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水资源开发与利用

添加时间:2018-02-26????  作者:河北省水文工程地质勘查院????  浏览次数:0

杜晓丽

北京建筑大学环境与能源工程学院副教授

一、水资源的定义

大家好,今天我们来讲一下水资源开发与利用。那么首先说到水资源,我们都知道水资源是一种典型的自然资源。那么所谓自然资源呢,就是指的参与人类生态系统能量流、物质流和信息流,从而保证系统的代谢功能得以实现,促进系统稳定、有序、不断进化升级的这种各种物质,我们统称为自然资源。那么自然资源呢,并非泛指是所有的物质,而是特指哪些呀?那些有益的有助于人类生态系统保持稳定和发展的一些自然物质,那么它对人类来说呢具有可利用性。

水资源的定义呢,它的发展经过了一个发展阶段,最初在国外的时候呢,很早在1894年,然后才提到了这个水资源的概念。它的由美国的地质调查局来提出的。那么这个局呢是专门设计了一个处,为水资源处。随后呢在大不列颠大百科全书当中对水资源做了解释,它认为全部自然界任何形态的水,包括气态水、液态水和固态水的总量,就是我们认为的水资源。那么到了1963年,英国水资源法呢,把水资源定义为地球上足够数量的、可利用的水。那我们可以看出来,到这我们的把水资源呢强调了它是可利用的。到最后呢联合国教科文组织和世界气象组织共同制订了这个水资源评价活动,那么对水资源定义是这样说的,可以利用或有可能被利用的水源,具有足够的数量和可用的质量,并能在某一地点为满足某种用途而被利用。那我们可以看出来,在这个定义中呢,我们对水资源的定义呢,提到了数量和质量,它得有一定的数量。除此之外呢,它还得有一定的质量。那么这是从全球来说,世界上各国对水资源的定义。

那么到了我国来说呢,我们看一看水资源定义在我国发生的这个过程,发展的历史。在公元前2500年左右的时候呢,秦代的李冰就修建了着名的这个都江堰水利工程。那么1988年我们中华人民共和国水法将水资源认定为地表水和地下水。中国的大百科全书呢它是这样说的,一般水资源是指的每年可更新的水量资源。到1994年环境科学的辞典这样说的,特定时空下可利用的水是可再利用资源,不论其质与量,水的可用性是有限制条件的。那么我们可以看出来,不管是世界上还是我们国家,对水资源的定义都是不一样的。

那么引起对水资源的概念及其它的含义不一致的理解和认识的原因呢,主要是水资源呀是一个既简单又复杂的这么一个系统,一个概念。它主要复杂的原因表现在哪呢?首先水的类型是比较多的,它具有运动性。你比如说我们说湖泊水、河流水、海洋的水,还有地下水。第二呢它的特点呢是用途比较广泛,就说我们喝要喝,我们洗脸、洗手,我们做饭,我们冲厕、浇花等等我们都得用。第三个点呢,它主要的复杂表现在什么呢?对你的水的质量和数量要求呢在一定条件下呢,这个水呢是可以改变的。你比如说我们质量,我们用完的水本来是干净的水,它可能就变成了脏水,那么它质量就发生了变化。那么对它的数量呢也是这样的,我们会喝很多水,然后喝了很多水呢,只是以尿液的形式,很少尿液形式排放。那么在一定条件下,量也发生了变化。那么还可以受到这个气候的影响,它的量也会发生大量的变化。第四个复杂性体现在,它开发的利用呢,受经济技术条件,社会条件和环境条件的制约。

那么不管怎么吧,总之我们对水资源定义可以这样说,水资源可以理解为人类长期生存、生活和生产活动中所需要的各种的自然水。既包括数量和质量,又包括它的使用价值和经济价值。那么从狭义上来讲,水资源是指的人类在一定的经济技术条件下,能够直接使用的淡水。比如说江河、湖泊为代表的这些地表水。和我们从地下抽的这个地下水。那么从广义上来讲呢,它是指的在一定经济技术条件下,能够直接或者是间接的使用的各种水以及水中的物质,在社会生活和生产中具有使用价值和经济价值的地球上的各种的水体,我们可以统称为水资源。那么这样来说的话,它包括的就多了。比如说它包括天上的降雨、降雪、河湖当中的水,还有地下的水,土壤当中的水,冰川、海洋里的水等等。虽然有些水它是可以不能被我们直接利用的,但是它可以间接为利用。因此呢,我们也可以认为它是水资源。但是呢,是从广义上来定义的。

那么如果按照狭义的意思来说,能够作为水资源的一个最基本的条件有哪几个呢?首先也就是说它能够满足这个需要,按照需要的来说呢,它是比较稳定的。那么这个需要的概念呢可能有两个方面。一个是数量,一个是质量。比如说我们喝的水,那么我们用了有多少人,用的水量肯定必然不一样。所以说在数量上和质量上是有着非常大的差异。那么能够作为水资源,它就必须得提供满足数量上和质量上,双重保证。第二个要求呢,就是这个水量呢要有可靠的水源,能够通过自然的一些水文的循环,不断的得到一个新的补充。那么也就是说这个水啊,它不会枯竭,不会我一直在用一直在用它会枯竭。那么枯竭了之后我们就不能保证后续的使用,因此呢它能够在水文循环当中呢,能够不断的更新、不断的补充。第三个特点呢就是我们这个水量和水质呢,它是可以通过人工的一些控制来实现的。那么这些样的水呢,才能作为水资源。

? ? ? ?二、水资源的特性

那么具体来说,水资源有一些特性,那么首先我们先来看第一个特性。第一个特性呢它叫自然属性,自然属性的意思就是说,我们不能违背水资源的自然规律,因为水呢在自然界是天然存在的,是自然水的一部分,是受自然界因素控制的。另外呢,它还参与自然界的循环和平衡。那么也就是说,咱们不能人为的去破坏它的自然属性。不能违背它的自然规律,才能保持水资源系统的结构和功能的稳定。这是水资源的第一个特性,自然属性。

?那么第二个特性呢为可利用性,可利用性的特点呢就是水的类型非常的多,我们水的用途呢也非常广泛,比如说我们工业上要用水,我们生活上要用水,那么这样呢他们的要求是不一样的。有的时候呢我们对水的要求呢,比较水质要求高一点,有的是水质要求低一点。所以说通常来说水的类型呢又有淡水、咸水,然后肥水呀,还有各种的形态,比如说有气态、有固态还有液态,那么它赋存的类型呢也可能是在地下,也可能是在地表。那么哪些才是能用的呢?哪些才能作为水资源呢?也就要考虑它的可利用性,只有在我们当今的技术条件下,才能利用的称为才能具有这个水资源的特性。

?那么第三个呢,是数量与质量兼顾。也就是说在数量上要足够,你不能一个城市有100万人口,那我不能只能我的水资源量只有50万,那么这肯定不能满足100万人口的水量,这就数量上就不够。那么在质量上呢也一定要满足需要,而且呢在一定条件下是可以改变的。比如说在指向上,我们说冲厕用的水跟我们喝的水,那它这个质量要求是不一样的。我们冲厕用的水,我们可以用我们平时生活用完的水,再处理之后再回来冲厕,那么这是它在数量和质量上都要兼顾。

?那么水资源的第四个特性呢是时变性。时变性呢是指的水资源很多程度上呢,是取决于经济技术条件。也就是说你能不能作为水资源要考虑它的技术经济条件。有可能今天我认为或者是这个东西不能作为水资源的水呢,随着我们经济技术的发展,有一天它可能也会变为水资源。它是一种随着时间和空间发生变化的这么一种动态的资源。比如说新加坡,新加坡是一个非常缺水的城市。那么在最早的时候呢,新加坡是因为没有水,自己的水没有,没有水的情况下呢,他只能从周边的各个城市去买水,就各个国家,其他的国家去买水。后来呢他们发现了,就是随着这个时间的变化,那么他们那发生了一种新的技术,他的技术发生了非常大的革命。最后呢,他可以将这个水,用过的水再处理,处理之后呢达到喝的水平。那么可以用这些水,来替代有一些买的水。也就是说,有可能在过去认为我们用过的水,不可能再喝,再利用。但是呢,随着我们技术的发展呢,它呢也变成了现实。因此呢,水资源呢它具有时变性。

第五种呢就是水资源具有可恢复性和可更新性。那么也就是说它可以通过水文循环,来恢复和更新。比如说地下水,当我们采地下水的时候,地下水位会不断的下降,地下水位不断的下降,那么在这个过程当中,我们可以通过什么来补充呢?你气候到了一定的条件,那么通过植物的蒸腾啊,然后水的蒸发啊等等,天气允许,哗哗下雨,好,下雨了之后,那么这些水呢会再来补充地下水,使地下水位维持在一个比较动态、平衡的这么一个状态。因此呢,水资源呢它应该具有可恢复性和可更新性。这是咱们从水资源在世界上它的定义,以及在我国它的定义。那么它的不同,定义的不同如何来的。那么到我们推算出能够作为水资源的一个最基本的要求,应该是怎么样的。那么作为水资源,它又有什么特性进行了分析。

? ? ? ?三、水资源的开发

那么接下来呢咱们就来看一下水资源的开发。现在我们按照狭义上的分,对水资源来划分的话,咱们认为有地表水和地下水,那么这样的话咱们就来看一下,地表水资源的开发与地下水资源的开发利用。

