地下水資源開發(fā)利用途徑課件

第六章地下水資源的開發(fā)利用途徑及工程--第六章地下水資源的開發(fā)利用途徑及工程--1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)利用途徑本章內(nèi)容--2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(lái)實(shí)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--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)36.1.2地下水開發(fā)利用的優(yōu)點(diǎn)分布廣泛，容易就地取水水質(zhì)穩(wěn)定可靠具有時(shí)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--6.1.2地下水開發(fā)利用的優(yōu)點(diǎn)分布廣泛，容易就地取水46.1.3地下水過(guò)度開發(fā)帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題正是由于地下水具有種種用途，20世紀(jì)70年代以來(lái)，我國(guó)通過(guò)各種地下水工程，進(jìn)行地下水的大量開采利用,進(jìn)而引發(fā)一系列的環(huán)境問(wèn)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--6.1.3地下水過(guò)度開發(fā)帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題正是由于地5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]--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66.1.4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(huì)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(kù)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--6.1.4地下水資源的合理開發(fā)模式不合理地開發(fā)利7第二節(jié)地下水取水構(gòu)筑物分類6.2本節(jié)結(jié)構(gòu)--第二節(jié)地下水取水構(gòu)筑物分類6.2本節(jié)結(jié)構(gòu)--8管井主要由井室、井壁管、過(guò)濾器及沉砂管構(gòu)成，見圖6-3。當(dāng)有幾個(gè)含水層且各層水頭相差不大時(shí)，可用多層過(guò)濾器管井，見圖6-3（b）。1.1管井的構(gòu)造（a）單過(guò)濾器管井(b)雙過(guò)濾器管井圖6-2管井的一般構(gòu)造--管井主要由井室、井壁管、過(guò)濾器及沉砂管構(gòu)成，見圖6-9

1.1.1井室

井室通常是保護(hù)井口免受污染、安裝各種設(shè)備（如水泵機(jī)組或其他技術(shù)設(shè)備）以及進(jìn)行維護(hù)管理的場(chǎng)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)--1.1.1井室井室外觀井室內(nèi)--101.1.2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(qiáng)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--1.1.2井管井管1井管2--11（1）分段鉆進(jìn)時(shí)的異徑井管構(gòu)造（a）（c）（b）圖6-3(a)(b)(c)分段鉆進(jìn)時(shí)井壁管的構(gòu)造(d)不分段鉆進(jìn)時(shí)的同徑井管構(gòu)造（2）不分段鉆進(jìn)時(shí)的同徑井管構(gòu)造（d）--（1）分段鉆進(jìn)時(shí)的異徑井管構(gòu)造（a）（c）（b）圖6-3121.1.2過(guò)濾器

1.1.2.1過(guò)濾器的作用、組成

過(guò)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(duì)。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。--1.1.2過(guò)濾器1.1.2.1過(guò)濾器的作用、組成13過(guò)濾器名稱進(jìn)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(guò)濾器（2.5～3.0）d50（3.0～4.0）d50條孔和纏絲過(guò)濾器（1.25～1.5）d50（1.5～2.0）d50包網(wǎng)過(guò)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(jì)算有60%、50%、10%粒徑小于這一粒徑；2．較細(xì)砂層取小值，較粗砂層取大值。表6-1過(guò)濾器的進(jìn)水孔眼直徑或?qū)挾?-過(guò)濾器名稱注：1．d60、d50、d10分別指顆粒中按質(zhì)量計(jì)141.1.2.2過(guò)濾器的分類

由不同骨架和不同過(guò)濾層可組成各種過(guò)濾器。骨架過(guò)濾器〔圖6-5（a），（b）〕、纏絲過(guò)濾器〔圖6-5（c），（d）〕、包網(wǎng)過(guò)濾器〔圖6-5（e）〕、填礫過(guò)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(guò)濾器類型--1.1.2.2過(guò)濾器的分類（a）圓孔（b）縫隙（c）151.1.2.3過(guò)濾器的直徑、長(zhǎng)度

過(guò)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(jì)的關(guān)鍵。為保持含水層的穩(wěn)定性，需要對(duì)過(guò)濾器的尺寸，尤其是過(guò)濾器的外徑，進(jìn)行入井流速的復(fù)核計(jì)算：

