青州市地下水類型及供水管井設(shè)計(jì)探討

王公遠(yuǎn)，王念理，冀春剛

（1.青州市抗旱服務(wù)站，山東 青州262500；2.青州市水利局，山東 青州262500）

1 青州市地下水開發(fā)現(xiàn)狀

青州市地處魯中山區(qū)和魯北山前平原洽接地帶，地勢(shì)西南高東北低。西南部是典型的石灰?guī)r低山丘陵區(qū)，水資源貧乏；市區(qū)北部的廣大地區(qū)屬山前平原或河谷平原，地面平坦，土地肥沃，約占青州市總面積的38.5%，地下水豐富，是青州市糧食和蔬菜的主產(chǎn)區(qū)，也是青州市各類中小型企業(yè)的聚集地，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)灌溉用水和中小型企業(yè)用水迅速增加。雖然近幾年經(jīng)過了小型農(nóng)田水利工程的改造，但灌溉方式依然落后，水資源浪費(fèi)還很嚴(yán)重。

青州市地表水嚴(yán)重缺乏，河流多屬雨源型季節(jié)性河流，汛期雨量集中，徑流量大、枯水期徑流很少，特別是冬、春兩季，河流干涸，不能用于灌溉。所以，供水管井提水仍然是當(dāng)前農(nóng)田水利灌溉和人畜吃水的唯一取水方式。

供水管井作為提取地下水的主要途徑和重要手段，如何在不同水文地質(zhì)條件下，合理做好供水管井設(shè)計(jì)，對(duì)合理開發(fā)利用地下水，提高成井率和管井使用壽命，減少浪費(fèi)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

由于前期對(duì)供水管井的建設(shè)缺乏設(shè)計(jì)要求，大部分打井隊(duì)特別是個(gè)體打井隊(duì)，在沒有供水管井設(shè)計(jì)或沒有專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)的情況下，不能嚴(yán)格按照機(jī)井施工規(guī)范施工，成井后常常出現(xiàn)水量小、水抽不清、涌砂、井口塌陷等一系列問題，致使機(jī)井報(bào)廢率高，使用壽命短，特別是在粉細(xì)砂含水層地區(qū)，機(jī)井的使用壽命僅2～3 年，甚至更短的情況，造成人力和物力的極大浪費(fèi)，給工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成很大損失。

為了提高成井率和成井質(zhì)量，多年來對(duì)青州市多種地下水類型及分布特征、對(duì)不同地下水類型的供水管井設(shè)計(jì)做了一些研究工作，本文僅就青州市第四系松散層地下水的特點(diǎn)和供水管井設(shè)計(jì)做些探討。

2 地下水的類型及分布特征

青州市北部第四系松散層地下水分為兩種類型，一是山前平原和河谷平原地層中的孔隙水，二是山前平原沖洪積層孔隙潛水或承壓水。

2.1 山前平原和河谷平原地層中的孔隙水

這種類型的地下水主要指彌河、石溝河、淄河中上游地段古河道堆積形成的第四系沖洪積扇、群中的地下水，含水層多為礫石、礫卵石、中粗砂層，含水層往往多層相互疊加，埋深不大，一般在20～80 m 不等，底部一般為相對(duì)隔水的第三系玄武巖或黏土巖地層，水力性質(zhì)多為潛水或微承壓水。因?yàn)橥杆院?，補(bǔ)給充足，所以出水量較大。主要分布于青州市城南及東壩至彌河小官莊一線；城北王母宮以西，東高村以南山前地段和山間溝谷地帶。

