5第四章地下水資源的開發(fā)利用途徑及工程課件

第四章地下水資源的開發(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)地下水水源地的選擇第三節(jié)地下水取水構(gòu)筑物分類第四節(jié)地下水取水構(gòu)筑物的選擇及布局思考題第四章地下水資源的開發(fā)利用途徑及工程第一節(jié)地下水資源的1第一節(jié)地下水資源的開發(fā)利用途徑一、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4-1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)合井等第一節(jié)地下水資源的開發(fā)利用途徑一、地下水的開發(fā)利用途徑地2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二、地下水開發(fā)利用的優(yōu)點分布廣泛，容易就地取水二、地下水開發(fā)利用的優(yōu)點3正是由于地下水具有種種用途，20世紀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)惡化三、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70年代以來，我4

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)模式引泉模式四、地下水的合理開發(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5

地下水資源的開發(fā)利用首先要選擇好合適的地下水源地，因為水源地位置選擇得正確與否，關(guān)系到是否能保證其長期經(jīng)濟和安全地運轉(zhuǎn)，以及避免由此產(chǎn)不僅關(guān)系到水源地建設(shè)的投資生各種不良的環(huán)境地質(zhì)問題。第二節(jié)地下水水源地的選擇地下水資源的開發(fā)利用首先要選擇好合適的地下水源地，因6第二節(jié)地下水開發(fā)工程一、地下水水源地選擇地下水水源地的選擇，對于大中型集中供水，關(guān)鍵是確定取水地段的位置與范圍；對于小型分散供水，則是確定水井的井位。它關(guān)系到建設(shè)投資，也關(guān)系到是否能保證水源地長期的經(jīng)濟和安全運轉(zhuǎn)，以及避免產(chǎn)生各種不良的環(huán)境地質(zhì)問題。第二節(jié)地下水開發(fā)工程一、地下水水源地選擇7二、集中式供水水源地的選擇

1.水源地的水文地質(zhì)條件

3.水源地的經(jīng)濟、安全性和擴建前景

2.水源地的地質(zhì)環(huán)境二、集中式供水水源地的選擇1.水源地的水文地質(zhì)條件81．水源地的水文地質(zhì)條件(1)首選條件:取水地段含水層的富水性。(2)其次:補給條件1．水源地的水文地質(zhì)條件92． 水源地的地質(zhì)環(huán)境(1) 新建水源地應(yīng)遠離原有的取水點或排水點，減少相互干擾。(2) 為保證地下水的水質(zhì)，水源地應(yīng)選在遠離城市或工礦排污區(qū)的上游；(3) 遠離已污染(或天然水質(zhì)不良)的地表水體或含水層的地段(4)避開易于使水井淤塞、涌砂或水質(zhì)長期混濁的沉砂層和巖溶充填帶；(5)在濱海地區(qū)，應(yīng)考慮海水入侵對水質(zhì)的不良影響，為減少垂向污水入滲的可能性，最好選在含水層上部有穩(wěn)定隔水層分布的地段。(6)此外，水源地應(yīng)選在不易引發(fā)地面沉降、塌陷、地裂等有害地質(zhì)作用的地段。2． 水源地的地質(zhì)環(huán)境103．水源地的經(jīng)濟、安全性和擴建前景(1)在滿足水量、水質(zhì)要求的前提下，為節(jié)省建設(shè)投資，水源地應(yīng)靠近用戶、少占耕地；(2)為降低取水成本，應(yīng)選在地下水淺埋或自流地段；(3)河谷水源地要考慮水井的淹沒問題；(4)人工開挖的大口井取水工程，要考慮井壁的穩(wěn)固性。(5)當(dāng)有多個水源地方案可供比較時，未來擴大開采的前景條件，也是必須考慮的因素之一。

