取水工程).ppt

,取水工程WaterIntakeEngineering,5.1取水工程概論,水資源概述取水工程任務(wù)給水水源,各種水體所占比例,永凍土底冰湖泊淡水土壤水大氣水沼澤水河水生物水,廣義概念：包括海洋、地下水、冰川、湖泊、河川徑流、土壤水、大氣水在內(nèi)的各種水體狹義概念：廣義范圍內(nèi)逐年可以得到恢復(fù)更新的淡水工程概念：少量用于冷卻的海水和狹義范圍內(nèi)在一定技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，可以被人們使用的水,中國水資源和水環(huán)境(一),全球水資源情況：全球廣義水資源總量約為140億億m3；其中除去海水、冰川、深層高礦化地下水外,可開發(fā)利用的且逐年更新的淡水（即狹義的水資源），其總量為47萬億m3，僅占水資源總量的0.03%，而在一定技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下可以為人們?nèi)∮玫乃縿t更少。在未來50年里，全世界至少有1/4人口將會面臨水資源短缺。我國水資源情況：總量2.81012m3，居世界第6位，但人均水資源總量為2200m3，為全球人均水資源占有量的1/4，居110位；預(yù)計到2030年我國人均水資源將降到1760m3，接近國際上被認(rèn)為用水緊張國家的人均水資源1700m3的標(biāo)準(zhǔn)。全國666個城市中，缺水城市達(dá)400多個，其中嚴(yán)重缺水的城市114個，日缺水1600萬m3。,擁有量前10位的國家如圖：,各大洲水資源順序：南美洲北美洲亞洲歐洲非洲大洋洲。,我國缺水的三種原因：資源性缺水由于氣候和地理位置等自然原因所導(dǎo)致；污染性缺水水資源豐富但污染嚴(yán)重而不能利用；管理性缺水由于不合理開發(fā)利用和水的浪費所造成。,中國水資源和水環(huán)境(二),中國水資源和水環(huán)境(三),據(jù)環(huán)境部門監(jiān)測，全國城鎮(zhèn)每天至少有1億噸污水未經(jīng)處理直接排入水體。全國七大水系中一半以上河段水質(zhì)受到污染，全國1/3的水體不適于魚類生存，1/4的水體不適于灌溉，90%的城市水域污染嚴(yán)重，50%的城鎮(zhèn)水源不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)，40%的水源已不能飲用，南方城市總?cè)彼康?0%70%是由于水源污染造成的.,盡管全國每年新增城市污水處理能力3億立方米，但仍以每年處理能力缺口21億立方米的速度在不斷增大。到了2050年，城市市政系統(tǒng)年納污水為1385億立方米，2100年將達(dá)到2435億立方米這相當(dāng)于長寬高都是61813.8米的正方體，若平鋪為高1CM的長方體，底面將覆蓋將近2537個中國。,我國徑流地帶區(qū)劃及降水、徑流分區(qū),水資源概述取水工程任務(wù)給水水源,取水工程任務(wù),從合適的水源取水，并送到水廠或用戶給水水源研究的內(nèi)容：天然水體存在形式、運動變化規(guī)律，水源的勘察、規(guī)劃、調(diào)節(jié)治理以及衛(wèi)生防護(hù)；取水構(gòu)筑物研究內(nèi)容：從各種水源取水的方法、取水構(gòu)筑物的構(gòu)造形式、設(shè)計計算、施工方法以及運行管理；,水資源概述取水工程任務(wù)給水水源,給水水源,給水水源分類；地下水源的特點；地表水源的特點；給水水源的合理選擇及合理利用；給水水源保護(hù)；,給水水源分類：,地下水源與地表水源特點比較,防止水源水質(zhì)污染措施：合理規(guī)劃城市居住區(qū)和工業(yè)區(qū)，應(yīng)盡量將容易造成污染的工廠布置在城市及水源地的下游；加強水源水質(zhì)監(jiān)督管理，制定污水排放標(biāo)準(zhǔn)并切實貫徹實施；勘察新水源時，應(yīng)從防止污染角度，提出衛(wèi)生防護(hù)條件與防護(hù)措施；注意地下水開采引起的咸水入侵、與水質(zhì)不良含水層發(fā)生水力聯(lián)系等問題；進(jìn)行水體污染調(diào)查研究，建立水體污染監(jiān)測網(wǎng)。,地表水源衛(wèi)生防護(hù)：1取水點周圍半徑100m的水域內(nèi)嚴(yán)禁捕撈、?？