2.2 山前平原沖洪積層孔隙潛水或承壓水

山前平原沖洪積層為第四系松散巖類地層，含水層巖性主要是粉細(xì)砂、細(xì)砂、中粗砂層及少量砂礫石地層，埋深一般從幾十米到150 m 不等，往往有多層，水量豐富，水質(zhì)較好，底部一般為第三系黏土巖或玄武巖，主要分布在青州市的高柳鎮(zhèn)、何官鎮(zhèn)、東夏鎮(zhèn)等北部及西北部的廣大地區(qū)。這種類型的地下水廣泛分布于以上地區(qū)的第四系地層中，特別是古河道之中，由于古河道的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件不同，含水地層的特點(diǎn)又存在較大差異。青州市西北部的朱良——張高一線以西為淄河沖洪積扇，含水地層以粉細(xì)砂、中細(xì)砂為主，含少量砂礫石。朱良——張高一線以東地區(qū)為彌河沖洪積扇，含水地層以中粗砂、砂礫石為主。

3 地下水管井設(shè)計(jì)要點(diǎn)

松散巖層孔隙水供水管井應(yīng)該嚴(yán)格按照含水地層的類型和地層巖性特征進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：鉆井深度，井身結(jié)構(gòu)（開孔和終孔直徑），井壁管及濾水管的材質(zhì)和直徑，過濾器的種類、規(guī)格，安裝的位置及止水封井等。

根據(jù)青州市平原地區(qū)地層的地質(zhì)和水文地質(zhì)特點(diǎn)，松散層孔隙水管井設(shè)計(jì)應(yīng)以過濾器的設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，包括濾水管材質(zhì)，開孔形式、開孔率，濾網(wǎng)的使用，濾料的規(guī)格、配級(jí)和厚度，填礫的高度控制及止水的位置等。同時(shí)對(duì)洗井方式、方法，沉淀孔的深度等作出設(shè)計(jì)要求。

3.1 鉆井深度

松散層地下水管中的鉆井深度由含水層底板埋藏深度加沉淀孔的深度決定，一般在100～150 m 左右。

3.2 井身結(jié)構(gòu)

滿足井管外部直徑+安全填濾料厚度的要求，濾料的厚度按照含水地層的不同一般控制在75～150 mm。

3.3 井壁管

一般采用鋼管或鑄鐵管作為井壁管，也可以使用水泥管。井壁管的直徑取決于設(shè)計(jì)出水量大小和抽水設(shè)備的規(guī)格。農(nóng)用井設(shè)計(jì)出水量通常小于80 m3/h，一般采用200QJ 系列潛水泵，套管內(nèi)徑不低于250 mm；集中供水管井設(shè)計(jì)出水量通常大于100 m3/h，一般使用250QJ 或300QJ 系列潛水泵，套管內(nèi)徑一般控制在350 mm 以上。

3.4 過濾器

過濾器不單指濾水管形式，而是不同形式的濾水管、濾網(wǎng)和不同規(guī)格濾料及填礫厚度的組合。

1）濾水管。建議使用橋式濾水管，也可以使用纏絲濾水管。濾水管的長(zhǎng)度根據(jù)含水地層和設(shè)計(jì)出水量的具體情況確定，濾水管的開孔率一般不低于30%。濾水管的位置應(yīng)安裝在和含水層埋深相應(yīng)的位置，濾水管位置和井壁管的底部應(yīng)安裝扶正器，保證濾水管處于鉆孔的中心位置。

2）濾料的規(guī)格和厚度。濾料應(yīng)采用一定級(jí)配的礫石，一般情況下濾料的規(guī)格用濾料的平均直徑D50和含水砂層的平均粒徑d50的比值來確定，通長(zhǎng)采用粉砂地層D50/d50=20～35，細(xì)砂地層D50/d50=10～20，中粗砂地層D50/d50=7～10。D50/d50比值過小會(huì)降低機(jī)井的出水量，過大會(huì)造成井內(nèi)涌砂；濾料的厚度一般控制在75～150 mm，厚度過小，也會(huì)出現(xiàn)井內(nèi)涌砂現(xiàn)象，厚度過大也會(huì)影響機(jī)井的出水量。

