吉林大学精品课>>专门水文地质学>>教材>>专门水文地质学 40 第九章地下水的开发、管理与保护 地下水资源是水资源的重要组成部分,特别是在地表径流缺乏的干旱、半干旱地区和基 岩缺水山区,地下水成为主要甚至唯一的供水水源。地下水水质优良,不易污染,分布广泛 便于就地开采,具有多年调节功能和蓄能作用,被广泛开发利用。但地下水同时又是生态环 境的关键因素之一,具有重要的生态价值,若开发不当易引起一系列的地质生态环境问题 而且污染后很难治理和恢复。因此,对地下水必须要合理开发、科学管理与保护。 §91地下水的开发 对地下水进行开发利用,需要取水工程才能实现,取水工程的任务是从水源地中取水 送至水厂或用户。它包括水源、取水构筑物、输配水管道、水厂和水处理设施(如图1) 取水构筑物沉砂池 清水池「加压泵房用户 取水构筑物水质净化站 清水池 加压泵房用户 取水构筑物 用户 取水构筑物清水池加压泵房用户 图1.地下水取水工程系统组合形式 由图1可以看出,在确定取水工程之前,首先应研究供水水源地和选择经济与技术合理 的取水构筑物(类型、结构与布置等),这也就构成供水水文地质勘察中主要任务之 911水源地的选择 水源地的选择,对于大中型集中供水水源地来说,就是选择取水地段:对小型分散供水 水源地来说,则是解决某几眼水井具体位置的问题 水源地位置选择得正确与否,不仅关系到水源地建设的投资,而且关系到是否能保证水 源地长期经济、安全的运转和避免产生各种不良的环境地质作用 在选择集中供水水源地的位置时,一般应考虑以下技术和经济方面的条件: 为满足水量要求和节省建井投资,供水水源地应(或开采地段)应尽可能选择在含水层 层数多、厚度大、渗透性强、分布广、具有调节能力、水量丰富、水质良好的地段上。如冲 洪积扇的上部砾石带和轴部,冲积平原的古河床;厚度较大的层状或似层状裂隙岩溶含水层 延续深远的断裂及其它脉状基岩含水带
吉林大学精品课>>专门水文地质学>>教材>>专门水文地质学 第九章 地下水的开发、管理与保护 地下水资源是水资源的重要组成部分，特别是在地表径流缺乏的干旱、半干旱地区和基 岩缺水山区，地下水成为主要甚至唯一的供水水源。地下水水质优良，不易污染，分布广泛， 便于就地开采，具有多年调节功能和蓄能作用，被广泛开发利用。但地下水同时又是生态环 境的关键因素之一，具有重要的生态价值，若开发不当易引起一系列的地质生态环境问题， 而且污染后很难治理和恢复。因此，对地下水必须要合理开发、科学管理与保护。 §9.1 地下水的开发 对地下水进行开发利用，需要取水工程才能实现，取水工程的任务是从水源地中取水， 送至水厂或用户。它包括水源、取水构筑物、输配水管道、水厂和水处理设施（如图 1）。 图 1.地下水取水工程系统组合形式 由图 1 可以看出，在确定取水工程之前，首先应研究供水水源地和选择经济与技术合理 的取水构筑物（类型、结构与布置等），这也就构成供水水文地质勘察中主要任务之一。 9.1.1 水源地的选择 水源地的选择，对于大中型集中供水水源地来说，就是选择取水地段；对小型分散供水 水源地来说，则是解决某几眼水井具体位置的问题。 水源地位置选择得正确与否，不仅关系到水源地建设的投资，而且关系到是否能保证水 源地长期经济、安全的运转和避免产生各种不良的环境地质作用。 在选择集中供水水源地的位置时，一般应考虑以下技术和经济方面的条件： 为满足水量要求和节省建井投资，供水水源地应（或开采地段）应尽可能选择在含水层 层数多、厚度大、渗透性强、分布广、具有调节能力、水量丰富、水质良好的地段上。如冲 洪积扇的上部砾石带和轴部，冲积平原的古河床；厚度较大的层状或似层状裂隙岩溶含水层； 延续深远的断裂及其它脉状基岩含水带。 地 下 水 水 源 地 取水构筑物 沉砂池 清水池 加压泵房 用户 取水构筑物 水质净化站 清水池 加压泵房 用户 取水构筑物 用户 取水构筑物 清水池 加压泵房 用户
为增加开采补给量,保证水源地的长期均衡开采,水源地应尽可能选择在可以最大限度 拦截区域地下径流的地段;接近补给水源和能充分夺取各种补给量的地段。例如区域性阻水 界面的上游一侧;在松散地层分布区,水源地尽量靠近补给地下水的河流岸边;区域地下径 流的排泄区附近。 为保证水源地投产后能按预计开采动态正常运转,避免过量开采产生的各种生态环境负 效应,在选择水源地时,要从区域水资源综合平衡观点出发,尽量避免出现工业和农业用水 之间、供水与矿山排水以及上下游之间的矛盾,新建水源地应尽量远离原有的取水或排水点, 减少互相干扰。 为保证取出水的质量,水源地应选择在不易引起水质污染(或恶化)、便于保护的地段 上。如把水源地选择在远离城市或工矿排污区的上游:远离已污染(或天然水质不良)的地 表水体或含水层地段:避开易于使水井淤塞、涌沙或水质长期混浊的流砂层或岩溶充填带 为减少垂向污水渗入的可能性,最好把水源地选择在包气带防污性好的地方。 水源地应选择在不易引起地面沉陷、塌陷、地裂等有害工程地质作用的地段上以及洪水 不易淹没区。 在选择水源地时,还应从经济上、安全上和扩建前景方面考虑。在满足水量、水质要求 的前提下,为节省建设投资,水源地应尽可能靠近供水区;为降低取水成本,水源地应选择 在地下水浅埋或自流地段:河谷水源地要考虑供水的淹没问题:人工开挖的大口径取水工程, 则要考虑井壁的稳固性。当存在多个水源地方案选择时,应加强多个方案分析比较,从中优 选最佳的水源地 以上这些集中式供水水源地的选择原则,对于基岩裂隙山区,小型水源地的选择(或者 说单个水井的定位)也基本上是适合的。但在基岩地区,由于地下水分布极不普遍,水井 布置将主要决定于强含水裂隙带分布的位置。此外,布井地段上游有无较大补给面积,地下 汇水条件以及夺取开采补给量的条件亦是基岩区水井位置确定时必须考虑的条件。 