2013给水排水工程概论1解读.ppt

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1、城市与建设给排水工程概论刘荣琼，,课程安排和考核方式院系选修课，课程容量34课时，2010级安排34课时（共17周，每周2节）。考试，期末闭卷成绩60%，考勤、课堂提问、作业等平时成绩占40%。,课时计划,绪论 2水资源保护与利用 8给水排水管道系统 8建筑给排水 10给排水工程设备 2水质工程 4,先看3个网页,邯郸停水事件*北京研究水质夫妇20年不喝自来水*饮水思源-生活大发现,第一章：绪论,一、给排水工程学科体系 同学对该课程的理解以及与所学专业的关系（提问）主干学科：给水工程、排水工程、建筑给排水 体系：水基础科学（基础）、水工艺与工程学（核心）、水工业设备制造学（服务）、水社会科学（

2、外延），是一门交叉性、综合性的学科,学科体系,水基础科学：如水文学，研究各种形态水在水量和水质上的运动、变化、分布，是关于地球上水的起源、存在、分布、循环、运动等变化规律，以及运用这些规律为人类服务的知识体系。水处理工艺：物理、化学、生物水工程技术：给水、排水、建筑水水设备在制造技术，如管材、动力机械、成套环保设备、环境检测设备仪器等水社会科学：工程经济、规划管理、法规标准体系,我理解的学科方向,由于给排水工程是综合性交叉性学科，因此各个学校对于该学科的本科院系归类并不完全一致，但总体上是属于工科类专业。有的列入*土木工程学院，侧重于水工程技术方面，这时应具有一定的建筑学及计算机知识，有的列入

3、*环境学院，侧重于处理工艺方面，这时应具有一定的化学、生物学及实验操作知识，因此对于研究生专业及方向也不一致，如果有志于该学科的深造应注意区分，正统的研究生专业应是市政工程。举例：我的大学、研究生及工作时学科设置，我同学的工作单位，后一页是某校的研究生学科方向设置。,给水排水工程学科在学校的大力帮助和支持下，聘请了中国工程院院士孙铁珩为该学科的特聘教授，为该学科的进一步发展，打下了良好基础。该学科设有两个研究方向：水处理技术和水系统节能与优化。1.水处理技术研究方向：市政工程学科水处理技术研究方向经多年的深入研究，有着较坚实的基础，特别是在宾馆生活污水处理与回用的研究，水库水微絮凝直接过滤处理

4、样板工程的建立，新型高效絮凝剂的研制与开发及絮凝动力学机理研究等方面都达到了国内先进水平，具有较深的学术理论内涵和较大的社会效益、经济效益。2.水系统节能与优化研究方向：该研究方向基础坚实，已取得相当学术理论和应用技术成果，特别是在给水管网设计、运行管理优化；恒、变速水泵并联优化运行；济南市节能保泉对策研究等方面的成果获得国内外专家的高度评价，并在我省工程实践中大量应用，获得较大的社会经济效益。目前本研究方向侧重：给水、排水管网设计与运行优化；水泵应用节能技术；城镇节水技术与对策等内容的研究。,给排水学科课程设置 教材封底的教材可以看出，基本是专业（基础、方向）课，考研、找工作可以考虑该学科的

5、方向。,水利水文（对象一致）土木工程（不可分割）环境科学与工程（专业互溶）,与相关学科的关系,二、水的循环,水的循环分为：,自然循环：驱动是太阳辐射和重力。（见图示）三个循环阶段：降水、径流、蒸发社会循环：给水 使用 处理(中水回用)排水 水的社会循环是指人类为了满足生活和生产的需求，不断取用天然水体中的水，经过使用，一部分天然水被消耗，但绝大部分却变成生活污水和生产废水排放，重新进入天然水体。,1、自然循环,水的自然循环示意图（黑白、彩色）,自然循环,2、社会循环（多图）,水循环系统,趋势：处理再回用,社会循环,水资源保护和利用措施：集约、保护、可持续取水工程：取水口选择、取水通道、阻隔设施

6、水泵站：提升、输送给水处理厂：一般意义上是指民用的自来水厂，实际上也包括工业的净水厂如纯净水厂、企业自用水厂；水量调节设施：清水池、水塔等设施解决水多和水少问题，相当于小水库输配水系统：管道、干网和支网、经常有挖爆,3、水社会循环需要的工程设施或措施(给排水学科的涉及领域),建筑民用给排水：如建筑给水管道布置、消防喷淋系统布置、建筑热水管道布置、小区给排水规划、水景设计、中水系统等。工业给排水及管道设计排水系统，合流制和分流制，视城市规模和经济承受能力。排水系统不畅会导致城市内涝。重庆见死不救独自逃离司机。污水处理厂，包括公用处理厂和企业的处理车间，青岛啤酒、朱家桥、天门山处理厂、城南处理厂等

