给水工程(取水工程)

压缩空气洗井
将压缩空气以很高的速度呈涡旋形向井壁 喷射，借助水气混合的冲力破坏泥浆壁， 压缩空气与水汇合上升时，可以形成很大 的水位降，使地下水形成很大的流速，增 大对泥浆和泥皮的冲击力。
优点：效率高、洗井比较彻底； 确定：洗井携走的砂粒较多，对砂层 有一定破坏作用，不适合砂粒较细的含水 层。
活塞洗井
5.2 地下水取水构筑物
地下水源概述和取水构筑物分类
卵石层、砂层和石灰岩层等组织松散， 具有众多相互连通的孔隙，透水性能较好， 水能在其中流动的岩层叫透水层，透水层 又叫含水层。
粘土和花岗岩等结构紧密，透水性极 差甚至不透水的岩层叫不透水层，不透水 层也称隔水层。
地下水分类：
埋藏在地面下第一个隔水层上的地下 水叫潜水；
过渡
黄、淮海大平原，山西、陕西、东 北大部、四川西北部、西藏东部
半干旱 200～400 干旱 ＜200
10～50 ＜10
少水
东北西部、内蒙古、甘肃、宁夏、 新疆西部和北部、西藏北部
缺水 内蒙古、宁夏、甘肃的沙漠．柴达
（干涸） 木盆地．塔里木和准噶尔盆地
• 水资源概述 • 取水工程任务 • 给水水源
取水工程任务
• 从合适的水源取水，并送到水厂或用户
– 给水水源研究的内容：天然水体存在形式、 运动变化规律，水源的勘察、规划、调节治 理以及卫生防护；
– 取水构筑物研究内容：从各种水源取水的方 法、取水构筑物的构造形式、设计计算、施 工方法以及运行管理；
• 水资源概述 • 取水工程任务 • 给水水源
管井分类
按其过滤器是否贯穿整个含水层，分为完整井与非完整井。
管井构造(深井泵房)
管井构造、施工和管理
管井直径一般在50～1000mm，深度一 般在200米以内，通常由井室、井壁管、 过滤器、沉淀管组成。
井室：用以安装各种设备，采光、采 暖、通风，防水；
井壁管：加固井壁，隔离水质不良或 水头较低的含水层；
拥有量前10位的国家如图：
各大洲水资源顺序：南美洲＞北美洲＞亚洲＞欧洲＞非洲 ＞大洋洲。
我国缺水的三种原因：
资源性缺水——由于气候和地理位 置等自然原因所导致；
污染性缺水——水资源丰富但污染 严重而不能利用；
管理性缺水——由于不合理开发利 用和水的浪费所造成。
中国水资源和水环境(二)
中国水资源和水环境(三)
• 井壁管的构造和施工方法
– 分段钻进和一次钻进
管井构造—井壁管、过滤器(3)
• 过滤器的作用：
– 安装于含水层中，用于集水和保持填砾和含 水层的稳定。是管井最重要的组成部分。
• 过滤器的要求：
– 应有足够的强度和抗蚀性； – 具有良好的透水性且能够保持人工填砾和含
水层的渗透稳定性。
管井构造—井壁管、过滤器(4)
过滤器：集水，保持填砾与含水层的 稳定，防止漏砂及堵塞；
沉淀管：沉淀进入管井的砂粒
井室结构：
深井泵房——泵体和扬水管安装在管 井内，泵座和电动机安装在井室内；
深井潜水泵房——水泵和电动机安装 在管井内，控制设备安装在井室内；
卧式泵房——水泵和电动机安装在井 室内；
地面式——便于维护管理，防水、防 潮、通风、采光条件好；
取水工程 Water Intake Engineering
5.1 取水工程概论
• 水资源概述 • 取水工程任务 • 给水水源
96.53 %
各种水体所占比例
0.94%
2.53%
海洋水 湖泊咸水和地下咸水 淡水
1.74%
0.76%
0.03%
冰川 地下淡水 其他淡水
永冻土底冰 湖泊淡水 土壤水 大气水 沼泽水 河水 生物水
给水水源
• 给水水源分类； • 地下水源的特点； • 地表水源的特点； • 给水水源的合理选择及合理利用； • 给水水源保护；
给水水源分类：
给水水源
地表水
地下水
江湖水海 潜自 泉
河泊库
流
水水水水 水水 水
地下水源与地表水源特点比较
水源类型 水质
径流量 矿化度 卫生防护 取水条件及构筑物 处理工艺 适用条件 水源地
管井施工(1)
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
管井施工(2)
• 钻凿井孔
– 冲击钻进； – 回转钻进；