實(shí)踐證明，在實(shí)際施工過程中，當(dāng)含水層為中粗砂或砂礫石地層時(shí)，填礫規(guī)格3～10 mm，填礫厚度不低于75 mm，實(shí)際施工過程中應(yīng)控制在100 mm 為宜；當(dāng)含水地層為細(xì)砂、粉細(xì)砂地層時(shí)，濾料規(guī)格宜使用2～5 mm 的砂礫，濾料厚度不低于100 mm，實(shí)際施工過程中應(yīng)控制在150 mm 為宜。

3）濾網(wǎng)的使用。對(duì)于中粗砂和礫石含水層不建議采用包網(wǎng)過濾器，因?yàn)榘W(wǎng)會(huì)造成過濾器有效孔隙率變小，進(jìn)水阻力大，使供水井的出水量減小，機(jī)井使用壽命縮短；對(duì)于粉砂及粉細(xì)砂含水層建議使用包網(wǎng)過濾器，濾網(wǎng)的使用可以明顯減少孔內(nèi)進(jìn)砂情況的發(fā)生，對(duì)提高成井率有利。

3.5 止水和封井

止水和封井取決于對(duì)水質(zhì)的要求。對(duì)于農(nóng)用灌溉井而言，只考慮井口的封閉即可，當(dāng)有不良含水地層（如青州市北部個(gè)別地區(qū)的高氟水層）和污染地層（如彌河沿線部分地區(qū)的淺部砂層地下水）時(shí)，應(yīng)通過測(cè)井確定其位置和厚度，并對(duì)其進(jìn)行封閉；對(duì)于飲用水井而言，成井過程中，除了對(duì)不良含水地層和污染地層進(jìn)行封閉外，盡量使用底部含水層的地下水。止水或封閉材料一般采用質(zhì)純的黏土球或黏土，井口的封閉也可以使用混凝土，井口止水長(zhǎng)度應(yīng)不低于5 m。

3.6 沉淀孔或沉淀管的長(zhǎng)度

沉淀孔（管）長(zhǎng)度，按孔深的5%～10%確定，一般為5～10 m 為宜，使用沉淀管時(shí)，其下端要安裝到井底。

3.7 洗井和抽水試驗(yàn)

洗井和抽水試驗(yàn)是成井工藝中的重要環(huán)節(jié)，一般情況下采用活塞洗井+空壓機(jī)洗井+潛水泵抽水的方法就能達(dá)到較好的洗井效果。對(duì)于以上方法效果不好的情況下，可以采用加多磷酸鹽溶液清除泥皮和二氧化碳洗井的辦法。抽水試驗(yàn)是配套合理提水設(shè)備的重要依據(jù)，施工中為了節(jié)省開支可以和洗井工作同時(shí)進(jìn)行。

4 結(jié) 語

綜上所述，青州市范圍內(nèi)第四系松散層地下水的類型和分布特征存在較大差異，供水管井的設(shè)計(jì)要針對(duì)具體地層具體對(duì)待。第四系含水層的巖性和粒徑大小不同，使用過濾器的種類、即濾水管的開口寬度，濾料的粒徑和填礫的厚度也不同。在粉砂及粉細(xì)砂含水層的供水管井成井過程中，杜絕使用礫徑大于5 mm 的礫石作為濾水材料的情況，在鉆井過程中，杜絕使用直徑小于設(shè)計(jì)鉆孔直徑的鉆頭，造成鉆孔直徑不夠、填礫厚度不足，抽不清水，井內(nèi)涌砂等影響供水井使用壽命和成井質(zhì)量的情況發(fā)生。

水管部門應(yīng)加強(qiáng)供水管井審批和施工督查管理，嚴(yán)格供水管井設(shè)計(jì)和供水井施工規(guī)范化管理，保證成井的質(zhì)量、延長(zhǎng)供水井使用壽命、減少浪費(fèi)。合理做好供水管井設(shè)計(jì)，對(duì)合理開發(fā)利用地下水，提高成井率和管井使用壽命，確保人畜吃水安全，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。