地下取水工程结构设计.doc

地下取水工程结构设计一、设计任务1、题目30000m3/d地下取水水源设计计算2、 目的培养学生运用所学的水文地质和地下水取水工程的知识，解决实际问题的能力，进一步提高计算、绘图、使用规范、手册和技术资料的基本技能。3、要求（1）确定取水型式与构造、取水设备，确定井群布置的方案。（2）计算书要文字简练，字体端正，计算正确，图表清晰美观。4、资料（1）水源地范围长×宽=1350×1600(2) 地下水流向及水位1）自北向南流动 2）静水位：10.00m(3) 含水层性质：承压含水层 岩性：粗砂夹砾石埋深：5273m（厚度为21m） 渗透系数：K=43.5m/d 影响半径：R=260.5m水质资料:符合生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）（4）勘探试验井井距：L试=54.59m 井径：D试=300mm（5）抽水试验资料1#、2#孔进行了互阻抽水试验，试验进行了三次稳定降深，试验成果详见表1。表1 抽水试验资料抽水次数 1#2#单 孔互 阻单 孔互 阻涌水量Q(L/S)降深Sw(m)单位涌水量Q(L/s·m)水位削减量t(m)涌水量Q(L/S)降深Sw(m)单位涌水量Q(L/s·m)涌水量Q(L/S)降深Sw(m)单位涌水量Q(L/s·m)水位削减量t(m)涌水量Q(L/S)降深Sw(m)单位涌水量Q(L/s·m)117.5571.5211.5510.3216.0821.619.98815.411.728.970.5211.411.736.595234.6313.1710.9250.7828.8953.199.05829.623.568.320.8924.553.586.858347.6794.6810.1880.9341.0014.728.68737.234.687.961.1829.624.586.467二、设计计算 1、取水型式的确定 管井对含水层的适应能力强，施工机械化程度高，用于开采深层地下水，井深一般在300m以内，最深可达1000m以上。 2、单井的设计计算 图解法确定Q-S曲线 对1#井抽水数据做如下处理：抽水次数lgSwlgQ 10.1818441.2444520.5010591.5394630.6702461.67832 则Q-S曲线为幂函数型 将两边取对数，得： A和b可由最小二乘法算得，计算公式如下： 则则有QSw曲线方程： 对2#抽水数据做如下处理：抽水次数lgSwlgQ(lgSw)*(lgQ)10.2355281.1878030.27976120.551451.4715850.81150530.6702461.5708931.052884 为幂函数型 将两边取对数，得： A和b可由最小二乘法算得，计算公式如下： 则 则有QSw曲线方程：根据图解法，可以选择一个比较安全的Q-S曲线：曲度n值法确定Q-S曲线 对1#井抽水数据进行如下处理：lgS10.181844lgQ11.24445lgS20.501059lgQ21.539465lgS30.670246lgQ31.678327令计算得到的n值均在12之间，所以Q-S曲线为幂曲线。 对2#井抽水数据进行如下处理lgS10.235528lgQ11.187803lgS20.55145lgQ21.471585lgS30.670246lgQ31.570893令计算得到的n值均在12之间，所以Q-S曲线为幂曲线。 为了安全稳定供水，取斜率较小的作为Q-S曲线， lgQ=0.8847lgSw+0.9803 对上式进行化简，最后可表示综上所述，Q-S曲线为。设计降深的确定考虑供水安全和含水层埋藏条件，取S设=1.75Smax单井出水量的推求根据S设和Q-S曲线确定设计降深下的单井出水量，但要特别注意，设计井的井径与试验井的井径不同时，要进行出水量的校正。.设计降深及单井流量的确定S设=1.75Smax=1.75×4.68=8.19m单井出水量选取井径为300mm，则不需要校正。井结构设计 井径：300mm 孔口径：500mm井管材料：井壁管应具有足够的强度，使其能够经受地层和人工填充物的侧压力，并且应尽可能不弯曲，内壁平滑、圆整以利于安装抽水设备和井的清洗、维修。一般情况下，钢管适用范围较广，井深不受限制，但成本较高，易受腐蚀。而铸铁管成本较低，不易受腐蚀，但井深不易超过150m。因此，选用铸铁管作为井壁管材料。过滤器过滤器用以积水和保持填砾与含水层的稳定,应有足够的强度和抗蚀性，具有良好的透水性且能保持人工填砾和含水层的渗透稳定性。在均质含水层中设计过滤器时，其长度应符合下列规定：含水层厚度小于30m时，宜取含水层厚度或设计动水位以下含水层厚度。由于含水层岩性为粗砂夹砾石，水质符合生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）。