地下水资源的开发与保护.ppt

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1、应用水文地质学,主讲教师：张卫民 2011年,第十章 地下水资源的开发与保护,1 地下水资源的开发 2 地下水资源的保护,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,地下水资源是水资源的重要组成部分。由于它具有许多地表水资源不可比拟的优点，所以在工农业用水与生活用水中也占有相当大的比重。建设地下水开发工程的关键在于正确选择水源地和合理选用取水建筑物。,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,一、水源地的选择 水源地选择的合理与否，不仅直接关系到取水工程的投资，而且也关系到是否能够保证水源地与取水工程长期、经济、安全的运转和避免产生各种不良的环境地质问题。水源地的选择，对

2、于大中型（特大型大于15万m3/d;大型5-15万m3/d；中型1-5万m3/d；小型小于1万m3/d）集中供水源地来说，就是确定取水地段的具体位置；对小型分散的水源地来说，则是确定取水工程的具体位置。具体要求如下：,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,一、水源地的选择 1、水源地应尽可能选在含水层透水性好、厚度大、层数多、分布较广地段上：（1）在冲洪积扇的中上部砾石带和轴部，冲积平原的古河道；（2）厚度较大的层状、似层状裂隙岩溶含水层；（3）延续深远、宽大的断裂带及其他脉状基岩含水带。,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,一、水源地的选择2、水源地应尽可能

3、选择在能最大限度拦截区域地下径流的地段，或接近补给水源和能充分夺取各种补给量的地段：（1）基岩地区常常选在集水条件最好的区域性阻水界面的上游一侧；（2）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；（3）在岩溶地区，水源地最好地选择在区域地下径流的排泄区附近。,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,一、水源地的选择 3、选择在不易引起水质污染或恶化的地段上：（1）把水源地选择在远离城市与工矿企业排污排废区的上游；（2）远离已污染(或天然水质不良)的地表水体或含水层地段；（3）避开易于使水井淤塞、涌沙的流砂层或岩溶充填带。（4）为减少垂向污水渗入的可能性，最好把水源地选择

4、在含水层上部有厚度较大的稳定隔水层分布的地方。,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,一、水源地的选择4、应尽量远离原有的取水或排水点，减少互相干扰，避免新旧水源之间、工业和农业用水之间、供水和矿山排水之间产生矛盾；5、水源地应选在不易引起地面沉降、塌陷、地裂、滑坡等有害地质作用的地段以及洪水不易淹没的地段；,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,一、水源地的选择6、考虑水源地的经济、安全和扩建条件。（1）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；（2）为降低取水成本，水源地应选择在地下水浅埋或自流地段；（3）河谷水源地应考虑水井的

5、淹没问题；（4）人工开挖的大口径取水工程，则需要考虑井壁的稳固性。,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,二、取水建筑物的类型 由于地下水的埋藏条件和开采条件以及当地的经济技术条件与习惯的不同，开采地下水的建筑物也就有多种类型。其中常见的有以下几种类型。1、垂直系统 即各种类型的井。如管井(机井)、大口井、筒井等。这种系统的适用性最强，所以，其为目前地下水利用工程中最常见的建筑物形式。2、水平系统 当前在生产上主要采用的有坎儿井和截潜流工程辐射井等。,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,二、取水建筑物的类型 坎儿井和截潜流工程辐射井,1,2,3,4,5,6,7

6、,1,2,3,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,二、取水建筑物的类型 图3 单层辐射管布置 图4 多层辐射管布置,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,二、取水建筑物的类型 3、联合系统 主要为垂直与水平系统相结合的型式，其中也包括几种建筑物的组合使用。例如各种形式的水井与池塘、地下水库、渗渠（P180）等的组合。4、引泉系统 根据泉水出露的特点，予以收集、调节与保护等的引取泉水的建筑物。这种系统多用于供水和医疗。在选取地下水取水建筑物的类型时，要依据含水层埋深、厚度、富水性以及地下水位动态与径流条件等因素，并结合技术经济条件等加以确定。P172,第十章 地