(6-2)式中：D—過(guò)濾器外徑（包括填礫厚度），m；Q—設(shè)計(jì)出水量，/s；L—過(guò)濾器有效長(zhǎng)度（工作部分長(zhǎng)度），m；n—過(guò)濾器進(jìn)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(jì)算：其中k為含水層滲透系數(shù)，m/s。

--1.1.2.3過(guò)濾器的直徑、長(zhǎng)度--161.1.2.4過(guò)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(jì)技術(shù)效益。因此，應(yīng)安裝在主要含水層的主要進(jìn)水段；同時(shí)，還應(yīng)考慮井內(nèi)動(dòng)水位探度。--1.1.2.4過(guò)濾器的安裝部位--171.2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(yàn)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(yàn)返回--1.2管井的施工管井的施工建造一般包括鉆鑿井孔、182.1大口井的構(gòu)造

大口井的特點(diǎn)是：大口井不存在腐蝕問(wèn)題，進(jìn)水條件較好，使用年限較長(zhǎng)，對(duì)抽水設(shè)備型式限制不大，如有一定的場(chǎng)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(duì)地下水位變動(dòng)適應(yīng)能力很差，在不能保證施工質(zhì)量的情況下會(huì)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(wèn)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(jìn)水部分組成，見圖6-6所示。--2.1大口井的構(gòu)造大口井的特點(diǎn)是：大口井不存在腐19大口井的構(gòu)造實(shí)圖--大口井的構(gòu)造實(shí)圖--20圖6-6大口井的構(gòu)造2.1.1上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)的布設(shè)主要取決于水泵站是與大口井分建還是合建，而這又取決于井水位（動(dòng)水位與靜水位）的變化幅度、單井出水量、水源供水規(guī)模及水源系統(tǒng)布置等因素，同時(shí)做好井口的污染防治工作。--圖6-6大口井的構(gòu)造2.1.1上部結(jié)構(gòu)--212.1.2井筒

井筒包括井中水面以上和水面以下兩部分，用鋼筋混凝土、磚、石條等砌成。井筒的直徑應(yīng)根據(jù)水量計(jì)算、允許流速校核及安裝抽水設(shè)備的要求來(lái)確定。井筒的外形通常呈圓筒形、截頭圓錐形、階梯圓筒形等（圖6-7）。（a）圓筒形（b）截頭圓錐形（c）階梯圓筒形圖6-7大口井井筒外形2.1.3進(jìn)水部分

進(jìn)水部分包括井壁進(jìn)水孔（或透水井壁）和井底反濾層。--2.1.2井筒（a）圓筒形（b）截頭圓錐形（c）階梯圓筒222.2大口井的施工返回

2.2.1大開挖施工法大開挖施工法是在開挖的基槽中，進(jìn)行井筒砌筑或澆注及鋪設(shè)反濾層工作。

2.2.2沉井施工法沉井施工法是在井位處先開挖基坑，然后在基坑上澆注帶有刃腳的井筒；待井筒達(dá)到一定強(qiáng)度后，即可在井筒內(nèi)挖土，利用井筒自重切土下沉。--2.2大口井的施工返回2.2.1大開挖施工法2233.1復(fù)合井復(fù)合井是由非完整大口井和井底下設(shè)管井過(guò)濾器組成。實(shí)際上，它是一個(gè)大口井和管井組合的分層或分段取水系統(tǒng)（如圖6-8）。它適用于地下水水位較高、厚度較大的含水層，能充分利用含水層的厚度，增加井的出水量。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)含水層厚度大于大口井半徑3～6倍，或含水層透水性較差時(shí)，采用復(fù)合井出水量增加顯著。--3.1復(fù)合井復(fù)合井是由非完整大口井和井底下設(shè)24圖6-8復(fù)合井返回--圖6-8復(fù)合井返回--254.1輻射井輻射井是由集水井（垂直系統(tǒng)）及水平的或傾斜的進(jìn)水管（水平系統(tǒng)）聯(lián)合構(gòu)成的一種井型，屬于聯(lián)合系統(tǒng)的范疇。因水平進(jìn)水管是沿集水井半徑方向鋪設(shè)的輻射狀滲入管，故稱這種井為輻射井。輻射井的現(xiàn)場(chǎng)施工圖--4.1輻射井輻射井是由集水井（垂直系統(tǒng)）及水平264.1.1輻射井的類型按集水井本身取水與否，輻射井分為集水井井底與輻射管同時(shí)進(jìn)水和集水井井底封閉僅輻射管進(jìn)水兩種型式。前者適用于厚度較大的含水層。按集取水源的不同，輻射井又分為：集取一般地下水〔如圖6-9（a）〕、集取河流或其他地表水體滲透水〔如圖6-9（b）、（c）〕、集取岸邊地下水和河床地下水的輻射井〔如圖6-9（d）〕等型式。按輻射管鋪設(shè)方式，輻射井有單層輻射管和多層輻射管兩種。圖6-9(e)所示為集水井井底封閉的單層輻射管的輻射井。