7、。曝气池设施城区防洪：芜湖防洪墙、排灌站、水库调节,京沪高铁七跨阳澄湖，围堰施工保证环境零污染,双排桩筑坝围堰施工方案，采用的是在水中打入两排木桩，中间填筑粘性土形成的两道坝体来隔断水体，形成围堰。然后抽掉围堰内的水，使水上作业改成陆地上作业。该方案保证了施工生产的浑水不向外围扩散，杜绝油污对湖水的污染等。围堰的材料主要为木桩、槽钢、钢板桩、钢管桩、彩布条以及竹篱笆等，确保用于围堰施工材料的清洁。围堰施工前，在围堰外侧60米处用彩布条设置围挡，将围堰施工中的泥浆污染控制在一定的范围内不向外侧水域扩散，围挡修筑完成后，方可进行围堰的修筑施工。,武汉市城市集中式地表水饮用水水源保护区划分规定规定，

8、长江（武汉段）一级保护区水域长度为取水口上游600米、下游100米，宽度为以河道中线为界。汉江（武汉段）、举水、滠水等河流一级保护区水域长度为取水口上游1000米、下游100米，宽度为横向整个河道宽度。新的保护区范围与过去相比，扩大不少。武汉市环保局表示，将禁止在饮用水水源一级保护区内新建、改建、扩建与供水设施和保护水源无关的建设项目；禁止在饮用水水源一级保护区内从事网箱养殖、旅游、游泳、垂钓或者其他可能污染饮用水水体的活动。,皖泾县蔡村镇水厂的水源地保护告示,曝气池内场景,第二章 水资源的保护与利用2.1地球上的水资源 2.2我国水资源状况2.1节和2.2节喊同学上台讲，要求用PPT，有主题

9、有内容，5-8分钟左右为好，记入平时分水资源的基本含义（学号尾数为1，2的同学）、水资源的特性（学号尾数为3，4的同学）、全球水资源问题（学号尾数为5，6的同学）、我国水资源分布状况（学号尾数为7，8的同学）、我国水资源开发利用状况（学号尾数为9，0的同学）、,我国水资源面临的问题城市用水集中，供需矛盾尖锐：人口、水质标准、用水量、取水农业用水紧缺，工业用水效益低：农业灌溉用水量大，水利设施建设滞后；工业万元产值用水量偏高，重复利用率低。水资源过度开发，生态破坏严重：黄河出现断流，内陆河出现干涸，湖泊面积减少，不合理筑坝地下水过量开采，环境地质问题突出：如地面沉陷，漏斗区水污染严重：,摘自光明

10、网：2011年中央一号文件把水利工作摆上了党和国家事业发展更加突出的位置，着力加快农田水利建设，推动水利实现跨越式发展。在建设目标中提出要力争通过5年到10年努力，从根本上扭转水利建设明显滞后的局面。,月牙泉,黄河断流,第三节 水资源开发利用工程,水资源开发利用工程的任务是按一定可靠度要求从水源取水并通过取水构筑物将其送至给水处理厂或用户。,一 地表水源及特点：地下水源放在后边讲。地表水源范围，多指：江、河、湖泊、水库和海水。特点：（1）地表水水量一般较为充沛，盐度、硬度小，能满足大流量的需水要求。（2）水量水质受季节性影响较大，水量时空分布不均。（3）地表水水质容易受到污染，开放性强（4）浊

11、度相对较高，有机物和细菌含量高，在地形、地质、水文、卫生防护等方面均较复杂。,二、地表水开发利用工程分类及适用条件：1.河岸引水工程：无坝引水、有坝引水 适用条件：引水量相对较小，河流水位和流量在年际与年内变幅不大。2.蓄水工程水库工程 适用条件：河流水位和流量在年际与年内变化幅度很大。3.输水工程：输水渠道和输水管道工程 适用情况：用水点和水源之间存在一定距离。水源集中而用水分散。4.扬水工程：取水泵站工程 适用情况：水源从高程较低的地点输送到高程较高的地点。,无坝引水,当小城镇或农业灌区附近的河流水位、流量在一定的设计保证率条件下，能够满足用水要求时，即可选择适宜的位置作为引水口，直接从河

12、道侧面引水，这种引水方式就是无坝引水。,有坝引水 当天然河道的水位、流量不能满足自流引水要求时，须在河道上修建壅水建筑物（坝或闸），抬高水位，以便自流引水，保证所需的水量，这种取水形式就是有坝引水。,河岸引水工程引水方式,蓄水工程（水库）,当蓄水工程在河岸，称为挡水建筑物（拦河坝）,按建筑材料分：,土石,混凝土,浆砌石,土坝、堆石坝,重力坝、拱坝、支墩坝,重力坝、拱坝,重力坝,依靠坝体自重产生的抗滑力维持稳定结构简单、施工方便、安全可靠性强、抗御洪水能力强等特点体积庞大，对水泥用量多,北京的水瓶子密云水库,三峡大坝夜景,三峡大坝航拍图,拱坝,拱坝是坝体向上游凸出，在平面上呈现拱形，拱端支承于两