? ? ? ?(一)地下水的开发与利用

? ? ? ?1、地下水水源地选择

那么首先呢咱们先来看一下地下水资源的开发与利用。那么我们通常说地下水水资源是,有的地区是非常非常丰富的,但是呢虽然它丰富,但是我们不能让它作为水源,这是为什么呢?所以说呢,咱们首先来看一下地下水水源地选择。通常地下水水源地的选择呢,对于大中型的集中供水,它关键的部位呢就是要确定取水地段的位置与它的范围。那么对于小型的分散供水呢,则是来要确定水井的井位。因为它关系到什么呢?关系到你的建设投资,也关系到是否能够保证这个水源地长期的经济安全运转,以避免产生各种不良的影响。

那么具体来说地下水水源地的选择呢,应该遵循以下几个要求。第一个要求呢就是你的水源地的水文地质条件。也就是说要取什么样的水呢?要取水地段的含水层具有富水性和补给条件。也就是说你首先得含水的,才能把水源地放在这,你不含水我放在这没意义。第二呢它是可补给的,就是可更新的,要遵循水资源的第五个特性。

那么对水源地的地质环境下,我们通用有以下几个要求。新建水源地呢,应该远离原有的取水点或排水点,减少相互干扰。别你建了地方呢,要远离原来有的地方,要不然它可能会相互干扰。第二个呢为了保证地下水的水质,水源地呢最好选在什么地方呢?远离城市和工矿的排污区,它的上游。第三个呢是远离已经污染的或者天然水质不良的这些地表水体,或者含水层的地段。那么也就是说咱们选择水源一定要避免污染。

那么第三个水源地选择的原则呢,就是水源地要求有这个经济性、安全性还有扩建的一些可能。那么也就是说在满足水量、水质要求的前提下,为了节省投资呢,我们水源地应该尽量的靠近用户,少占一些耕地。为了降低取水的成本呢,可以选在这个地下水抢来的或自流的地段。那么河谷的水源地呢要考虑水井可能被淹没的问题。人工开发的大口井取水工程呢,应考虑这个井壁的稳固性的问题。当你有多个水源地方案的时候呢,未来扩大开采的前景条件呢,也是要考虑这个问题。因为随着你城市的人口逐渐增加,那么可能你这个水源地所产的水量不够用的,那这个时候要考虑它可能可以扩建。那么这是我们选择地下水源地的原则。

? ? ? ?2、地下水取水构筑物的类型和适用条件

那么具体来说,地下水的取水构筑物有哪些类型,以及他们有什么适用条件呢?通常呢我们地下水取水构筑物呢有管井、大口井、辐射井、复合井和水平渗渠等等。那么管井呢主要适合开采就是深层地下水,就是比较深的,你这地下水埋的比较深的。那么大口井呢通常广泛的用于来取含水层从厚度20米以内的浅层的地下水,大口井取的是较浅层的地下水。辐射井呢,可以用来汲取含水层厚度比较薄的浅层的地下水。它取的也是浅层地下水,但是呢它的这个,取的这个含水层呢较薄,不是很厚,那么它比这个大口井的效率呢要高一些,但是施工难度比较大。复合井呢,通常用于不同时来汲取上部的孔隙的浅水,以及下部的厚层基岩的高水位的承压水。那么也就是说复合井呢它具有双重特点,上层的水和下层的水,它都能取得到。渗渠,主要用于取这个地下水埋深小于2米的,这个浅层的地下水。或者是有一些季节性的,这个地下水。那么这种情况呢,在我的东北啊、西北地区啊应用是比较多的。那么接下来呢咱们就一个一个来看,这些构筑物它都有哪些组成,它的施工是如何的。

1)管井

首先咱们看一下管井。通常管井呢,也称为机井,那么它是地下水取水构筑物当中应用最广泛的一种,那么适合于任何的岩性与地层的结构。那么按照它这个管井的过滤器的能否穿过了整个含水层,我们可以将管井分为完整井和非完整井。那么通常管井的组成有哪些呢?就井室,然后井壁管、过滤器以及沉淀管来组成的。

管井在实际取水过程当中,往往不是一个在做着。而是通过井群系统来完成的。那么具体来说,井群系统呢,按照取水的方法和给水的方式呢,又可以分为自流井井群、虹吸式井群,卧式泵取水井群和深井泵取水井群。

那么对管井来说,在施工过程当中呢一般包括这个凿井啊,井管安装啊,填砾呀,然后这个管外的封闭呀,最后洗井,然后再最后呢再抽一下水试验一下,抽水试验,那么这些过程。这是管井的基本的组成,然后以及它的分类,那么按照井群来说它是如何分,那么它的施工过程包括哪几个部分等等。

2)大口井

那么接下来呢咱们看一下第二种地下水取水构筑物,叫大口井。大口井刚才咱们讲了,主要适合于取浅层地下水。那么它主要的优点,咱们可以说大口井肯定是井的口径比较大,对吧,井径很大,因此呢它的给水的断面就非常的大,构造呢也相对比较简单,取材比较容易一些,使用年限呢也非常的长,容积也大,而且呢还能起到调序水量的这么一个作用。但是就因为它太大了,它也有缺点,它的缺点就是受到施工困难或者基建费用高等这些条件的限制,它的井口太大嘛,你往地下打,井口越大越不好打呀。所以他机件投资呀,成本啊可能会高一些。

那么大口井在具体的施工过程当中呢,我们有大开挖施工法和沉井施工法。大开挖施工法具体的意思就是说在开挖的基槽当中呢,进行这个井筒的砌筑或者是浇注及铺设这个反滤层。然后就是说你先开挖一个大的基槽,然后再做这个大口井。第二种方法呢叫沉井施工,沉井施工的意思就是说,你要建这个井的地方,井位这地方呢先开设挖基坑,先挖基坑,基坑挖好之后呢,在基坑上浇注带有刃脚的这个井筒,然后浇注井水筒。待你的井筒达到一定的强度之后,这个时候呢我再在这个井筒内呢挖土,使用这个井筒自重切土来下沉的这么一个方法,这是大口井的施工的方法。

3)复合井

第三种呢我们称之为复合井,那么复合井呢很明显,它就是说它是一个复合的,刚才咱们说的,它既能取上浅层水也能取深层水。那么它主要是由非完整式的大口井,它还有井底下设管井过滤器来组成。那么可以看出来,复合井主要是由大口井和管井组成的这么一个分层或分段取水的系统。主要适用什么条件呢?适用于地下水位比较高,厚度比较大的这个含水层的取水。通常在设计过程当中,这个过滤器的直径啊一般以这个两百到三百毫米为宜,过滤器的有效长度呢应该比管井的稍大点儿,过滤器呢最好不要超过三根。

4)辐射井

第四种地下水取水构筑物的形式,称之为辐射井。那么辐射井呢,它是由大口径的集水井以及若干沿着井壁向外呈辐射状的铺设的一些集水管,我们也称之为就是说你这样一个大的口,然后在井壁的旁边呢会呈辐射状,有好多的这个集水管。那么这个集水管呢,我们也可以称之为辐射管这么组成的这么一个井。一般呢当体这个地质条件不能采用大口井开采,然后你这个含水层的厚度的又不是很厚,不适合这个管井啊或者是这个,不适合管井或复合井,那么这种情况下,我们可能就要采用这个大口井、辐射井的方法。那么同样如果你这个辐射井呢,它对这个开发位于咸水上部的这个淡水透镜体呢,也比其他的这些取水构筑物更加适宜一些。

?它具有什么优点呢?那么辐射点的优点呢就是管理比较集中,占地比较省,便于卫生防护等等这些优点。那么它的缺点就是施工难度非常大,讲你是口径又大,然后到了底部呢,还有好多的这个给水管,还有好多的辐射管,因此呢它的施工难度是非常大的。施工技术啊,施工水平啊等等,直接影响着你这个井的出水量,也就是说考验的施工队的技术。

那么通常辐射井可以分为集水井井底和辐射管同时进水的。也就是说你的井的底部和辐射管是同时进水这种形式。或者是分为就是底部是封闭的,或是封起来的,仅靠那个辐射给水管来进水,那么这两种型式。也就是说那么辐射井的构造就是由集水井和辐射管两部分组成的。那么集水井的主要的作用是什么呢?是将辐射管的来水汇集到集水井内,并且呢在这个辐射井内部呢安装这个抽水的这个设备,对于这个不封底的集水井呢,就是刚才咱们讲的不是两种类型嘛,对于第一种类型呢,底部不封底的这种类型呢,它还兼具着取水井的这么一个作用,它还有取水的作用,因为它的水也可以从底部渗进来嘛,这是第一个组成,集水井。那么除此之外,对于辐射井来说,辐射管的作用非常的重要。辐射管的配制呢可以分为单层,也可以分为多层。一般每层呢是4到12根,这个层与层之间的间距呢为1到3米,也可以根据实际的含水的条件、补给条件来确定,那么这是辐射井的构造。