912取水建筑物的类型和适用条件 地下水取水建筑物大致可分为垂直的(井)和水平的(渠)两种类型。在某种情况下两 种类型可联合使用,如大口井与渗渠相结合的取水形式。正确选用取水构筑物的类型,对提 高出水量、改善水质和降低工程造价影响很大,同时,还应考虑设备材料供应情况、施工条 件和工期长短等因素。 取水建筑物类型的选择,主要决定了含水层(带)的空间分布特点以及含水层(带)的埋藏 深度、厚度和富水性能;同时也与设计需水量大小,预计的施工方法,选用的抽水设备类型等因 素有关。表1中列出了目前我国常用的取水建筑物类型及适用条件。 表1地下水取水构筑物的型式及适用范围 适用范围 深度 出水 地下水类型地下水埋深含水层深度水文地质特征 适用于任何砂 潜水、承压 井径50-100m井深20-1000m,常 以内,常大于如或有石、石地0Al 常用150600m用在300以内 裂隙水、溶 在70m以内 层含水层及构造裂隙岩溶 可达2-3万m/ 井径2-10m井深在20m以内,潜水、承压 般在10m一般为5-15m 卵石、砾 单井出水量
为增加开采补给量，保证水源地的长期均衡开采，水源地应尽可能选择在可以最大限度 拦截区域地下径流的地段；接近补给水源和能充分夺取各种补给量的地段。例如区域性阻水 界面的上游一侧；在松散地层分布区，水源地尽量靠近补给地下水的河流岸边；区域地下径 流的排泄区附近。 为保证水源地投产后能按预计开采动态正常运转，避免过量开采产生的各种生态环境负 效应，在选择水源地时，要从区域水资源综合平衡观点出发，尽量避免出现工业和农业用水 之间、供水与矿山排水以及上下游之间的矛盾，新建水源地应尽量远离原有的取水或排水点， 减少互相干扰。 为保证取出水的质量，水源地应选择在不易引起水质污染（或恶化）、便于保护的地段 上。如把水源地选择在远离城市或工矿排污区的上游；远离已污染（或天然水质不良）的地 表水体或含水层地段；避开易于使水井淤塞、涌沙或水质长期混浊的流砂层或岩溶充填带。 为减少垂向污水渗入的可能性，最好把水源地选择在包气带防污性好的地方。 水源地应选择在不易引起地面沉陷、塌陷、地裂等有害工程地质作用的地段上以及洪水 不易淹没区。 在选择水源地时，还应从经济上、安全上和扩建前景方面考虑。在满足水量、水质要求 的前提下，为节省建设投资，水源地应尽可能靠近供水区；为降低取水成本，水源地应选择 在地下水浅埋或自流地段；河谷水源地要考虑供水的淹没问题；人工开挖的大口径取水工程， 则要考虑井壁的稳固性。当存在多个水源地方案选择时，应加强多个方案分析比较，从中优 选最佳的水源地。 以上这些集中式供水水源地的选择原则，对于基岩裂隙山区，小型水源地的选择（或者 说单个水井的定位）也基本上是适合的。但在基岩地区，由于地下水分布极不普遍，水井的 布置将主要决定于强含水裂隙带分布的位置。此外，布井地段上游有无较大补给面积，地下 汇水条件以及夺取开采补给量的条件亦是基岩区水井位置确定时必须考虑的条件。 9.1.2 取水建筑物的类型和适用条件 地下水取水建筑物大致可分为垂直的（井）和水平的（渠）两种类型。在某种情况下两 种类型可联合使用，如大口井与渗渠相结合的取水形式。正确选用取水构筑物的类型，对提 高出水量、改善水质和降低工程造价影响很大，同时，还应考虑设备材料供应情况、施工条 件和工期长短等因素。 取水建筑物类型的选择，主要决定了含水层（带）的空间分布特点以及含水层（带）的埋藏 深度、厚度和富水性能；同时也与设计需水量大小，预计的施工方法，选用的抽水设备类型等因 素有关。表 1 中列出了目前我国常用的取水建筑物类型及适用条件。 表 1 地下水取水构筑物的型式及适用范围 型式 尺寸 深度 适用范围 出水量 地下水类型 地下水埋深 含水层深度 水文地质特征 管井 井径 50-100mm 常用 150-600mm 井深 20-1000m,常 用在 300m 以内 潜水、承压水 裂隙水、溶洞 水 200m 以内，常用 在 70m 以内 大于 5m 或有多 层含水层 适用于任何砂、 卵石、砾石地层 及构造裂隙岩溶 裂隙地带 单井出水量 500-6000m3 /d,最 大可达2-3万m 3 /d 大口 井径 2-10m 井深在 20m 以内,常潜水、承压水 一般在 10m 一般为 5-15m 砂、卵石、砾石 单井出水量
常用4-8m用6-15m以内 以内 地层,渗透系数|500-10000°/d 最好在20m/d以最大为 集水井直径4-6m 深12m以内 补给良好的中粗 单井为 辐射管直径50- 井300常用/集水井井深3-12-潜水、承压小福射管距降水一般大于2mp、砾石层,但5000/d 应大于1m 75-150mm 不可含有漂石最大为3.1万m 渗到直径为4501500深10m以内,司潜水、河床浦一般埋深8m以一般为4m给良好的中粗103m/画 常用为600- 用4-6m 透水 砂、卵石层大为50-100 /d 暗斜井 井 除表1中所列各种常见的单一取水建筑物外,还有一些适用于某种特定水文地质条件的 联合取水工程,如开采深埋岩溶含水层的竖井一钻孔联合工程,开采复杂脉状含水层(带) 的竖井一水平或倾斜钻孔联合工程、竖井一水平坑道工程:开采岩溶暗河水的拦地下河堵坝 引水工程等等 913取水建筑物的合理布局 取水建筑物的合理布局,是指在水源地的允许开采量和取水范围确定之后,以何种技术 经济上合理的取水建筑物布置方案,才能最有效和最少产生有害作用地开采地下水 般所说的取水建筑物合理布局,主要包括取水建筑物平面或剖面上的布置(排列)形 式和间距与数量等方面的问题。 91.31管井的合理布局 、管井的平面布局 井群的平面布置方案应根据勘察地段的水文地质条件确定。开采井的平面布局主要有如 下几种类型 直线布井方式,主要适用于傍河水源地,可沿河布置一排或两排的直线井群,井位交错 布置 梅花形布井方式,主要适用于远河的潜水及多个含水层的地下水开采地段 扇形布井方式,在基岩地区,由于岩石富水性极不均匀,地下水多是网状及脉状等窄条 带径流,为了最大限度的截取地下水,常根据径流带的宽窄,在横截面上布置了3-5成群呈 扇形的井群,对水源地开采 平均布井方式,主要应用了面状分布,均质的松散含水层,井与井之间,通常采用等距 排列的平均布井方法。 需要指出的是:在岩层导、储水性能分布极不均匀的基岩裂隙水分布区,水井的平面布 局主要受富水带分布位置的控制,应该把水井布置在补给条件最好的强含水裂隙带上,而不 必拘束于规则的布置形式 二、水井的垂向布局 对于厚度不大的(小于30m)孔隙含水层和多数的基岩含水层(主要含水裂隙段的厚度 亦不大),一般均采用完整井形式(即整个含水层厚度)取水,因此不存在水井在垂向上的