13、岸山体上的混凝土或浆砌石坝。优点：体积小、超载能力和抗震性好；缺点：拱坝坝体单薄、孔口应力复杂，因此坝身泄流布置复杂，同时施工技术要求高，尤其对地基的处理要求十分严格。,输水工程：主要是管道系统，书上第3章内容 扬水工程：主要指取水泵站工程。适用情况：水源从高程较低的地点输送到高程较高的地点。取地表水水泵站工程主体是地表水取水构筑物，总体工程称为水泵站，亦称扬水站或抽水站，其组成是：水泵与其配套的动力设备；附属设备如阀门、按钮、三通等；管路系统；相应的建筑物如泵房等。扬水的工作程序为：高压电流变电站开关设备电动机水泵吸水（从水井或水池吸水）扬水。,1 取水河段的径流特征：取水河段的径流特征值（

14、水位保证能否取到水、流量保证能否有水可取、流速保证构筑物的稳定性等）是确定取水构筑物设置位置、构筑物型式及结构尺寸的主要依据。2 河流的泥沙运动（推移质和悬移质）及河床演变：了解取水河段泥沙运动状态和分布规律可以防止泥沙、漂浮物等对取水构筑物及管道造成淤积和危害(导致河道变迁造成取水脱流，甚至导致取水工程报废）。,三、影响地表水取水的主要因素：由于地表水水源种类、性质、运动变化规律和取水条件各不相同，因而有多种形式的地表水取水构筑物，分别适用于特定的河流水文、地形及地质条件，以及取水构筑物的施工条件和技术要求。,关于推移质和悬移质 根据泥沙在水中的运动状态，可将泥沙分为床沙、推移质、悬移质三类

15、。推移质是指沿着河床或接近河床运动（不动即为床沙）的颗粒较大的泥沙。悬移质是指由于受紊流的向上分力作用而悬浮在水中随水流而运动的颗粒较小的泥沙。泥沙的运动状态除了与其粒径有关外还与水流状态有关，如在水流状态改变后（如急变缓）其运动状态可能发生改变（悬变推）。,3 河床与岸坡的岩性和稳定性：坚硬的岩石河床不易被冲刷，不稳定的河段，一方面河流水力冲刷会引起河岸崩塌，导致取水构筑物倾覆和沿岸滑坡，另一方面，还可能出现河道淤塞、堵塞取水口等现象。取水构筑物的位置应选在河岸稳定、岩石露头、未风化的基岩上或地质条件较好的河床处。4河流的冰冻情况：冰冻可堵塞冲击取水口、加大水头损失、冰冻膨胀性可毁坏取水构筑

16、物，北方应仔细考虑此因素。5 河道中水工构筑物及天然障碍物：在选择取水口位置时，应避开水工构筑物和天然障碍物的影响范围，否则应采取必要的措施。,水源的种类,江河、湖泊、水库、海水取水构筑物,取水构筑物的构造形式,固定式(岸边式、河床式、斗槽式)和移动式(浮船式、缆车式),带低坝的取水构筑物和底栏栅式取水构筑物,山区河流（多为上游）,取水构筑物的种类及形式,四、地表取水构筑物-固定式取水构筑物,固定取水构筑物是各种类型的地表水取水构筑物中应用广泛的一种。分类：岸边式，河床式、斗槽式。主要缺点：当河水水位变化较大时，构筑物的高度需相应地增加，因而工程投资较高，水下工程量较大，施工期长，扩建困难。,

17、（一）岸边式取水构筑物岸边式取水构筑物无需在江河上建坝，适用于当河岸较陡，主流近岸，岸边水深足够，水质和地质条件都较好，且水位变幅在一定范围的情况，但水下施工工程量较大，且须在枯水期或冰冻期施工完毕。根据进水间与泵房是否合建，岸边式取水构筑物可分为合建式和分建式两种。,1合建式岸边取水构筑物,1-隔墙 2-进水间；3-集水井；4-进水孔；7-泵房；8-阀门井,格栅,格网（筛网）,特点：合建式岸边取水构筑物将集水井和泵房合建在一起。其特点是布置紧凑，总建筑面积小，吸水管路短，运行安全，维护方便；但土建结构复杂，施工较困难。适用于河岸坡度较陡、岸边水流较深且地质条件较好、水位变幅和流速较大的河流。