--4.1.1輻射井的類型--27（e）圖6-9按補(bǔ)給條件與布置方式分類的輻射井--（e）圖6-9按補(bǔ)給條件與布置方式分類的輻射井--284.1.2輻射井的構(gòu)造輻射井的構(gòu)造見圖6-10：4.1.2.1．集水井集水井又稱豎井，其作用是匯集輻射管的來(lái)水和安裝抽水設(shè)備等，對(duì)于不封底的集水井還兼有取水井的作用。4.1.2.2．輻射管--4.1.2輻射井的構(gòu)造--29圖6-10輻射井的構(gòu)造--圖6-10輻射井的構(gòu)造--304.1.3輻射井的施工輻射井的集水井和輻射管的結(jié)構(gòu)不同，施工方法和施工機(jī)械也完全不同。下面介紹兩種方法。

4.1.3.1．集水井的施工方法

4.1.3.2．輻射管的施工方法返回--4.1.3輻射井的施工返回--315.1滲渠

滲渠是水平敷設(shè)在含水層中的穿孔滲水管渠。滲渠可分為集水管和集水廊道兩種型式；同時(shí)也有完整式和非完整式之分。滲渠施工圖--5.1滲渠滲渠是水平敷設(shè)在含水層中的穿孔滲水管32圖6-11滲渠滲渠由滲水管渠、集水井和檢查井組成，如圖6-11所示。--圖6-11滲渠滲渠由滲水管渠、集水井和檢查井組成，如33鋪設(shè)在不同條件下的滲渠，以及對(duì)不同施工條件下的要求，見圖（6-12）（b）鋪設(shè)在河床下的滲渠（a）鋪設(shè)在河灘下的滲渠圖6-12滲渠人工反濾層構(gòu)造返回--鋪設(shè)在不同條件下的滲渠，以及對(duì)不同施工條件下的要求，346.1坎兒井

坎兒井是我國(guó)新疆地區(qū)在缺乏把各山溪地表徑流由戈壁長(zhǎng)距離引入灌區(qū)的手段以及缺乏提水機(jī)械的情況下，根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀粭l件、水文地質(zhì)特點(diǎn)，創(chuàng)造出用暗渠引取地下潛流，進(jìn)行自流灌溉的一種特殊水利工程?？矁壕迯?fù)坎兒井--6.1坎兒井坎兒井是我國(guó)新疆地區(qū)在缺乏把各山溪地35圖6-13坎兒井6.1.1坎兒井的構(gòu)造坎兒井的布設(shè)，一般大致順沖積扇的地面坡降，即地下潛流的流向，與之相平行或斜交。其構(gòu)造由豎井、暗渠、明渠和澇壩（即小型蓄水池）四部分組成，如圖6-13。--圖6-13坎兒井6.1.1坎兒井的構(gòu)造--366.1.2坎兒井的施工6.1.3坎兒井類型坎兒井按其成井的水文地質(zhì)條件來(lái)劃分，可分為三種類型：山前潛水補(bǔ)給型山溪河流河谷潛水補(bǔ)給型平原潛水補(bǔ)給型--6.1.2坎兒井的施工山前潛水補(bǔ)給型--37