一般回转钻进 胶管
泥浆泵
挂钩 钻盘
反循环回转钻进 胶管
泥浆泵
挂钩 钻盘
泥浆池
钻杆
泥浆池
钻头
钻杆 钻头
管井施工(3)
• 井管安装
– 吊装下管； – 浮板下管法； – 托盘下管法；
我国径流地带区划及降水、径流分区
降水 分区
多雨
年降水深 （mm）
年径流深 （mm）
径流分区
大概范围
海南、广东、福建、台湾大部、湖
＞1600 ＞900 丰水 南山地、广西南部、云南西南部、
西藏东南部，浙江
湿润 800～1600 200～900
多水
广西、云南，贵州、四川、长江中 下游地区
半湿润 400～800 50～200
泉室——集取泉水的构筑物。
地下水取水构筑物的适用条件：
①.管井适用于含水层厚度大于5米，其底板埋 藏深度大于15米；
②.大口井适用于含水层厚度在5米左右，其底 板埋藏深度小于15米；
③.渗渠仅适用于含水层厚度小于5米，渠底埋 藏深度小于6米；
④.泉室适用于有泉水露头，且覆盖层厚度小 于5米。
• 管井 • 大口井、辐射井和复合井 • 渗渠
广义概念：包括海洋、地下水、冰川、湖泊、 河川径流、土壤水、大气水在内的各种水体
狭义概念：广义范围内逐年可以得到恢复更新 的淡水
工程概念：少量用于冷却的海水和狭义范围内 在一定技术经济条件下，可以被人们使用的水
中国水资源和水环境(一)
全球水资源情况：
全球广义水资源总量约为140亿亿m3；其中除去海水、冰川、 深层高矿化地下水外,可开发利用的且逐年更新的淡水（即狭义的 水资源），其总量为47万亿 m3，仅占水资源总量的0.03%，而在 一定技术经济条件下可以为人们取用的水量则更少。在未来50年里， 全世界至少有1/4人口将会面临水资源短缺。
据环境部门监测，全国城镇每天至少有 1 亿吨污水未经处 理直接排入水体。全国七大水系中一半以上河段水质受到污染， 全国 1/3 的水体不适于鱼类生存，1/4 的水体不适于灌溉， 90% 的城市水域污染严重，50% 的城镇水源不符合饮用水标 准，40% 的水源已不能饮用，南方城市总缺水量的 60%~70% 是由于水源污染造成的.
管井施工(5)
• 洗井的目的
– 消除井孔及周围含水层中的泥浆和井壁上的泥浆壁； – 冲洗含水层中部分细小颗粒，使井周围含水层形成
天然反滤层；
• 洗井方法
– 洗井工作要在井管外封闭后立即进行，以防止泥浆 壁硬化；
– 洗井之前应用抽筒清除井筒内泥浆； – 洗井方法有活塞洗井、压缩空气洗井、联合洗井等；
②加强水源水质监督管理，制定污水排 放标准并切实贯彻实施；
③勘察新水源时，应从防止污染角度， 提出卫生防护条件与防护措施；
④注意地下水开采引起的咸水入侵、与 水质不良含水层发生水力联系等问题；
⑤进行水体污染调查研究，建立水体污 染监测网。
地表水源卫生防护： 1 取水点周围半径100m的水域内严禁捕捞、停靠船只、
两个不透水层间的地下水叫层间水； 具有自由水面的层间水称无压地下水；承 受有压力的层间水称承压地下水；
在自身压力作用下从某一出口涌出的 地下水叫泉水。
地下水取水构筑物分类：
管井——井管从地面打到含水层， 抽取地下水的井；
大口井——由人工开挖或沉井法施 工，设置井筒，以截取浅层地下水的构 筑物；
渗渠——壁上开孔，以集取浅层地 下水的水平管渠；
地下水源
地表水源
水质澄清，水温稳定 浊度较高，水温变化 幅度大
径流量较小
径流量较大
较高
较低
卫生条件较好
卫生防护难度大
简单，便于管理
复杂，难于管理
简单
复杂
用水量较小
用水量较大
可靠近用户
通常远离用户
防止水源水质污染措施： ①合理规划城市居住区和工业区，应尽
量将容易造成污染的工厂布置在城市及水 源地的下游；
水泵洗井
安装实际使用的水泵抽水，使水位降深 达到水泵所能达到的最大值，从而达到 洗井的目的。
优点：简便，洗井和生产相结合， 可不另设置洗井没备；
缺点：水位降深有一定限度，地下 水水力坡度较小，冲洗力较小，洗井时 间长，当含水层含泥浆量较大、泥皮较 厚时，可能造成洗井不彻底。
适合于含水层本身水流较通畅、含 泥浆量小、泥皮薄而软的情况。
