地下水取水与水资源保护

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第6章 取水工程,地下水取水,6.3 地下水水源地选择,地下水资源的特征,集中式供水水源地的选择,水源地的水文地质条件,含水层的富水性：透水性强、厚度大、层数多、分布面积广,含水层的补给条件：拦截地下径流、接近集中补给排泄区,水源地的地质环境，远离取水点、排水点,水源地的经济、安全性和扩建前景,小型分散式水源地的选择,裂隙带及岩溶发育带的分布、地下水水位埋深、汇水补给面积,6.4 地下水取水构筑物的类型和适用条件,一、管井,构造 图,639,1),井室：安装水泵（深井泵、潜水泵、卧式泵）,2),井管：强度足够、光滑圆整、抗腐蚀、内径大于水泵最大外径,100mm,3),过滤器（核心部分）,作用：保持取得最大出水量，延长使用年限,组成：过滤骨架（管型、钢筋型）、过滤层（缠丝和滤网、砾石）,类型：缠丝、包网、填砾、笼（筐）状,直径、长度及安装部位,4),沉淀管：,2,10m,，,防砂,管井的井群系统及其合理布局,1) 井群系统：自流井井群、虹吸式井群、卧式泵取水井群、深井泵取水井群,2) 井群合理布局：,平面布局：垂直径流方向布置,垂向布局：,水井的井数和井距：取决于允许开采量、井间距、单井出水量、井间干扰强度,地下水取水构筑物的类型与适用范围,深井泵房布置,地下式潜水泵房,分段钻进时井壁管的构造,过滤器周围天然反滤层,二、管井和井群的出水量计算,1. 管井出水量计算的理论公式,完整井稳定井流出水量计算（图642、643）,势函数： 潜水承压水若已知K、M、H,0,、hw，则可推求：,给定 则,预测Sw： （承压水）,地下水向潜水完整井运动,假设条件,Q-s 关系曲线,2) 完整井非稳定井流出水量计算（图644、645）,水头函数,对承压水：,雅柯比近似公式(当u0.1时，与泰斯公式相比，误差5%),直径为0.4m的承压完整井一口，以恒定流量56m,3,/h抽水。该井所在地层的水文地质参数为：导水系数T=275m,2,/d，释水系数u=0.0055，试用雅克布公式计算该井连续抽水24h和一年后，在井壁处和距井100m、1000m处各点的水位降落值。,解：,Q=56m,3,/h=1344m,3,/d, Q/(43.14T)=0.3889,当t24h1d，u0.0055r,2,/（42751）510,-6,r,2,当t365d，u0.0055r,2,/（4275365）1.3710,-8,r,2,，,列表计算各点水位降落值：,T（d）,1,365,r,0.2,100,1000,0.2,100,1000,u,210,-7,510,-2,5,5.510,-10,1.410,-4,1.410,-2,W(u）,14.85,2.47,0.001148,20.7439,8.2967,3.6915,S,5.774,0.96,0.0004,8.067,3.227,1.435,2.管井出水量计算理论公式的选择,1)一般公式：稳定井流： 非稳定井流：,2) 含水层为越流系统时：,稳定井流：,非稳定井流：,3) 管井为非完整井时：分段法和镜像法,4) 对于非均质含水层，以加权平均值表示各项参数,3. 出水量计算的经验公式,1) 直线型方程,2)抛物线型方程若令 则 a，b用最小二乘法求得,3) 幂函数型方程,4) 半对数型方程,5)选用经验公式的方法,绘制,Q,Sw,曲线,判断,Q,Sw,曲线类型,求,a,、,b,，,建立,Q,Sw,曲线方程,根据,Q,或,Sw,求解,Sw,或,Q,6),应注意的问题,例：在单井中进行3次水位下降的抽水试验，试验数据为：S,1,=1.8m，Q,1,=40 l/s；S,2,=3.2m，Q,2,=60 l/s；S,3,=4.7m，Q,3,=75l/s；求水位降落值S6.5m时，井的出水量Q = ?,4. 