18、在取水量大、安全性要求较高时，多采用此种型式。组成：集水井（进水间、吸水间）、泵房集水井：是取水设施，一般由进水间、格网和吸水间三部分组成，顶部设操作平台，安装格栅、格网、闸门等设备的起吊装置。,进水间前壁设有进水孔，孔上设有格栅及闸门槽，格栅用来拦截水中粗大的漂浮物及鱼类等。其与吸水间用纵向隔墙分开，在分隔墙上可以设置平板格网，用以拦截水中细小的漂浮物。一般不少于两格，应保证进水均匀、平稳。水流经过装有格栅的进水孔进入集水井的进水间，再经过格网进入吸水间，然后由水泵抽走。取水泵房：取水泵房又称一级泵房或水源泵房，可与集水井合建或分建。取水泵房常常建得较深，以保证枯水位时水泵能吸水，而洪水位时

19、不被淹没。取水泵房的平面形状有圆形、矩形、椭圆形等。泵房中取水泵的台数一般采用34台（包括备用泵）。泵房内除水泵机组外，还有变配电、控制、采暖通风、起重、排水等附属设备。,底板水平式布置上一个图是阶梯式布置,集水井,进水间,泵房,进水间,2023/7/3,52,卧式泵改为立式泵或轴流泵，底板水平布置,1-进水间；2 泵房；3-立式泵；4-立式电动机,进水间,泵房,2分建式岸边取水构筑物,分建式岸边取水构筑物,1-进水间；2-引桥；3-泵房,分建式岸边取水构筑物当河岸处地质条件较差，以及集水井与泵房不宜合建，宜采用分建式岸边取水构筑物，由于将集水井和泵房分开建造，泵房可离开岸边，建于地质条件较好

20、处，因此可使土建结构简单，易于施工；但吸水管较长，增加了水头损失，维护管理不太方便，运行安全性较差。,（二）河床式取水构筑物1.构造和组成,河床式取水构筑物与岸边式基本相同，但用伸入江河中的进水管（其末端设有取水头部）来代替岸边式进水间的进水孔。是在河心设置进水孔，从河心取水的构筑物。主要由泵房、集水井、进水管和取水头部组成：河水经取水头部上带有格栅的进水孔，沿进水管流入集水井的进水间，后经格网进入集水井的吸水间，最后由水泵抽走。,2.适用范围适于河床稳定，河岸较平坦，枯水期主流离岸较远，岸边水深不够或水质不好，而河中又具有足够水深或较好水质。3.类型 按照集水井与泵房间的位置联系，可分为合建

21、式与分建式。按照进水管形式的不同，可以分为自流管取水式、虹吸管取水式、水泵直接取水式等。,（a）合建式；（b）分建式1取水头部；2进水管；3集水井；4泵房,（1）自流管取水式,优点：靠重力自流，工作可靠，比单用自流管进水安全、可靠，可分层取水缺点：敷设自流管土方量大。,（2）虹吸管取水式,1-取水头部；2-虹吸管；3-集水井；4-泵房,虹吸管取水式,1-取水头部；2-虹吸管；3-集水井；4-泵房,适用条件：河滩宽、河岸高、自流管埋深大或河岸为坚硬岩石及管道需穿越防洪堤。优点：大大减少水下施工量和土石方量，工期缩短，节约投资；缺点：虹吸管必需做好严密、不漏气；需真空管路系统；启动时间长运行不方便

22、。,（3）水泵直接吸水式,1-取水头部；2-水泵吸水管；3-泵房,适用条件：取水量小、河中漂浮物少、水位 变幅不大。优点：泵房埋深小不设集水井，施工简单、造价低。缺点：施工质量要求高、不能漏气；泥沙粒径大时磨损水泵快；漂浮物易堵塞取水头部和水泵。,3.取水头部型式和构造 管式取水头部 管式取水头部是一个设有格栅的金属喇叭管，安装在虹吸管、自流管或水泵吸水管上。,蘑菇式取水头部 蘑菇式取水头部是一个垂直向上的喇叭管，上面加一金属帽盖。,鱼形罩式取水头部 鱼形罩式取水头部是由钢板卷焊、两端带有圆锥体的圆筒，圆筒表面和背水的圆锥体表面上开设圆形进水孔。,当河流中含有泥沙和冰凌时，将取水口附近用堤坝围

23、成斗槽的形式，由于水流受到阻挡，流态发生改变，斗槽中流速较小，则泥沙易沉淀、冰凌易上浮，从而改善进水条件和进水水质。一般有岸边取水构筑物和斗槽组成，适用于：岸边地质条件较稳定、主流离岸较近、河流含沙及冰凌量大又要保证一定的取水量。,（三）斗槽式,斗槽的类型按其水流补给的方向可分为顺流式斗槽、逆流式斗槽、侧坝进水逆流式斗槽和双向式斗槽。（1）顺流式斗槽：斗槽中水流方向与河流流向基本一致如图所示。顺流式斗槽适用于含沙量较高但冰凌不严重的河流。（2）逆流式斗槽：逆流式斗槽中水流方向与河流流向相反。适用于冰凌情况严重、含沙量较少的河流。（3）侧坝进水逆流式斗槽：在逆流式斗槽渠道的进口端建两个斜向的堤坝