井 常用 4-8m 用 6-15m 以内 以内 地层，渗透系数 最好在 20m/d 以 上 500-10000m3 /d, 最大为 2-3 万 m 3 /d 辐射 井 集水井直径 4-6m, 辐射管直径 50- 300mm,常用 75-150mm 集水井井深 3-12m 潜水、承压水 埋深 12m 以内， 辐射管距降水层 应大于 1m 一般大于 2m 补给良好的中粗 砂、砾石层，但 不可含有漂石 单井为 5000-5000m3 /d, 最大为3。1万m 3 /d 渗渠 直径为 450-1500mm 常用为 600-1000mm 埋深 10m 以内，常 用 4-6 m 潜水、河床渗 透水 一般埋深 8m 以 内 一般为 4-6m 补给良好的中粗 砂、卵石层 一般为 10-30m3 /d.m,最 大为 50-100 m 3 /d.m 坎儿 井 暗斜井 除表 1 中所列各种常见的单一取水建筑物外，还有一些适用于某种特定水文地质条件的 联合取水工程，如开采深埋岩溶含水层的竖井—钻孔联合工程，开采复杂脉状含水层（带） 的竖井—水平或倾斜钻孔联合工程、竖井—水平坑道工程；开采岩溶暗河水的拦地下河堵坝 引水工程等等。 9.1.3 取水建筑物的合理布局 取水建筑物的合理布局，是指在水源地的允许开采量和取水范围确定之后，以何种技术、 经济上合理的取水建筑物布置方案，才能最有效和最少产生有害作用地开采地下水。 一般所说的取水建筑物合理布局，主要包括取水建筑物平面或剖面上的布置（排列）形 式和间距与数量等方面的问题。 9.1.3.1 管井的合理布局 一、管井的平面布局 井群的平面布置方案应根据勘察地段的水文地质条件确定。开采井的平面布局主要有如 下几种类型。 直线布井方式，主要适用于傍河水源地，可沿河布置一排或两排的直线井群，井位交错 布置。 梅花形布井方式，主要适用于远河的潜水及多个含水层的地下水开采地段。 扇形布井方式，在基岩地区，由于岩石富水性极不均匀，地下水多是网状及脉状等窄条 带径流，为了最大限度的截取地下水，常根据径流带的宽窄，在横截面上布置了 3-5 成群呈 扇形的井群，对水源地开采。 平均布井方式，主要应用了面状分布，均质的松散含水层，井与井之间，通常采用等距 排列的平均布井方法。 需要指出的是：在岩层导、储水性能分布极不均匀的基岩裂隙水分布区，水井的平面布 局主要受富水带分布位置的控制，应该把水井布置在补给条件最好的强含水裂隙带上，而不 必拘束于规则的布置形式。 二、水井的垂向布局 对于厚度不大的（小于 30m）孔隙含水层和多数的基岩含水层（主要含水裂隙段的厚度 亦不大），一般均采用完整井形式（即整个含水层厚度）取水，因此不存在水井在垂向上的
多种布局问题。而对于大厚度(大于30m)的含水层或多层含水组,是采用完整井取水,还 是采用非完整井井组分段取水,两者在技术、经济上的合理性则需要深入讨论 对于多层含水层可以采用在垂向上分层取水,既可达到取不同含水层的目的,也便于管 理。例如渭南傍河水源地就采用垂向井组方式分别开采45m以浅潜水、45m~90m浅层承 压水、90m~180m中层承压水和180m~300m深层承压水 对于大厚度单层含水层,可采用非完整井组分段取水,当采用非完整井组分段取水时, 过滤器长度与安装部位对井的出水量影响至关重要 过滤器长度,可根据设计出水量、含水层性质和厚度、水位降深及技术经济等因素确定 据井内测试,在细颗粒(粉、细、中砂)含水层中,靠近水泵部位井壁进水多,下部进水少, 大约η0~80%的出水量是从过滤器上部进入的。根据冶金勘察总公司试验资料,过滤器适 用长度不宜超过30m。在粗颗粒(卵、砾石)含水层中,过滤器的有效长度随着动水位的加 大和岀水量增加,可向深部延长,但随着动水位的继续增加,向深度延长率就越来越小。据 陕西省综合勘察设计院在西安市大厚度含水层中试验,如图2和图3。当动水位最大达到 1047m时,过滤器有效长度不超过30m。因此,过滤器长度可按下列原则确定:含水层厚 度小于30m时,在设计动水位以下的含水层部位,全部下过滤器:含水层厚度大于30m时 可根据试验资料并参照表2确定。 △6/△L(A) s1=10.47m s=777m s=5.27m s=2.56m 111 0481216202428323640444852 图2出水量与滤水管长度6曲线 图3出水量增加强度与滤水管长度AQ曲线 表2过滤器适宜直径、长度、规格类型及出水量 岩层名称 中砂层 粗砂、砾石层卵石、砾石层 颗粒较均匀,颗粒较均匀,颗粒较均匀 颗粒不均匀 颗粒不均匀 溶洞裂隙发育 岩层结构成m=0.1m, ds=0.15-0.2md∞=0.25-0.4m,|ds=0.5-1.25mm,d=1.25-50mm,渗 的石灰溶洞内 一般含部分粘土渗透 渗透系数 渗透系数 透系数 清水,无填充物 系数约5m/d 10-20m/d 30-50m/d 100-200m/d 200-1000m/d 壁管和过滤器井壁管和过滤|井壁管和过滤器井壁管和过滤器 壁管和过滤器 150200m上部井管器200m上部20000上部为40000m上部 500mm,依次缩 400-1000mm,上部 井的口径为了装泵,有时为井管为了装泵,了装泵,有时为为了装泵,有时为 为了装泵,有时为 小口径为 50-300 77、325、273 1200m 400mm 500mm 19mm等口径 过滤一般 器的范围 20-40 20-50 长度(m)