一、地下水水源地選擇

（一）、集中式供水水源地的選擇3．水源地的經(jīng)濟、安全性和擴建前景一、地下水水源地選擇

（一11三、小型分散式水源地的選擇集中式供水水源地的選擇原則，對于基巖山區(qū)裂隙水小型水源地的選擇也是適合的。但在基巖山區(qū)，由于地下水分布極不均勻，水井布置還要取決于強含水裂隙帶及強巖溶發(fā)育帶的分布位置；此外，布井地段的地下水水位埋深及上游有無較大的匯水補給面積，也是必須考慮的條件。三、小型分散式水源地的選擇12第三節(jié)地下水取水構(gòu)筑物分類一、取水構(gòu)筑物分類第三節(jié)地下水取水構(gòu)筑物分類一、取水構(gòu)筑物分類13

各種類型取水構(gòu)筑物的適用條件:（1）管井——用于開采深層地下水，井深一般在300m以內(nèi)，最深可達1000m以上；（2）大口井——廣泛用于取集含水層厚度20m以內(nèi)的淺層地下水。（3）輻射井——用于汲取含水層厚度較薄的淺層地下水，它比大口井效率高，但施工難度大。（4）復(fù)合井——常常用于同時集取上部孔隙潛水和下部厚層基巖高水位的承壓水。在一些需水量不大的小城鎮(zhèn)和不連續(xù)供水的鐵路給水站中被較多地應(yīng)用。（5）滲渠——主要用于地下水埋深小于2m的淺層地下水，或集取季節(jié)性河流河床下的地下水，在我國東北、西北地區(qū)應(yīng)用較多。二、地下水取水構(gòu)筑物的類型和適用條件

各種類型取水構(gòu)筑物的適用條件:二、地下水取水構(gòu)筑物的類型和14第四節(jié)地下水取水構(gòu)筑物的選擇及布局

在地下水水源地選擇的基礎(chǔ)上，還要正確選擇和設(shè)計地下水取水構(gòu)筑物，以最大限度地截取補給量，提高出水量、改善水質(zhì)、降低工程總造價。4.1地下水取水構(gòu)筑物的選擇常見的地下水取水構(gòu)筑物有管井、大口井等構(gòu)成的垂直集水系統(tǒng)，滲渠、坎兒井等構(gòu)成的水平集水系統(tǒng)，輻射井、復(fù)合井等構(gòu)成的復(fù)合集水系統(tǒng)以及引泉工程。由于類型不同，其適用條件具有較大的差異性。常見各種地下水取水構(gòu)筑物的適用范圍如表4-3所示。

第四節(jié)地下水取水構(gòu)筑物的選擇及布局在地下水水源地155第四章地下水資源的開發(fā)利用途徑及工程課件164.2地下水取水構(gòu)筑物的合理布局

取水建筑物的合理布局，是指在確定水源地的允許開采量和取水范圍后，進而明確在采取何種工程技術(shù)和經(jīng)濟承受能力下的取水建筑物布置方案，才能最有效地開采地下水并盡可能地減少工程所帶來的負面作用。

4.2.1水井的平面布局水井的平面布局主要決定于地下水的運動形式和可開采量的組成性質(zhì)，分以下幾種情況。在地下徑流條件良好的地區(qū)在地下徑流滯緩的平原區(qū)在以大氣降水或河流季節(jié)補給為主、縱向坡度很緩的河谷潛水區(qū)在巖層導(dǎo)、儲水性能分布極不均勻的基巖裂隙水分布區(qū)4.2地下水取水構(gòu)筑物的合理布局取水建筑物的合理174.2.2、水井的垂向布局

根據(jù)含水層和多數(shù)的基巖含水層（主要含水裂隙段的厚度）的厚度來判斷是采用完整井形式取水還是分段取水，在垂向上我們只考慮分段取水。分段取水設(shè)計時，要考慮井組中單井的橫向和縱向的距離。（圖6-14）。表6-4列出了在不同水文地質(zhì)條件下分段取水時，垂向間距a的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。圖6-14分段取水井組布置示意4.2.2、水井的垂向布局根據(jù)含水層和多數(shù)的基巖含水18表6-4列出了在不同水文地質(zhì)條件下分段取水時，垂向間距a的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。表6-4列出了在不同水文地質(zhì)條件下分段取水時，垂向間19表6-4分段（層）取水井組配置參考資料