24、，伸向河心，适用于含沙量较高的河流，该形式是对于逆流式的改进。(4）双向式斗槽：是顺流式和逆流式的组合，兼有二者的特点。这种型式的斗槽适用于冰凌严重（冬季）且泥沙含量高（夏季）的河流。,当修建固定式取水构筑物有困难时，可采用移动式取水构筑物。例如，在水流不稳定，河势复杂的河流上取水，修建固定式取水构筑物往往需要进行耗资巨大的河道整治工程，对于中小型水厂建设常带来困难。而且，修建固定式取水口水下工程量大，施工困难，投资较高，而当地施工条件及资金不允许等都可以采用活动式取水构筑物。,五、地表取水构筑物-移动式取水构筑物,（一）浮船式取水构筑物,将取水设备直接安置在浮船上，由浮船、锚固设备、连络管及

25、输水斜管等部分组成。浮船采用锚、缆索、撑杆等加以固定，称为锚固。,阶梯式连接的浮船式取水构筑物,柔性联络管连接,刚性联络管连接,适用条件 河流水位变幅在1040m或更大，水位变化速度不大于2mh，取水点有足够的水深，河道水流平稳、流速和风浪较小、停泊条件好，河床较稳定、岸坡有适当的倾角(2060度)。优点：浮船式取水构筑物的特点是无水下工程、投资省、上马快，有较高的适应性。缺点：船体受风浪影响大，操作管理较繁琐如变更接头移动船体，供水安全性不足。,（二）缆车式取水构筑物,1泵车；2坡道；3支墩；4输水管；5绞车房,缆车式取水构筑物由缆车（泵车）、缆车轨道（坡道或斜桥）、输水斜管和牵引设备等部分

26、组成。,（a）斜桥式,（b）斜坡式,（1）缆车 用于安装水泵机组的车辆。（2）坡道 坡道上设有供缆车升降的轨道，以及输水斜管、安全挂钩座、电缆沟、接管平台及人行道等。（3）输水斜管及活动接头 输水斜管沿斜坡或斜桥敷设，通常一部缆车设一条输水斜管；输水斜管一般采用铸铁管。在水泵压水管与输水管的连接处需设置活动接头，如 橡皮软管柔性接头、球形万向接头等。,适用条件 河床较稳定、河岸地质条件较好、河流水位变幅在1040m或更大，水位变化速度不大于2mh、无冰凌、漂浮物不多的河流。优点：缆车随着水位变化移动方便、稳定，受风浪影响小，有较高的适应性。缺点：施工工程量大，只取岸边表层水，水质不能保证。,山

27、区浅水河流多属河流上游段，其本身特点有：1.河床多为粗颗粒的卵石、砾石或基岩，稳定性较好。2.河床坡降大、河道狭窄、水流湍急。3.水位和流量变化幅度大，水质变化剧烈。4.北方某些山区河流潜冰（水内冰）期较长。,六、地表取水构筑物-山区浅水河流取水构筑物（一）山区浅水河流本身特点,（二）取水特点,山区河流枯水期河流流量很小，取水量占河水枯水径流量的比重很大，有时高达7090。平枯水期水层浅薄，不能满足取水深度要求，需要修筑低坝抬高水位或采用底部进水的方式解决。洪水期推移质多，粒径大，因此，在山区浅水河流的开发利用中，既要考虑到使河水中的推移质能顺利排除，不致大量堆积，又要考虑到使取水构筑物不被大

28、颗粒推移质损坏。因此，有低坝式和底栏式两种，目的是提高水位，便于取水。,（三）低坝式取水构筑物由拦河低坝、引水渠、取水泵房等组成。,1固定式：固定式低坝特点是利用坝体形成的水位差蓄积水流，设置冲沙闸和进水闸分别将泥沙冲至下游以及取用水流，适用于枯水期流量小，取水深度小，推移质较多的山区河流。,固定式低坝平面图1溢流坝（低坝）；2冲沙闸；3进水闸；4引水渠；5导流堤；6护坦,固定式：,水被挡,固定式低坝取水构筑物平面示意图,名词解释：护坦（apron）eprn 闸、坝泄水槽消力池下游河床的保护段。用来保护水跃范围内的河床免受冲刷，一般用混凝土或浆砌块石做成。,活动式的相当于设置一个既能在枯水期挡

29、水蓄水又能在洪水期引水泄水的活动闸门，闸可采用橡胶坝等制成，如袋式橡胶坝，当坝体被水或空气积满时充胀，形成坝体挡水，当水和空气排除则袋瘪泄水，特点是施工快，材料制作成本低，但袋体易磨损和老化，寿命短。,2活动式,活动式,活动式形式之一 袋形橡胶坝,活动式形式之二 浮体闸,（四）底栏栅取水构筑物,1.组成：由拦河低坝（或溢流坝）、底栏栅、引水廊道、沉沙池、取水泵站等部分组成。2.过程 水流经坝顶时，一部分通过坝顶带栏栅的引水廊道经沉砂池去除粗颗粒后由水泵抽水，其余经坝顶溢流，将大颗粒的推移质、漂浮物和冰凌带至下游。当取水量大，推移质多时，可设置冲沙室和进水闸，冲沙室用来冲刷淤积的泥沙，进水闸用来