多种布局问题。而对于大厚度（大于 30m）的含水层或多层含水组，是采用完整井取水，还 是采用非完整井井组分段取水，两者在技术、经济上的合理性则需要深入讨论。 对于多层含水层可以采用在垂向上分层取水，既可达到取不同含水层的目的，也便于管 理。例如渭南傍河水源地就采用垂向井组方式分别开采 45m 以浅潜水、45m～90m 浅层承 压水、90m～180m 中层承压水和 180m～300m 深层承压水。 对于大厚度单层含水层，可采用非完整井组分段取水，当采用非完整井组分段取水时， 过滤器长度与安装部位对井的出水量影响至关重要。 过滤器长度，可根据设计出水量、含水层性质和厚度、水位降深及技术经济等因素确定。 据井内测试，在细颗粒（粉、细、中砂）含水层中，靠近水泵部位井壁进水多，下部进水少， 大约 70～80%的出水量是从过滤器上部进入的。根据冶金勘察总公司试验资料，过滤器适 用长度不宜超过 30m。在粗颗粒（卵、砾石）含水层中，过滤器的有效长度随着动水位的加 大和出水量增加，可向深部延长，但随着动水位的继续增加，向深度延长率就越来越小。据 陕西省综合勘察设计院在西安市大厚度含水层中试验，如图 2 和图 3。当动水位最大达到 10.47m 时，过滤器有效长度不超过 30m。因此，过滤器长度可按下列原则确定：含水层厚 度小于 30m 时，在设计动水位以下的含水层部位，全部下过滤器；含水层厚度大于 30m 时， 可根据试验资料并参照表 2 确定。 表 2 过滤器适宜直径、长度、规格类型及出水量 岩层名称 粉砂层 细砂层 中砂层 粗砂、砾石层 卵石、砾石层 基岩层 岩层结构成 分 颗 粒 较 均 匀 ， d5 0=0.1mm, 一般含部分粘土渗透 系数约 5m/d 颗粒较均匀， d5 0=0.15-0.2mm ,渗透系数 10-20m/d 颗粒较均匀， d5 0=0.25-0.4mm, 渗透系数 30-50m/d 颗粒不均匀， d5 0=0.5-1.25mm, 渗透系数 100-200m/d 颗粒不均匀， d5 0=1.25-50mm,渗 透系数 200-1000m/d 溶洞裂隙发育 的石灰溶洞内 清水，无填充物 井的口径 井壁管和过滤器 150-200mm,上部井管 为了装泵，有时为 250-300 mm 井壁管和过滤 器 200mm,上部 井管为了装泵， 有时为 300mm 井壁管和过滤器 200-300mm,上部为 了装泵，有时为 350- 400mm 井壁管和过滤器 400-1000mm,上部 为了装泵，有时为 450- 500mm 井壁管和过滤器 400-1000mm,上部 为了装泵，有时为 1200mm 上部最大开口 500mm，依次缩 小口径为 426、 377、325、273、 219mm 等口径 过滤 器的 长度 一般 范围 （m） 20-40 20-40 20-40 20-50 20-50 0 4 8 1 2 1 6 2 0 2 4 2 8 3 2 3 6 4 0 4 4 4 8 5 2 Δ Δ ( ) s = 10.47m 1 s = 7.77m 2 s = 5.27m 3 s = 2.56m 4 ( ) 8 7 6 5 4 3 2 1 0 4 8 1 2 1 6 2 0 2 4 2 8 3 2 3 6 4 0 4 4 4 8 5 2 5 6 2 0 4 0 6 0 8 0 100 120 140 160 ( ) s = 10.47m 1 s = 7.77m 2 s = 5.27m 3 s = 2.56m 4 (m) 图 2 出水量与滤水管长度−曲线 图 3 出水量增加强度与滤水管长度 Δ ( Δ Q l ) l 曲线
40-50 40-50 40-50 50-60 过滤器的双层填砾过滤器 缠丝过滤器 缠丝过滤器 带园孔钢管 填砾过滤器填砾过滤器 种类 填砾过滤器 填砾过滤器 填砾过滤器 填砾过滤器 井的单位 200-300 300-500 500-2000 1000-10000 (m/d m) 过滤器一般设在含水层中部,厚度较大的含水层,可将过滤管与井避管间隔排列,在含 水层中分段设置,以获得较好的出水效果。多层承压含水层,应选择在含水性最强的含水段 安装过滤器。潜水含水层,岩性为均质,应在含水层底部的12~1/3厚度内设过滤器 大厚度含水层中的分段取水一般是采用井组形式,每个井组的井数决定于分段(或分层) 取水数目。一般多由2~3口水井组成,井组内的3个孔可布置成三角形或直线形。由于分 段取水时在水平方向的井间干扰作用甚微,所以其中井间距离一般采用3~5m即可:当含 水层颗粒较细,或水井封填质量不好时,为防止出现深、浅水井间的水流串通,可把孔距增 大到5~10m(图4)。 777777777777777777777777777 图4分段取水井组布量示意图 分段取水设计时,应正确决定相邻取水段之间的垂向间距(如图4中的a段),其取值 原则是:既要减少垂向上的干扰强度,又能充分汲取整个含水层厚度上的地下水资源。表3 列出了在不同水文地质条件下分段取水时,垂向间距(a)的经验数据。如果要确定a的可 靠值,则应通过井组分段(层)取水干扰抽水试验确定。许多分段取水的实际材料表明,上、 下滤水管的垂向间距a在5~10m的情况下,其垂向水量干扰系数一般都小于25%,完全可 以满足供水管井设计的要求 分段(层)取水井组配置参考资料表 序号含水层厚度 井组配置数据 管井数 滤水管长度 水平间距 垂直间距a 5-10 60-100 20-25 5-10