5)渗渠

最后咱们来看渗渠,渗渠呢通常可以分为好几种型式。第一种型式呢有完整式、非完整式,还有这个第二种是渗渠分集水管还有集水廊道的型式,那么这是渗取的型式。

那么在取水的过程当中,渗渠具有什么优点呢?渗渠呢是既可以截取浅层的地下水,也可以汲取什么呢?河床的地下水或者是地表的渗水。虽然它可以取地下水,其实呢地表过来的渗透的水呢,它也是可以取。除此之外,渗渠的水呢经过这个地层的渗滤作用呢,它的这个悬浮物啊或者一些细菌的含量呢非常的少,而且呢它的水质就相对的比较好一些。它的硬化呀和矿化度呢就比较低一点儿,这是第二个优点。那么第三个优点就是渗渠呢可以满足我们北方山区的季节性河段的全年取水的要求。但渗渠有什么缺点呢?就是首先它的缺点就是施工条件比较复杂,造价高,而且它容易瘀塞,可能会产生一些报废的现象。所以说渗渠的应用呢,通常是比较受限的。

那么具体在什么地方可以来用渗渠呢?第一个就应该选在这个水流比较急的情况下,它有一定的冲刷能力,这种直线的或者是凹岸的非瘀积的河段,并且尽量的来靠近主流。这个选择的特点呢就是为了尽量不要为了瘀泥,刚才咱们说渗渠的特点,就是容易瘀堵。那么第二个呢是选在这个含水层较厚、颗粒比较粗,然后不含瘀泥等等,这种不透水的夹层内可以选择渗渠,可以做渗渠。第三呢可以选在河水清澈,水位变化小,河床比较稳定的这么一些河段里边做渗渠。渗渠的平面布置呢,可以有平行于河道的,河流的布置方法,也可以垂直于河流布置。那么还有呢就是你既可以平流和垂直呢同步用,就是组合的。就是平行和垂直河流组合布置这么一个方法。垂直河流段呢又短于平行河流段,两者的夹角呢不小于120度。

那么以上呢,咱们就对地下水取水的构筑物以及它的条件呢,做了一下介绍。说通常怎么说的管井、大口井、辐射井,复合井,还有这个渗渠等等,这一些构筑物他们的使用的条件,然后他们的组成啊,他们的施工方法,选择的位置做了一下简单的介绍。

? ? ? ?(二)地表水的开发与利用

?那么刚才咱们说了,狭义上的来说水资源可以分为地下水和地表水,刚才呢咱们只讲了这个地下水的水资源的开发,以及对它的利用。那么接下来呢,咱们就看一下地表水的开发以及利用。

? ? ? ?1、地表水取水位置的选择

那么首先说一下地表水如果作为水源,取水点的位置应该坐在哪,应该选择在什么位置呢?首先取水点应该设在具有稳定河床、靠近主流和有足够水深的这么一个地段。对于不同类型的河流,我们的取水位置呢可以这样选择。比如说对顺直的河段来说,取水点应该选在主流的、靠近岸边、河床的比较稳定、水深比较大,流速比较快的这么一个地段。通常呢也就是河流相对来说比较窄的地方,不宜于就是在这瘀积,有泥沙瘀积的地方。这是对顺直河段来说。

如果你这个河是弯曲的,会怎么选呢?弯曲的河段,由于弯曲河段的凹岸呢是泥沙不宜瘀积,水质呢相对比较好。因此呢它的主流呢,是比较好的这个取水的地段。但是呢取水点应避开这个凹岸主流顶冲点,就说你那个凹的那个点要避开它,要在哪个地方设呢?要在你这个顶冲点的下游的15到20米,当然也可设在凸岸的这个偏上游的地方。这是对弯曲河段里说,它的取水点的布置。

那么对于游荡型的河段,那么也就是说要结合什么情况?结合你的河床、地形、地质的条件,然后将取水口布置在你的主流线密集的这么一个河段上,必要的时候呢需要对河道进行适当的整治,来保证你的取水河段的稳定性。

第四个,如果是这个河段有边滩或者有沙洲,这种情况下我们的取水点的布置呢,应该设在上游距离沙洲或者是边滩500米以上的地方。第五个点,第五种河段呢,比如说有支流汇入,有支流汇入的情况下,这个河段我们的取水口的布置呀,应该离开支流的入口处,至少离开它的上下游呢都要有一定的距离。那么通常呢,要设在这个汇入口的干流的上游河段处,就不要设在下游,因为怕那的支管呀支流汇入的时候呢,可能会带来一定的污染。因此呢,我们通常会把这个点选在支流汇入的上游,这是针对不同的这个类型的河流、河段,那么它可以适宜的相应的取水的位置。那么也就是说,总体来说,取水点应该设在具有稳定河床、靠近主流,且有足够水深的地段。

?那么第二个原则呢就是取水点应该设置在水质比较好的地段。那么具体的要求是这样的,供我们生活用水的取水构筑物,应该设在你的城市和工企业区的上游,距离城市的排污口上游100米远,然后应该建立防护的这个,卫生防护的地带,因为我们城市在用的过程当中,我们会有污染处理厂的排放口,或者说工业企业排放口,因此呢我们取水点应该远离这些位置。第二个点呢就是我们的取水点,应该避开河流当中的回流区和死水区,以减少水中的一些泥沙、颗粒物进入到我们的这个取水构筑物当中去,并且呢可能会堵塞我们的取水口。第三呢就是在沿海的地区,当你受这个潮汐的影响比较严重的时候呢,我们还应该考虑海水可能会对河水造成的影响。因为总体来说呢,我们的取水点应该尽量设置在水质较好的地段,这是第二个原则。

那么第三个原则呢,取水点应该设在稳定的河床及岸边,有比较好的工程的地质条件,并且呢有较好的地形和施工的条件的地方。这是第三个要求。第四个要求呢,就是取水点应该尽量的靠近主要的用水区,这主要是从经济投资成本来说的。如果你离着主要用水区特别远,那我们的运输成本太贵。第五个要求是取水点应该避开人工构筑物和天然障碍物的影响。

第六个要求呢,就是取水点应尽可能的不受泥沙飘浮物冰凌、冰絮、支流和咸潮等等这些影响。那么也就是说冬天如果你是河流,室外的河流,那么这个时候可能会有冰凌的影响,有一些北方城市会有冰凌的影响。那么应该考虑这个冰凌的影响。

第七个要求呢就是取水点的位置,应该与河流综合利用相适应。不要妨碍什么呀?本身你这个河流可能有通航的功能,那你给你建了一个取水的构筑物在这,人家这个河流就不能通航了,那肯定是不行的,因此呢取水的位置应该考虑河流的其他的功能,不要妨碍河流的航运、排洪,应该符合河道、湖泊、水库的整治规划的要求,这是第七个原则。

第八个原则呢就是供我们生活饮用水的地表水取水构筑物呀,应该位于这个城镇和工业企业区上游的清洁河段。也就是说如果你是咱们供,供咱们生活来用的取水构筑物的设置,仅仅的是放在这个城市和这个工业企业的上游是不行的,还要尽量选取上游清洁的河段。这是对地表水取水位置的选择,具有的一些要求,应该遵循的一些要求。

? ? ? ?2、地表水取水构筑物的类型和适用条件

那么具体来说,地表水取水构筑物的类型呢,有这么四种。第一种呢为岸边式取水构筑物。第二种呢为斗槽式取水构筑物。第三种呢是固定式取水构筑物。第四种是活动式取水构筑物。接下来咱们就一个一个来看,这些取水构筑物的特点。

1)岸边式取水构筑物

首先要看一下岸边式取水构筑物。那么岸边式取水构筑物的意思呢,就是直接从江河的岸边取水的构筑物,那么通常它会有进水间和泵房组成。适合于在我们的江河岸边比较陡,主流呢又比较靠近岸边,水质和地质条件都非常的好,水位的变幅呢不是很大的这么一种河流。

那么按照这个集水井和泵房是不是合建的情况呢,我们可以分为合建式和分建式的。那么具体来说,集水井通常会有这个进水间、隔网和吸水间三部分组成,是一个重要的取水设施。进水间上呢要设进水孔,要不然你进不来呀,一般这个进水孔呢会设置在前臂。孔上呢还得设置格栅,来拦截一些粗大的漂浮物或者鱼类,别鱼也跟着进来的话,那你这个,把你的泵给堵了对吧。那么进水间跟吸进间之间呢,通常会用纵向的隔墙来分开。在分隔墙上呢,来设置平板的这个隔网,然后拦截水中的细小的这个漂浮物。

那么采用旋转式网时候呢,然后应该在进水间和吸水间之间呢,设置这个隔网室,水流呢可以通过这个格栅的进水孔,就装有格栅的进水孔,进入到集水井的这个进水间。然后呢通过这个隔网再进入到吸水间,然后再由水泵来抽走。

那么刚才咱们说岸边是取水构筑物,通常会有这个两种,会根据它与泵房的这个是否合建,那么可以有合建式岸边取水构筑物和分建式岸边取水构筑物。那么合建式岸边取水构筑物呢,是将集水井和泵房合建在一起。那么它特点呢就是布局比较紧凑,总的建筑面积比较少,吸水管路呢比较短,运行安全,维护方便。但是呢由于我这个河建的嘛,土建施工结构就稍微复杂一点,适用于咱们河岸的坡度比较陡啊,岸边的水流比较深,地质条件还比较好,水位、变幅、流速较大的这种情况,采用这种形式。

