集中式供水水源地选择

6．4．2管井和井群的出水量计算

出水量计算是管井设计的重要环节。它是在查明地下水资 源的基础上，结合开采方案和允许开采量评价进行的，以 确定井的类型、结构、井数、井距、井群布局，以及供水 设备的选择。 理论公式：建立在理想化模型基础上的解析公式，精度较 差，一般用于初步设计； 经验公式：以相似性现场抽水试验为依据，可用作施工图 的编制。出水量计算的内容，有管井和干扰井群两类。对 于大中型集中式水渠工程，其井群系统中井间存在互阻干 扰作用。而分散式水源工程，和因井数少可采用较大井距 的小型水源工程而言，不存在井间的互相干扰，可直接用 各井的出水量之和，评价总的开采量。
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(3)水井的井数和井距


井数主要取决于允许开采量(或设计总需水量)、 井间距和单井出水量的大小。井间距取决于井间 干扰强度，一般要求井间水量减少系数不超过20 ％～25％。 集中式供水水井的数量和井间距的确定，一般首 先根据水源地的水文地质条件、井群的平面布局 形式、需水量大小及允许水位降等已给定的条件， 拟定数个不同开采方案；然后选用适宜的公式， 计算每一个布局方案的水井总出水量及其水位降 深。最后通过技术经济比较，选取出水量和水位 降均满足设计要求，井数少、井间干扰强度符合 14 要求，建设投资和开采成本最低的方案。
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6．4．2．4井群的互阻干扰计算


2．经验公式(水位削减法)井群互相干扰 Q1 计算 出水量减少系数α S1

Q2
S1+t1 α=(Q-Q')/Q Q'=(1- α )Q Q为无互阻影响时出水量 Q‘为有互阻影响时出水量,水位降保持不变

如已知水井的值,则可由Q>>推出>>Q’
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Q1
2
6．4 地下水取水构筑物的类型和适用条件



6．4．1管 井 6．4．2管井和井群的出水量计算 6．4．3 管井施工 6．4．4大口井 6．4．5复合井 6．4．6辐射井 6．4．7 渗 渠
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6．4 地下水取水构筑物的类型和适用条 件

6．4．1管 井 6· 4· 1· l管井构造 管井俗称机井，是地下水构筑物中应用最广的 一种，适用于任何岩性与地层结构，按其过滤 器是否贯穿整个含水层，分为完整井与非完整 井(图6-38(a)、(b))。管井通常由井室、井壁 管、过滤器及沉淀管构成，(图6—39(a)、 （b）)，但在抽取稳定基岩中的地下水时，也 可不安装井壁管和过滤器。
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过滤器的长度关系到地下水资源的有效开发，它 应根据设计出水量，含水层性质、厚度、水位降 及其他技术经济因素确定。根据井内测试，管井 中70％～80％的出水量是从过滤器上部进入的， 尤其是靠近水泵吸水口部位，而下部进水很少， 当含水层厚度越大、透水性越好、井径越小，这 时出水量的不均匀分布越明显。有试验资料表明， 过滤器的适用长度不宜超过30m，对此近年来在 一些厚度很大的含水层中，常采用多井分段开采 法，以提高开发利用率。 过滤器的安装部位，应安装在动水位以下主要含 水层含水性最强的进水段，对均质的潜水含水层， 应安装在含水层底部1／2～1／3的厚度内，在 厚度较大的含水层中，可将过滤管与井壁管间隔 排列，分段设置，可获得较好的出水效果。
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6· 4· 1· 1管井构造


1．井室 主要作用：安装水泵，并维护其正常运行。水泵的选 择应满足供水时的流量与吸程要求，即根据出水量、 静水位、动水位和井径、井深等因素来决定。 常用水泵：

深井泵流量大，不受地下水位埋深的限制、 潜水泵结构简单，重量轻、运转平稳、无噪音，在小流量管井中广泛应用 卧式水泵受其吸水高度的限制，用于地下水位埋深不大时。



(1) 必须以三个或三个以上水位降的稳定流抽 应用经验公式应注意的事项： 水试验绘制Q一sw曲线; (2)应确保抽水试验资料Q与sw的代表性和惟 一性。对此，试验地段的选择要求试验井的构 造与试验的技术条件应符合未来管井的生产条 件，试验的时间应选择在旱季；同时，应尽可 能延长试验的延续时间，使抽水试验的成果反 映边界的补给条件，并保证每个水位降的试验 符合稳定流条件。 (3)抽水试验应力争大降深，以减少出水量计 算的外推范围。一般外推范围不应超过抽水试 验最大降深的2～3倍。
S1 S1+t1
Q2