井群的互阻干扰计算,1)应用理论公式的互阻干扰计算,承压含水层完整井井群计算,假设有,n,口井，每口井抽水量,Qj,，,观测孔,i,（,xi,，,yi,）,处的水位降为,Si,，第,j,口井在,i,处的水位降,Sij,，,则,当,i=j,时，,1,号井的,S1,可表示展开得：,无压含水层完整井井群计算 则,2）经验公式（水位削减法）井群互阻干扰计算,承压水公式,潜水公式,计算步骤,检查公式的可靠性,求,Qi,计算,ti,计算,计算,Qki,三、管井施工,凿井：冲击钻进,回转钻进：正反循环钻进,井管安装、填砾、管外封闭,洗井和抽水试验,洗井：活塞洗井、压缩空气洗井、联合洗井,抽水试验：,QmaxQ,设,管井的验收,管井的使用,管井出水量减少的原因及恢复和增加出水量措施,原因及恢复措施管井本身：抽水设备、含水层填塞；更换过滤器、修补、清除泥砂、洗井水源,增加出水量：真空井法、爆破法、酸处理法,四、大口井,1、大口井构造（图651）,井室：地面式、半埋式,井筒：加固井壁、隔离水质不良含水层,进水部分,井壁进水孔：水平孔、斜形孔,透水井壁,井底反滤层：三层，每层,200,300mm,2,、,大口井施工,开挖法,沉井法,3,、大口井出水量计算：,1,）理论公式,(1),井底进水,含水层很薄（承压含水层,M2rw,，,潜水含水层,Th,2rw,）,承压含水层,潜水含水层,b.含水层较薄承压含水层,潜水含水层,c.含水层较厚,(2) 进壁进水、井底和井壁同时进水,井壁进水按管井出水量的计算公式,井壁井底同时进水时，出水量为井底与井壁进水之和,2）经验公式,有效厚度（图,654,）,水流阻力修正系数,4.,大口井进水允许流速校核,5.,大口井的设计要点,应选择水量充沛处,适当增加井径,以枯水期最低设计水位为准,五、复合井,适用条件：地下水较高、厚度较大的含水层,复合井出水量：,六、辐射井,1、型式,集水井井底与辐射管同时进水,集水井井底封闭，仅辐射管进水,2、构造与施工,集水井：汇水、安装抽水设备；D3m；钢砼、沉井施工,辐射管：DN70DN150厚钢管，L30m，距井底1m左右,3、辐射井的出水量计算,1）大井法：关键在于构造r,或 据公式： 可得,辐射管互阻系数法：,七、渗渠,渗渠的型式：集水管式、廊道式,渗渠的优缺点,渗渠构造（图,657,）,水平集水管、集水井、检查井、泵站,渗渠的出水量计算,1,）截取地下水的渗渠,潜水含水层中完整式渗渠,当,L50m,，,需构造,r,w,，,潜水含水层中非完整式渗渠,2）同时集取河床和岸边地下水的完整式渗渠,渗渠的水力计算,包管 管径、,v,、,h,、,i,的计算,v,：,0.5,0.8m/s,，,i0.2%,，,DN600mm,设计要点,位置选择,平面布置：平行,/,垂直,/,平行和垂直组合 布置,水量衰减问题,淤塞：控制,Q,，,降低,v,，,以防淤塞,水源,思考题 五,地下水取水构筑物有哪几种类型？简要叙述各类取水构筑物的适用条件。,管井一般由哪几部分组成？各部分功能如何？,管井在运行中出水量减少一般有哪几种原因？如何解决？,管井出水量计算的经验公式有哪几种？如何根据抽水试验选用恰当的经验公式？,根据集水和取水方式，井群系统可分成哪几类并简述其适用条件。,大口井、辐射井和复合井各适用于何种情况？,大口井进水方式有哪几种？出水量理论计算与管井有何同异？,在什么情况下宜采用渗渠取水？由河流补给的渗渠，一般有哪几种布置方式？,渗渠出水量衰减一般由那些因素引起，如何防止？,10.,直径为0.4m的承压完整井一口，以恒定流量50m,3,/h抽水。该井所在地层的水文地质参数为：导水系数T=300m,2,/d，释水系数u=0.005，试用雅克布公式计算该井连续抽水一年后，在井壁处和距井500m处的水位降落值。(6.67m,1.68m),沿垂直地下水流动方向已建成1,#,和2,#,井，拟在2,#,井侧增建3,#,井，如图所示，井距均为400m。已知影响半径R=700m，抽水实验表明QS成直线关系，记录如下表：,求（,1）当,1,#,和2,#,井同时抽水时，水位降落5m时的总出水量；,（2）增设3,#,井。