那么分建式的岸边取水构筑物呢,是当你的河岸处地质条件非常的差,实在是不适合两个合建,那么这种情况下我们集水井跟泵房呢就会分建。分建,泵房呢建在哪呢?离开岸边,建在地质条件比较好的地方。那么但是呢,你的集水间呢还是在岸边,这样呢就会造成了我们水泵的吸水管的管路呢就比较长,就会增加整个的这个吸水过程的吸水的水头损失,那么维护起来呢也不是很方便,运行起来呢安全性能也比较差,这是第一种岸边式取水构筑物,那么通常有合建式和分建式两种。那么合建式、分建式呢,是根据水泵和泵房和集水间它们是否合建来区分的。

2)斗槽式取水构筑物

那么第二种地表水取水构筑物呢我们叫斗槽式取水构筑物。斗槽式取水构筑物的类型呢,我们有这个可以按照这个水流的这个补给的方向,可以分为顺流式斗槽、逆流式斗槽,侧坝进水逆流式斗槽和双向式斗槽。那么为什么要设置这么多类型的斗槽呢?那是因为我们要取得一个水质比较好的水。

那么这几种斗槽分别用在什么表现下呢?顺流式斗槽呢,通常斗槽当中的水流的方向,要与河流的流向呢是基本一致的。它主要适用在你的河流含泥沙量比较高的情况下,但是冰凌呢并不严重的这种情况,你想如果你河流泥沙比较多,我们肯定如果不顺流的话,它都搅起来了,然后说水质肯定是差嘛。

那么第二种呢叫做逆流式斗槽。逆流式斗槽呢,水流的方向呢与河流的流向呢是相反的。这种情况下呢,是适用于这个冰凌比较,情况比较严重,含泥沙量相对比较少的这么一个河流。

第三种呢叫侧坝进水逆流式斗槽。也就是说在逆流式斗槽的这个渠道的进口端呢,建两个斜向的堤坝,来伸向河心。然后呢适用于这个含泥沙量比较高的情况下。

第四种叫双向式斗槽,既然是双向式,很明显那也就是逆流式和顺流式都涵盖了。因此呢,它是一种组合形式,兼具逆流式和顺流式的特点。这种形式的斗槽呢,适用于冰凌也很严重,含泥沙量也非常高这么一种河流。

因此呢我们可以通过这几张图可以看一下,A这张图呢称之为顺流式斗槽,那么你的取水的这个,取水的这个水流方向呢,斗槽内的水流方向和河流的方向是一致的。B这个呢是取水的水流方向和河流的这个流向呢是相反的。而这个侧址进水逆流式斗槽呢,它是在这个逆流式斗槽区道的进口端这个地方,建了两个斜向的这个堤坝。然后D呢是双向的,我们可以看出来,它兼具两者的特点,可以根据适当的情况呢,然后可以两边都可以进水,为了改进你这个冰凌也严重,然后这个泥沙也严重的这种情况。

那么具体来说,斗槽的型式呢我们也可以来分。按照斗槽深入到河岸的程度呢,我们斗槽呢可以分为以下几个型式。那么第一个型式呢是斗槽全部设置在河床内部,那么主要适用于你的河岸比较陡,或者是主流远离河岸较远,以及岸边的水深不是很足的这么一种情况,设在河床内直接就把斗槽设在河床内。那么第二种情况呢,是斗槽全部设置在河岸内,那么这种情况呢,适用于你这河岸比较平缓,河床的宽度也不是很大,主流呢比较靠近岸边,或者是岸边的水深比较大的河流。那么第三种呢是斗槽部分伸入河床的情况。也就是说那么它的特点呢,就是兼具了以上两种的这个特点。

那么我们看一看这两张图,这个A图呢就是我们的斗槽呢,全部设在了河岸内,可以看出来A图这张图呢,我们从这就可以看出来,那么岸边的水深不足,河岸比较陡的这么一些情况。那么B图呢就是部分斗槽呢,深入到了这个河床的斗槽。部分伸进来了,那么它可能既适用于你这个两者,如果你既不能全部设置在河床内,也不满足全部设置在河岸内,那么你现在这种情况呢就用这个斗槽部分深入河床的型式。好,这指第二种地表取水构筑物叫斗槽式取水构筑物。

3)固定式取水构筑物

那么第三种地表取水构筑物呢。我们称之为固定式取水构筑物。固定式取水构筑物,一般可以包括集水井、泵房、取水头部还有进水管等等这些组成。那么接下来呢咱们就一个一个来看它的组成。

首先说集水井,那么集水井呢,可以有集水井平台、进水间、进水孔等等这些组成。那我们来首先看一下集水井平台。取水构筑物的集水井平台,应该设置在操作的闸阀启闭设备和格栅、格网起吊设备,应该便于操作,这些东西都便于操作的地方。必要时呢还应该设置这个清除泥沙的这些设施。集水井呢可以有半淹没式和非淹没式向种。

那么第二个呢进水间,进水间呢一般呢可以用隔墙来分隔成独立工作的若干个分格。那么其中它的分格数呢应该按照水泵的台数和水更的容量,以及格网的类型来确定。一般呢,分格数不应该少于两格。

那么第三个进水孔,在取水构筑物的进水孔,应该设置格栅。格栅条的净间距呢,应该根据取水量的大小,是否河流含有冰絮和漂浮物等等这些情况来确定。那么小型的取水构筑物呢可以取30到50毫米,大中型的呢可以取80到120毫米。这是进水孔。

那么具体设计格栅的作用呢,是为了防冰的措施。在北方啊有一些冰冻的河流上面取水的话,为了你防止进水孔的格栅被堵塞,那么我们可能要对格栅呢设置一些防冰的措施,比如说我们降低进水孔的流速,对格栅设置成加热型的格栅,利用这个废热水或者一些其他的方法,比如说我对格栅上形成的这个冰絮进行机械清除,反冲,然后对这个进水孔设这个挡冰的木排等等,主要的目的啊就是为了防止格栅结冰,而导致这个吸不进来水,进不来水。??

最后呢还要注意集水井的排泥和冲洗,因为时间一长,集水井里边可能会有一些泥沙沉积,那么要注意它的排泥以及这个冲洗。

那么在固定式取水构筑物当中呢,一般我们还包括这个取水泵房,那么取水泵房呢我们也称之为一级泵房或者叫水源泵房,它可以跟集水井,出水的闸门井等等合建或者分建,取水泵房常常建的很深,应该来保证什么呢?保证枯水位时候呢还水泵呢还能够正常的吸水。而洪水位的时候呢又不至于被淹了。那么取水泵房的这个平面的形状呢,你可以有矩形的,有圆形的,也有椭圆形的。其中泵的设计台数呀一般可以采用这个三到四台,包括备用泵。那么除了之外,除了水泵机组之外呢,还应该有变配电、控制、采暖通风、排水啊起重等等这些附属设施。

取水泵房的高程的设计,也是非常重要的一个部分。当你的泵房在渠道边岸的时候,是设计的最高水位再加0.5米。当泵房在江河边的时候呢,为设计的最高水位再加上浪高再加上0.5米。那么当泵房在湖泊或者水库,或者海边的时候呢,也是为设计的最高水位加浪高,再加0.5米。也就是说整体来说,要保证枯水位能取到水,洪水位的时候不要被淹,这是第二个组成。

第三个组成进水管,通常呢固定式取水构筑物的进水管有两种,有自流管和虹吸管。那么所谓自流管呢就是我不需要给它动力,它靠水的重力自动流下来。自流管一般采用钢管、铸铁管或者是钢筋混凝土管。自流管管顶呢应该在河床冲刷深度以下的0.25到0.3米。虹吸管呢一般采用钢管,为了保证什么呢?保证密封,不漏气。虹吸管的进水端应该设计在最低水位下的淹没深度呢,不应该小于0.1米。出水端呢应该伸入集水井的最低动水位以下1米。??这以上呢咱们就对这个固定式的取水构筑物做了一个介绍。

4)活动式取水构筑物

那么最后一种地表水的取水构筑物呢,为活动式取水构筑物。活动式取水构筑物,是在当修建固定式取水构筑物有困难的时候呢,这个时候呢我们才采用活动式的取水构筑物。比如说水流不稳定,河势比较复杂的河流上取水。或者是修建固定式的时候,可能投资成本太高,那么这种情况下,我们可以考虑呢采用活动式取水构筑物。

活动式取水构筑为可以分为两种,第一种呢为缆车式取水构筑物。第二种呢为浮船式取水构筑物。那么缆车式呢,我们就不重点介绍。因为就是通过索道把这水取上来。

那么浮船式是通常用的一种方法。浮船式取水构筑物,是由浮船、锚固设备,还有连络管以及输水斜管等部分组成的。那么它的适用条件呢,主要适用在河流的水位变幅在10到40米,或者是更大的情况下,水位变化速度不大于2米每小时,取水点有足够的水深,河道的水流平稳。流速、风浪比较小,停泊船的条件也比较好,河床也比较稳定的情况下来用它。

那么它主要的优点就是,浮船式取水构筑物的特点呢,就是没有水下工程,全都在水上。投资比较省,上马比较快,有较高的适应性。但它的缺点就是什么呢?因为你是用的船,那么船体呢就会风浪,受风浪的影响比较大,操作管理就可能会造成不便,安全性能呢比较差。那么这也就是咱们介绍的这个地表水取水构筑物的介绍。那么其中含了这个岸边式取水构筑物,斗槽式取水构筑物,然后固定式取水构筑物,以及活动式取水构筑物。好,今天就到这。

