第6章取水工程地下水取水,6.3地下水水源地選擇,地下水資源的特征集中式供水水源地的選擇水源地的水文地質條件含水層的富水性：透水性強、厚度大、層數多、分布面積廣含水層的補給條件：攔截地下徑流、接近集中補給排泄區水源地的地質環境，遠離取水點、排水點水源地的經濟、安全性和擴建前景小型分散式水源地的選擇裂隙帶及巖溶發育帶的分布、地下水水位埋深、匯水補給面積,6.4地下水取水構筑物的類型和適用條件,一、管井構造圖6391)井室：安裝水泵（深井泵、潛水泵、臥式泵）2)井管：強度足夠、光滑圓整、抗腐蝕、內徑大于水泵最大外徑100mm3)過濾器（核心部分）作用：保持取得最大出水量，延長使用年限組成：過濾骨架（管型、鋼筋型）、過濾層（纏絲和濾網、礫石）類型：纏絲、包網、填礫、籠（筐）狀直徑、長度及安裝部位4)沉淀管：210m，防砂,管井的井群系統及其合理布局1)井群系統：自流井井群、虹吸式井群、臥式泵取水井群、深井泵取水井群2)井群合理布局：平面布局：垂直徑流方向布置垂向布局：水井的井數和井距：取決于允許開采量、井間距、單井出水量、井間干擾強度,地下水取水構筑物的類型與適用范圍,深井泵房布置,地下式潛水泵房,分段鉆進時井壁管的構造,過濾器周圍天然反濾層,二、管井和井群的出水量計算1.管井出水量計算的理論公式完整井穩定井流出水量計算（圖642、643）勢函數：潛水承壓水若已知K、M、H0、hw，則可推求：給定則預測Sw：（承壓水）,地下水向潛水完整井運動,假設條件,Q-s關系曲線,2)完整井非穩定井流出水量計算（圖644、645）水頭函數對承壓水：雅柯比近似公式(當u0.1時，與泰斯公式相比，誤差5%),直徑為0.4m的承壓完整井一口，以恒定流量56m3/h抽水。該井所在地層的水文地質參數為：導水系數T=275m2/d，釋水系數u=0.0055，試用雅克布公式計算該井連續抽水24h和一年后，在井壁處和距井100m、1000m處各點的水位降落值。解：Q=56m3/h=1344m3/d,Q/(43.14T)=0.3889當t24h1d，u0.0055r2/（42751）510-6r2當t365d，u0.0055r2/（4275365）1.3710-8r2，列表計算各點水位降落值：,2.管井出水量計算理論公式的選擇1)一般公式：穩定井流：非穩定井流：2)含水層為越流系統時：穩定井流：非穩定井流：3)管井為非完整井時：分段法和鏡像法4)對于非均質含水層，以加權平均值表示各項參數,3.出水量計算的經驗公式1)直線型方程2)拋物線型方程若令則a，b用最小二乘法求得,3)冪函數型方程4)半對數型方程5)選用經驗公式的方法繪制QSw曲線判斷QSw曲線類型求a、b，建立QSw曲線方程根據Q或Sw求解Sw或Q6)應注意的問題,例：在單井中進行3次水位下降的抽水試驗，試驗數據為：S1=1.8m，Q1=40l/s；S2=3.2m，Q2=60l/s；S3=4.7m，Q3=75l/s；求水位降落值S6.5m時，井的出水量Q=?,4.井群的互阻干擾計算1)應用理論公式的互阻干擾計算承壓含水層完整井井群計算假設有n口井，每口井抽水量Qj，觀測孔i（xi，yi）處的水位降為Si，第j口井在i處的水位降Sij，則當i=j時，1號井的S1可表示展開得：,無壓含水層完整井井群計算則,2）經驗公式（水位削減法）井群互阻干擾計算承壓水公式潛水公式,計算步驟檢查公式的可靠性求Qi計算ti計算計算Qki,三、管井施工鑿井：沖擊鉆進回轉鉆進：正反循環鉆進井管安裝、填礫、管外封閉洗井和抽水試驗洗井：活塞洗井、壓縮空氣洗井、聯合洗井抽水試驗：QmaxQ設管井的驗收管井的使用管井出水量減少的原因及恢復和增加出水量措施原因及恢復措施管井本身：抽水設備、含水層填塞；更換過濾器、修補、清除泥砂、洗井水源增加出水量：真空井法、爆破法、酸處理法,四、大口井1、大口井構造（圖651）井室：地面式、半埋式井筒：加固井壁、隔離水質不良含水層進水部分井壁進水孔：水平孔、斜形孔透水井壁井底反濾層：三層，每層200300mm2、大口井施工開挖法沉井法3、大口井出水量計算：1）理論公式(1)井底進水含水層很薄（承壓含水層M2rw，潛水含水層Th2rw）承壓含水層,潛水含水層b.