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?yàn)樗吹匚恢眠x擇得正確與否，，而且關(guān)系到是否能保證其長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)和安全地運(yùn)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(wèn)題。第三節(jié)地下水水源地的選擇3.1集中式供水水源地的選擇水源地的水文地質(zhì)條件水源地的經(jīng)濟(jì)、安全性和擴(kuò)建前景水源地的地質(zhì)環(huán)境--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383.2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(duì)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(qiáng)含水裂隙帶及強(qiáng)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(wú)較大的匯水補(bǔ)給面積，也是必須考慮的條件。--3.2小型分散式水源地的選擇--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(jì)地下水取水構(gòu)筑物，以最大限度地截取補(bǔ)給量，提高出水量、改善水質(zhì)、降低工程總造價(jià)。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6-3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40----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(jìn)而明確在采取何種工程技術(shù)和經(jīng)濟(jì)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(lái)的負(fù)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(yùn)動(dòng)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(bǔ)給為主、縱向坡度很緩的河谷潛水區(qū)在巖層導(dǎo)、儲(chǔ)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(lái)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(jì)時(shí)，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(shí)，垂向間距a的經(jīng)驗(yàn)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(shí)，垂向間距a的經(jīng)驗(yàn)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(shí)，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(gè)問(wèn)題是，如何在滿足設(shè)計(jì)需水量的前提下，本著技術(shù)可行且經(jīng)濟(jì)合理的原則，來(lái)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(shí)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(jì)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(gè)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--46（2）考慮井間干擾時(shí)的井距確定方法這種計(jì)算方法的思路是，首先提出幾種可能的設(shè)計(jì)水位降深和井距方案，分別計(jì)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(guò)干擾水井的實(shí)際可灌溉面積與理論上應(yīng)控制灌溉面積的對(duì)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(lái)說(shuō)明其井距的計(jì)算過(guò)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(shí)的井距確定方法圖6-15水井按等邊三47

相關(guān)的計(jì)算過(guò)程如下：

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

再計(jì)算出在同一設(shè)計(jì)井距條件下，單井理論上負(fù)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(shí)，三角形的邊長(zhǎng)（即井距）。然后，根據(jù)單井實(shí)際灌溉面積F′與理論上應(yīng)負(fù)擔(dān)的灌溉面積F的對(duì)比分析。--相關(guān)的計(jì)算過(guò)程如下：--48（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(jì)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(jì)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(shí)，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49[1]討論地下水開發(fā)利用的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。[2]管井是由哪幾部分組成的？敘述管井施工的流程。[3]大口井是由哪幾部分組成的？敘述大口井施工的流程。[4]集中式供水水源地的選擇需要考慮哪些方面的因素？[5]簡(jiǎn)要敘述不同取水構(gòu)筑物的適用范圍。思考題--[1]討論地下水開發(fā)利用的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。思考題--50謝謝！--謝謝！--51第六章地下水資源的開發(fā)利用途徑及工程--第六章地下水資源的開發(fā)利用途徑及工程--52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)利用途徑本章內(nèi)容--53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(lái)實(shí)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--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)546.1.2地下水開發(fā)利用的優(yōu)點(diǎn)分布廣泛，容易就地取水水質(zhì)穩(wěn)定可靠具有時(shí)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--6.1.2地下水開發(fā)利用的優(yōu)點(diǎn)分布廣泛，容易就地取水556.1.3地下水過(guò)度開發(fā)帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題正是由于地下水具有種種用途，20世紀(jì)70年代以來(lái)，我國(guó)通過(guò)各種地下水工程，進(jìn)行地下水的大量開采利用,進(jìn)而引發(fā)一系列的環(huán)境問(wèn)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--6.1.3地下水過(guò)度開發(fā)帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題正是由于地56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]--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576.1.4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(huì)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(kù)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--6.1.4地下水資源的合理開發(fā)模式不合理地開發(fā)利58第二節(jié)地下水取水構(gòu)筑物分類6.2本節(jié)結(jié)構(gòu)--第二節(jié)地下水取水構(gòu)筑物分類6.2本節(jié)結(jié)構(gòu)--59管井主要由井室、井壁管、過(guò)濾器及沉砂管構(gòu)成，見圖6-3。當(dāng)有幾個(gè)含水層且各層水頭相差不大時(shí)，可用多層過(guò)濾器管井，見圖6-3（b）。1.1管井的構(gòu)造（a）單過(guò)濾器管井(b)雙過(guò)濾器管井圖6-2管井的一般構(gòu)造--管井主要由井室、井壁管、過(guò)濾器及沉砂管構(gòu)成，見圖6-60