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水资源开发与利用

时间:2018-02-26 作者:河北省水文工程地质勘查院  浏览:0   

杜晓丽

北京建筑大学环境与能源工程学院副教授

一、水资源的定义

大家好,今天我们来讲一下水资源开发与利用。那么首先说到水资源,我们都知道水资源是一种典型的自然资源。那么所谓自然资源呢,就是指的参与人类生态系统能量流、物质流和信息流,从而保证系统的代谢功能得以实现,促进系统稳定、有序、不断进化升级的这种各种物质,我们统称为自然资源。那么自然资源呢,并非泛指是所有的物质,而是特指哪些呀?那些有益的有助于人类生态系统保持稳定和发展的一些自然物质,那么它对人类来说呢具有可利用性。

水资源的定义呢,它的发展经过了一个发展阶段,最初在国外的时候呢,很早在1894年,然后才提到了这个水资源的概念。它的由美国的地质调查局来提出的。那么这个局呢是专门设计了一个处,为水资源处。随后呢在大不列颠大百科全书当中对水资源做了解释,它认为全部自然界任何形态的水,包括气态水、液态水和固态水的总量,就是我们认为的水资源。那么到了1963年,英国水资源法呢,把水资源定义为地球上足够数量的、可利用的水。那我们可以看出来,到这我们的把水资源呢强调了它是可利用的。到最后呢联合国教科文组织和世界气象组织共同制订了这个水资源评价活动,那么对水资源定义是这样说的,可以利用或有可能被利用的水源,具有足够的数量和可用的质量,并能在某一地点为满足某种用途而被利用。那我们可以看出来,在这个定义中呢,我们对水资源的定义呢,提到了数量和质量,它得有一定的数量。除此之外呢,它还得有一定的质量。那么这是从全球来说,世界上各国对水资源的定义。

那么到了我国来说呢,我们看一看水资源定义在我国发生的这个过程,发展的历史。在公元前2500年左右的时候呢,秦代的李冰就修建了着名的这个都江堰水利工程。那么1988年我们中华人民共和国水法将水资源认定为地表水和地下水。中国的大百科全书呢它是这样说的,一般水资源是指的每年可更新的水量资源。到1994年环境科学的辞典这样说的,特定时空下可利用的水是可再利用资源,不论其质与量,水的可用性是有限制条件的。那么我们可以看出来,不管是世界上还是我们国家,对水资源的定义都是不一样的。

那么引起对水资源的概念及其它的含义不一致的理解和认识的原因呢,主要是水资源呀是一个既简单又复杂的这么一个系统,一个概念。它主要复杂的原因表现在哪呢?首先水的类型是比较多的,它具有运动性。你比如说我们说湖泊水、河流水、海洋的水,还有地下水。第二呢它的特点呢是用途比较广泛,就说我们喝要喝,我们洗脸、洗手,我们做饭,我们冲厕、浇花等等我们都得用。第三个点呢,它主要的复杂表现在什么呢?对你的水的质量和数量要求呢在一定条件下呢,这个水呢是可以改变的。你比如说我们质量,我们用完的水本来是干净的水,它可能就变成了脏水,那么它质量就发生了变化。那么对它的数量呢也是这样的,我们会喝很多水,然后喝了很多水呢,只是以尿液的形式,很少尿液形式排放。那么在一定条件下,量也发生了变化。那么还可以受到这个气候的影响,它的量也会发生大量的变化。第四个复杂性体现在,它开发的利用呢,受经济技术条件,社会条件和环境条件的制约。

那么不管怎么吧,总之我们对水资源定义可以这样说,水资源可以理解为人类长期生存、生活和生产活动中所需要的各种的自然水。既包括数量和质量,又包括它的使用价值和经济价值。那么从狭义上来讲,水资源是指的人类在一定的经济技术条件下,能够直接使用的淡水。比如说江河、湖泊为代表的这些地表水。和我们从地下抽的这个地下水。那么从广义上来讲呢,它是指的在一定经济技术条件下,能够直接或者是间接的使用的各种水以及水中的物质,在社会生活和生产中具有使用价值和经济价值的地球上的各种的水体,我们可以统称为水资源。那么这样来说的话,它包括的就多了。比如说它包括天上的降雨、降雪、河湖当中的水,还有地下的水,土壤当中的水,冰川、海洋里的水等等。虽然有些水它是可以不能被我们直接利用的,但是它可以间接为利用。因此呢,我们也可以认为它是水资源。但是呢,是从广义上来定义的。

那么如果按照狭义的意思来说,能够作为水资源的一个最基本的条件有哪几个呢?首先也就是说它能够满足这个需要,按照需要的来说呢,它是比较稳定的。那么这个需要的概念呢可能有两个方面。一个是数量,一个是质量。比如说我们喝的水,那么我们用了有多少人,用的水量肯定必然不一样。所以说在数量上和质量上是有着非常大的差异。那么能够作为水资源,它就必须得提供满足数量上和质量上,双重保证。第二个要求呢,就是这个水量呢要有可靠的水源,能够通过自然的一些水文的循环,不断的得到一个新的补充。那么也就是说这个水啊,它不会枯竭,不会我一直在用一直在用它会枯竭。那么枯竭了之后我们就不能保证后续的使用,因此呢它能够在水文循环当中呢,能够不断的更新、不断的补充。第三个特点呢就是我们这个水量和水质呢,它是可以通过人工的一些控制来实现的。那么这些样的水呢,才能作为水资源。

? ? ? ?二、水资源的特性

那么具体来说,水资源有一些特性,那么首先我们先来看第一个特性。第一个特性呢它叫自然属性,自然属性的意思就是说,我们不能违背水资源的自然规律,因为水呢在自然界是天然存在的,是自然水的一部分,是受自然界因素控制的。另外呢,它还参与自然界的循环和平衡。那么也就是说,咱们不能人为的去破坏它的自然属性。不能违背它的自然规律,才能保持水资源系统的结构和功能的稳定。这是水资源的第一个特性,自然属性。

?那么第二个特性呢为可利用性,可利用性的特点呢就是水的类型非常的多,我们水的用途呢也非常广泛,比如说我们工业上要用水,我们生活上要用水,那么这样呢他们的要求是不一样的。有的时候呢我们对水的要求呢,比较水质要求高一点,有的是水质要求低一点。所以说通常来说水的类型呢又有淡水、咸水,然后肥水呀,还有各种的形态,比如说有气态、有固态还有液态,那么它赋存的类型呢也可能是在地下,也可能是在地表。那么哪些才是能用的呢?哪些才能作为水资源呢?也就要考虑它的可利用性,只有在我们当今的技术条件下,才能利用的称为才能具有这个水资源的特性。

?那么第三个呢,是数量与质量兼顾。也就是说在数量上要足够,你不能一个城市有100万人口,那我不能只能我的水资源量只有50万,那么这肯定不能满足100万人口的水量,这就数量上就不够。那么在质量上呢也一定要满足需要,而且呢在一定条件下是可以改变的。比如说在指向上,我们说冲厕用的水跟我们喝的水,那它这个质量要求是不一样的。我们冲厕用的水,我们可以用我们平时生活用完的水,再处理之后再回来冲厕,那么这是它在数量和质量上都要兼顾。

?那么水资源的第四个特性呢是时变性。时变性呢是指的水资源很多程度上呢,是取决于经济技术条件。也就是说你能不能作为水资源要考虑它的技术经济条件。有可能今天我认为或者是这个东西不能作为水资源的水呢,随着我们经济技术的发展,有一天它可能也会变为水资源。它是一种随着时间和空间发生变化的这么一种动态的资源。比如说新加坡,新加坡是一个非常缺水的城市。那么在最早的时候呢,新加坡是因为没有水,自己的水没有,没有水的情况下呢,他只能从周边的各个城市去买水,就各个国家,其他的国家去买水。后来呢他们发现了,就是随着这个时间的变化,那么他们那发生了一种新的技术,他的技术发生了非常大的革命。最后呢,他可以将这个水,用过的水再处理,处理之后呢达到喝的水平。那么可以用这些水,来替代有一些买的水。也就是说,有可能在过去认为我们用过的水,不可能再喝,再利用。但是呢,随着我们技术的发展呢,它呢也变成了现实。因此呢,水资源呢它具有时变性。

第五种呢就是水资源具有可恢复性和可更新性。那么也就是说它可以通过水文循环,来恢复和更新。比如说地下水,当我们采地下水的时候,地下水位会不断的下降,地下水位不断的下降,那么在这个过程当中,我们可以通过什么来补充呢?你气候到了一定的条件,那么通过植物的蒸腾啊,然后水的蒸发啊等等,天气允许,哗哗下雨,好,下雨了之后,那么这些水呢会再来补充地下水,使地下水位维持在一个比较动态、平衡的这么一个状态。因此呢,水资源呢它应该具有可恢复性和可更新性。这是咱们从水资源在世界上它的定义,以及在我国它的定义。那么它的不同,定义的不同如何来的。那么到我们推算出能够作为水资源的一个最基本的要求,应该是怎么样的。那么作为水资源,它又有什么特性进行了分析。

? ? ? ?三、水资源的开发

那么接下来呢咱们就来看一下水资源的开发。现在我们按照狭义上的分,对水资源来划分的话,咱们认为有地表水和地下水,那么这样的话咱们就来看一下,地表水资源的开发与地下水资源的开发利用。

