地下水取水建筑物

二、地下水取水 建筑物

由于不同地区地质、地貌和水文地质条件不同,地下水开采利用的方式和取水建筑物的形式也不相同。根据不同的开采条件,大致可分为垂直取水建筑物、水平取水建筑物和双向取水建筑物三大类。

(一)垂直取水建筑物

1.管井

管井是在开采利用地下水中应用最广泛的取水建筑物,它不仅适用于开采深层承压水,也是开采浅层水的有效形式。由于水井结构主要是由一系列井管组成,故称为管井。当管井穿透整个含水层时,称为完整井,穿透部分含水层时,称为非完整井。根据我国北方一些地区农田用水经验,井深在60m以内,井径以在700~1000mm为宜;60~150m的中深井,井径可采用300~400mm;150m以上的深井,井径可取200~300mm。由于

管井出水量较大,一般采用机械提水,故通常也称为机井。

管井的一般结构如图6-10所示,把井壁管(亦称实管)和滤水管(亦称花管)连接起来,形成一个管柱,垂直安装在打成的井孔中,井壁管安装在隔水层处和不拟开采的含水层处,滤水管安装在开采的含水层处,管井最下一段为沉淀管(4~8m),以沉淀流入井中的泥沙。在取水的含水层段,井管与井孔的环状间隙中,填入经过筛选的砾石(人工填料),以起滤水阻砂的作用;在填砾顶部的隔水层或不开采的含水层段,用黏土球止水,以防止水质不好的水渗入含水层,破坏水源。此外在井管上端井口处,应用砖石砌筑或用混凝土浇筑,以便安装抽水机和保护井口。

2.筒井

筒井是一种大口径的取水建筑物,由于其直径较大(一般为1~2m)形似圆筒而得名,有的地区筒井直径达到3~4m,最大者至12m,这种筒井又称为大口井,筒井多用砖石等材料衬砌,有的采用预制混凝土管作井筒。筒井具有结构简单、检修容易、能就地取材等优点;但由于口径太大,井不宜过深(过深后,施工、建筑和用料等都有困难),因而筒井多用于开采浅层地下水,其深度一般为6~20m,深者达30m左右。

图示

图6-10 管井

图示

图6-11 筒井

筒井有三个组成部分(图6-11):

(1)井台。是筒井的地上部分,起保护井身,安放提水机械和生产管理之用。

(2)井筒。井筒亦称旱筒,是含水层以上的部分。

(3)进水部分。它是埋藏在含水层的部分,故亦称水筒,是筒井中最主要的组成部分,地下水自含水层通过井壁(非完整井还通过井底)进入井中。

(二)水平采水工程(https://www.daowen.com)

1.坎儿井

这种井主要分布在我国新疆地区山前洪积冲积扇下部和冲积平原的耕地上。高山融雪水经过洪积冲积扇上部的漂砾卵石地带时,大量渗漏变为潜流。劳动人民采取开挖廊道的形式,引取地下水。当地称这种引水廊道为坎儿井,如图6-12所示。

坎儿井工程由地下廊道和立井组成,地下廊道是截取地下潜流和输水的通道。廊道的比降小于潜流的水力坡降,约为1~8‰,廊道出口处底部与地面平,向上游开挖,逐渐低于地下水位,于是潜流就可以顺廊道流出地面,进入引水渠。廊道底部高于地下水位的部分,起输水作用,顺水流方向开挖,廊道底部低于地下水位的部分起集水作用,可垂直地下水流向开挖。廊道断面为矩形,拱顶用木料和块石砌成。立井与地面垂直,是廊道开挖过程中出土和通风用的,又称工作井。立井间距15~30m,上游较稀,下游较密,每个坎儿井的立井由数十到百余个组成。坎儿井的下游与引水渠相接,可自流灌溉。

图示

图6-12 坎儿井

2.卧管井

卧管井即埋设在地下水较低水位以下的水平集水管道。集水管道与提水竖井相通,地下水渗入水平集水管,流到竖井,可用水泵提取灌溉。为了增加卧管井的出水量,集水管埋置深度应在地下水位最低水位以下2~3m。集水管长度100m左右,间距300~400m,可用普通井管或水泥砾石管。为了防淤,周围应填砂砾料。

卧管井在地下水位高的沼泽化和盐渍化地块上,可起暗管排水作用。但用在抗旱上有一定局限性,因为旱季随着地下水位的降低,卧管井的出水量将显著减少。另外,卧管埋置较深,施工和检修工作量都很大。

图示

图6-13 截潜流工程

3.截潜流工程

在山麓地区,有许多中、小河流,由于沙砾、卵石的长期沉积,河床渗漏严重,除洪水季节外,平时河中水量很小,大部分水量经地下沙石层潜伏流走,特别是在干旱季节,河床往往处于干涸状态。在这些河床中筑地下坝(截水墙),拦截地下潜流,即称截潜流工程,通常也称“干河取水”或“地下拦河坝”工程,如图6-13所示。

(三)双向取水建筑物

为了增加地下水的出水量,有时采用水平和垂直两个方向相结合的取水形式,称为双向取水建筑物,如辐射井即属于这种型式。

在大口井动水位以下,穿透井壁,按径向沿四周含水层安设水平集水管道,以扩大井的进水面积,提高井的出水量。由于这些水平集水管呈辐射状,因而称为辐射井(图6-14)。

图示

图6-14 辐射井

辐射管的作用在于集取地下水。大口竖井除具有较好的集水作用外,主要是为打辐射管提供施工场所,并把从辐射管流出的水汇集起来供水泵抽取,因此又把辐射井中的大口竖井叫做“集水井”。

辐射管沿井管周长均匀分布,其数目一般为3~8个,长度视要求的水量和土质而定。集水井直径应根据辐射井施工要求而定,一般以3m为宜。在黄土和裂隙黏土、亚黏土等黏土层中钻成的辐射孔,一般不需要下水平滤水管,只需要在辐射孔的出口处打进1m左右长的护筒。在沙性土层中钻孔则需安装滤水管,以防止孔壁坍塌。为了增加水头和出水量,辐射孔的位置应布设在集水井下部。为了便于施工操作,并使集水井发生淤积时不致堵塞孔口,集水井的最下部应留一定沉沙段。