1.1.1井室

井室通常是保護(hù)井口免受污染、安裝各種設(shè)備（如水泵機(jī)組或其他技術(shù)設(shè)備）以及進(jìn)行維護(hù)管理的場(chǎng)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)--1.1.1井室井室外觀井室內(nèi)--611.1.2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(qiáng)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--1.1.2井管井管1井管2--62（1）分段鉆進(jìn)時(shí)的異徑井管構(gòu)造（a）（c）（b）圖6-3(a)(b)(c)分段鉆進(jìn)時(shí)井壁管的構(gòu)造(d)不分段鉆進(jìn)時(shí)的同徑井管構(gòu)造（2）不分段鉆進(jìn)時(shí)的同徑井管構(gòu)造（d）--（1）分段鉆進(jìn)時(shí)的異徑井管構(gòu)造（a）（c）（b）圖6-3631.1.2過(guò)濾器

1.1.2.1過(guò)濾器的作用、組成

過(guò)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(duì)。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。--1.1.2過(guò)濾器1.1.2.1過(guò)濾器的作用、組成64過(guò)濾器名稱進(jìn)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(guò)濾器（2.5～3.0）d50（3.0～4.0）d50條孔和纏絲過(guò)濾器（1.25～1.5）d50（1.5～2.0）d50包網(wǎng)過(guò)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(jì)算有60%、50%、10%粒徑小于這一粒徑；2．較細(xì)砂層取小值，較粗砂層取大值。表6-1過(guò)濾器的進(jìn)水孔眼直徑或?qū)挾?-過(guò)濾器名稱注：1．d60、d50、d10分別指顆粒中按質(zhì)量計(jì)651.1.2.2過(guò)濾器的分類

由不同骨架和不同過(guò)濾層可組成各種過(guò)濾器。骨架過(guò)濾器〔圖6-5（a），（b）〕、纏絲過(guò)濾器〔圖6-5（c），（d）〕、包網(wǎng)過(guò)濾器〔圖6-5（e）〕、填礫過(guò)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(guò)濾器類型--1.1.2.2過(guò)濾器的分類（a）圓孔（b）縫隙（c）661.1.2.3過(guò)濾器的直徑、長(zhǎng)度

過(guò)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(jì)的關(guān)鍵。為保持含水層的穩(wěn)定性，需要對(duì)過(guò)濾器的尺寸，尤其是過(guò)濾器的外徑，進(jìn)行入井流速的復(fù)核計(jì)算：

(6-2)式中：D—過(guò)濾器外徑（包括填礫厚度），m；Q—設(shè)計(jì)出水量，/s；L—過(guò)濾器有效長(zhǎng)度（工作部分長(zhǎng)度），m；n—過(guò)濾器進(jìn)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(jì)算：其中k為含水層滲透系數(shù)，m/s。

--1.1.2.3過(guò)濾器的直徑、長(zhǎng)度--671.1.2.4過(guò)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(jì)技術(shù)效益。因此，應(yīng)安裝在主要含水層的主要進(jìn)水段；同時(shí)，還應(yīng)考慮井內(nèi)動(dòng)水位探度。--1.1.2.4過(guò)濾器的安裝部位--681.2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(yàn)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(yàn)返回--1.2管井的施工管井的施工建造一般包括鉆鑿井孔、692.1大口井的構(gòu)造