在明確了水井平面和垂向布局之后，取水建筑物合理布局所要解決的最后一個問題是，如何在滿足設(shè)計需水量的前提下，本著技術(shù)可行且經(jīng)濟合理的原則，來確定水井的數(shù)量與井距。4.2.3、井?dāng)?shù)和井間距離的確定

4.2.3.1集中式供水井?dāng)?shù)與井距的確定

4.2.3.1分散式灌溉供水的井?dāng)?shù)與井距的確定

單井灌溉面積法考慮井間干擾時的井距確定方法根據(jù)允許開采模數(shù)確定井?dāng)?shù)和井間距離表6-4分段（層）取水井組配置參考資料在明確了水20（1）單井灌溉面積法首先計算出單井可控制的灌溉面積F：(6-3)

如果水井按正方網(wǎng)狀布置，則水井間的距離D為：

(6-4)

如果水井按等邊三角形排列，則水井間的距離D為：(6-5)整個灌區(qū)內(nèi)應(yīng)布置的水井?dāng)?shù)n為：

(6-6)（1）單井灌溉面積法21（2）考慮井間干擾時的井距確定方法這種計算方法的思路是，首先提出幾種可能的設(shè)計水位降深和井距方案，分別計算出不同降深、不同井距條件下的單井干擾出水量，最后通過干擾水井的實際可灌溉面積與理論上應(yīng)控制灌溉面積的對比試算確定出合理的井距。以等邊三角形均勻布井（如圖6-15所示）為例，來說明其井距的計算過程：

圖6-15水井按等邊三角形均勻布置的井網(wǎng)平面（2）考慮井間干擾時的井距確定方法圖6-15水井按等邊三22

相關(guān)的計算過程如下：

首先計算在某一選定井距條件下，干擾出水量為Q時的單井實際灌溉面積F′(6-7)

再計算出在同一設(shè)計井距條件下，單井理論上負擔(dān)（或控制）的灌溉面積F（在本例所采用的等邊三角形均勻布井條件下）：

(6-8)式中，D為按等邊三角形布井時，三角形的邊長（即井距）。然后，根據(jù)單井實際灌溉面積F′與理論上應(yīng)負擔(dān)的灌溉面積F的對比分析。相關(guān)的計算過程如下：23（3）根據(jù)允許開采模數(shù)確定井?dāng)?shù)和井間距離該種方法的前提條件是計劃的開采量應(yīng)等于地下水的允許開采量，以保持灌區(qū)內(nèi)地下水量的收支平衡。首先按下式計算每平方公里范圍內(nèi)的井?dāng)?shù)

(6-9)當(dāng)允許開采模數(shù)已知時，亦可按下式求得合理的井距：

(6-8)（3）根據(jù)允許開采模數(shù)確定井?dāng)?shù)和井間距離該種方法的前24[1]集中式供水水源地的選擇需要考慮哪些方面的因素？[2]簡要敘述不同取水構(gòu)筑物的適用范圍。思考題[1]集中式供水水源地的選擇需要考慮哪些方面的因素？思考25第四章地下水資源的開發(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)地下水水源地的選擇第三節(jié)地下水取水構(gòu)筑物分類第四節(jié)地下水取水構(gòu)筑物的選擇及布局思考題第四章地下水資源的開發(fā)利用途徑及工程第一節(jié)地下水資源的26第一節(jié)地下水資源的開發(fā)利用途徑一、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4-1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)合井等第一節(jié)地下水資源的開發(fā)利用途徑一、地下水的開發(fā)利用途徑地27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二、地下水開發(fā)利用的優(yōu)點分布廣泛，容易就地取水二、地下水開發(fā)利用的優(yōu)點28正是由于地下水具有種種用途，20世紀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)惡化三、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70年代以來，我29

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)模式引泉模式四、地下水的合理開發(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30