7、下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,三、取水建筑物的合理布局 1、水井的平面布局 水井的平面布局主要决定于地下水可开采量的组成性质及其运动形式。有直线、梅花、扇形、平均等布井方式。（1）在地下径流条件良好的地区，为充分拦截地下径流，水井应布置成垂直地下水流向的井排（直线）形式，视地下径流量的大小，可布置一个或几个井排。（2）在地下径流滞缓的平原区，当开采量以含水层的储存量或垂向入渗补给量为主时，则开采井群一般布置成网格状、梅花形或扇形的形式。,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,三、取水建筑物的合理布局 1、水井的平面布局（3）在岩层导、储水性能分布很不均匀的基岩裂隙

8、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，而不必拘束于布井规则要求的布置形式。（4）农田灌溉水井的布局，则均匀分布在整个灌区。,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,三、取水建筑物的合理布局 2、水井的垂向布局（1）对于厚度不大（小于30m）的松散含水层和大多数基岩含水层，一般采用完整井开采最合理，因此不存在垂向布局问题。（2）对于厚度大（大于30m）的含水层或含水组，是采用完整井开采，还是用非完整井分段分层多井开采，尚需研究和试验。,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,三、取水建筑物的合理布局 2、水井的

9、垂向布局 分段取水井组布置示意图,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,三、取水建筑物的合理布局 2、水井的垂向布局 表3 分段（层）取水井组配置参考资料表,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,三、取水建筑物的合理布局 3、井数和井间距离的确定两者的确定原则是：在满足设计需水量的前提下，本着技术上合理，且经济、安全的原则确定水井(井组)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设计总需水量和井间距离，以及单井出水量的大小（P176-177）。,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,四、管井（机井）的结构设计 1、

10、井身的结构 应尽量简化井身结构。对孔深小于100m的浅供水井，一般采用同径到底的井身结构；对于100m以上较深的水井，可考虑采用变径的井身结构。2、井径（钻孔直径）井径的大小主要决定于管井的设计取水量，凿井设备的能力，所用井管、滤水管的口径和人工填砾的厚度。井径应比所选用的过滤器外径大50mm(填砾较厚时，应大150200mm)。如为基岩裸井，则要求井径比抽水设备标定的井管内径大50mm。,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,四、管井（机井）的结构设计 3、井管的种类和规格 井管包括井壁管、过滤管和沉淀管。对于临时性的抽水试验井，一般多用无缝钢管。而对于供水井的井管材料强度，

11、不必有太高的要求。但要求有较强的抗腐蚀性能，一般可采用造价较便宜的铸铁管、水泥管、塑料管及陶瓷管等。,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,四、管井（机井）的结构设计 4、过滤器类型的选择（1）对于松散孔隙含水层，主要考虑含水层的颗粒大小及分选程度；（2）对基岩含水层（带），则既要考虑岩石的稳固程度，又要考虑孔洞、裂隙中疏松充填物质的粒度和分选程度。（3）过滤器的材料，主要是根据地下水有无侵蚀性来选择。,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,五、管井的成井工艺 管井的成井工艺，包括从钻进开始直至下管、回填、洗井等多道工序。洗井工作是管井成井工艺中最后和最重要的一

12、道工序。洗井的好坏对管井出水量有很大的影响。洗井的方法基本上可分为机械洗井和化学洗井两大类。,第十章 地下水资源的开发与保护 1 地下水资源的开发,小结 一、水源地的选择 二、取水建筑物的类型 三、取水建筑物的合理布局 四、管井（机井）的结构设计 五、管井的成井工艺,第十章 地下水资源的开发与保护,1 地下水资源的开发 2 地下水资源的保护,第十章 地下水资源的开发与保护 2 地下水资源的保护,地下水资源的保护:1、保护地下水量不致很快被消耗，以致枯竭；2、保护地下水质不被污染和恶化；3、保证开采地下水后不致产生不良的环境地质问题。,第十章 地下水资源的开发与保护 2 地下水资源的保护,一、区

13、域地下水位持续下降 1、下降的实质和原因（1）实质 就是在整个含水层或含水层的某些地段上，由于地下水的开采量长期地超过了补给量，逐渐消耗了储存量，并在一定补给周期内得不到恢复的结果。,第十章 地下水资源的开发与保护 2 地下水资源的保护,一、区域地下水位持续下降 1、实质和原因（2）原因 1）对区域水文地质条件，特别是对地下水资源的形成条件认识不全面，所计算的允许开采量偏大，因而导致开采量长期大于补给量，引起区域地下水位持续下降。2）不合理开采所造成的地下水位持续和大幅度下降。所谓不合理开采，主要是由开采地段、开采层次和时间上的“三集中”，以及开采管理上的无政府状态所造成的。,第十章 地下水资