管井构造—井壁管、过滤器(1)
• 井壁管的作用：
– 加固井壁； – 隔离水质不良的或水头较低的含水层；
• 井壁管的要求：
– 应具有足够的强度，能承受地层和人工填充物的侧 压力；
– 尽可能不弯曲，内壁光滑、圆整以利于安装抽水设 备和井的清洗和维修；
– 一般采用钢管、铸铁管、钢筋混泥土管、塑料管等；
管井构造—井壁管、过滤器(2)
管井施工(4)
填砾和粘土封闭
填砾应以坚实、圆滑砾石为主，并 应按设计要求的粒径进行筛选。填砾过 程要均匀、连续，避免堵塞。
砾料填完后、一定要计算所填砾料 的总体积，一般情况下，围填砾料的总 体积应等于或大于井管与孔壁之间环形 空间的体积。
粘土封闭一般采用球直径为25mm 的粘土球，围填过程同样要求均匀、连 续，填至井口时，应进行夯实。
游泳和从事可能污染水源的任何活动，并应设有明显的范围 标志和严禁事项的告示牌；
2 河流取水点上游1000m至下游100m的水域内，不得排 入工业废水和生活污水；饮用水水源的水库和湖泊，应根据 情况将取水点周围部分水域或整个水域及其沿岸列入防护范 围；受潮汐影响的河流取水点的防护范围，由水厂会同卫生 防疫站、环境卫生监测站研究确定。
地下式——便于总体规划，噪声小， 防冻来自百度文库件好。
管井构造--井室
• 井室的作用：
– 安装各种设备； – 保持井口免受污染，井口应高于地面0.3-0.5米，并
用粘土或水泥等不透水材料封闭，封闭深度不小于 3米； – 维护检修的场所； – 井室应具备采光、采暖、通风、防水和防潮的功能；
• 常见的井室结构：深井潜水泵房、深井泵房、 卧式泵房以及其他形式的井室。
过滤器的孔隙率取决于管材的强 度，各种管材允许孔隙率为：
钢管30％～35％； 铸铁管18％～25％； 钢筋混凝土管10％～15％； 塑料管10％。
管井构造—沉淀管
• 沉淀管的作用：
– 沉淀进入井内的细小砂粒和地下水中析出的 沉淀物
• 沉淀管长度一般为2-10米，当井深小于 20米时沉淀管长度采用2米，当井深大于 90米时采用10米。
我国水资源情况：
总量2.8×1012m3，居世界第6位，但人均水资源总量为 2200m3，为全球人均水资源占有量的1/4，居110位；预计到2030 年我国人均水资源将降到 1760m3，接近国际上被认为用水紧张国 家的人均水资源1700m3的标准。
全国666个城市中，缺水城市达400多个，其中严重缺水的城 市114个，日缺水1600万m3。
地下水源卫生防护： 取水构筑物的防护范围应根据水文地质
条件、取水构筑物形式和附近地区的卫生状 况进行确定；
在单井或井群影响半径范围内，不得使 用工业废水或生活污水灌溉和施用有持久性 毒性或剧毒的农药，不得修建渗水厕所、渗 水坑、堆放废渣或铺设污水渠道，并不得从 事破坏深层土层的活动。如取水层在水井影 响半径内不露出地面或取水层与地面水没有 互相补充关系时，可根据具体情况设置较小 的防护范围。
是用安装在钻杆上活塞在井壁管内上下 拉动，借助真空抽吸作用和压缩作用， 在过滤器周围形成反复冲洗的水流，以 破坏泥浆壁，清除含水层中残留的泥浆 颗粒。
优点：洗井强度大，洗井彻底，洗 井效果良好，对本身颗粒细、台泥质较 多的含水层，能较彻底地清除含水层中 的泥质，明显增大山水量；
缺点：由于机械强度大，易破坏井 管。
尽管全国每年新增城市污水处理能力 3 亿立方米，但仍 以每年处理能力缺口 21 亿立方米的速度在不断增大。到了 2050年，城市市政系统年纳污水为1385亿立方米，2100年 将达到2435亿立方米这相当于长宽高都是61813.8米的正方 体，若平铺为高1CM的长方体，底面将覆盖将近2537个中 国。
• 过滤器的类型：
– 钢筋骨架过滤器； – 圆孔 、条孔过滤器； – 缠丝过滤器； – 包网过滤器； – 填砾过滤器；
填砾过滤器：在各类过滤器的外 围填符合一定级配的砾石构成。
填砾粒径与含水层粒径比：
D50 6 ~ 8 d50
填砾层厚度可采用75～150mm；高 度应超过过滤器顶部8～10m。
过滤器进水孔眼数量多，进水性 能良好，但强度减小。