含水层的渗透系数

各种地层的影响半径R值
地层 粉砂 细砂 中砂 粗砂 极粗的砂 小砾石 中砾石 粗砾石 地层颗粒 粒径(mm) 0.05～0.1 0.1～0.25 0.25～0.5 0.5～1.0 1～ 2 2～ 3 3～ 5 5～10 所占重量 (%) 70以下 ＞70 ＞50 ＞50 ＞50 影响半径R (m) 25～50 50～100 100～300 300～400 400～500 500～600 600～1500 1500～3000
地下水取水构筑物分类 ①.管井 井管从地面打到含 水层，抽取地下水的井；
②.大口井——由人工开挖或沉井法施工，设 置井筒，以截取浅层地下水的构筑物；
③.渗渠——壁上开孔，以集取浅层地下水的水 平管渠； ④.泉室——集取泉水的构筑物。
地下水取水构筑物的适用条件： ①.管井适用于含水层厚度大于5米， 其底板埋藏深度大于15米； ②.大口井适用于含水层厚度在5米左 右，其底板埋藏深度小于15米； ③.渗渠仅适用于含水层厚度小于5米， 渠底埋藏深度小于6米； ④.泉室适用于有泉水露头，且覆盖 层厚度小于5米。
地层 粉砂 细砂 中砂 粗砂 极粗的砂 砾石夹砂 带粗砂的砾石 漂砾石 地层颗粒 粒径(mm) 0.05～0.1 0.1～0.25 0.25～0.5 0.5～1.0 1～ 2 所占重量 (%) 70以下 ＞70 ＞50 ＞50 ＞50 渗透系数K (m/d) 1～ 5 5～10 10～25 25～50 50～100 75～150 100～200 200～500
压缩空气洗井 将压缩空气以很高的 速度呈涡旋形向井壁喷射，借助水气混合 的冲力破坏泥浆壁，压缩空气与水汇合上 升时，可以形成很大的水位降，使地下水 形成很大的流速，增大对泥浆和泥皮的冲 击力。 优点：效率高、洗井比较彻底； 确定：洗井携走的砂粒较多，对砂层 有一定破坏作用，不适合砂粒较细的含水 层。
物探测井 井孔打成后，还需了解掌握地层结 构，含水层与隔水层的深度、厚度，地 下水的矿化度(总合盐量)和咸、淡水分 界面，为井管安装、填砾和粘土封闭提 供可靠资料。 取水工程通常采用电法勘探测井， 其基本原理是：不同地层的导电性能差 异很大，利用电测仪器测得反映各地层 导电性能的物理参数，就可以反推各地 层的性质。
管井出水量减少原因及处理措施
过滤器进水口尺寸不当、缠丝或滤网腐 蚀破裂、接头不严或管壁断裂等造成砂 粒流入而堵塞 过滤器表面及周围填砾、含水层被细小 泥沙堵塞 过滤器表面及周围填砾、含水层被腐蚀 胶结物和地下水中析出的盐类沉淀物堵 塞 细菌等微生物繁殖造成堵塞 区域性地下水位下降 含水层中地下水流失 更换过滤器、修补 或封闭漏砂部位 用钢丝刷、活塞法、 真空法洗井 18％～35％工业 盐酸清洗 氯化法或酸洗法 回灌补充、降低抽 水设备安装高度 隔断
铸铁管18％～25％； 钢筋混凝土管10％～15％； 塑料管10％。
管井施工步骤
钻凿井孔 物探测井 冲孔换浆
粘土封闭
围填砾料
井管安装
洗
井
抽水试验
管井验收
钻凿井孔
冲击钻进法：利用钻头对地层的冲 击力钻凿井孔；仅适用于松散岩层；机 械设备简单；效率低、速度慢。 回转钻进法：包括一般回转钻进、 反循环回转钻进和岩心回转钻进。利用 钻头旋转对地层的切削、挤压、研磨破 碎作用钻凿井孔；既适用于松散岩层， 也适用于基岩；机械设备较复杂；效率 高、速度快。