单位降深出水量为1,#,和2,#,井的平均值3.2L/S.m。求降深为5m时，三井同时抽水的总出水量。,井号,出水量（L/S),水位降落（m）,单位降深出水量（L/S.m）,单井出水影响另一井的水位降落值（m）,1,10.2,3,3.4,0.49 (t,2,),2#,12.0,4,3.0,0.28（t,1,）,1,2,3,400m,400m,第7章 节水理论与技术,7.1 节水内涵与现状分析,一、概述,农业灌溉效率低,工业用水效率低,城市生活用水水平低,二、节约用水的涵义,国内外节约用水的解释,节约用水的定义基于经济、社会、环境与技术发展水平，通过法律法规、管理、技术与教育手段，以及改善供水系统，减少需水量、提高用水效率，降低水的损失与浪费，合理增加水可利用量，实现水资源的有效利用，达到环境、生态、经济效益的一致性与可持续发展 。,节水措施,三、节约用水的法律法规,1973（意见）1979中华人民共和国环境保护法1980（规定）1981（纪要）19841988中华人民共和国水法1988（行政法规）1990（基本国策）1998（发展规划）,四、节约用水现状,工业用水方面，节水有了长足进步，但水的重复利用率低,城市生活用水节水水平极低,农业节水灌溉面积偏低，粮食作物的水分生产效率不高,7.2 城市节水,一、城市用水量定额和指标体系,城市用水量组成综合生活用水、工业企业用水、市政用水,城市用水定额,定义：一定期限内，一定约束条件下，在一定范围内以一定核算单元所规定的用水量,分类：工业用水定额：企业用水基础定额、企业计划用水定额、行业用水定额居民用水定额、综合生活用水定额、浇洒道路和绿地用水定额：,城市用水定额的时效性,城市用水定额的影响因素,3、用水定额的制度和修订,1）用水定额的制定原则：科学性、先进性、法规性、经济合理性,2）用水定额制定的程序,据用水节水体制和需要出发，统一领导、分级管理,详细调查、收集资料,计算,审查审批,3,）用水定额的修订,定期（,3,年为宜）修订,技改后，用水水平提高时修订,二、节水指标种类与计算,指标分类：总体指标（,2,类,12,项）、分体指标（,6,类）,城市节水水量指标,万元国民生产总值取水量,V,GNP,万元国内生产总值取水量,V,GDP,万元工业产值取水量减少量,V,P,人均日生活用水取水量,V,L,第二、第三产业每万元增加值取水量,V,A,主要用水工业单位产品取水量,V,m,3.,城市用水率度指标,城市工业用水重复利用率,Rr,城市供水有效利用率,Re,城市污水回用率,Rw,第二、第三产业每万元增加值取水量降低率,Rd,水资源利用率,Ru,节水率,Rc,三、城市节水水平评判,节水效果：水量节约、直接经济效益、外部间接效益,评判程序：,选取节水指标,建立评价模型，据得分进行评判,四、城市节水措施,加强宣传教育，提高全民节水意识,合理调整水价，运用经济杠杆推动节水工作,推广使用节水器具和设备,制定用水定额，逐步实行计划管理,保护城市供水水源，实现城市污水再生回用,7.3 工业节水,一、用水分类与用水量,1. 工业用水量分类,按用途分：生产用水、生活用水,按用水方式分：用水量、循环水量、回用水量,2.各种水量间的关系,二、 工业节水指标体系,工业节水指标体系的组成：水量指标和用水率度指标,工业节水水量指标,万元工业产值取水量,Vv,工业用水定额,工业用水率度指标,工业用水循环利用率,Rcy,新水利用系数,Kf,水的损耗率,Rl,循环比,Pcy,回用率,Rs,重复利用率,Rr,比差率,Rv,三、 工业节水措施,调整产品结构，改进生产工艺，建立节水型企业,强化节水技术，开发节水设备，努力降低节水设施投资,加强企业用水行政管理，逐步实现节水的法制化,提高工业生产规模，发挥规模经济效益,7.4 农业节水,一、农业用水现状,农业用水占总用量的比重较高，但发展趋势是在不断降低,粮食总产量的变化趋势与灌溉用水的一致,农业用水资源与农业发展格局极不匹配,灌溉水利用率低，节水潜力大,二、农业节水的发展趋势,节水灌溉技术措施,节水灌溉的发展历史（三个阶段）,节水灌溉理论,我国节水灌溉的三个阶段,三、农业节水灌溉技术指标体系,灌溉水源,灌溉用水量,灌溉水利用系数,渠系水利用系数,田间水利用系数,t,田间用水效率,Ea,灌溉水利用系数,井渠结合灌区的灌水利用系数,t,作物水分生产效率,I,4,、,节水效益,四、农业节水技术与工程措施,1. 