大口井的特點(diǎn)是：大口井不存在腐蝕問(wèn)題，進(jìn)水條件較好，使用年限較長(zhǎng)，對(duì)抽水設(shè)備型式限制不大，如有一定的場(chǎng)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(duì)地下水位變動(dòng)適應(yīng)能力很差，在不能保證施工質(zhì)量的情況下會(huì)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(wèn)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(jìn)水部分組成，見圖6-6所示。--2.1大口井的構(gòu)造大口井的特點(diǎn)是：大口井不存在腐70大口井的構(gòu)造實(shí)圖--大口井的構(gòu)造實(shí)圖--71圖6-6大口井的構(gòu)造2.1.1上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)的布設(shè)主要取決于水泵站是與大口井分建還是合建，而這又取決于井水位（動(dòng)水位與靜水位）的變化幅度、單井出水量、水源供水規(guī)模及水源系統(tǒng)布置等因素，同時(shí)做好井口的污染防治工作。--圖6-6大口井的構(gòu)造2.1.1上部結(jié)構(gòu)--722.1.2井筒

井筒包括井中水面以上和水面以下兩部分，用鋼筋混凝土、磚、石條等砌成。井筒的直徑應(yīng)根據(jù)水量計(jì)算、允許流速校核及安裝抽水設(shè)備的要求來(lái)確定。井筒的外形通常呈圓筒形、截頭圓錐形、階梯圓筒形等（圖6-7）。（a）圓筒形（b）截頭圓錐形（c）階梯圓筒形圖6-7大口井井筒外形2.1.3進(jìn)水部分

進(jìn)水部分包括井壁進(jìn)水孔（或透水井壁）和井底反濾層。--2.1.2井筒（a）圓筒形（b）截頭圓錐形（c）階梯圓筒732.2大口井的施工返回

2.2.1大開挖施工法大開挖施工法是在開挖的基槽中，進(jìn)行井筒砌筑或澆注及鋪設(shè)反濾層工作。

2.2.2沉井施工法沉井施工法是在井位處先開挖基坑，然后在基坑上澆注帶有刃腳的井筒；待井筒達(dá)到一定強(qiáng)度后，即可在井筒內(nèi)挖土，利用井筒自重切土下沉。--2.2大口井的施工返回2.2.1大開挖施工法2743.1復(fù)合井復(fù)合井是由非完整大口井和井底下設(shè)管井過(guò)濾器組成。實(shí)際上，它是一個(gè)大口井和管井組合的分層或分段取水系統(tǒng)（如圖6-8）。它適用于地下水水位較高、厚度較大的含水層，能充分利用含水層的厚度，增加井的出水量。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)含水層厚度大于大口井半徑3～6倍，或含水層透水性較差時(shí)，采用復(fù)合井出水量增加顯著。--3.1復(fù)合井復(fù)合井是由非完整大口井和井底下設(shè)75圖6-8復(fù)合井返回--圖6-8復(fù)合井返回--764.1輻射井輻射井是由集水井（垂直系統(tǒng)）及水平的或傾斜的進(jìn)水管（水平系統(tǒng)）聯(lián)合構(gòu)成的一種井型，屬于聯(lián)合系統(tǒng)的范疇。因水平進(jìn)水管是沿集水井半徑方向鋪設(shè)的輻射狀滲入管，故稱這種井為輻射井。輻射井的現(xiàn)場(chǎng)施工圖--4.1輻射井輻射井是由集水井（垂直系統(tǒng)）及水平774.1.1輻射井的類型按集水井本身取水與否，輻射井分為集水井井底與輻射管同時(shí)進(jìn)水和集水井井底封閉僅輻射管進(jìn)水兩種型式。前者適用于厚度較大的含水層。按集取水源的不同，輻射井又分為：集取一般地下水〔如圖6-9（a）〕、集取河流或其他地表水體滲透水〔如圖6-9（b）、（c）〕、集取岸邊地下水和河床地下水的輻射井〔如圖6-9（d）〕等型式。按輻射管鋪設(shè)方式，輻射井有單層輻射管和多層輻射管兩種。圖6-9(e)所示為集水井井底封閉的單層輻射管的輻射井。