看?、游泳和從事可能污染水源的任何活動，并應(yīng)設(shè)有明顯的范圍標(biāo)志和嚴(yán)禁事項的告示牌；2河流取水點上游1000m至下游100m的水域內(nèi)，不得排入工業(yè)廢水和生活污水；飲用水水源的水庫和湖泊，應(yīng)根據(jù)情況將取水點周圍部分水域或整個水域及其沿岸列入防護(hù)范圍；受潮汐影響的河流取水點的防護(hù)范圍，由水廠會同衛(wèi)生防疫站、環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)測站研究確定。,地下水源衛(wèi)生防護(hù)：取水構(gòu)筑物的防護(hù)范圍應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)條件、取水構(gòu)筑物形式和附近地區(qū)的衛(wèi)生狀況進(jìn)行確定；在單井或井群影響半徑范圍內(nèi)，不得使用工業(yè)廢水或生活污水灌溉和施用有持久性毒性或劇毒的農(nóng)藥，不得修建滲水廁所、滲水坑、堆放廢渣或鋪設(shè)污水渠道，并不得從事破壞深層土層的活動。如取水層在水井影響半徑內(nèi)不露出地面或取水層與地面水沒有互相補充關(guān)系時，可根據(jù)具體情況設(shè)置較小的防護(hù)范圍。,5.2地下水取水構(gòu)筑物,地下水源概述和取水構(gòu)筑物分類,卵石層、砂層和石灰?guī)r層等組織松散，具有眾多相互連通的孔隙，透水性能較好，水能在其中流動的巖層叫透水層，透水層又叫含水層。粘土和花崗巖等結(jié)構(gòu)緊密，透水性極差甚至不透水的巖層叫不透水層，不透水層也稱隔水層。,地下水分類：埋藏在地面下第一個隔水層上的地下水叫潛水；兩個不透水層間的地下水叫層間水；具有自由水面的層間水稱無壓地下水；承受有壓力的層間水稱承壓地下水；在自身壓力作用下從某一出口涌出的地下水叫泉水。,地下水取水構(gòu)筑物分類：管井井管從地面打到含水層，抽取地下水的井；大口井由人工開挖或沉井法施工，設(shè)置井筒，以截取淺層地下水的構(gòu)筑物；滲渠壁上開孔，以集取淺層地下水的水平管渠；泉室集取泉水的構(gòu)筑物。,地下水取水構(gòu)筑物的適用條件：.管井適用于含水層厚度大于5米，其底板埋藏深度大于15米；.大口井適用于含水層厚度在5米左右，其底板埋藏深度小于15米；.滲渠僅適用于含水層厚度小于5米，渠底埋藏深度小于6米；.泉室適用于有泉水露頭，且覆蓋層厚度小于5米。,管井大口井、輻射井和復(fù)合井滲渠,管井分類按其過濾器是否貫穿整個含水層，分為完整井與非完整井。,管井構(gòu)造(深井泵房),管井直徑一般在501000mm，深度一般在200米以內(nèi)，通常由井室、井壁管、過濾器、沉淀管組成。井室：用以安裝各種設(shè)備，采光、采暖、通風(fēng)，防水；井壁管：加固井壁，隔離水質(zhì)不良或水頭較低的含水層；過濾器：集水，保持填礫與含水層的穩(wěn)定，防止漏砂及堵塞；沉淀管：沉淀進(jìn)入管井的砂粒,管井構(gòu)造、施工和管理,井室結(jié)構(gòu)：深井泵房泵體和揚水管安裝在管井內(nèi)，泵座和電動機安裝在井室內(nèi)；深井潛水泵房水泵和電動機安裝在管井內(nèi)，控制設(shè)備安裝在井室內(nèi)；臥式泵房水泵和電動機安裝在井室內(nèi)；地面式便于維護(hù)管理，防水、防潮、通風(fēng)、采光條件好；地下式便于總體規(guī)劃，噪聲小，防凍條件好。,管井構(gòu)造-井室,井室的作用：安裝各種設(shè)備；保持井口免受污染，井口應(yīng)高于地面0.3-0.5米，并用粘土或水泥等不透水材料封閉，封閉深度不小于3米；維護(hù)檢修的場所；井室應(yīng)具備采光、采暖、通風(fēng)、防水和防潮的功能；常見的井室結(jié)構(gòu)：深井潛水泵房、深井泵房、臥式泵房以及其他形式的井室。,管井構(gòu)造井壁管、過濾器(1),井壁管的作用：加固井壁；隔離水質(zhì)不良的或水頭較低的含水層；井壁管的要求：應(yīng)具有足夠的強度，能承受地層和人工填充物的側(cè)壓力；盡可能不彎曲，內(nèi)壁光滑、圓整以利于安裝抽水設(shè)備和井的清洗和維修；一般采用鋼管、鑄鐵管、鋼筋混泥土管、塑料管等；,井壁管的構(gòu)造和施工方法分段鉆進(jìn)和一次鉆進(jìn),管井構(gòu)造井壁管、過濾器(2),管井構(gòu)造井壁管、過濾器(3),過濾器的作用：安裝于含水層中，用于集水和保持填礫和含水層的穩(wěn)定。