取水工程課程設(shè)計(jì)

1、取水工程課程設(shè)計(jì)30000m3/d地下水水源設(shè)計(jì)計(jì)算書姓名專業(yè)班級(jí)組別指導(dǎo)教師日期太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院一、設(shè)計(jì)任務(wù)1、題目30000m3/d地下取水水源設(shè)計(jì)計(jì)算2、目的培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的水文地質(zhì)和地下水取水工程的知識(shí)，解決實(shí)際問題的能力，進(jìn)一步提高計(jì)算、繪圖、使用規(guī)范、手冊(cè)和技術(shù)資料的基本技能。3、要求確定取水型式與構(gòu)造、取水設(shè)備，確定井群布置的方案。計(jì)算書要文字簡練，字體端正，計(jì)算正確，圖表清晰美觀。4、資料(1)水源地范圍長X寬=1350X1600地下水流向及水位1)自北向南流動(dòng)2)靜水位：10.00m含水層性質(zhì)：承壓含水層巖性：粗砂夾礫石埋深：5273m(厚度為21m)滲透系數(shù)

2、：K=43.5m/d影響半徑：R=260.5m水質(zhì)資料:符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006)勘探試驗(yàn)井井距：L=54.59m井徑：D=300mm-Ji-Ji抽水試驗(yàn)資料1#、2#孔進(jìn)行了互阻抽水試驗(yàn)，試驗(yàn)進(jìn)行了三次穩(wěn)定降深，試驗(yàn)成果詳見表1表1抽水試驗(yàn)資料1#2#單孔互阻單孔互阻涌降單位水涌降單位涌降單位水涌降單位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量/S)(L/s/S)(L/s量/S)(L/sm)t(m)m)t(m)m)m)117.1.11.50.16.1.9.9815.1.8.970.

3、11.1.6.5955752513208261841725241735234.3.10.90.28.3.9.0529.3.8.320.24.3.6.8563117257889519862568955588347.4.10.10.41.4.8.6837.4.7.961.29.4.6.4667968889300172723681862587A和b可由最小二乘法算得，計(jì)算公式如下:二、設(shè)計(jì)計(jì)算1、取水型式的確定管井對(duì)含水層的適應(yīng)能力強(qiáng)，施工機(jī)械化程度高，用于開采深層地下水，井深一般在300m以內(nèi)，最深可達(dá)1000m以上。2、單井的設(shè)計(jì)計(jì)算圖解法確定Q-S曲線對(duì)1#井抽水?dāng)?shù)據(jù)做如下處理：抽水次數(shù)lgS

4、wlgQ10.1818441.2444520.5010591.5394630.6702461.678321#試驗(yàn)井lgQ-lgSw擬合曲線圖y=0.893x+1.0846則q-s曲線為冪函數(shù)型Q=nmW將兩邊取對(duì)數(shù)，得：1lgQ二lgn+lgsmwN工(lgs)2一(工lgs)2m二wwN乙(lgslgQ)-乙lgs乙lgQ3x0.733-1.8313x2.122-6.038=1.122wwlgn=4.462-磊x小3=1.085則n=101.085=12.16則有Qsw曲線方程：Q=12.161.122swosl1.81.6o4218642011oooo2#試驗(yàn)井lgQ-lgSw擬合曲線圖y

5、=0.8847x+0.9803對(duì)2#抽水?dāng)?shù)據(jù)做如下處理：抽水次數(shù)lgSwlgQ(lgSw)*(lgQ)10.2355281.1878030.27976120.551451.4715850.81150530.6702461.5708931.052884為冪函數(shù)型Q=nm叮將兩邊取對(duì)數(shù)，得：1lgQ二lgn+lgsmw1N工(lgs)2-(工lgs)2w、wwm二w_N乙(lgslgQ)-乙lgsw二330808-2.123二1.115lgQ332.145-6.165lgn二工lgQ-丄工lgsmwN14.23-一31.4571.115二0.9743則n=100.974=9.42則有QSw曲線方程

6、:Q=942i.igQ=9.421.115根據(jù)圖解法，可以選擇一個(gè)比較安全的Q-S曲線：wn=1lgs-lgs24lgQ2-lgQ10.501-0.182=1.0811.539-1.244lg3一lg$1-lgQ3-lgQ0670一182=1.1241.678-1.244lgs-lgs32lgQ3-lgQ20.670-0.501二1.2161.678-1.539曲度n值法確定Q-S曲線對(duì)1#井抽水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行如下處理：lgSi0.181844lgQ11.24445lgS20.501059lgQ21.539465lgS30.670246lgQ31.678327計(jì)算得到的n值均在12之間，所以Q-S曲