30、在栏栅检修时或水较清时进水。3.适用：适用于于河床较窄、水深较浅、河床纵坡降较大、大颗粒推移质特别多的山溪河流，且取水量占河水总量比例较大时采用，但应避开受山洪影响大的区域。,底栏栅取水构筑物,1溢流坝（低坝）2底栏栅；3冲沙室；4进水闸；5第二冲沙室；6沉沙池；7排沙渠；8防洪护坦,水流,可放水冲沙,底栏栅,七 地下水水源范围及特点 地下水源范围：潜水（无压水）、自流水（承压地下水）、泉水等。特点：1）地下水水量一般有限，盐度、硬度均较大，一般是中小水量的需水要求。2）分布较广，水量水质受季节性影响较小。3）地表水水质不易受到污染，水量水质较稳定4）浊度相对较低，有机物和细菌含量小，取水构筑

31、物相对而言较简单，处理相对简单。,八 地下水相关知识简介 1.定义：地下水是指埋藏在地面以下，存在于岩石和土壤的孔隙、空洞等部位中可以流动的水体，主要由渗透和凝结作用形成。（1）重力水在岩土空隙中的运动，称为渗透或渗流。它的运动形式，常随水流速度不同而分为层流运动和紊流运动。用渗透系数K(m/d）来衡量岩石的渗透能力。地下水在绝大多数自然条件下，流速较小，故多同于层流运动。一般认为地下水的平均渗透速度小于 1000m/d时，可视为层流运动。只有在大裂隙、大溶洞中或水位高差极大的情况下，地下水的渗透才出现紊流运动。（2）另一部分地下水来源于大气中水汽或土壤孔隙中水汽分子受昼夜温差而凝结生成。在大

32、陆性干旱沙漠地区，由于当地蒸发大降水小，凝结作用就突出了。,2.地面以下的分层：包气带、饱水带。（图）（1）地下水面以上称为包气带，或非饱和带。指处于地表面以下潜水位以上的包气带岩土层中，对农业影响大。包气带的土层中含有空气，没有被水充满，包气带中的水分称为土壤水。（2）地下水面以下称为饱水带，或饱和带。饱水带中土壤孔隙被水充满，含水量达到饱和，饱水带中的水即为地下水。常见的井水、泉水都是地下水。（3）包气带是饱水带与大气圈联系的必经之路。饱水带通过包气带获得大气降水和地表水的补给，又通过包气带蒸发与蒸腾排泄到大气圈，参与水循环。（4）例子：挖井、毛细管现象、干旱下雨。,挖井时常见到井壁的上部

33、往往是干的，含水很少。往下挖，井壁逐渐变湿，但井中仍然无水。再向下挖，井壁和井底有水渗出，井中很快形成水面，这便是地下水的水面。因此，地下水面以上便是包气带，以下是饱水带。前者类似于毛细现象，后者是实实在在的水体。毛细管插入浸润液体中，管内液面上升，高于管外。毛巾吸水、一层地面容易潮湿等都和毛细现象有关。,1）毛细水毛细水指在岩土细小的孔隙和裂隙中，受毛细作用控制的水，如可产生“回潮”现象。2）重力水重力水指存在于岩石颗粒之间，结合水层之外，不受颗粒静电引力的影响，可在重力作用下运动的水。一般所指的地下水如井水、泉水、基坑水等都是重力水，它具有液态水的一般特征，可传递静水压力；重力水能产生浮托

34、力、孔隙水压力等。,3.类型（1）按存在形式，分毛细管水、重力水、气态水等,（2）按含水层埋藏特点：潜水、承压水、上层滞水 先认识：含水层与隔水层（图）岩石中含有各种状态的地下水，由于各类岩石的水理性质不同，可将各类岩石层划分为含水层和隔水层。含水层指能够给出并透过相当数量重力水的岩层或土层。构成含水层的条件，一是岩石中要有空隙存在，并充满足够数量的重力水；二是这些重力水能够在岩石空隙中自由运动。隔水层指不能给出并透过水的岩层、土层，也包括那些给出与透过水的数量微不足道的岩层、土层，如粘土层。两者是相对的，与岩土含水性、给水性和透水性有关。,1）潜水（phreatic water）指埋藏在地表