是管井最重要的組成部分。過濾器的要求：應(yīng)有足夠的強度和抗蝕性；具有良好的透水性且能夠保持人工填礫和含水層的滲透穩(wěn)定性。,管井構(gòu)造井壁管、過濾器(4),過濾器的類型：鋼筋骨架過濾器；圓孔、條孔過濾器；纏絲過濾器；包網(wǎng)過濾器；填礫過濾器；,填礫過濾器：在各類過濾器的外圍填符合一定級配的礫石構(gòu)成。填礫粒徑與含水層粒徑比：,填礫層厚度可采用75150mm；高度應(yīng)超過過濾器頂部810m。,過濾器進(jìn)水孔眼數(shù)量多，進(jìn)水性能良好，但強度減小。過濾器的孔隙率取決于管材的強度，各種管材允許孔隙率為：鋼管3035；鑄鐵管1825；鋼筋混凝土管1015；塑料管10。,管井構(gòu)造沉淀管,沉淀管的作用：沉淀進(jìn)入井內(nèi)的細(xì)小砂粒和地下水中析出的沉淀物沉淀管長度一般為2-10米，當(dāng)井深小于20米時沉淀管長度采用2米，當(dāng)井深大于90米時采用10米。,管井施工步驟,鉆鑿井孔,管井施工(1),管井施工(2),鉆鑿井孔沖擊鉆進(jìn)；回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)；,反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),一般回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),管井施工(3),井管安裝吊裝下管；浮板下管法；托盤下管法；,填礫和粘土封閉填礫應(yīng)以堅實、圓滑礫石為主，并應(yīng)按設(shè)計要求的粒徑進(jìn)行篩選。填礫過程要均勻、連續(xù)，避免堵塞。礫料填完后、一定要計算所填礫料的總體積，一般情況下，圍填礫料的總體積應(yīng)等于或大于井管與孔壁之間環(huán)形空間的體積。粘土封閉一般采用球直徑為25mm的粘土球，圍填過程同樣要求均勻、連續(xù)，填至井口時，應(yīng)進(jìn)行夯實。,管井施工(4),管井施工(5),洗井的目的消除井孔及周圍含水層中的泥漿和井壁上的泥漿壁；沖洗含水層中部分細(xì)小顆粒，使井周圍含水層形成天然反濾層；洗井方法洗井工作要在井管外封閉后立即進(jìn)行，以防止泥漿壁硬化；洗井之前應(yīng)用抽筒清除井筒內(nèi)泥漿；洗井方法有活塞洗井、壓縮空氣洗井、聯(lián)合洗井等；,水泵洗井安裝實際使用的水泵抽水，使水位降深達(dá)到水泵所能達(dá)到的最大值，從而達(dá)到洗井的目的。優(yōu)點：簡便，洗井和生產(chǎn)相結(jié)合，可不另設(shè)置洗井沒備；缺點：水位降深有一定限度，地下水水力坡度較小，沖洗力較小，洗井時間長，當(dāng)含水層含泥漿量較大、泥皮較厚時，可能造成洗井不徹底。適合于含水層本身水流較通暢、含泥漿量小、泥皮薄而軟的情況。,壓縮空氣洗井將壓縮空氣以很高的速度呈渦旋形向井壁噴射，借助水氣混合的沖力破壞泥漿壁，壓縮空氣與水匯合上升時，可以形成很大的水位降，使地下水形成很大的流速，增大對泥漿和泥皮的沖擊力。優(yōu)點：效率高、洗井比較徹底；確定：洗井?dāng)y走的砂粒較多，對砂層有一定破壞作用，不適合砂粒較細(xì)的含水層。,活塞洗井是用安裝在鉆桿上活塞在井壁管內(nèi)上下拉動，借助真空抽吸作用和壓縮作用，在過濾器周圍形成反復(fù)沖洗的水流，以破壞泥漿壁，清除含水層中殘留的泥漿顆粒。優(yōu)點：洗井強度大，洗井徹底，洗井效果良好，對本身顆粒細(xì)、臺泥質(zhì)較多的含水層，能較徹底地清除含水層中的泥質(zhì)，明顯增大山水量；缺點：由于機械強度大，易破壞井管。,抽水試驗,目的：測定管井的出水量，了解出水量與水位降落的關(guān)系，為選擇、安裝抽水設(shè)備提供依據(jù)；取樣進(jìn)行分析，評價管井水質(zhì)。方法步驟：記錄靜水位，開啟抽水設(shè)備，使抽水量達(dá)到設(shè)計出水量，動水位穩(wěn)定后記錄水位降落值，繪制出水量與水位降落關(guān)系曲線。