7、線為冪曲線。1#試驗(yàn)井Q-S擬合曲線圖y=12.151X0-893S/(m)對(duì)2#井抽水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行如下處理lgS10.235528lgS20.55145lgS30.670246lgQ11.187803lgQ21.471585lgQ31.570893n=2=令ilgQ-lgQ1.472-1.18821lgs-lgs0.670-0.236n=3=1.1332lgQ3-lgQ1.571-1.188lgs-lgs0.5510.236=2=1.109lgs-lgs0.670-0.551n=3匚=1.2023lgQ3-lgQ1.571-1.4722計(jì)算得到的n值均在12之間，所以Q-S曲線為冪曲線。為了安全

8、穩(wěn)定供水，取斜率較小的作為Q-S曲線，lgQ=0.8847lgSw+0.9803對(duì)上式進(jìn)行化簡，最后可表示Q=9-42l-115sw綜上所述，Q-S曲線為Q=9421.11_5swO設(shè)計(jì)降深的確定考慮供水安全和含水層埋藏條件，取S設(shè)=1.75Smax單井出水量的推求根據(jù)S和Q-S曲線確定設(shè)計(jì)降深下的單井出水量，但要特別注意，設(shè)計(jì)井的井設(shè)徑與試驗(yàn)井的井徑不同時(shí)，要進(jìn)行出水量的校正。i.設(shè)計(jì)降深及單井流量的確定S設(shè)=1.75Smax=1.75X4.68=8.19m單井出水量Q=9.421.115s=62.107L/s=5366.03m3/d選取井徑為300mm，則不需要校正。井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)井徑：300

9、mm孔口徑：500mm井管材料：井壁管應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，使其能夠經(jīng)受地層和人工填充物的側(cè)壓力，并且應(yīng)盡可能不彎曲，內(nèi)壁平滑、圓整以利于安裝抽水設(shè)備和井的清洗、維修。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(yīng)有足夠的強(qiáng)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(zhì)含水層中設(shè)計(jì)過濾器時(shí)，其長度應(yīng)符合下列規(guī)定：含水層厚度小于30m時(shí)，宜取含水層厚度或設(shè)計(jì)動(dòng)水位以下含水層厚度。由于含水層巖性為粗砂夾礫石，水質(zhì)符合生活飲用

10、水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(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(shè)計(jì)使用不銹鋼纏絲過濾器、填礫過濾器。填礫粒徑和含水層粒徑之比為：+=750式中D填礫中粒徑小于D值的砂、礫石占總重量的50%5050d含水層中粒徑小于d的占重量的50%5050允許流速v=65VK=228.60m/dfQ5366.03理=162.755m/dnDl3.14x0.5x21因?yàn)镮Divf所以符合要求。填礫層厚度為100mm。過濾器纏絲間距小于礫石粒徑。填礫層高度超過過濾器頂6m。填礫層上方用速凝水泥封閉，封閉高度為44m?？偺畹[層高度為37m。過濾器長度為21m。沉淀管含水層埋

11、深為5273m(厚度為21m)，且含水層巖性為粗砂夾礫石，故泥沙相對(duì)較少，因此沉淀管長度取6m。井深根據(jù)沉淀管和含水層埋深，可得井深為79m。地面管井砸黑3井群的計(jì)算(1)開采井?dāng)?shù)的布置根據(jù)單井出水量，并考慮井群間互阻影響和備用井?dāng)?shù)確定為滿足30000m3/d水量而布置的開采井?dāng)?shù)。n則應(yīng)布置的井?dāng)?shù)300000.75x5366.03=7.45沁8備用井?dāng)?shù)為2(2)開采井的布置開采井的影響半徑RRlg-:rSR二Rlg_0S0&r00式中R、Ro設(shè)計(jì)井影響半徑、試驗(yàn)所得影響半徑;S、S0設(shè)計(jì)、試驗(yàn)時(shí)降深；r、r0開米井、試驗(yàn)井半徑；解得R=427.5m布置開采井的出水量減少系數(shù)互阻時(shí)i#井出水量Q

12、12兀KmtInQi_2兀Kmln則可求得t(已知K=43.5m/d,m=21m,R=260.5m,r=300mm)s(s-t+sC)t=t122t=t21111ss-tt，22ss-tt1212121212tlt21.521.720.320.521了560780894.684.680.931.1StlJt2J02380438014202320.6230.7150.17S0.1S20.7320.9950.1420.193由于試驗(yàn)井與設(shè)計(jì)井的降深和井距不同，t要進(jìn)行降深校正(方法是利用tS曲線求設(shè)計(jì)降深下的t)1對(duì)t2的校正t2及S對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)如下表:t2JS0.4381.720.7153.560.