地下水資源的開發(fā)利用首先要選擇好合適的地下水源地，因為水源地位置選擇得正確與否，關(guān)系到是否能保證其長期經(jīng)濟和安全地運轉(zhuǎn)，以及避免由此產(chǎn)不僅關(guān)系到水源地建設(shè)的投資生各種不良的環(huán)境地質(zhì)問題。第二節(jié)地下水水源地的選擇地下水資源的開發(fā)利用首先要選擇好合適的地下水源地，因31第二節(jié)地下水開發(fā)工程一、地下水水源地選擇地下水水源地的選擇，對于大中型集中供水，關(guān)鍵是確定取水地段的位置與范圍；對于小型分散供水，則是確定水井的井位。它關(guān)系到建設(shè)投資，也關(guān)系到是否能保證水源地長期的經(jīng)濟和安全運轉(zhuǎn)，以及避免產(chǎn)生各種不良的環(huán)境地質(zhì)問題。第二節(jié)地下水開發(fā)工程一、地下水水源地選擇32二、集中式供水水源地的選擇

1.水源地的水文地質(zhì)條件

3.水源地的經(jīng)濟、安全性和擴建前景

2.水源地的地質(zhì)環(huán)境二、集中式供水水源地的選擇1.水源地的水文地質(zhì)條件331．水源地的水文地質(zhì)條件(1)首選條件:取水地段含水層的富水性。(2)其次:補給條件1．水源地的水文地質(zhì)條件342． 水源地的地質(zhì)環(huán)境(1) 新建水源地應(yīng)遠離原有的取水點或排水點，減少相互干擾。(2) 為保證地下水的水質(zhì)，水源地應(yīng)選在遠離城市或工礦排污區(qū)的上游；(3) 遠離已污染(或天然水質(zhì)不良)的地表水體或含水層的地段(4)避開易于使水井淤塞、涌砂或水質(zhì)長期混濁的沉砂層和巖溶充填帶；(5)在濱海地區(qū)，應(yīng)考慮海水入侵對水質(zhì)的不良影響，為減少垂向污水入滲的可能性，最好選在含水層上部有穩(wěn)定隔水層分布的地段。(6)此外，水源地應(yīng)選在不易引發(fā)地面沉降、塌陷、地裂等有害地質(zhì)作用的地段。2． 水源地的地質(zhì)環(huán)境353．水源地的經(jīng)濟、安全性和擴建前景(1)在滿足水量、水質(zhì)要求的前提下，為節(jié)省建設(shè)投資，水源地應(yīng)靠近用戶、少占耕地；(2)為降低取水成本，應(yīng)選在地下水淺埋或自流地段；(3)河谷水源地要考慮水井的淹沒問題；(4)人工開挖的大口井取水工程，要考慮井壁的穩(wěn)固性。(5)當(dāng)有多個水源地方案可供比較時，未來擴大開采的前景條件，也是必須考慮的因素之一。

一、地下水水源地選擇

（一）、集中式供水水源地的選擇3．水源地的經(jīng)濟、安全性和擴建前景一、地下水水源地選擇

（一36三、小型分散式水源地的選擇集中式供水水源地的選擇原則，對于基巖山區(qū)裂隙水小型水源地的選擇也是適合的。但在基巖山區(qū)，由于地下水分布極不均勻，水井布置還要取決于強含水裂隙帶及強巖溶發(fā)育帶的分布位置；此外，布井地段的地下水水位埋深及上游有無較大的匯水補給面積，也是必須考慮的條件。三、小型分散式水源地的選擇37第三節(jié)地下水取水構(gòu)筑物分類一、取水構(gòu)筑物分類第三節(jié)地下水取水構(gòu)筑物分類一、取水構(gòu)筑物分類38

各種類型取水構(gòu)筑物的適用條件:（1）管井——用于開采深層地下水，井深一般在300m以內(nèi)，最深可達1000m以上；（2）大口井——廣泛用于取集含水層厚度20m以內(nèi)的淺層地下水。（3）輻射井——用于汲取含水層厚度較薄的淺層地下水，它比大口井效率高，但施工難度大。（4）復(fù)合井——常常用于同時集取上部孔隙潛水和下部厚層基巖高水位的承壓水。在一些需水量不大的小城鎮(zhèn)和不連續(xù)供水的鐵路給水站中被較多地應(yīng)用。（5）滲渠——主要用于地下水埋深小于2m的淺層地下水，或集取季節(jié)性河流河床下的地下水，在我國東北、西北地區(qū)應(yīng)用較多。二、地下水取水構(gòu)筑物的類型和適用條件