,抽水試驗成果,5.3地表水取水構(gòu)筑物,江河特征與取水構(gòu)筑物的關(guān)系江河取水構(gòu)筑物位置的選擇江河固定式取水構(gòu)筑物江河移動式取水構(gòu)筑物湖泊和水庫取水構(gòu)筑物山區(qū)淺水河流取水構(gòu)筑物海水取水構(gòu)筑物,江河特征與取水構(gòu)筑物的關(guān)系(1),江河的徑流特征,泥沙運動與河床演變對取水構(gòu)筑物的影響泥沙運動的推移質(zhì)和懸移質(zhì)；推移質(zhì)占5-10%，對河床演變起重要作用；懸移質(zhì)占90-95%；推移質(zhì)和懸移質(zhì)在不同水力條件下可相互轉(zhuǎn)化；,江河特征與取水構(gòu)筑物的關(guān)系(2),江河特征與取水構(gòu)筑物的關(guān)系(3),起動流速u0：靜止的泥沙由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\動狀態(tài)時的水流速度,江河特征與取水構(gòu)筑物的關(guān)系(4),泥沙的止動流速：泥沙由運動轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止時對應(yīng)的水流流速；止動流速涉及自流管或虹吸管取水時，設(shè)計流速過低可能造成泥沙在管中沉積；,江河特征與取水構(gòu)筑物的關(guān)系(5),河床的演變：沖刷或淤積影響河床演變的主要因素：,江河特征與取水構(gòu)筑物的關(guān)系(5),河床演變的根本原因是河流輸沙不平衡的結(jié)果：,江河取水構(gòu)筑物位置的選擇(1),設(shè)在水質(zhì)較好的地點；,江河取水構(gòu)筑物位置的選擇(2),具有穩(wěn)定河床和河岸，靠近主流，有足夠水深；,江河取水構(gòu)筑物位置的選擇(3),具有良好的地質(zhì)、地形及施工條件；,江河取水構(gòu)筑物位置的選擇(4),靠近主要用水區(qū)；注意河流上的人工構(gòu)筑物或天然障礙物；取水構(gòu)筑物一般設(shè)在橋前0.5-1.0km或橋后1.0km以外的地方。取水構(gòu)筑物若與丁壩同岸，則應(yīng)設(shè)在丁壩上游與壩前淺灘起點相距不小于150-200m；取水構(gòu)筑物也可設(shè)在丁壩對岸。,江河取水構(gòu)筑物位置的選擇(5),避免冰凌的影響；應(yīng)與河流的綜合利用相適應(yīng)；,江河固定式取水構(gòu)筑物,固定式取水構(gòu)筑物的特點：取水可行，維護(hù)管理方便，適用范圍廣；但投資大，施工期長；固定式取水構(gòu)筑物的形式：岸邊式取水構(gòu)筑物；河床式取水構(gòu)筑物；,岸邊式取水構(gòu)筑物(1),適用條件：江河岸邊較徒，主流近岸，岸邊有足夠水深，水質(zhì)和地質(zhì)條件較好，水位變化幅度不大的情況?；拘问剑汉辖ㄊ剑环纸ㄊ?；,岸邊式取水構(gòu)筑物(2),合建式岸邊取水構(gòu)筑物,岸邊式取水構(gòu)筑物(3),分建式岸邊取水構(gòu)筑物,河床式取水構(gòu)筑物(1),適用條件：適用于河床穩(wěn)定，河岸較平坦，枯水期主流離岸較遠(yuǎn)，岸邊水深不夠或水質(zhì)不好，而河中又具有足夠水深和較好水質(zhì)時。河床式取水構(gòu)筑物的基本形式：自流管取水；虹吸管取水；水泵直接吸水；橋墩式取水；,河床式取水構(gòu)筑物(2),自流管取水,河床式取水構(gòu)筑物(3),虹吸管取水,河床式取水構(gòu)筑物(4),水泵直接吸水,河床式取水構(gòu)筑物(5),橋墩式取水只宜在大河，含沙量高，取水量大，岸坡平緩，岸邊無建泵房條件的情況下使用。,河床式取水構(gòu)筑物(6),取水頭部主要形式：喇叭管；蘑菇形；魚形罩；箱式；橋墩式；,河床式取水構(gòu)筑物(7),進(jìn)水管進(jìn)水管數(shù)量不應(yīng)少于兩條；設(shè)計流速不小于0.6m/s，流速也不宜過大，造成水頭損失太大。當(dāng)一條進(jìn)水管檢修時，進(jìn)水管允許流速達(dá)到1.5-2.0m/s；虹吸高度不大于4-6m；進(jìn)水管可采用順沖和反沖兩種方式進(jìn)行沖洗；,斗槽式取水構(gòu)筑物,分順流式、逆流式和雙流式,江河移動式取水構(gòu)筑物,浮船式取水構(gòu)筑物；纜車式取水構(gòu)筑物；,浮船式取水構(gòu)筑物(1),1.適用條件河流水位變化