因缠丝过滤器、填砾过滤器具有较好的渗水能力，故适合在这里使用。故此设计使用不锈钢缠丝过滤器、填砾过滤器。1) 填砾粒径和含水层粒径之比为：=7式中 填砾中粒径小于值的砂、砾石占总重量的50%含水层中粒径小于的占重量的50%允许流速=228.60m/d162.755m/d因为 所以符合要求。2) 填砾层厚度为100mm。3) 过滤器缠丝间距小于砾石粒径。4) 填砾层高度超过过滤器顶6m。5) 填砾层上方用速凝水泥封闭，封闭高度为44m。6) 总填砾层高度为37m。7) 过滤器长度为21m。沉淀管含水层埋深为5273m（厚度为21m），且含水层岩性为粗砂夹砾石，故泥沙相对较少，因此沉淀管长度取6m。井深根据沉淀管和含水层埋深，可得井深为79m。3井群的计算 （1）开采井数的布置 根据单井出水量，并考虑井群间互阻影响和备用井数确定为满足30000m3/d水量而布置的开采井数。则应布置的井数备用井数为2（2）开采井的布置开采井的影响半径式中 R、R0设计井影响半径、试验所得影响半径； S、S0设计、试验时降深； r、r0开采井、试验井半径；解得R=427.5m 布置开采井的出水量减少系数 互阻时1#井出水量 出水量减少系数则可求得 (已知K=43.5m/d，m=21m，R=260.5m，r=300mm) ，由于试验井与设计井的降深和井距不同，t要进行降深校正(方法是利用tS曲线求设计降深下的t)1.对t2的校正t2及S对应数据如下表： 则 S设=8.19m时，得t2=2.418m 2.对的校正 校正后的还要进行井距校正： 计算井群总的出水量和水量减少系数如下表： 由上表井群在互阻情况下的总出水量为：Q=4×（55.399+54.282）=438.724L/s不发生互阻时，总出水量为:Q=62.107×8=496.856L/s由于互阻影响，井群出水量共减少： 总水量减少系数为 11.7% 25%设计符合要求。4 抽水设备的选择根据计算所得干扰出水量和设计井结构及设计降深，并考虑管路水头损失和服务水头，确定合理的抽水设备。Qmax=55.399×3.6 m3/h=199.44 m3/h所选300RJC220-13.5-7型水泵，出水量为220m3/h,总扬程为94.5m，符合设计要求。三、井群水位降深的校核在互阻影响下，各井以所选水泵额定流量220m3/h抽水时，水源地中水位降深最大井的降深为： =8.62m水跃值所以降深最大的井降深为该降深值小于含水层厚度21m，因而满足要求。四、 总结与建议总结：1.对照本次课程设计任务书所给的水文地质资料，结合课本中的地下水取水构筑物的各种类型及适用条件，最终选取管井形式。2.经验公式是建立在水文地质详细勘察和现场抽水试验资料的基础上，找出符合井的出水量Q和水位降落值S之间的关系方程式。所以要对设计的参考数据资料进行统计分析，选择与实际过程尽量接近且相对稳定的资料。最终，对比1#和2#井的资料、计算，确定一个比较安全的Q-S曲线。3.管井深度应根据需水量，拟开采含水层的深度、厚度、富水性及其出水能力同时结合附近其他同类条件的水井资料等综合因素考虑。4.在地下水取水设计过程中要考虑对周边环境的影响，不能对给定的井群范围以外的地方产生地下水位的影响，井群本身布置也不宜太紧凑，尽量减少互阻，单井的降深及直径均应当与试验井接近，否则实验参考数据将失去意义。5.必须指出，引用试验井资料进行设计井互阻影响计算的基本条件是：设计井和试验井建于同一含水层，且设计井和试验井的形式、构造尺寸应基本相同。否则，应对公式中的t要进行降深校正。6.在给定水源地范围内布置开采井和备用井时，应本着技术经济的原则。在保证达到设计要求的前提下，花费尽量达到最小。7.计算时注意多次校核，符合设计规范。如，为保持过滤器周围含水层的渗透稳定性，过滤器表面进水速度必须小于或等于允许流速；在互阻影响下，井群总水量减少系数应小于25%；井群水位降深应小于含水层厚度。建议：做完课设后，发现课设任务书的设计内容与实际情况结合不够紧密，只是单纯的做管井，而没有考虑地理环境，地形，地质，人口方面对管井的影响的因素。1.应该指出，在设计计算书中各种理论公式或经验法，只是提供设计计算方法的依据，在设计中还需要结合技术经济条件，反复调整各种设计参数，如水位降落值、出水量、井数、井距、排列方式等，进行方案比较。此外，计算书中的计算方法是以地下水稳定流为基础，对于地下水储量不大，含水层透水性较差，补给条件不好或取水量很大的地区，还应充分估计到地下水位的变化，必要时应按非稳定流情况考虑。2.通过对试验井作图分析，可知这类曲线常见于渗透性较好，厚度较大，但补给条件较差的含水层。由于补给条件差，所以在使用过程中，一定要注意开采水量不能超过其最大允许开采量，否则会影响管井的使用寿命。3.井群在布置过程中应考虑施工、运转管理和维护的方便。尽可能考虑防洪及影响地下水水量、水质变化的各种因素。