设Q-S为直线关系Q=qs 单独抽水时Q1对应S1; t1 L1-2 Q2对应S2; t2 同时抽水时,Q1=Q2,Q1保持不变时,则s=s1+t1 无干扰时如出水=q1(s1+t1) 则干扰时出水 =q1s1


α=(Q-Q')/Q=t1/(s1+t1)
α1-2= α1lg(R/L1-2) / lg(R/Li)
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4．沉淀管 沉淀管的作用是防止沉砂堵塞过滤器， 其直径与过滤器一致，长度通常为2～ 10m，可按井深确定。
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6．4．1．2 管井的井群系统及其合理布 局

1．管井的井群系统 (1)自流井井群：适用于静水位高出地表，呈自流状态的
承压含水层。它只需用管道直接引水至清水池，经加压即可送入 给水管网。

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(2)过滤器的直径、长度及安装部位


过滤器的直径影响井的出水量。有试验表明，当其直径大于 200mm时，井径对出水量的影响逐渐趋弱。因此设计中主要根 据所选抽水设备类型、规格对井径的要求，即安装水泵的井段的 井管内径，应比水泵标定的井管内径最少应大50mm；对于松散 含水层中的管井，为保持含水层的稳定性，还应根据井的取水量， 对过滤器直径作允许入井流速的复核： D≥Q／πLvn (6-4) 式中D——过滤器外径(包括填砾厚度)，m； Q——设计出水量，m3／s； L——过滤器工作部分长度，m； m——过滤器进水表面有效孔隙度(一般按50％考虑)，％； v——允许入井流速 (与含水层渗透系数 k有关，可按有关规范 查表或计算求得)，m／s。
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(2)水井的垂向布局
对于巨厚的多层含水层组而言，若采用水井立体布局 的分层取水方式，不仅有利于充分开采地下水资源， 并在目前上层含水层普遍因污染水质恶化的情况下， 可保护下层含水层的优质地下水免遭污染，又利于实 行分层供水、量质而用。对于厚度很大的单层含水层， 由于水井抽水对含水层的影响深度有限，滤水管的有 效长度一般仅30m，因此当岩石颗粒较粗(中砂以上)， 透水性强、补给条件又好时，可谨慎地采用非完整井 组的分段取水方式，井组一般由2～3口井组成，呈直 线或三角形布置，井间水平距离5～10m，相邻滤水 管垂向间距一般为l0～20m，可视岩石颗粒粗细而定。 对于补给条件较差的水源地，采用分段取水需慎重， 否则会加大含水层的水位降，加剧区域地下水位的下 降速度，引发环境地质问题。
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6．4．2．3 出水量计算的经 验公式

鉴于理论公式存在的理想化问题，在工 程实践中常利用现场抽水试验，建立出 水量Q与水位降Sw之间的关系式，进行 出水量(或水位降)汁算，故称为Q－sw 曲线法
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选用半经验公式的计算方法如下： (1)在抽水试验的基础上，绘制Q-sw 曲线； (2)通过转换坐标，判断Q-sw曲线类 型; (3)用图解法或最小二乘法求待定系数 a和b，建立Q-sw曲线方程； (4)根据给定的水位降或出水量，求解 21 Q或 s 。
地下水取水构筑物

6．3地下水水源地选择
6．3．2小型分散水源地选择
6．3．1集中式供水水源地的选择

6．4 地下水取水构筑物的类型和适用条件
6．4．1管 井 6．4．2管井和井群的出水量计算 6．4．3 管井施工 6．4．4大口井 6．4．5复合井 6．4．6辐射井 6．4．7 渗 渠
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6．3．1集中式供水水源地的选择