较大 出水 量的 合理 长度 （m） 40-50 40-50 40-50 50-60 50-60 过滤器的 种类 双层填砾过滤器 填砾过滤器 填砾过滤器 填砾过滤器 缠丝过滤器 填砾过滤器 缠丝过滤器 填砾过滤器 带园孔钢管 填砾过滤器 井的单位 水量 （m 3 /d.m） 50-100 100-200 200-300 300-500 500-2000 1000-10000 过滤器一般设在含水层中部，厚度较大的含水层，可将过滤管与井避管间隔排列，在含 水层中分段设置，以获得较好的出水效果。多层承压含水层，应选择在含水性最强的含水段 安装过滤器。潜水含水层，岩性为均质，应在含水层底部的 1/2～1/3 厚度内设过滤器。 大厚度含水层中的分段取水一般是采用井组形式，每个井组的井数决定于分段（或分层） 取水数目。一般多由 2～3 口水井组成，井组内的 3 个孔可布置成三角形或直线形。由于分 段取水时在水平方向的井间干扰作用甚微，所以其中井间距离一般采用 3～5m 即可；当含 水层颗粒较细，或水井封填质量不好时，为防止出现深、浅水井间的水流串通，可把孔距增 大到 5～10m（图 4）。 分段取水设计时，应正确决定相邻取水段之间的垂向间距（如图 4 中的 a 段），其取值 原则是：既要减少垂向上的干扰强度，又能充分汲取整个含水层厚度上的地下水资源。表 3 列出了在不同水文地质条件下分段取水时，垂向间距（a）的经验数据。如果要确定 a 的可 靠值，则应通过井组分段（层）取水干扰抽水试验确定。许多分段取水的实际材料表明，上、 下滤水管的垂向间距 a 在 5～10m 的情况下，其垂向水量干扰系数一般都小于 25%，完全可 以满足供水管井设计的要求。 表 3 分段（层）取水井组配置参考资料表 序号 含水层厚度 （m） 井组配置数据 管井数 （个） 滤水管长度 （m） 水平间距 （m） 垂直间距 a （m） 1 2 3 30-40 40-60 60-100 1 1-2 2-3 20-30 20-30 20-25 5-10 5-10 ＞5 ≥5 8 0 深 度 (m ) 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 b a a Rx 图 4 分段取水井组布置示意图
20-25 5-10 备注;根据《供水水文地质手册》第二册516页表249资料(地质出版社1977年出版) 大量事实说明,在透水性较好(中砂以上)的大厚度含水层中分段(层)取水,既可有 效开发地下水资源,提高单位面积产水量,又可节省建井投资(不用扩建或新建水源地)并 减轻浅部含水层开采强度。据北京、西安、兰州等市20多个水源地统计,由于采用了井组 分段(层)取水方法,水源地的开采量都获得了成倍增加。当然,井组分段(层)取水也是 有一定条件的。如果采用分段取水,又不相应地加大井组之间的距离,将会大大增加单位面 积上的取水强度,从而加大含水层的水位降深或加剧区域地下水位的下降速度。因此,对补 给条件不太好的水源地要慎重采用分段取水方法 三、井数和井间距离的确定 水井的平面及垂向布局确定之后,取水建筑物合理布局所要解决的最后一个问题是,在 满足设计需水量的前提下,本着技术上合理且经济、安全的原则,来确定水井的数量与井间 距离。取水地段范围确定之后,井数主要决定于该地段的允许开采量(或者设计的总需水量) 和井间距离。由于集中式供水和分散间歇式的农田灌溉供水,水井的布局上有很大差别,故 其井数与井间距离确定的方法也不同,分述如下: (一)集中式供水井数与井间距离确定方法 该种供水方式的井数和井间距离一般是通过解析法井流公式和数值法计算而确定的。解 析法仅仅适用于均质各向同性,且边界条件规则的情况下。为了更好地逼近实际,在勘探的 基础上,最好采用数值模拟技术来确定井数与井间距离。一般工作程序为:首先在勘探基础 上,概化水文地质概念模型,建立地下水流数学模型(必要时要建立水质模型),对建数学 模型进行检验与识别。其次,根据水源地的水文地质条件、井群的平面布局形式、需水量的 大小、设计上允许的水位降深等已给定条件,拟定出几个不同井数和井间距离的开采方案 然后分别计算每一布井方案的水井总出水量和指定点或指定时刻的水位降深;最后选择出出 水量和指定点(时刻)水位降深均满足设计要求、井数最少、井间干扰强度不超过要求、建 设投资和开采成本最低的布井方案一一即为技术经济上最合理的井数与井距方案。(有关解 析法和数值法评价集中供水水源地可采资源,可参考有关地下水动力学和数值法书籍等)。 对于水井呈面状分布(多个井排或在平面上按其它几何形式排列)的水源地,因各井同 时工作时,将在井群分布的中心部位产生最大的干扰水位降深,故在确定该类水源地的井数 时,除考虑所选用的布井方案能否满足设计需水量外,主要是考虑中心点(或其它预计的干 扰强点)的水位是否超过设计上允许的降深值。 (二)分散间歇式农田灌溉供水的井数与井间距离的确定方法 对灌溉供水井的布局,主要是确定合理井间距离。因某一灌区内应布置的井数,主要决 定于单井灌溉面积,亦即决定于井间距离。确定灌溉水井的合理间距时,主要考虑的原则是 单位面积上的灌溉需水量必须与该范围内地下水的可采量相平衡。下面介绍几种常用灌溉水 井井距与井数的确定方法 1.单井灌溉面积法 当地下水补给充足、资源丰富能满足土地的灌溉需水量要求时,则可简单地根据需水量 来确定井数与井距