? ? ? ?(一)地下水的开发与利用

? ? ? ?1、地下水水源地选择

那么首先呢咱们先来看一下地下水资源的开发与利用。那么我们通常说地下水水资源是,有的地区是非常非常丰富的,但是呢虽然它丰富,但是我们不能让它作为水源,这是为什么呢?所以说呢,咱们首先来看一下地下水水源地选择。通常地下水水源地的选择呢,对于大中型的集中供水,它关键的部位呢就是要确定取水地段的位置与它的范围。那么对于小型的分散供水呢,则是来要确定水井的井位。因为它关系到什么呢?关系到你的建设投资,也关系到是否能够保证这个水源地长期的经济安全运转,以避免产生各种不良的影响。

那么具体来说地下水水源地的选择呢,应该遵循以下几个要求。第一个要求呢就是你的水源地的水文地质条件。也就是说要取什么样的水呢?要取水地段的含水层具有富水性和补给条件。也就是说你首先得含水的,才能把水源地放在这,你不含水我放在这没意义。第二呢它是可补给的,就是可更新的,要遵循水资源的第五个特性。

那么对水源地的地质环境下,我们通用有以下几个要求。新建水源地呢,应该远离原有的取水点或排水点,减少相互干扰。别你建了地方呢,要远离原来有的地方,要不然它可能会相互干扰。第二个呢为了保证地下水的水质,水源地呢最好选在什么地方呢?远离城市和工矿的排污区,它的上游。第三个呢是远离已经污染的或者天然水质不良的这些地表水体,或者含水层的地段。那么也就是说咱们选择水源一定要避免污染。

那么第三个水源地选择的原则呢,就是水源地要求有这个经济性、安全性还有扩建的一些可能。那么也就是说在满足水量、水质要求的前提下,为了节省投资呢,我们水源地应该尽量的靠近用户,少占一些耕地。为了降低取水的成本呢,可以选在这个地下水抢来的或自流的地段。那么河谷的水源地呢要考虑水井可能被淹没的问题。人工开发的大口井取水工程呢,应考虑这个井壁的稳固性的问题。当你有多个水源地方案的时候呢,未来扩大开采的前景条件呢,也是要考虑这个问题。因为随着你城市的人口逐渐增加,那么可能你这个水源地所产的水量不够用的,那这个时候要考虑它可能可以扩建。那么这是我们选择地下水源地的原则。

? ? ? ?2、地下水取水构筑物的类型和适用条件

那么具体来说,地下水的取水构筑物有哪些类型,以及他们有什么适用条件呢?通常呢我们地下水取水构筑物呢有管井、大口井、辐射井、复合井和水平渗渠等等。那么管井呢主要适合开采就是深层地下水,就是比较深的,你这地下水埋的比较深的。那么大口井呢通常广泛的用于来取含水层从厚度20米以内的浅层的地下水,大口井取的是较浅层的地下水。辐射井呢,可以用来汲取含水层厚度比较薄的浅层的地下水。它取的也是浅层地下水,但是呢它的这个,取的这个含水层呢较薄,不是很厚,那么它比这个大口井的效率呢要高一些,但是施工难度比较大。复合井呢,通常用于不同时来汲取上部的孔隙的浅水,以及下部的厚层基岩的高水位的承压水。那么也就是说复合井呢它具有双重特点,上层的水和下层的水,它都能取得到。渗渠,主要用于取这个地下水埋深小于2米的,这个浅层的地下水。或者是有一些季节性的,这个地下水。那么这种情况呢,在我的东北啊、西北地区啊应用是比较多的。那么接下来呢咱们就一个一个来看,这些构筑物它都有哪些组成,它的施工是如何的。

1)管井

首先咱们看一下管井。通常管井呢,也称为机井,那么它是地下水取水构筑物当中应用最广泛的一种,那么适合于任何的岩性与地层的结构。那么按照它这个管井的过滤器的能否穿过了整个含水层,我们可以将管井分为完整井和非完整井。那么通常管井的组成有哪些呢?就井室,然后井壁管、过滤器以及沉淀管来组成的。

管井在实际取水过程当中,往往不是一个在做着。而是通过井群系统来完成的。那么具体来说,井群系统呢,按照取水的方法和给水的方式呢,又可以分为自流井井群、虹吸式井群,卧式泵取水井群和深井泵取水井群。

那么对管井来说,在施工过程当中呢一般包括这个凿井啊,井管安装啊,填砾呀,然后这个管外的封闭呀,最后洗井,然后再最后呢再抽一下水试验一下,抽水试验,那么这些过程。这是管井的基本的组成,然后以及它的分类,那么按照井群来说它是如何分,那么它的施工过程包括哪几个部分等等。

2)大口井

那么接下来呢咱们看一下第二种地下水取水构筑物,叫大口井。大口井刚才咱们讲了,主要适合于取浅层地下水。那么它主要的优点,咱们可以说大口井肯定是井的口径比较大,对吧,井径很大,因此呢它的给水的断面就非常的大,构造呢也相对比较简单,取材比较容易一些,使用年限呢也非常的长,容积也大,而且呢还能起到调序水量的这么一个作用。但是就因为它太大了,它也有缺点,它的缺点就是受到施工困难或者基建费用高等这些条件的限制,它的井口太大嘛,你往地下打,井口越大越不好打呀。所以他机件投资呀,成本啊可能会高一些。

那么大口井在具体的施工过程当中呢,我们有大开挖施工法和沉井施工法。大开挖施工法具体的意思就是说在开挖的基槽当中呢,进行这个井筒的砌筑或者是浇注及铺设这个反滤层。然后就是说你先开挖一个大的基槽,然后再做这个大口井。第二种方法呢叫沉井施工,沉井施工的意思就是说,你要建这个井的地方,井位这地方呢先开设挖基坑,先挖基坑,基坑挖好之后呢,在基坑上浇注带有刃脚的这个井筒,然后浇注井水筒。待你的井筒达到一定的强度之后,这个时候呢我再在这个井筒内呢挖土,使用这个井筒自重切土来下沉的这么一个方法,这是大口井的施工的方法。

3)复合井

第三种呢我们称之为复合井,那么复合井呢很明显,它就是说它是一个复合的,刚才咱们说的,它既能取上浅层水也能取深层水。那么它主要是由非完整式的大口井,它还有井底下设管井过滤器来组成。那么可以看出来,复合井主要是由大口井和管井组成的这么一个分层或分段取水的系统。主要适用什么条件呢?适用于地下水位比较高,厚度比较大的这个含水层的取水。通常在设计过程当中,这个过滤器的直径啊一般以这个两百到三百毫米为宜,过滤器的有效长度呢应该比管井的稍大点儿,过滤器呢最好不要超过三根。

4)辐射井

第四种地下水取水构筑物的形式,称之为辐射井。那么辐射井呢,它是由大口径的集水井以及若干沿着井壁向外呈辐射状的铺设的一些集水管,我们也称之为就是说你这样一个大的口,然后在井壁的旁边呢会呈辐射状,有好多的这个集水管。那么这个集水管呢,我们也可以称之为辐射管这么组成的这么一个井。一般呢当体这个地质条件不能采用大口井开采,然后你这个含水层的厚度的又不是很厚,不适合这个管井啊或者是这个,不适合管井或复合井,那么这种情况下,我们可能就要采用这个大口井、辐射井的方法。那么同样如果你这个辐射井呢,它对这个开发位于咸水上部的这个淡水透镜体呢,也比其他的这些取水构筑物更加适宜一些。

?它具有什么优点呢?那么辐射点的优点呢就是管理比较集中,占地比较省,便于卫生防护等等这些优点。那么它的缺点就是施工难度非常大,讲你是口径又大,然后到了底部呢,还有好多的这个给水管,还有好多的辐射管,因此呢它的施工难度是非常大的。施工技术啊,施工水平啊等等,直接影响着你这个井的出水量,也就是说考验的施工队的技术。

那么通常辐射井可以分为集水井井底和辐射管同时进水的。也就是说你的井的底部和辐射管是同时进水这种形式。或者是分为就是底部是封闭的,或是封起来的,仅靠那个辐射给水管来进水,那么这两种型式。也就是说那么辐射井的构造就是由集水井和辐射管两部分组成的。那么集水井的主要的作用是什么呢?是将辐射管的来水汇集到集水井内,并且呢在这个辐射井内部呢安装这个抽水的这个设备,对于这个不封底的集水井呢,就是刚才咱们讲的不是两种类型嘛,对于第一种类型呢,底部不封底的这种类型呢,它还兼具着取水井的这么一个作用,它还有取水的作用,因为它的水也可以从底部渗进来嘛,这是第一个组成,集水井。那么除此之外,对于辐射井来说,辐射管的作用非常的重要。辐射管的配制呢可以分为单层,也可以分为多层。一般每层呢是4到12根,这个层与层之间的间距呢为1到3米,也可以根据实际的含水的条件、补给条件来确定,那么这是辐射井的构造。