农业节水技术,非充分灌溉、调亏灌溉、局部灌溉,控制性根系交替灌溉技术、波涌灌溉、渠系防渗,田间节水与农艺节水,负压差灌溉、节水管理,2. 工程措施技术要求,7.5 污水再生回用,一、 污水回用概述,污水回用是解决水危机的重要途径,污水回用的国内外情况,二、污水回用目标及回用水质标准,回用水源：生活污水为主,城市污水再生利用的可行性,量大、集中、水质水量较稳定,节省费用,减少污水排放量,减少了供水压力,3、污水回用方式,1）直接回用,就地处理，循环再用,再生水厂敷设专业管道供大工厂使用,再生水厂敷设专业管道供给工厂与城市绿化及景观水体使用,4）间接回用,4、污水回用的途径,回用于工业：冷却水、补充水等,回用于农业：灌溉、牧业、渔业用水,回用于城市杂用：生活杂用、市政用水,回灌地下水：,回用于饮用：直接、间接,回用于景观娱乐和生态环境,5. 再生水水质标准,污水回用要求：无不良影响、可接受、达到水质标准,再生水水质标准,再生水用于工业,冷却水：再生水用作冷却水的水质建议标准,工艺用水：,再生水用于农业,农田灌溉：农田灌溉水质标准,渔业：渔业水质标准,用于城市杂用：生活杂用水水质标准,回灌地下水：控制微生物指标,用于饮用：饮用水标准,景观娱乐水体用水：景观娱乐用水水质标准,环境用水,三、 污水量计算和预测,城市污水计算和预测,1,）污水排放系数法,：,0.7,0.9,2,）,用水定额法和产污系数法,综合生活污水量预测,工业废水量预测,趋势分析法,小区中水工程水量计算,1,）小区中水系统水源（图,73,）,冷却水、沐浴排水、盥洗排水、洗衣、厨房、厕所排水,水源的三种组合：优质杂排水、杂排水、生活排水,四、污水再生处理技术,处理方法,处理工艺,工艺选择的原则和依据,再生处理新技术,颗粒填料生物接触氧化技术,膜生物反应器技术,五、污水回用的经济分析,1,、污染损失估算,污染损失的概念：本身损失、引发损失,污染对水资源的财富的估算,2）水量平衡,确定用水量,初步确定中水供水对象，计算中水用水量Q,计算中水处理水量Q1,初步确定中水原水集流对象，计算可集流的中水原水量Q,计算溢流量或生活饮用水补给水量Q2,考虑安全系数,绘制水量平衡图,若x不变，则,2、污水处理程度与污水再生总收益的关系,两个前提：图74,3、污水回用的经济性评价,污水回用的收益：5个方面,四、污水再生回用对策,新建地区充分考虑污水再生回用设施的建设,石化、电力、钢铁行业使用再生水势在必行,推进中水设施建设,污水回用需解决的问题,第8章 水资源保护,8.1 水资源保护的概念、任务和内容,水资源保护概念,通过行政、法律、经济手段，合理开发、管理和利用水资源、保护水资源的质量供应，防止水污染、水源枯竭、水流阻塞和水土流失，以满足社会实现可持续发展对淡水资源的需求,水资源保护的任务和内容,有序开发利用、保持水环境的良好状态,8.2 水环境质量监测与评价,一、污染源调查,二、水环境质量监测,监测的目的：掌握特征，提供可靠资料,监测项目的选择,地面水水质监测,水质监测站网（水质资料收集系统）,监测断面的设置,设置原则,背景断面、监测断面,采样时间和频率,地下水水质监测,地下水监测网的布置,地下水中污染物的扩散形式,监测项目的确定,常规组分监测：,Na,、,K,、,Ca,、,Mg,、,pH,、,NH3-N,、,NO3-N,、,COD,等,有害物质监测：,Hg,、,Cr,、,Cu,、,Zn,、,CN,、酚等,细菌监测：,三、水环境质量评价,水环境质量标准,水环境质量评价方法,1,）水环境评价的特征,2,）评价方法,单要素污染指数法,或 