4 〉100 3 20-25 5-10 ≥5 备注：根据《供水水文地质手册》第二册 516 页表 2-4-9 资料（地质出版社 1977 年出版） 大量事实说明，在透水性较好（中砂以上）的大厚度含水层中分段（层）取水，既可有 效开发地下水资源，提高单位面积产水量，又可节省建井投资（不用扩建或新建水源地）并 减轻浅部含水层开采强度。据北京、西安、兰州等市 20 多个水源地统计，由于采用了井组 分段（层）取水方法，水源地的开采量都获得了成倍增加。当然，井组分段（层）取水也是 有一定条件的。如果采用分段取水，又不相应地加大井组之间的距离，将会大大增加单位面 积上的取水强度，从而加大含水层的水位降深或加剧区域地下水位的下降速度。因此，对补 给条件不太好的水源地要慎重采用分段取水方法。 三、井数和井间距离的确定 水井的平面及垂向布局确定之后，取水建筑物合理布局所要解决的最后一个问题是，在 满足设计需水量的前提下，本着技术上合理且经济、安全的原则，来确定水井的数量与井间 距离。取水地段范围确定之后，井数主要决定于该地段的允许开采量（或者设计的总需水量） 和井间距离。由于集中式供水和分散间歇式的农田灌溉供水，水井的布局上有很大差别，故 其井数与井间距离确定的方法也不同，分述如下： （一）集中式供水井数与井间距离确定方法 该种供水方式的井数和井间距离一般是通过解析法井流公式和数值法计算而确定的。解 析法仅仅适用于均质各向同性，且边界条件规则的情况下。为了更好地逼近实际，在勘探的 基础上，最好采用数值模拟技术来确定井数与井间距离。一般工作程序为：首先在勘探基础 上，概化水文地质概念模型，建立地下水流数学模型（必要时要建立水质模型），对建数学 模型进行检验与识别。其次，根据水源地的水文地质条件、井群的平面布局形式、需水量的 大小、设计上允许的水位降深等已给定条件，拟定出几个不同井数和井间距离的开采方案； 然后分别计算每一布井方案的水井总出水量和指定点或指定时刻的水位降深；最后选择出出 水量和指定点（时刻）水位降深均满足设计要求、井数最少、井间干扰强度不超过要求、建 设投资和开采成本最低的布井方案——即为技术经济上最合理的井数与井距方案。（有关解 析法和数值法评价集中供水水源地可采资源，可参考有关地下水动力学和数值法书籍等）。 对于水井呈面状分布（多个井排或在平面上按其它几何形式排列）的水源地，因各井同 时工作时，将在井群分布的中心部位产生最大的干扰水位降深，故在确定该类水源地的井数 时，除考虑所选用的布井方案能否满足设计需水量外，主要是考虑中心点（或其它预计的干 扰强点）的水位是否超过设计上允许的降深值。 （二）分散间歇式农田灌溉供水的井数与井间距离的确定方法 对灌溉供水井的布局，主要是确定合理井间距离。因某一灌区内应布置的井数，主要决 定于单井灌溉面积，亦即决定于井间距离。确定灌溉水井的合理间距时，主要考虑的原则是， 单位面积上的灌溉需水量必须与该范围内地下水的可采量相平衡。下面介绍几种常用灌溉水 井井距与井数的确定方法。 1. 单井灌溉面积法 当地下水补给充足、资源丰富能满足土地的灌溉需水量要求时，则可简单地根据需水量 来确定井数与井距
首先根据下列公式(1)计算出单井可控制的灌溉面积F(亩) Q.7·t·n 式中:O一一单井的稳定出水量(m/h):T一一次灌溉所需的天数:t一一每天抽水 间(h):W——灌水定额(m/亩);n-—渠系水有效利用系数 如果水井按正方网状布置,则水井间的距离(D)应为 D=√667F W 如果水井按等边三角形排列,则井间距离(D)应为: D 公式(2)和公式(3)中的符号同式(1) 整个灌区内应布置的水井数(n),将等于: S·B (4) F 公式:S-灌区的总面积(亩):β-土地利用率(%):F-单井控制的灌溉面积(亩) 从以上各公式可知,在灌区面积一定的条件下,井数主要决定于单井可控制的灌溉面 而单井所控制的灌溉面积(或井距),在单井出水量一定条件下,又主要决定于灌溉定额。 因此,应从平整土地,减少渠道渗漏,采用 先进灌水技术等方面来降低灌溉定额,以达 到加大井距,减少井数,提高灌溉效益的目 2.考虑井间干扰时的井距确定方法 严格的说,均匀分布的灌溉水井同时工 作时,井间的干扰作用是不可避免的。当井 距比较小时,这种干扰作用使单井水量削减 更是不可忽略。因此,考虑井间干扰作用的 井距计算方法比前一种方法可靠,但比较复图5水井按等边三角形均匀布置的井网平面 这种计算方法的思路是,首先提出几种可能的设计水位降深和井距方案,分别计算出不 同降深,不同井距条件下的单井干扰出水量,最后通过干扰水井的实际可灌溉面积与理论上 应控制灌溉面积的对比试算确定出合理的井距。 现以井灌工程设计中常见的等边三角形均匀布井(即梅花状布井)为例,来说明该方法 的计算过程(图5)
首先根据下列公式（1）计算出单井可控制的灌溉面积 F（亩）： W Q T t F = （1） 式中： Q ——单井的稳定出水量（m 3 /h）； T —一次灌溉所需的天数； t ——每天抽水 时间（h）； W ——灌水定额（ m 3 /亩）； ——渠系水有效利用系数。 如果水井按正方网状布置，则水井间的距离（D）应为： W QTt D F 667 = 667 = （2） 如果水井按等边三角形排列，则井间距离（ D ）应为： W F QTt D 3 2 3 2 = 或 = （3） 公式（2）和公式（3）中的符号同式（1） 整个灌区内应布置的水井数（ n ），将等于： F S n = （4） 公式：S-灌区的总面积（亩）；β-土地利用率（％）；F-单井控制的灌溉面积（亩）。 从以上各公式可知，在灌区面积一定的条件下，井数主要决定于单井可控制的灌溉面积； 而单井所控制的灌溉面积（或井距），在单井出水量一定条件下，又主要决定于灌溉定额。 因此，应从平整土地，减少渠道渗漏，采用 先进灌水技术等方面来降低灌溉定额，以达 到加大井距，减少井数，提高灌溉效益的目 的。 2. 考虑井间干扰时的井距确定方法 严格的说，均匀分布的灌溉水井同时工 作时，井间的干扰作用是不可避免的。当井 距比较小时，这种干扰作用使单井水量削减 更是不可忽略。因此，考虑井间干扰作用的 井距计算方法比前一种方法可靠，但比较复 杂。 这种计算方法的思路是，首先提出几种可能的设计水位降深和井距方案，分别计算出不 同降深，不同井距条件下的单井干扰出水量，最后通过干扰水井的实际可灌溉面积与理论上 应控制灌溉面积的对比试算确定出合理的井距。 现以井灌工程设计中常见的等边三角形均匀布井（即梅花状布井）为例，来说明该方法 的计算过程（图 5）。 D 图 5 水井按等边三角形均匀布置的井网平面图