各種類型取水構(gòu)筑物的適用條件:二、地下水取水構(gòu)筑物的類型和39第四節(jié)地下水取水構(gòu)筑物的選擇及布局

在地下水水源地選擇的基礎(chǔ)上，還要正確選擇和設(shè)計地下水取水構(gòu)筑物，以最大限度地截取補給量，提高出水量、改善水質(zhì)、降低工程總造價。4.1地下水取水構(gòu)筑物的選擇常見的地下水取水構(gòu)筑物有管井、大口井等構(gòu)成的垂直集水系統(tǒng)，滲渠、坎兒井等構(gòu)成的水平集水系統(tǒng)，輻射井、復(fù)合井等構(gòu)成的復(fù)合集水系統(tǒng)以及引泉工程。由于類型不同，其適用條件具有較大的差異性。常見各種地下水取水構(gòu)筑物的適用范圍如表4-3所示。

第四節(jié)地下水取水構(gòu)筑物的選擇及布局在地下水水源地405第四章地下水資源的開發(fā)利用途徑及工程課件414.2地下水取水構(gòu)筑物的合理布局

取水建筑物的合理布局，是指在確定水源地的允許開采量和取水范圍后，進而明確在采取何種工程技術(shù)和經(jīng)濟承受能力下的取水建筑物布置方案，才能最有效地開采地下水并盡可能地減少工程所帶來的負面作用。

4.2.1水井的平面布局水井的平面布局主要決定于地下水的運動形式和可開采量的組成性質(zhì)，分以下幾種情況。在地下徑流條件良好的地區(qū)在地下徑流滯緩的平原區(qū)在以大氣降水或河流季節(jié)補給為主、縱向坡度很緩的河谷潛水區(qū)在巖層導(dǎo)、儲水性能分布極不均勻的基巖裂隙水分布區(qū)4.2地下水取水構(gòu)筑物的合理布局取水建筑物的合理424.2.2、水井的垂向布局

根據(jù)含水層和多數(shù)的基巖含水層（主要含水裂隙段的厚度）的厚度來判斷是采用完整井形式取水還是分段取水，在垂向上我們只考慮分段取水。分段取水設(shè)計時，要考慮井組中單井的橫向和縱向的距離。（圖6-14）。表6-4列出了在不同水文地質(zhì)條件下分段取水時，垂向間距a的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。圖6-14分段取水井組布置示意4.2.2、水井的垂向布局根據(jù)含水層和多數(shù)的基巖含水43表6-4列出了在不同水文地質(zhì)條件下分段取水時，垂向間距a的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。表6-4列出了在不同水文地質(zhì)條件下分段取水時，垂向間44表6-4分段（層）取水井組配置參考資料

在明確了水井平面和垂向布局之后，取水建筑物合理布局所要解決的最后一個問題是，如何在滿足設(shè)計需水量的前提下，本著技術(shù)可行且經(jīng)濟合理的原則，來確定水井的數(shù)量與井距。4.2.3、井?dāng)?shù)和井間距離的確定

4.2.3.1集中式供水井?dāng)?shù)與井距的確定

4.2.3.1分散式灌溉供水的井?dāng)?shù)與井距的確定

單井灌溉面積法考慮井間干擾時的井距確定方法根據(jù)允許開采模數(shù)確定井?dāng)?shù)和井間距離表6-4分段（層）取水井組配置參考資料在明確了水45（1）單井灌溉面積法首先計算出單井可控制的灌溉面積F：(6-3)

如果水井按正方網(wǎng)狀布置，則水井間的距離D為：

(6-4)

如果水井按等邊三角形排列，則水井間的距離D為：(6-5)整個灌區(qū)內(nèi)應(yīng)布置的水井?dāng)?shù)n為：