含水層較薄承壓含水層潛水含水層c.含水層較厚,(2)進壁進水、井底和井壁同時進水井壁進水按管井出水量的計算公式井壁井底同時進水時，出水量為井底與井壁進水之和2）經驗公式有效厚度（圖654）水流阻力修正系數4.大口井進水允許流速校核5.大口井的設計要點應選擇水量充沛處適當增加井徑以枯水期最低設計水位為準五、復合井適用條件：地下水較高、厚度較大的含水層復合井出水量：,六、輻射井1、型式集水井井底與輻射管同時進水集水井井底封閉，僅輻射管進水2、構造與施工集水井：匯水、安裝抽水設備；D3m；鋼砼、沉井施工輻射管：DN70DN150厚鋼管，L30m，距井底1m左右3、輻射井的出水量計算1）大井法：關鍵在于構造r或據公式：可得輻射管互阻系數法：,七、滲渠滲渠的型式：集水管式、廊道式滲渠的優缺點滲渠構造（圖657）水平集水管、集水井、檢查井、泵站滲渠的出水量計算1）截取地下水的滲渠潛水含水層中完整式滲渠當L50m，需構造rw，潛水含水層中非完整式滲渠,2）同時集取河床和岸邊地下水的完整式滲渠滲渠的水力計算包管管徑、v、h、i的計算v：0.50.8m/s，i0.2%，DN600mm設計要點位置選擇平面布置：平行/垂直/平行和垂直組合布置水量衰減問題淤塞：控制Q，降低v，以防淤塞水源,思考題五,地下水取水構筑物有哪幾種類型？簡要敘述各類取水構筑物的適用條件。管井一般由哪幾部分組成？各部分功能如何？管井在運行中出水量減少一般有哪幾種原因？如何解決？管井出水量計算的經驗公式有哪幾種？如何根據抽水試驗選用恰當的經驗公式？根據集水和取水方式，井群系統可分成哪幾類并簡述其適用條件。大口井、輻射井和復合井各適用于何種情況？大口井進水方式有哪幾種？出水量理論計算與管井有何同異？在什么情況下宜采用滲渠取水？由河流補給的滲渠，一般有哪幾種布置方式？滲渠出水量衰減一般由那些因素引起，如何防止？,10.直徑為0.4m的承壓完整井一口，以恒定流量50m3/h抽水。該井所在地層的水文地質參數為：導水系數T=300m2/d，釋水系數u=0.005，試用雅克布公式計算該井連續抽水一年后，在井壁處和距井500m處的水位降落值。(6.67m,1.68m),沿垂直地下水流動方向已建成1#和2#井，擬在2#井側增建3#井，如圖所示，井距均為400m。已知影響半徑R=700m，抽水實驗表明QS成直線關系，記錄如下表：求（1）當1#和2#井同時抽水時，水位降落5m時的總出水量；（2）增設3#井。單位降深出水量為1#和2#井的平均值3.2L/S.m。求降深為5m時，三井同時抽水的總出水量。,1,2,3,400m,400m,.,第7章節水理論與技術,7.1節水內涵與現狀分析,一、概述農業灌溉效率低工業用水效率低城市生活用水水平低二、節約用水的涵義國內外節約用水的解釋節約用水的定義基于經濟、社會、環境與技術發展水平，通過法律法規、管理、技術與教育手段，以及改善供水系統，減少需水量、提高用水效率，降低水的損失與浪費，合理增加水可利用量，實現水資源的有效利用，達到環境、生態、經濟效益的一致性與可持續發展。