35、以下第一个隔水层之上的重力水，有一个自由水面，称为潜水位。其自由表面承受大气压力，受气候条件影响，季节性变化明显，春、夏季多雨，水位上升，冬季少雨，水位下降，水温随季节而有规律的变化，水质易受污染。2）承压水（confined water）指地表以下充满两个稳定隔水层之间的重力水。不具自由水面，并承受一定的静水压力。当凿穿上面的隔水层时，水会在压力作用下自动上涌，甚至 喷出地表，因此也称自流水。承压水比较稳定，受气候影响较小。水质不易受地面污染，宜作为供水水源，水量较稳定。,3）上层滞水（perched water）潜水面以上包气带中局部隔水层之上积聚的重力水。它是大气降水或地表水在下渗途中，

36、遇到局部不透水层的阻挡后，在其上聚积而成的地下水，接近地表，接受当地大气降水或地表水的补给，以蒸发的形式排泄。雨季获得补充，积存一定水量，旱季水量逐渐消耗甚至干涸。有自由水面但分布范围有限水量不多容易流失往往在雨季存在而旱季消失，含盐量低易受污染。一般只宜作为季节性的小型或临时性供水水源。,4.小结：各陆地水体类型,陆地水,九 地下水取水构筑物,地下水的开发利用，需要借助一定的取水工程来实现。取水工程的任务是从地下水水源地中取水，送至水厂处理后供给用户使用，它包括水源、取水构筑物、输配水管道、水厂和水处理设施，如图所示。,地下水取水构筑物的延伸方向基本与地表面垂直。如管井、筒井等。,取水构筑物

37、的延伸方向基本与地表面平行。如渗渠等。,将垂直系统与水平系统结合在一起，或将同系统中的几种联合成一整体。如辐射井、复合井等,各种类型取水构筑物的适用条件:（1）管井用于开采深层地下水，井深一般在200m以内，最深可达1000m以上；（2）大口井广泛用于取集含水层厚度20m以内的浅层地下水，井深一般12米以内。（3）辐射井用于汲取含水层厚度较薄的浅层地下水，它比大口井效率高，但施工难度大。（4）复合井常常用于同时集取上部孔隙潜水和下部厚层基岩高水位的承压水。在一些需水量不大的小城镇和不连续供水的铁路给水站中被较多地应用。（5）渗渠主要用于地下水埋深较浅一般小于2m的浅层地下水，或集取季节性河流河

38、床下的地下水，在我国东北、西北地区应用较多。,（一）地下水取水构筑物的类型和适用条件,1.1管井构造描述：俗称机井，是地下水构筑物中应用最广的一种，适用于任何岩性与地层结构。管井的口径一般150-1000mm，直径多500mm左右，深度10-1000m，多200m以下，在地下水位埋深较大、厚度大于5m的含水层中效果好，单井出水量500-6000m3/d。分类：按其过滤器是否贯穿整个含水层，分为完整井与非完整井，对照教材p28图2-10。组成：通常由井室、井壁管、过滤器及沉淀管构成，对照教材p28图2-11。,1.管井,管井主要由井室、井壁管、过滤器及沉砂管构成，当有几个含水层且各层水头相差不大

39、时，可用多层过滤器管井（一个含水层对应一层过滤器）。,（a）单过滤器管井,(b)双过滤器管井,1.1.1 井室：通常是保护井口免受污染、安装各设备（如水泵机组或其他技术设备）以及进行维护管理的场所，井口要用优质黏土或水泥等不透水材料封闭（称作粘土封闭），一般不少于3m，并应高出井室地面，以防止井室积水流入井内。,井室外观,井室内,深井泵站的井室形式：地上式、地下式,1.1.2 井管：也称井壁管，由于受到地层及人工填砾的侧压力，故要求它应有足够的强度，并保持不弯曲，内壁平滑、圆整，以利于安装抽水设备和井的清洗、维修。井管的构造与施工方法、地层岩石稳定程度有关，通常有如下两种情况：,井管1,井管2

40、,井管（井壁管）材料：钢、铸铁、钢筋混凝土、石棉水泥、塑料等材料制成。钢管一般不受井深限制，铸铁和钢筋混凝土管的应用深度一般不能大于150200m。直径：井管的粗细应按水泵类型、吸水管外形尺寸等确定，其内径一般应大于水泵下部最大外径1OOmm。分类：井管的构造与施工方法、地层岩石稳定程度有关，分为异径井管和同径井管两类，因此有两类钻进方法：,（1）分段钻进时的异径井管构造(ab),（a）,（b）,(a)(b）分段钻进时井壁管的构造（井深较大时）(c)不分段钻进时的同径井管构造（井深不大时）,（2）不分段钻进时的同径井管构造,（c）,1.1.3 过滤器的主要功能是用以集水和保持填砾与含水层的稳定