第一步:把农田供水勘探阶段,两口或两口以上干扰井单井抽水试验所得的出水量 (口)、水位削减值(t)、按相应的涌水量经验公式和水力削减法公式,换算成设计水位 降深和不同井距方案条件下的数值 第二步:计算水井在不同水位降深和不同井距条件下的干扰出水量(Q,)。为此, 应该先计算出某一水井在其影响半径(图5中的R值)范围内,其它所有水井(在图5中 有六口水井)对该井所产生的总的水位削减值(∑1),以及出水量减少系数(a) 并把以上计算结果绘制成井距、设计降深与水位削减值(或水量减少系数)的关系曲线,以 及降深与水井干扰和非干扰涌水量关系曲线。根据这些关系曲线,按照水量减少系数不大于 15~20%的管井设计原则和考虑单井水量可能灌地范围,可初步选出一个合适的井距方案 第三步:根据单井的干扰出水量和单井应控制范围的灌溉需水量对比计算确定出合理的 井距 从上述计算结果或关系曲线可知,井距愈大,干扰愈小、机井出水量越大,单井控制灌 溉面积亦越大。但是,灌溉面积的增大,灌溉需水量亦随之增加。因此,初步选定的井距是 否合适,尚需通过水井实际干扰出水量(9′)可否满足该井距条件下的灌溉需水量的试 算来求证 首先计算在某一选定井距条件下,干扰出水量为’时的单井实际灌溉面积F Tt 式中符号意义同(1)式。 再计算出在同一设计井距条件下,单井理论上负担(或控制)的灌溉面积F。在本例 所采用的等边三角形均匀布井条件下 式中的D系指按等边三角形布井时, 角形的边长(即井距)。 根据单井实际灌溉面积F′与理论上应负担的灌溉面积F的对比,可做如下分析 若 ,说明所选用井距偏小,机井偏多,故应加大井距,减少井数 说明机井实际出水量满足不了应负担灌溉面积需水量的要求,应缩小井 距,加密水井或调进其它水源以满足需水要求(亦可考虑改用更大水位降深来增加单井出水 量) 若 说明水井实际出水量正好满足应负担灌溉面积的需水量要求,即为最优 井距方案
第一步：把农田供水勘探阶段，两口或两口以上干扰井单井抽水试验所得的出水量 （ Q ）、水位削减值（ t ）、按相应的涌水量经验公式和水力削减法公式，换算成设计水位 降深和不同井距方案条件下的数值。 第二步：计算水井在不同水位降深和不同井距条件下的干扰出水量（ Q ′）。为此， 应该先计算出某一水井在其影响半径（图 5 中的 R 值）范围内，其它所有水井（在图 5 中 有六口水井）对该井所产生的总的水位削减值（ t ），以及出水量减少系数（ ）。 并把以上计算结果绘制成井距、设计降深与水位削减值（或水量减少系数）的关系曲线，以 及降深与水井干扰和非干扰涌水量关系曲线。根据这些关系曲线，按照水量减少系数不大于 15～20%的管井设计原则和考虑单井水量可能灌地范围，可初步选出一个合适的井距方案。 第三步：根据单井的干扰出水量和单井应控制范围的灌溉需水量对比计算确定出合理的 井距。 从上述计算结果或关系曲线可知，井距愈大，干扰愈小、机井出水量越大，单井控制灌 溉面积亦越大。但是，灌溉面积的增大，灌溉需水量亦随之增加。因此，初步选定的井距是 否合适，尚需通过水井实际干扰出水量（ Q ′）可否满足该井距条件下的灌溉需水量的试 算来求证。 首先计算在某一选定井距条件下，干扰出水量为 Q ′时的单井实际灌溉面积 F ′， W Q Tt F = 式中符号意义同（1）式。 再计算出在同一设计井距条件下，单井理论上负担（或控制）的灌溉面积 F 。在本例 所采用的等边三角形均匀布井条件下 2 2 3 F = D 。式中的 D 系指按等边三角形布井时，三 角形的边长（即井距）。 根据单井实际灌溉面积 F ′与理论上应负担的灌溉面积 F 的对比，可做如下分析： 若 1 F F ，说明所选用井距偏小，机井偏多，故应加大井距，减少井数； 若 1 F F ，说明机井实际出水量满足不了应负担灌溉面积需水量的要求，应缩小井 距，加密水井或调进其它水源以满足需水要求（亦可考虑改用更大水位降深来增加单井出水 量）； 若 1 F F ，说明水井实际出水量正好满足应负担灌溉面积的需水量要求，即为最优 井距方案
3、根据允许开采模数确定井数(N)和井间距离(D) 该种方法的前提条件是计划的开采量应等于地下水的允许开采量,以保持灌区内地下水 量的收、支平衡 首先按下式计算每km范围内的井数 Mb 式中:N一一每km面积上的平均井数:Mb——含水层的允许开采模数m3/(km22), 可根据区内地下水补给量与含水层面积之比,或类似井灌区开采量与稳定的开采水位降落漏 斗面积之比确定:式中其它符号意义同(1)式。 当允许开采模数已知时,亦可按下式求得合理的井距(D): 100100 (6) Mb 式中井距D的单位为m。按这种方法计算出的井距,可以保证地下水收支平衡,但不 能保证满足全部土地灌溉需水量的要求,不足部分,也只有用其它方法解决 91.32大口井的布局 在地下水位埋藏浅,含水层不厚和富水性较好的条件下,宜用大口井取水。井深根据含 水层埋深、设计水位降深、地下水位变幅、吸水管足阀下保留水深及井底反滤层厚度等确定 井径根据出水量大小、抽水设备安装位置及施工条件等确定。对于非完整大口井,井径与出 水量一般呈直线关系,但当井径大到一定程度后,出水量增加很少。 含水层厚度为5-10m时,多采用井壁进水的完整井:含水层厚度大于10m,一般采用 井底进水或井底井壁同时进水的非完整井,井底距不透水层不小于10~20m 完整式大口井井壁进水孔形式可以分为:水平进水孔、斜形进水孔和无砂混凝土透水井 壁,同时,井底应深入不透水层,并设置沉砂坑。非完整式大口井井底进水(或井底井壁同 时进水),井底进水必须做反滤层3-4层,防止井底涌砂,当然非完整式大口井也可采用 井底井壁同时进水,井壁进水形式与完整井井壁进水形式相同。 9133辐射式的分布 辐射井位置选择和平面布置的形式,根据集水类型,一般可分为四种布置形式,各自位 置选择的原则如表4所示: 表4辐射井布置形式及位置选择 集水类型 布置形式 位置选择原则 集水井设在岸边或滩地,辐射管|1.集取河床渗透水时,应选河床稳 集取河床渗透水 伸入河床下 定,水质较清,流速较大,有一定