節水措施,三、節約用水的法律法規1973（意見）1979中華人民共和國環境保護法1980（規定）1981（紀要）19841988中華人民共和國水法1988（行政法規）1990（基本國策）1998（發展規劃）四、節約用水現狀工業用水方面，節水有了長足進步，但水的重復利用率低城市生活用水節水水平極低農業節水灌溉面積偏低，糧食作物的水分生產效率不高,7.2城市節水,一、城市用水量定額和指標體系城市用水量組成綜合生活用水、工業企業用水、市政用水城市用水定額定義：一定期限內，一定約束條件下，在一定范圍內以一定核算單元所規定的用水量分類：工業用水定額：企業用水基礎定額、企業計劃用水定額、行業用水定額居民用水定額、綜合生活用水定額、澆灑道路和綠地用水定額：城市用水定額的時效性城市用水定額的影響因素,3、用水定額的制度和修訂1）用水定額的制定原則：科學性、先進性、法規性、經濟合理性2）用水定額制定的程序據用水節水體制和需要出發，統一領導、分級管理詳細調查、收集資料計算審查審批3）用水定額的修訂定期（3年為宜）修訂技改后，用水水平提高時修訂,二、節水指標種類與計算指標分類：總體指標（2類12項）、分體指標（6類）城市節水水量指標萬元國民生產總值取水量VGNP萬元國內生產總值取水量VGDP萬元工業產值取水量減少量VP人均日生活用水取水量VL第二、第三產業每萬元增加值取水量VA,主要用水工業單位產品取水量Vm3.城市用水率度指標城市工業用水重復利用率Rr城市供水有效利用率Re城市污水回用率Rw第二、第三產業每萬元增加值取水量降低率Rd水資源利用率Ru節水率Rc,三、城市節水水平評判節水效果：水量節約、直接經濟效益、外部間接效益評判程序：選取節水指標建立評價模型，據得分進行評判四、城市節水措施加強宣傳教育，提高全民節水意識合理調整水價，運用經濟杠桿推動節水工作推廣使用節水器具和設備制定用水定額，逐步實行計劃管理保護城市供水水源，實現城市污水再生回用,7.3工業節水,一、用水分類與用水量1.工業用水量分類按用途分：生產用水、生活用水按用水方式分：用水量、循環水量、回用水量2.各種水量間的關系,二、工業節水指標體系工業節水指標體系的組成：水量指標和用水率度指標工業節水水量指標萬元工業產值取水量Vv工業用水定額工業用水率度指標工業用水循環利用率Rcy新水利用系數Kf水的損耗率Rl循環比Pcy,回用率Rs重復利用率Rr比差率Rv,三、工業節水措施調整產品結構，改進生產工藝，建立節水型企業強化節水技術，開發節水設備，努力降低節水設施投資加強企業用水行政管理，逐步實現節水的法制化提高工業生產規模，發揮規模經濟效益,7.4農業節水,一、農業用水現狀農業用水占總用量的比重較高，但發展趨勢是在不斷降低糧食總產量的變化趨勢與灌溉用水的一致農業用水資源與農業發展格局極不匹配灌溉水利用率低，節水潛力大二、農業節水的發展趨勢節水灌溉技術措施節水灌溉的發展歷史（三個階段）節水灌溉理論我國節水灌溉的三個階段,三、農業節水灌溉技術指標體系灌溉水源灌溉用水量灌溉水利用系數渠系水利用系數田間水利用系數t,田間用水效率Ea灌溉水利用系數井渠結合灌區的灌水利用系數t作物水分生產效率I4、節水效益,四、農業節水技術與工程措施1.農業節水技術非充分灌溉、調虧灌溉、局部灌溉控制性根系交替灌溉技術、波涌灌溉、渠系防滲田間節水與農藝節水負壓差灌溉、節水管理2.工程措施技術要求,7.5污水再生回用,一、污水回用概述污水回用是解決水危機的重要途徑污水回用的國內外情況二、污水回用目標及回用水質標準回用水源：生活污水為主城市污水再生利用的可行性量大、集中、水質水量較穩定節省費用減少污水排放量減少了供水壓力,3、污水回用方式1）直接回用就地處理，循環再用再生水廠敷設專業管道供大工廠使用再生水廠敷設專業管道供給工廠與城市綠化及景觀水體使用4）間接回用4、污水回用的途徑回用于工業：冷卻水、補充水等回用于農業：灌溉、牧業、漁業用水回用于城市雜用：生活雜用、市政用水回灌地下水：回用于飲用：直接、間接回用于景觀娛樂和生態環境,5.