或,8.3 水体污染的理论体系,一、水体污染的含义,1、地表水体污染的定义,2、地下水体污染的定义,几种代表性的说法,水体污染的两个条件：水质朝着恶化的方向发展；人类活动引起的变化,水体污染的定义：凡是在人类活动影响下，水质变化朝着恶化方向发展的现象,二、水体污染的特征,地面水污染特征：可视性强，易发现，循环周期短，易净化和恢复,地下水污染特征：隐蔽性，难以逆转性，延缓性,三、水体污染三要素,1、污染源,1）人为污染源,点源：生活污水、工业废水、固体废物（垃圾、污泥）、矿床开采,面源：地面径流、农业生产,内源：沉积物的缓释作用,2）天然污染源：海水、水质差的地下水,2、水体污染物,1）天然水化学成分与构成,悬浮物、胶体物质、溶解物质,2）水体污染物的构成,毒性物质：有机、无机,其它污染物质：,可生物分解的有机质：蛋白质,营养物质：,N,、,P,、,C,耗养物质：含,C,有机物、含,N,化合物、化学还原性物质,生物污染物质：水生病毒、细菌、真菌、原生动物、蠕虫,悬浮固体物：废渣、泥沙,放射性物质,3、污染途径,1）地面水体污染途径：连续注入、间歇注入,2）地下水体污染途径：,污染方式：直接、间接,污染途径：表84,四、污染水体的物化与生物作用,1、恶化作用的表现形式,DO,降低,价态改变,污染物高度富集,2,、净化作用,稀释作用,沉淀作用：溶度积、饱和指数,吸附作用：离子交换、表面络合、表面沉淀,有机物分解,8.4 污水排放工程,一、污水排放控制的法律法规体系,水环境保护法律,环境保护法律性文件和政策,污水排放标准,二、城市污水集中处理,城市排水系统,污水处理系统,污水排放工程,排放水体及排放口位置,排放口设置要求,排放口的型式,岸边式：一字式、八字式、图,86,离岸式：单点排放口、多点排放口、扩散器,8.5 水资源保护措施,一、加强水资源保护立法，实现水资源的统一管理,设立行政管理机构,水资源立法,二、节约用水，提高水的重复利用率,农业节水、工业节水,三、综合开发地下水和地表水资源,四、强化地下水资源的人工补给,1、目的：增大储量、控制地面沉降、防止或减少海水入侵、改善水质、改变水量、保持地层压力,2、水源和水质要求,水源：地表水、工业回水和废水、自来水、地下水,水质：三个原则,3、地下水人工补给的方法及适用的水文地质条件,1）直接法,地表入渗补给法淹没或灌区入渗补给法、水盆地入渗补给法、沟渠入渗补给法、河流入渗补给法,井内灌注渗水补给,自流回灌、真空回灌、压力回灌,2,）间接法,4、地下水回灌的井结构、布设与水量评价方法,5、地下水回灌效果指标,回灌井的注水性能q,r,回灌井的出水性能q,p,6、回灌井堵塞,气相、悬浮物堵塞、生物化学堵塞、化学沉淀、粘性膨胀和扩散、含水层细颗粒重组,7、地下水质保护,五、建立有效的水资源保护带,建立流域水资源质量保护系统,水源地保护区,保护区功能与划分的原则,1,）地面水源保护区（带）划分原则,2,）饮用水地下水源保护区（带）划分原则,建立有效的地下水源卫生防护带,1,）卫生防护带的划分：三带,2,）卫生防护带半径的计算：,V,韦根尼公式,六、强化水体污染的控制与管理,1、地面水体污染控制与治理,减少排放量,内源治理,2、地下水污染的控制与治理,1）污染包气带土层治理,生物治理、生物通气、植物修复,2）污染地下水治理,物化技术,生物净化技术,反应墙技术,抽出处理技术,七、实施流域水资源的统一管理,1、泰晤士河流域水资源管理,建立有效的水资源分区管理体制,按流域统一管理水资源,实行切实有效的水质目标管理,大力实行节约用水制度,提高供水项目的整体效益,建立水费制度，财务自负盈亏,实现管理的自动控制,开展综合经营,2、莱茵河流域的治理,建立机构，制定协定,增加投资,治理重点污染源与工业区的污染,治理污染较为严重的河段,3,、我国的流域水资源保护,谢谢大家！,祝同学们考试顺利！,