41、。它的构造、材质及施工安装要求高，有不同类型（知道四种）。过滤器连接于井管（上下），安装在含水层中（周围），对管井的出水量、含砂量和工作年限有很大影响，所以是管井构造的核心。可空心或放入填料。,沉淀管 沉淀管接于过滤器的下面，位于井管的最下端，作用是防止沉砂堵塞过滤器，也是沉积涌入井管的细小沙粒的场所，其直径与过滤器一致，长度通常为210m，井深小于20m，沉淀管长度取2m；井深大于90m，沉淀管长度取10m。1.2井群 了解，定义见p28，即多个井。按取水方法和集水方式分为：自流井井群：虹吸式井群；卧式泵取水井群：深井泵取水井群；,2.1概述适用条件：开采浅层地下水最合适，但多限于埋深小于3

42、0m，厚度5-10m的含水层。优点：进水断面大，构造简单、取材容易、使用年限长 及容积大能兼起调蓄水量作用。缺点：开挖基建费用高、施工及维护困难、安全性等。我国大口井的直径一般为48m，井深一般在12m以内，很少超过20m。大口井大多采用不完整井形式，原因是：虽然施工条件较困难，但可以从井筒和底同时进水，以扩大进水面积，而当井筒进水孔被堵后，仍可保证一定的进水量。,2.大口井（顾名思义）,大口井的构造组成：井室、井筒、进水部分等。,刃脚（钢筋混凝土）,名词：刃脚,刃脚，是沉井构造中井壁下端的斜形尖利部分，用以切土下沉。刃脚受力复杂集中，要有足够的强度和刚度，同时应以型钢（角钢或槽钢）加强，以免

43、下沉时损坏。,2.1.1 井室 井室构造主要取决于地下水位的埋深和抽水设备的类型，一般可分半埋式和地面式，也可不设井室。,2.1.2 井筒井筒用钢筋混凝土、砖、石条等砌成，作用是加固井壁、防止井壁坍塌及隔离水质不量的含水层。,（a）圆筒形 较常用,（b）截头圆锥形,（c）阶梯圆筒形,大口井井筒外形,2.1.3 进水部分 进水部分包括井壁进水孔（或透水井壁）和井底反滤层。(1a)井壁进水孔（图）：常用的井壁进水孔有水平孔（矩形或圆形，滤料装填后不易按级配分层，施工容易）、斜形孔（多圆形，滤料装填后易按级配分层，稳定，较为理想）两种。(1b)透水井壁 透水井壁由无砂混凝土制成，制作方便，结构简单，

44、造价低，但易堵塞。(2)井底反滤层 由于井壁进水孔易堵塞，一段时间后多数大口井主要依靠井底进水，因此井底反滤层的质量极为重要。一般铺设三层，每层厚200-300mm，滤料自下而上逐渐变粗。,井壁进水孔常见形式（平、斜）,2.2大口井的施工概述 大开挖施工法：在开挖的基槽中，进行井筒的砌筑（或浇注）及铺设反滤层。沉井施工法：在井位处先开挖基坑，然后在基坑上浇注带有刃脚的井筒。待井筒达到一定强度后，即可在井筒内挖土，利用井筒自重切土下沉。,3.渗渠：是水平敷设在含水层中的穿孔渗水管渠，也称为水平式取水构筑物，埋深一般4-7米，小于10m。优点：a既可截取浅层地下水也可集取河床地下水或地表渗水。b渗

45、渠水经过地层的渗滤作用，悬浮物和细菌含量少，硬度和矿化度低，兼地下地表水优点。c可以满足北方山区季节性河段全年取水的要求。缺点：施工条件复杂、造价高、易淤塞，常有早期报废现象。,渗渠由水平集水管（渗水管渠）、集水井和检查井组成，下图剖面图为非完整式。,复合井是由非完整大口井和井底下设管井过滤器组成。实际上，它是一个大口井和管井组合的分层或分段取水系统。它适用于地下水水位较高、厚度较大的含水层，能充分利用含水层的厚度，增加井的出水量。实验证明，当含水层厚度大于大口井半径36倍，或含水层透水性较差时，采用复合井出水量增加显著。,4.复合井,由大口径的集水井与若干沿井壁向外呈辐射状的集水管(辐射管)

46、组合而成，适应性较强。优点：进水面积大（单井出水量同比可最大），管理集中、占地省、便于卫生防护等。缺点：施工难度较高，施工质量和施工技术的水平直接影响出水量大小。,5.辐射井,辐射井的构造A 集水井 集水井又称竖井，其作用是汇集辐射管的来水和安装抽水设备等，对于不封底的集水井还兼有取水井增加产水量的作用。B 辐射管，一般是钢管。,十、水资源的保护和管理 了解,1水资源的保护：涵义：对水资源量与质的保护，如堵、枯、失、治、法等多种手段和措施。（1）目标和措施p31（2）水污染的控制和治理p312.水资源管理：内容和措施p32问：对于p31-32水资源保护采取的措施以及水污染防治措施你自己还有何补充建议或者针对书上提出的措施谈谈自己的理解。作业：见公共邮箱,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,