再生水水質標準污水回用要求：無不良影響、可接受、達到水質標準再生水水質標準再生水用于工業冷卻水：再生水用作冷卻水的水質建議標準工藝用水：再生水用于農業農田灌溉：農田灌溉水質標準漁業：漁業水質標準用于城市雜用：生活雜用水水質標準回灌地下水：控制微生物指標用于飲用：飲用水標準景觀娛樂水體用水：景觀娛樂用水水質標準環境用水,三、污水量計算和預測城市污水計算和預測1）污水排放系數法：0.70.92）用水定額法和產污系數法綜合生活污水量預測工業廢水量預測趨勢分析法小區中水工程水量計算1）小區中水系統水源（圖73）冷卻水、沐浴排水、盥洗排水、洗衣、廚房、廁所排水水源的三種組合：優質雜排水、雜排水、生活排水,四、污水再生處理技術處理方法處理工藝工藝選擇的原則和依據再生處理新技術顆粒填料生物接觸氧化技術膜生物反應器技術五、污水回用的經濟分析1、污染損失估算污染損失的概念：本身損失、引發損失污染對水資源的財富的估算,2）水量平衡確定用水量初步確定中水供水對象，計算中水用水量Q計算中水處理水量Q1初步確定中水原水集流對象，計算可集流的中水原水量Q計算溢流量或生活飲用水補給水量Q2考慮安全系數繪制水量平衡圖,若x不變，則2、污水處理程度與污水再生總收益的關系兩個前提：圖743、污水回用的經濟性評價污水回用的收益：5個方面四、污水再生回用對策新建地區充分考慮污水再生回用設施的建設石化、電力、鋼鐵行業使用再生水勢在必行推進中水設施建設污水回用需解決的問題,第8章水資源保護,8.1水資源保護的概念、任務和內容,水資源保護概念通過行政、法律、經濟手段，合理開發、管理和利用水資源、保護水資源的質量供應，防止水污染、水源枯竭、水流阻塞和水土流失，以滿足社會實現可持續發展對淡水資源的需求水資源保護的任務和內容有序開發利用、保持水環境的良好狀態,8.2水環境質量監測與評價,一、污染源調查二、水環境質量監測監測的目的：掌握特征，提供可靠資料監測項目的選擇地面水水質監測水質監測站網（水質資料收集系統）監測斷面的設置設置原則背景斷面、監測斷面采樣時間和頻率,地下水水質監測地下水監測網的布置地下水中污染物的擴散形式監測項目的確定常規組分監測：Na、K、Ca、Mg、pH、NH3-N、NO3-N、COD等有害物質監測：Hg、Cr、Cu、Zn、CN、酚等細菌監測：,三、水環境質量評價水環境質量標準水環境質量評價方法1）水環境評價的特征2）評價方法單要素污染指數法或或,8.3水體污染的理論體系,一、水體污染的含義1、地表水體污染的定義2、地下水體污染的定義幾種代表性的說法水體污染的兩個條件：水質朝著惡化的方向發展；人類活動引起的變化水體污染的定義：凡是在人類活動影響下，水質變化朝著惡化方向發展的現象二、水體污染的特征地面水污染特征：可視性強，易發現，循環周期短，易凈化和恢復地下水污染特征：隱蔽性，難以逆轉性，延緩性,三、水體污染三要素1、污染源1）人為污染源點源：生活污水、工業廢水、固體廢物（垃圾、污泥）、礦床開采面源：地面徑流、農業生產內源：沉積物的緩釋作用2）天然污染源：海水、水質差的地下水,2、水體污染物1）天然水化學成分與構成懸浮物、膠體物質、溶解物質2）水體污染物的構成毒性物質：有機、無機其它污染物質：可生物分解的有機質：蛋白質營養物質：N、P、C耗養物質：含C有機物、含N化合物、化學還原性物質生物污染物質：水生病毒、細菌、真菌、原生動物、蠕蟲懸浮固體物：廢渣、泥沙放射性物質,3、污染途徑1）地面水體污染途徑：連續注入、間歇注入2）地下水體污染途徑：污染方式：直接、間接污染途徑：表84四、污染水體的物化與生物作用1、惡化作用的表現形式DO降低價態改變污染物高度富集2、凈化作用稀釋作用沉淀作用：溶度積、飽和指數吸附作用：離子交換、表面絡合、表面沉淀有機物分解,8.4污水排放工程,一、污水排放控制的法律法規體系水環境保護法律環境保護法律性文件和政策污水排放標準二、城市污水集中處理城市排水系統污水處理系統污水排放工程排放水體及排放口位置排放口設置要求排放口的型式岸邊式：一字式、八字式、圖86離岸式：單點排放口、多點排放口、擴散器,8.5水資源保護措施,一、加強水資源保護立法，實現水資源的統一管理設立行政管理機構水資源立法二、節約用水，提高水的重復利用率農業節水、工業節水三、綜合開發地