--4.1.1輻射井的類型--78（e）圖6-9按補(bǔ)給條件與布置方式分類的輻射井--（e）圖6-9按補(bǔ)給條件與布置方式分類的輻射井--794.1.2輻射井的構(gòu)造輻射井的構(gòu)造見圖6-10：4.1.2.1．集水井集水井又稱豎井，其作用是匯集輻射管的來(lái)水和安裝抽水設(shè)備等，對(duì)于不封底的集水井還兼有取水井的作用。4.1.2.2．輻射管--4.1.2輻射井的構(gòu)造--80圖6-10輻射井的構(gòu)造--圖6-10輻射井的構(gòu)造--814.1.3輻射井的施工輻射井的集水井和輻射管的結(jié)構(gòu)不同，施工方法和施工機(jī)械也完全不同。下面介紹兩種方法。

4.1.3.1．集水井的施工方法

4.1.3.2．輻射管的施工方法返回--4.1.3輻射井的施工返回--825.1滲渠

滲渠是水平敷設(shè)在含水層中的穿孔滲水管渠。滲渠可分為集水管和集水廊道兩種型式；同時(shí)也有完整式和非完整式之分。滲渠施工圖--5.1滲渠滲渠是水平敷設(shè)在含水層中的穿孔滲水管83圖6-11滲渠滲渠由滲水管渠、集水井和檢查井組成，如圖6-11所示。--圖6-11滲渠滲渠由滲水管渠、集水井和檢查井組成，如84鋪設(shè)在不同條件下的滲渠，以及對(duì)不同施工條件下的要求，見圖（6-12）（b）鋪設(shè)在河床下的滲渠（a）鋪設(shè)在河灘下的滲渠圖6-12滲渠人工反濾層構(gòu)造返回--鋪設(shè)在不同條件下的滲渠，以及對(duì)不同施工條件下的要求，856.1坎兒井

坎兒井是我國(guó)新疆地區(qū)在缺乏把各山溪地表徑流由戈壁長(zhǎng)距離引入灌區(qū)的手段以及缺乏提水機(jī)械的情況下，根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀粭l件、水文地質(zhì)特點(diǎn)，創(chuàng)造出用暗渠引取地下潛流，進(jìn)行自流灌溉的一種特殊水利工程?？矁壕迯?fù)坎兒井--6.1坎兒井坎兒井是我國(guó)新疆地區(qū)在缺乏把各山溪地86圖6-13坎兒井6.1.1坎兒井的構(gòu)造坎兒井的布設(shè)，一般大致順沖積扇的地面坡降，即地下潛流的流向，與之相平行或斜交。其構(gòu)造由豎井、暗渠、明渠和澇壩（即小型蓄水池）四部分組成，如圖6-13。--圖6-13坎兒井6.1.1坎兒井的構(gòu)造--876.1.2坎兒井的施工6.1.3坎兒井類型坎兒井按其成井的水文地質(zhì)條件來(lái)劃分，可分為三種類型：山前潛水補(bǔ)給型山溪河流河谷潛水補(bǔ)給型平原潛水補(bǔ)給型--6.1.2坎兒井的施工山前潛水補(bǔ)給型--88

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?yàn)樗吹匚恢眠x擇得正確與否，，而且關(guān)系到是否能保證其長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)和安全地運(yùn)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(wèn)題。第三節(jié)地下水水源地的選擇3.1集中式供水水源地的選擇水源地的水文地質(zhì)條件水源地的經(jīng)濟(jì)、安全性和擴(kuò)建前景水源地的地質(zhì)環(huán)境--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893.2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(duì)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(qiáng)含水裂隙帶及強(qiáng)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(wú)較大的匯水補(bǔ)給面積，也是必須考慮的條件。--3.2小型分散式水源地的選擇--90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(jì)地下水取水構(gòu)筑物，以最大限度地截取補(bǔ)給量，提高出水量、改善水質(zhì)、降低工程總造價(jià)。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6-3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91----924.2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(jìn)而明確在采取何種工程技術(shù)和經(jīng)濟(jì)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(lái)的負(fù)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(yùn)動(dòng)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(bǔ)給為主、縱向坡度很緩的河谷潛水區(qū)在巖層導(dǎo)、儲(chǔ)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934.2.2、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(lái)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(jì)時(shí)，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(shí)，垂向間距a的經(jīng)驗(yàn)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94表6-4列出了在不同水文地質(zhì)條件下分段取水時(shí)，垂向間距a的經(jīng)驗(yàn)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(shí)，垂向間95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