14、源的开发与保护 2 地下水资源的保护,一、区域地下水位持续下降 1、实质和原因（2）原因 3）由于人为或自然因素变化导致地下水补给量减少，引起区域地下水位下降。4）由于经济建设的发展，人口的增长及生活水平的提高，对水的需求量明显增大。,第十章 地下水资源的开发与保护 2 地下水资源的保护,一、区域地下水位持续下降 2、危害（1）取水工程出水量不断减少，必须更换抽水设备，严重时，甚至使水井报废。（2）由于区域地下水位下降，可引起地面下沉、地裂缝及地面塌陷等严重环境地质问题。（3）在沿海地区，由于区域地下水位的大幅度下降，破坏了咸、淡水的天然平衡条件，引起海水入侵，使开采含水层水质恶化。（4）由于

15、区域地下水位下降，使一些著名的岩溶大泉干枯，破坏了以泉源景观为特色的旅游资源。,第十章 地下水资源的开发与保护 2 地下水资源的保护,一、区域地下水位持续下降 3、防治措施（1）关闭某些水源地或减少开采井数，把开采量压缩到水源地地下水补给量所允许的范围内。（2）调整开采布局 这是用于改进因不合理开采引起某些含水层水位大幅度下降时所采取的办法。如可采取减小水井密度、扩大开采区或开采层位的办法；对厚大含水层或多层含水层，可实施分段或分层取水方案等。,第十章 地下水资源的开发与保护 2 地下水资源的保护,一、区域地下水位持续下降 3、防治措施（3）加强地下水管理，建立合理的开采制度例如，为了防止过量

16、开采和集中开采，可作出某些限制水井水位降深、开采量、开采时间及井间距离等的规定。（4）对含水层进行地下水的人工补给，增加地下水总的可开采量。这是目前世界各国防止区域地下水位大幅度下降，扩大地下水资源的最积极措施。（5）建立和健全地下水动态监测网，加强水情监测和预报，尽可能早地发现问题，及时采取防患补救措施。,第十章 地下水资源的开发与保护 2 地下水资源的保护,二、地下水水质恶化的原因及防治措施 1、地下水水质恶化的原因（1）存在引起地下水水质恶化的污染物质来源。（2）存在污染物质进入的途径（通道）。（3）有引起地下水水质恶化的水动力和水化学起因。,第十章 地下水资源的开发与保护 2 地下水资

17、源的保护,二、地下水水质恶化的原因及防治措施 2、地下水水质恶化的防治措施（1）预防性的技术措施 对城市的发展与水源地的建设作出全面、合理的规划和布局。把环保工作与经济发展同步规划、同步实施，做到经济、社会和环境协调发展。当取水层位上、下或附近有劣质水层或水体分布时（特别是滨海水源地），应严格地控制水源地的开采量和开采降深，以防止劣质水入侵含水层。设立水源地的卫生防护带。,第十章 地下水资源的开发与保护 2 地下水资源的保护,二、地下水水质恶化的原因及防治措施 2、地下水水质恶化的防治措施（2）治理措施 1）治理污染源 2）兴建配套的环境工程，大力开展污水的处理和利用,这是治理地下水水质恶化的

18、治本措施。3）采取防止劣质水(或污水)入侵开采含水层的水力措施。当海水或其它劣质水从侧向侵入开采含水层时，可采用所谓“水力”措施来阻止劣质水体的入侵。,第十章 地下水资源的开发与保护 2 地下水资源的保护,二、地下水水质恶化的原因及防治措施 2、地下水水质恶化的防治措施（2）治理措施“补给水丘”或“淡水屏障”法；“抽水槽”法；“注水和抽水相结合”的方法；与结合，一般将抽水槽建立在靠近海岸的位置，将注水井布置在靠近开采井的一侧。修建“地下挡水墙”,第十章 地下水资源的开发与保护 2 地下水资源的保护,二、地下水水质恶化的原因及防治措施 2、地下水水质恶化的防治措施（2）治理措施“补给水丘”或“淡水屏障”法；,第十章 地下水资源的开发与保护 2 地下水资源的保护,二、地下水水质恶化的原因及防治措施 2、地下水水质恶化的防治措施（2）治理措施“抽水槽”法；,第十章 地下水资源的开发与保护,1 地下水资源的开发 2 地下水资源的保护,