(2)虹吸式井群；因受虹吸高度的限制，只适用于静水位
接近地表的含水层。 不深(6～8m)时。当井距不大，可直接用吸水管或总连接管和各 井相连吸水，具虹吸式井群特点；若井距较大或单井出水量较大 时，应在每个井内安卧式水泵。
(3)卧式泵取水井群：适宜于井内最低的动水位距地面 (4)深井泵取水井群；能抽取埋深较大的地下水，故应
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理论公式
承压含水层完整井Βιβλιοθήκη Baidu
Q
s s0
R
H h h0 m
Q
2Km S0 2.73Km S0 ln R ln r0 lg R lg r0
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无压含水层完整井 Q s s0
R
H h h0
Q
K H 2 h02 1.37K 2HS0 S02
ln R ln r0 lg R lg r0
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各种地层的影响半径R值
地层 粉砂 细砂 中砂 粗砂 极粗的砂 小砾石 中砾石 粗砾石 地层颗粒 粒径(mm) 0.05～0.1 0.1～0.25 0.25～0.5 0.5～1.0 1～2 2～3 3～5 5～10 所占重量 (%) 70以下 ＞70 ＞50 ＞50 ＞50 影响半径R (m) 25～50 50～100 100～300 300～400 400～500 500～600 600～1500 1500～3000

用广泛。
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2．井群的合理布局


(1)水井的平面布局
水井的平面布局视开采量的组成，地下水的径流条件及 含水层的均匀程度而定 在径流条件良好的地区，地下水的开采量以径流量为主 要组成，水井布局以充分拦截地下径流为主，并视主径 流带过水断面的宽窄和地下径流的多寡，垂直其径流方 向布置一至数个井排。若水源地靠近补给边界，应沿边 界走向并垂直地下水的补给方向布置井群。 在地下径流滞缓的平原区，其开采量以含水层的调节资 源或垂向入渗补给为主，故宜用网络状或梅花形、圆形 的布局形式。在导水性、贮水性极不均匀的基岩含水层 中，水井的平面布局主要受控于含水层富水带的分布， 不应再拘于规则的布局形式。

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6· 4· 1· l管井构造
3．过滤器 (1)过滤器的作用、组成与类型 它是管井构造中的核心。对此，要求过滤 器具有较大的孔隙度和一定的直径，足 够的强度和抗蚀性，并且成本低廉，能 保持含水层的稳定性。 过滤器由过滤骨架和过滤层组成。骨架起 支撑作用，在井壁稳定的基岩井中，也 可直接用做过滤器。过滤层起过滤作用。

井室的型式：很大程度上取决于抽水设备，同时也要 考虑气候、水源的卫生条件等。深井泵站的井室一般 采用地上式，潜水泵和卧式水泵均为地下式。
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6· 4· 1· l管井构造
2．井管 井管也称井壁管，要求有足够的强度，不弯曲、 光滑圆整，便于安装水泵和井的清洗维修，由 于长期埋置地下，故还需有较强的抗蚀性。井 管可用钢、铸铁、钢筋混凝土、石棉水泥、塑 料等材料制成。钢管一段不受井深限制，铸铁 和钢筋混凝土管的应用深度一般不能大于 150～200m。 井管的直径应按水泵类型、吸水管外形尺寸等确 定，其内径一般应大于水泵下部最大外径 100mm。
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地层渗透系数K值
地层 粉砂 细砂 中砂 粗砂 极粗的砂 砾石夹砂 带粗砂的砾石 漂砾石 地层颗粒
粒径(mm) 0.05～0.1 0.1～0.25 0.25～0.5 0.5～1.0 1～2
所占重量 (%) 70以下 ＞70 ＞50 ＞50 ＞50
渗透系数K (m/d) 1～5 5～10 10～25 25～50 50～100 75～150 100～200 200～500
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多井相互影响时
Q'1= Q1(1- Σα1 )
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6．4．3 管井施工
管井施工步骤
钻凿井孔 物探测井 冲孔换浆
粘土封闭
围填砾料
井管安装
洗
井
抽水试验
管井验收
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6．4．3．1凿井
钻凿井孔 冲击钻进法：利用钻头对地层的冲 击力钻凿井孔；仅适用于松散岩层；机 械设备简单；效率低、速度慢。 回转钻进法：包括一般回转钻进、 反循环回转钻进和岩心回转钻进。利用 钻头旋转对地层的切削、挤压、研磨破 碎作用钻凿井孔；既适用于松散岩层， 也适用于基岩；机械设备较复杂；效率 高、速度快。

1．水源地的水文地质条件
取水地段含水层的富水性： 首先从富水性角度考虑，水源地应选在含水层透水性 强、厚度大、层数多、分布面积广的地段上。 补给条件： 取水地段应有良好的汇水条件。可以最大限度拦截、 汇集区域地下径流，或接近地下水的集中补给、排泄 区。

2．水源地的地质环境

3．水源地的经济、安全性和扩建前景