13、9954.68S-12擬合曲線圖y=0.0336x2-0.0269x+0.3848則S設(shè)=8.19m時(shí)，得12=2.418m對(duì)a的校正1-L=1-試=1-川5設(shè)校正后的a還要進(jìn)行井距校正:=0.269磐仗竺5a=a1=0.269x吹?25=0.108設(shè)i試R427.25lg-lg3459試=0.269x427.53725.427.5lg5459=0.018設(shè)2計(jì)算井群總的出水量和水量減少系數(shù)如下表:井號(hào)問距(m)右側(cè)訓(xùn)Eff1-EffQ1-1(?)!:L/s)3186.25a372.5186.25a3包f172.50(D.1C80.血189255.399?186.253.108(30,01E0

14、.1263.87454.28241B6.2500.C13D.1C80.玄187454.2825372.53.1D8(00(.1030.8)255.399572.50C0.1C80(.125187455.39911B6.253.1D8(00.01E(.2310.7U654.28231B6.2500.C13D.1C800.2343.7i)654.28210372.53.1D8(00(.1250.87455.S99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(shí)，總出水量為:EQ=62.107X8=496.856L/s互阻影響，井群出水量

15、共減少：x100%=11.7%QQ496.856-438.724x100%=_496.856總水量減少系數(shù)為11.7%V25%設(shè)計(jì)符合要求。4抽水設(shè)備的選擇根據(jù)計(jì)算所得干擾出水量和設(shè)計(jì)井結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)降深，并考慮管路水頭損失和服務(wù)水頭，確定合理的抽水設(shè)備。Qmax=55.399X3.6m3/h=199.44m3/h所選300RJC220-13.5-7型水泵，出水量為220m3/h,總揚(yáng)程為94.5m，符合設(shè)計(jì)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(shí)，水源地中水位降深最大井的降深為：TOC o 1-5 h z/Rqr2.73Km(Q-lg+Q-lg+Q-l

16、g+Q-lg+Q-lg3rir2r4r5r01-32-33-43-5x(5280lg4275+5280lg4275+52801g4275+5280lg4275+5280lg4275)2.73x43.5x210.25186253725186253725=8.62m水躍值A(chǔ)S=a篇=0.2*占爲(wèi)=0-所以降深最大的井降深為S=S+AS=8.62+0.83=9.45mmax3該降深值小于含水層厚度21m，因而滿足要求。四、總結(jié)與建議總結(jié)：對(duì)照本次課程設(shè)計(jì)任務(wù)書所給的水文地質(zhì)資料，結(jié)合課本中的地下水取水構(gòu)筑物的各種類型及適用條件，最終選取管井形式。經(jīng)驗(yàn)公式是建立在水文地質(zhì)詳細(xì)勘察和現(xiàn)場抽水試驗(yàn)資料的基

17、礎(chǔ)上，找出符合井的出水量Q和水位降落值S之間的關(guān)系方程式。所以要對(duì)設(shè)計(jì)的參考數(shù)據(jù)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，選擇與實(shí)際過程盡量接近且相對(duì)穩(wěn)定的資料。最終，對(duì)比1#和2#井的資料、計(jì)算，確定一個(gè)比較安全的Q-S曲線。管井深度應(yīng)根據(jù)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(shí)結(jié)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(shè)計(jì)過程中要考慮對(duì)周邊環(huán)境的影響，不能對(duì)給定的井群范圍以外的地方產(chǎn)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(yīng)當(dāng)與試驗(yàn)井接近，否則實(shí)驗(yàn)參考數(shù)據(jù)將失去意義。必須指出，引用試驗(yàn)井資料進(jìn)行設(shè)計(jì)井互阻影響計(jì)算的基本條件是：設(shè)計(jì)井和試驗(yàn)井建于同

18、一含水層，且設(shè)計(jì)井和試驗(yàn)井的形式、構(gòu)造尺寸應(yīng)基本相同。否則，應(yīng)對(duì)公式中的t要進(jìn)行降深校正。在給定水源地范圍內(nèi)布置開采井和備用井時(shí)，應(yīng)本著技術(shù)經(jīng)濟(jì)的原則。在保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求的前提下，花費(fèi)盡量達(dá)到最小。計(jì)算時(shí)注意多次校核，符合設(shè)計(jì)規(guī)范。如，為保持過濾器周圍含水層的滲透穩(wěn)定性，過濾器表面進(jìn)水速度必須小于或等于允許流速；在互阻影響下，井群總水量減少系數(shù)應(yīng)小于25%；井群水位降深應(yīng)小于含水層厚度。建議：做完課設(shè)后，發(fā)現(xiàn)課設(shè)任務(wù)書的設(shè)計(jì)內(nèi)容與實(shí)際情況結(jié)合不夠緊密，只是單純的做管井，而沒有考慮地理環(huán)境，地形，地質(zhì)，人口方面對(duì)管井的影響的因素。應(yīng)該指出，在設(shè)計(jì)計(jì)算書中各種理論公式或經(jīng)驗(yàn)法，只是提供設(shè)計(jì)計(jì)算方法的依據(jù)，在設(shè)計(jì)中還需要