3、根据允许开采模数确定井数（ N ）和井间距离（ D ） 该种方法的前提条件是计划的开采量应等于地下水的允许开采量，以保持灌区内地下水 量的收、支平衡。 首先按下式计算每 2 km 范围内的井数 Q t T Mb N = （5） 式中： N ——每 2 km 面积上的平均井数； Mb ——含水层的允许开采模数 m3/（km2·a）， 可根据区内地下水补给量与含水层面积之比，或类似井灌区开采量与稳定的开采水位降落漏 斗面积之比确定；式中其它符号意义同（1）式。 当允许开采模数已知时，亦可按下式求得合理的井距（ D ）： Mb Q t T N D = = 1000 1000 （6） 式中井距 D 的单位为 m。按这种方法计算出的井距，可以保证地下水收支平衡，但不 能保证满足全部土地灌溉需水量的要求，不足部分，也只有用其它方法解决。 9.1.3.2 大口井的布局 在地下水位埋藏浅，含水层不厚和富水性较好的条件下，宜用大口井取水。井深根据含 水层埋深、设计水位降深、地下水位变幅、吸水管足阀下保留水深及井底反滤层厚度等确定。 井径根据出水量大小、抽水设备安装位置及施工条件等确定。对于非完整大口井，井径与出 水量一般呈直线关系，但当井径大到一定程度后，出水量增加很少。 含水层厚度为 5—10m 时，多采用井壁进水的完整井；含水层厚度大于 10m，一般采用 井底进水或井底井壁同时进水的非完整井，井底距不透水层不小于 1.0～2.0m。 完整式大口井井壁进水孔形式可以分为：水平进水孔、斜形进水孔和无砂混凝土透水井 壁，同时，井底应深入不透水层，并设置沉砂坑。非完整式大口井井底进水（或井底井壁同 时进水），井底进水必须做反滤层 3—4 层，防止井底涌砂，当然非完整式大口井也可采用 井底井壁同时进水，井壁进水形式与完整井井壁进水形式相同。 9.1.3.3 辐射式的分布 辐射井位置选择和平面布置的形式，根据集水类型，一般可分为四种布置形式，各自位 置选择的原则如表 4 所示： 表 4 辐射井布置形式及位置选择 集水类型 布置形式 位置选择原则 集取河床渗透水 集水井设在岸边或滩地，辐射管 伸入河床下 1.集取河床渗透水时，应选河床稳 定，水质较清，流速较大，有一定
同时集取河床渗透水和岸边地集水井设在岸边,部分辐射管伸 冲刷力的直线河段 下水 入河床下,部分辐射管设在岸边2.集取岸边地下水时,应选含水层 集取岸边地下水 集水并部射管都设在边 较厚,渗透系数较大的地段 迎地下水流方向的辐射管长度,3远离地表水体集取地下水时,应 远离河流集取地下水 应大于背地下水流方向的辐射选地下水位较高渗透系数较大地 下水补给充沛的地段 辐射井由集水井和辐射管组成,其规格和作用见表5所示。按辐射管敷设层次的多少, 可分单层辐射管井和多层辐射管井,当含水层较薄或集取河床渗透水时,宜设置单层辐射管 (如图6所示):当含水层较厚,地下水富水性好,可设置多层辐射管(如图7所示) 多层辐射管的布置要高,见表6所示。当多层含水层较厚,各含水层之间水力联系又不密 切时,可设置倾斜式辐射井。 辐射管在井内应交错布置,便于辐射管顶进,辐射管要以1/250的纵向坡度向集水井倾 斜。一般最下一层辐射管与井底距离为1~2m。 表5辐射井组成 规格 大口井封底或不封底,直径根据辐射关的(1)顶进辐射管:(2)安装抽水设备:(3)汇 集水井 施工方法和抽水设备确定 水量:(4)井底进水增加量(不封底时) 沿集水井径向设置,直径50-250mm,单层 福射管 集取河床渗透水和地下水 或多层,每层数根 田 d=50~7 110~30m
同时集取河床渗透水和岸边地 下水 集水井设在岸边，部分辐射管伸 入河床下，部分辐射管设在岸边 冲刷力的直线河段 2.集取岸边地下水时，应选含水层 较厚，渗透系数较大的地段 3.远离地表水体集取地下水时，应 选地下水位较高，渗透系数较大地 下水补给充沛的地段 集取岸边地下水 集水井和辐射管都设在岸边 远离河流集取地下水 迎地下水流方向的辐射管长度， 应大于背地下水流方向的辐射 管的长度 辐射井由集水井和辐射管组成，其规格和作用见表 5 所示。按辐射管敷设层次的多少， 可分单层辐射管井和多层辐射管井，当含水层较薄或集取河床渗透水时，宜设置单层辐射管 （如图 6 所示）；当含水层较厚，地下水富水性好，可设置多层辐射管（如图 7 所示）。 多层辐射管的布置要高，见表 6 所示。当多层含水层较厚，各含水层之间水力联系又不密 切时，可设置倾斜式辐射井。 辐射管在井内应交错布置，便于辐射管顶进，辐射管要以 1/250 的纵向坡度向集水井倾 斜。一般最下一层辐射管与井底距离为 1～2m。 表 5 辐射井组成 名称 规格 作用 集水井 大口井封底或不封底，直径根据辐射关的 施工方法和抽水设备确定 （1）顶进辐射管；（2）安装抽水设备；（3）汇 水量；（4）井底进水增加量（不封底时） 辐射管 沿集水井径向设置，直径 50-250mm，单层 或多层，每层数根 集取河床渗透水和地下水 辐射管d = 100~ 250 g d = 50~ 75 g L l=10~30m L=2~10m 0.5~1.2m 动水位