5)渗渠

最后咱们来看渗渠,渗渠呢通常可以分为好几种型式。第一种型式呢有完整式、非完整式,还有这个第二种是渗渠分集水管还有集水廊道的型式,那么这是渗取的型式。

那么在取水的过程当中,渗渠具有什么优点呢?渗渠呢是既可以截取浅层的地下水,也可以汲取什么呢?河床的地下水或者是地表的渗水。虽然它可以取地下水,其实呢地表过来的渗透的水呢,它也是可以取。除此之外,渗渠的水呢经过这个地层的渗滤作用呢,它的这个悬浮物啊或者一些细菌的含量呢非常的少,而且呢它的水质就相对的比较好一些。它的硬化呀和矿化度呢就比较低一点儿,这是第二个优点。那么第三个优点就是渗渠呢可以满足我们北方山区的季节性河段的全年取水的要求。但渗渠有什么缺点呢?就是首先它的缺点就是施工条件比较复杂,造价高,而且它容易瘀塞,可能会产生一些报废的现象。所以说渗渠的应用呢,通常是比较受限的。

那么具体在什么地方可以来用渗渠呢?第一个就应该选在这个水流比较急的情况下,它有一定的冲刷能力,这种直线的或者是凹岸的非瘀积的河段,并且尽量的来靠近主流。这个选择的特点呢就是为了尽量不要为了瘀泥,刚才咱们说渗渠的特点,就是容易瘀堵。那么第二个呢是选在这个含水层较厚、颗粒比较粗,然后不含瘀泥等等,这种不透水的夹层内可以选择渗渠,可以做渗渠。第三呢可以选在河水清澈,水位变化小,河床比较稳定的这么一些河段里边做渗渠。渗渠的平面布置呢,可以有平行于河道的,河流的布置方法,也可以垂直于河流布置。那么还有呢就是你既可以平流和垂直呢同步用,就是组合的。就是平行和垂直河流组合布置这么一个方法。垂直河流段呢又短于平行河流段,两者的夹角呢不小于120度。

那么以上呢,咱们就对地下水取水的构筑物以及它的条件呢,做了一下介绍。说通常怎么说的管井、大口井、辐射井,复合井,还有这个渗渠等等,这一些构筑物他们的使用的条件,然后他们的组成啊,他们的施工方法,选择的位置做了一下简单的介绍。

? ? ? ?(二)地表水的开发与利用

?那么刚才咱们说了,狭义上的来说水资源可以分为地下水和地表水,刚才呢咱们只讲了这个地下水的水资源的开发,以及对它的利用。那么接下来呢,咱们就看一下地表水的开发以及利用。

? ? ? ?1、地表水取水位置的选择

那么首先说一下地表水如果作为水源,取水点的位置应该坐在哪,应该选择在什么位置呢?首先取水点应该设在具有稳定河床、靠近主流和有足够水深的这么一个地段。对于不同类型的河流,我们的取水位置呢可以这样选择。比如说对顺直的河段来说,取水点应该选在主流的、靠近岸边、河床的比较稳定、水深比较大,流速比较快的这么一个地段。通常呢也就是河流相对来说比较窄的地方,不宜于就是在这瘀积,有泥沙瘀积的地方。这是对顺直河段来说。

如果你这个河是弯曲的,会怎么选呢?弯曲的河段,由于弯曲河段的凹岸呢是泥沙不宜瘀积,水质呢相对比较好。因此呢它的主流呢,是比较好的这个取水的地段。但是呢取水点应避开这个凹岸主流顶冲点,就说你那个凹的那个点要避开它,要在哪个地方设呢?要在你这个顶冲点的下游的15到20米,当然也可设在凸岸的这个偏上游的地方。这是对弯曲河段里说,它的取水点的布置。

那么对于游荡型的河段,那么也就是说要结合什么情况?结合你的河床、地形、地质的条件,然后将取水口布置在你的主流线密集的这么一个河段上,必要的时候呢需要对河道进行适当的整治,来保证你的取水河段的稳定性。

第四个,如果是这个河段有边滩或者有沙洲,这种情况下我们的取水点的布置呢,应该设在上游距离沙洲或者是边滩500米以上的地方。第五个点,第五种河段呢,比如说有支流汇入,有支流汇入的情况下,这个河段我们的取水口的布置呀,应该离开支流的入口处,至少离开它的上下游呢都要有一定的距离。那么通常呢,要设在这个汇入口的干流的上游河段处,就不要设在下游,因为怕那的支管呀支流汇入的时候呢,可能会带来一定的污染。因此呢,我们通常会把这个点选在支流汇入的上游,这是针对不同的这个类型的河流、河段,那么它可以适宜的相应的取水的位置。那么也就是说,总体来说,取水点应该设在具有稳定河床、靠近主流,且有足够水深的地段。

?那么第二个原则呢就是取水点应该设置在水质比较好的地段。那么具体的要求是这样的,供我们生活用水的取水构筑物,应该设在你的城市和工企业区的上游,距离城市的排污口上游100米远,然后应该建立防护的这个,卫生防护的地带,因为我们城市在用的过程当中,我们会有污染处理厂的排放口,或者说工业企业排放口,因此呢我们取水点应该远离这些位置。第二个点呢就是我们的取水点,应该避开河流当中的回流区和死水区,以减少水中的一些泥沙、颗粒物进入到我们的这个取水构筑物当中去,并且呢可能会堵塞我们的取水口。第三呢就是在沿海的地区,当你受这个潮汐的影响比较严重的时候呢,我们还应该考虑海水可能会对河水造成的影响。因为总体来说呢,我们的取水点应该尽量设置在水质较好的地段,这是第二个原则。

那么第三个原则呢,取水点应该设在稳定的河床及岸边,有比较好的工程的地质条件,并且呢有较好的地形和施工的条件的地方。这是第三个要求。第四个要求呢,就是取水点应该尽量的靠近主要的用水区,这主要是从经济投资成本来说的。如果你离着主要用水区特别远,那我们的运输成本太贵。第五个要求是取水点应该避开人工构筑物和天然障碍物的影响。

第六个要求呢,就是取水点应尽可能的不受泥沙飘浮物冰凌、冰絮、支流和咸潮等等这些影响。那么也就是说冬天如果你是河流,室外的河流,那么这个时候可能会有冰凌的影响,有一些北方城市会有冰凌的影响。那么应该考虑这个冰凌的影响。

第七个要求呢就是取水点的位置,应该与河流综合利用相适应。不要妨碍什么呀?本身你这个河流可能有通航的功能,那你给你建了一个取水的构筑物在这,人家这个河流就不能通航了,那肯定是不行的,因此呢取水的位置应该考虑河流的其他的功能,不要妨碍河流的航运、排洪,应该符合河道、湖泊、水库的整治规划的要求,这是第七个原则。

第八个原则呢就是供我们生活饮用水的地表水取水构筑物呀,应该位于这个城镇和工业企业区上游的清洁河段。也就是说如果你是咱们供,供咱们生活来用的取水构筑物的设置,仅仅的是放在这个城市和这个工业企业的上游是不行的,还要尽量选取上游清洁的河段。这是对地表水取水位置的选择,具有的一些要求,应该遵循的一些要求。

? ? ? ?2、地表水取水构筑物的类型和适用条件

那么具体来说,地表水取水构筑物的类型呢,有这么四种。第一种呢为岸边式取水构筑物。第二种呢为斗槽式取水构筑物。第三种呢是固定式取水构筑物。第四种是活动式取水构筑物。接下来咱们就一个一个来看,这些取水构筑物的特点。

1)岸边式取水构筑物

首先要看一下岸边式取水构筑物。那么岸边式取水构筑物的意思呢,就是直接从江河的岸边取水的构筑物,那么通常它会有进水间和泵房组成。适合于在我们的江河岸边比较陡,主流呢又比较靠近岸边,水质和地质条件都非常的好,水位的变幅呢不是很大的这么一种河流。

那么按照这个集水井和泵房是不是合建的情况呢,我们可以分为合建式和分建式的。那么具体来说,集水井通常会有这个进水间、隔网和吸水间三部分组成,是一个重要的取水设施。进水间上呢要设进水孔,要不然你进不来呀,一般这个进水孔呢会设置在前臂。孔上呢还得设置格栅,来拦截一些粗大的漂浮物或者鱼类,别鱼也跟着进来的话,那你这个,把你的泵给堵了对吧。那么进水间跟吸进间之间呢,通常会用纵向的隔墙来分开。在分隔墙上呢,来设置平板的这个隔网,然后拦截水中的细小的这个漂浮物。

那么采用旋转式网时候呢,然后应该在进水间和吸水间之间呢,设置这个隔网室,水流呢可以通过这个格栅的进水孔,就装有格栅的进水孔,进入到集水井的这个进水间。然后呢通过这个隔网再进入到吸水间,然后再由水泵来抽走。

那么刚才咱们说岸边是取水构筑物,通常会有这个两种,会根据它与泵房的这个是否合建,那么可以有合建式岸边取水构筑物和分建式岸边取水构筑物。那么合建式岸边取水构筑物呢,是将集水井和泵房合建在一起。那么它特点呢就是布局比较紧凑,总的建筑面积比较少,吸水管路呢比较短,运行安全,维护方便。但是呢由于我这个河建的嘛,土建施工结构就稍微复杂一点,适用于咱们河岸的坡度比较陡啊,岸边的水流比较深,地质条件还比较好,水位、变幅、流速较大的这种情况,采用这种形式。

那么分建式的岸边取水构筑物呢,是当你的河岸处地质条件非常的差,实在是不适合两个合建,那么这种情况下我们集水井跟泵房呢就会分建。分建,泵房呢建在哪呢?离开岸边,建在地质条件比较好的地方。那么但是呢,你的集水间呢还是在岸边,这样呢就会造成了我们水泵的吸水管的管路呢就比较长,就会增加整个的这个吸水过程的吸水的水头损失,那么维护起来呢也不是很方便,运行起来呢安全性能也比较差,这是第一种岸边式取水构筑物,那么通常有合建式和分建式两种。那么合建式、分建式呢,是根据水泵和泵房和集水间它们是否合建来区分的。

2)斗槽式取水构筑物

那么第二种地表水取水构筑物呢我们叫斗槽式取水构筑物。斗槽式取水构筑物的类型呢,我们有这个可以按照这个水流的这个补给的方向,可以分为顺流式斗槽、逆流式斗槽,侧坝进水逆流式斗槽和双向式斗槽。那么为什么要设置这么多类型的斗槽呢?那是因为我们要取得一个水质比较好的水。

那么这几种斗槽分别用在什么表现下呢?顺流式斗槽呢,通常斗槽当中的水流的方向,要与河流的流向呢是基本一致的。它主要适用在你的河流含泥沙量比较高的情况下,但是冰凌呢并不严重的这种情况,你想如果你河流泥沙比较多,我们肯定如果不顺流的话,它都搅起来了,然后说水质肯定是差嘛。

那么第二种呢叫做逆流式斗槽。逆流式斗槽呢,水流的方向呢与河流的流向呢是相反的。这种情况下呢,是适用于这个冰凌比较,情况比较严重,含泥沙量相对比较少的这么一个河流。

第三种呢叫侧坝进水逆流式斗槽。也就是说在逆流式斗槽的这个渠道的进口端呢,建两个斜向的堤坝,来伸向河心。然后呢适用于这个含泥沙量比较高的情况下。

第四种叫双向式斗槽,既然是双向式,很明显那也就是逆流式和顺流式都涵盖了。因此呢,它是一种组合形式,兼具逆流式和顺流式的特点。这种形式的斗槽呢,适用于冰凌也很严重,含泥沙量也非常高这么一种河流。

因此呢我们可以通过这几张图可以看一下,A这张图呢称之为顺流式斗槽,那么你的取水的这个,取水的这个水流方向呢,斗槽内的水流方向和河流的方向是一致的。B这个呢是取水的水流方向和河流的这个流向呢是相反的。而这个侧址进水逆流式斗槽呢,它是在这个逆流式斗槽区道的进口端这个地方,建了两个斜向的这个堤坝。然后D呢是双向的,我们可以看出来,它兼具两者的特点,可以根据适当的情况呢,然后可以两边都可以进水,为了改进你这个冰凌也严重,然后这个泥沙也严重的这种情况。

那么具体来说,斗槽的型式呢我们也可以来分。按照斗槽深入到河岸的程度呢,我们斗槽呢可以分为以下几个型式。那么第一个型式呢是斗槽全部设置在河床内部,那么主要适用于你的河岸比较陡,或者是主流远离河岸较远,以及岸边的水深不是很足的这么一种情况,设在河床内直接就把斗槽设在河床内。那么第二种情况呢,是斗槽全部设置在河岸内,那么这种情况呢,适用于你这河岸比较平缓,河床的宽度也不是很大,主流呢比较靠近岸边,或者是岸边的水深比较大的河流。那么第三种呢是斗槽部分伸入河床的情况。也就是说那么它的特点呢,就是兼具了以上两种的这个特点。

那么我们看一看这两张图,这个A图呢就是我们的斗槽呢,全部设在了河岸内,可以看出来A图这张图呢,我们从这就可以看出来,那么岸边的水深不足,河岸比较陡的这么一些情况。那么B图呢就是部分斗槽呢,深入到了这个河床的斗槽。部分伸进来了,那么它可能既适用于你这个两者,如果你既不能全部设置在河床内,也不满足全部设置在河岸内,那么你现在这种情况呢就用这个斗槽部分深入河床的型式。好,这指第二种地表取水构筑物叫斗槽式取水构筑物。

3)固定式取水构筑物

那么第三种地表取水构筑物呢。我们称之为固定式取水构筑物。固定式取水构筑物,一般可以包括集水井、泵房、取水头部还有进水管等等这些组成。那么接下来呢咱们就一个一个来看它的组成。

首先说集水井,那么集水井呢,可以有集水井平台、进水间、进水孔等等这些组成。那我们来首先看一下集水井平台。取水构筑物的集水井平台,应该设置在操作的闸阀启闭设备和格栅、格网起吊设备,应该便于操作,这些东西都便于操作的地方。必要时呢还应该设置这个清除泥沙的这些设施。集水井呢可以有半淹没式和非淹没式向种。

那么第二个呢进水间,进水间呢一般呢可以用隔墙来分隔成独立工作的若干个分格。那么其中它的分格数呢应该按照水泵的台数和水更的容量,以及格网的类型来确定。一般呢,分格数不应该少于两格。

那么第三个进水孔,在取水构筑物的进水孔,应该设置格栅。格栅条的净间距呢,应该根据取水量的大小,是否河流含有冰絮和漂浮物等等这些情况来确定。那么小型的取水构筑物呢可以取30到50毫米,大中型的呢可以取80到120毫米。这是进水孔。

那么具体设计格栅的作用呢,是为了防冰的措施。在北方啊有一些冰冻的河流上面取水的话,为了你防止进水孔的格栅被堵塞,那么我们可能要对格栅呢设置一些防冰的措施,比如说我们降低进水孔的流速,对格栅设置成加热型的格栅,利用这个废热水或者一些其他的方法,比如说我对格栅上形成的这个冰絮进行机械清除,反冲,然后对这个进水孔设这个挡冰的木排等等,主要的目的啊就是为了防止格栅结冰,而导致这个吸不进来水,进不来水。??

最后呢还要注意集水井的排泥和冲洗,因为时间一长,集水井里边可能会有一些泥沙沉积,那么要注意它的排泥以及这个冲洗。

那么在固定式取水构筑物当中呢,一般我们还包括这个取水泵房,那么取水泵房呢我们也称之为一级泵房或者叫水源泵房,它可以跟集水井,出水的闸门井等等合建或者分建,取水泵房常常建的很深,应该来保证什么呢?保证枯水位时候呢还水泵呢还能够正常的吸水。而洪水位的时候呢又不至于被淹了。那么取水泵房的这个平面的形状呢,你可以有矩形的,有圆形的,也有椭圆形的。其中泵的设计台数呀一般可以采用这个三到四台,包括备用泵。那么除了之外,除了水泵机组之外呢,还应该有变配电、控制、采暖通风、排水啊起重等等这些附属设施。

取水泵房的高程的设计,也是非常重要的一个部分。当你的泵房在渠道边岸的时候,是设计的最高水位再加0.5米。当泵房在江河边的时候呢,为设计的最高水位再加上浪高再加上0.5米。那么当泵房在湖泊或者水库,或者海边的时候呢,也是为设计的最高水位加浪高,再加0.5米。也就是说整体来说,要保证枯水位能取到水,洪水位的时候不要被淹,这是第二个组成。

第三个组成进水管,通常呢固定式取水构筑物的进水管有两种,有自流管和虹吸管。那么所谓自流管呢就是我不需要给它动力,它靠水的重力自动流下来。自流管一般采用钢管、铸铁管或者是钢筋混凝土管。自流管管顶呢应该在河床冲刷深度以下的0.25到0.3米。虹吸管呢一般采用钢管,为了保证什么呢?保证密封,不漏气。虹吸管的进水端应该设计在最低水位下的淹没深度呢,不应该小于0.1米。出水端呢应该伸入集水井的最低动水位以下1米。??这以上呢咱们就对这个固定式的取水构筑物做了一个介绍。

4)活动式取水构筑物

那么最后一种地表水的取水构筑物呢,为活动式取水构筑物。活动式取水构筑物,是在当修建固定式取水构筑物有困难的时候呢,这个时候呢我们才采用活动式的取水构筑物。比如说水流不稳定,河势比较复杂的河流上取水。或者是修建固定式的时候,可能投资成本太高,那么这种情况下,我们可以考虑呢采用活动式取水构筑物。

活动式取水构筑为可以分为两种,第一种呢为缆车式取水构筑物。第二种呢为浮船式取水构筑物。那么缆车式呢,我们就不重点介绍。因为就是通过索道把这水取上来。

那么浮船式是通常用的一种方法。浮船式取水构筑物,是由浮船、锚固设备,还有连络管以及输水斜管等部分组成的。那么它的适用条件呢,主要适用在河流的水位变幅在10到40米,或者是更大的情况下,水位变化速度不大于2米每小时,取水点有足够的水深,河道的水流平稳。流速、风浪比较小,停泊船的条件也比较好,河床也比较稳定的情况下来用它。

那么它主要的优点就是,浮船式取水构筑物的特点呢,就是没有水下工程,全都在水上。投资比较省,上马比较快,有较高的适应性。但它的缺点就是什么呢?因为你是用的船,那么船体呢就会风浪,受风浪的影响比较大,操作管理就可能会造成不便,安全性能呢比较差。那么这也就是咱们介绍的这个地表水取水构筑物的介绍。那么其中含了这个岸边式取水构筑物,斗槽式取水构筑物,然后固定式取水构筑物,以及活动式取水构筑物。好,今天就到这。

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