管井使用注意事项： ① 抽水设备的出水量应小于管井的出水 能力，过滤器表面进水流速小于允许进水 流速； ② 建立管井使用卡，逐日按时记录井的 出水量、水位、出水压力等信息； ③ 机泵应定期检修，管井要及时清理沉 淀物，必要时进行洗井； ④ 季节性供水的管井，停运期间应定期 抽水，以防电机受潮和井管腐蚀与沉积； ⑤ 管井周围应按卫生防护要求，保持良 好的卫生环境和进行绿化。
增加管井出水量的措施： 真空井法 将管井的全部或部分封 闭，抽水时使管井处于负压状态，增大 水位落差。 爆破法 将雷管和炸药装在专用的 爆破器内，对孔隙、裂隙、溶洞发育不 全的坚硬裂隙岩含水层进行爆破。 酸洗法 对石灰岩含水层的管井采 用注酸的方法增大或贯通裂隙和溶洞。
12.3
管井的设计与水力计算
抽水试验
目的：测定管井的出水量，了解出 水量与水位降落的关系，为选择、安装 抽水设备提供依据；取样进行分析，评 价管井水质。 方法步骤：记录静水位，开启抽水 设备，使抽水量达到设计出水量，动水 位稳定后记录水位降落值，绘制出水量 与水位降落关系曲线。
管井验收资料
① 管井施工说明书：管井地质柱状 图，过滤器和填砾规格，井位的座标及 井口的绝对标高，抽水试验记录，水的 化学及细菌分析资料，过滤器安装、填 砾、外围封闭施工记录； ② 管井使用说明书：最大开采量和 选用抽水设备的型号规格，使用维护注 意事项； ③ 钻进中的岩样：名称、厚度、埋 藏深度。
填砾和粘土封闭 填砾应以坚实、圆滑砾石为主，并 应按设计要求的粒径进行筛选。填砾过 程要均匀、连续，避免堵塞。 砾料填完后、一定要计算所填砾料 的总体积，一般情况下，围填砾料的总 体积应等于或大于井管与孔壁之间环形 空间的体积。 粘土封闭一般采用球直径为25mm 的粘土球，围填过程同样要求均匀、连 续，填至井口时，应进行夯实。
过滤器应有足够的强度和良好的透 水性。 钢筋骨架过滤器：由短管、竖向钢 筋、支撑环构成；适用于裂隙岩、砂岩 或砾石含水层，或用作缠丝过滤器、包 网过滤器的骨架。 圆孔或条孔过滤器：在管壁上钻圆 孔或条孔加工而成；适用于砾石、卵石、 砂岩或裂隙含水层，亦可用作缠丝过滤 器、包网过滤器的骨架。
缠丝过滤器：在钢筋骨架过滤器、 圆孔或条孔过滤器外缠绕2～3mm的镀锌 铁丝构成；适用于粗砂、砾石和卵石含 水层。 包网过滤器：在钢筋骨架过滤器、 圆孔或条孔过滤器外缠绕0.2～1.0mm 的滤网构成；适用于粗砂、砾石和卵石 含水层。
活塞洗井 是用安装在钻杆上活塞 在井壁管内上下拉动，借助真空抽吸作 用和压缩作用，在过滤器周围形成反复 冲洗的水流，以破坏泥浆壁，清除含水 层中残留的泥浆颗粒。 优点：洗井强度大，洗井彻底，洗 井效果良好，对本身颗粒细、台泥质较 多的含水层，能较彻底地清除含水层中 的泥质，明显增大山水量； 缺点：由于机械强度大，易破坏井 管。
填砾过滤器：在各类过滤器的外 围填符合一定级配的砾石构成。 填砾粒径与含水层粒径比：
D50 6~8 d 50
填砾层厚度可采用75～150mm；高 度应超过过滤器顶部8～10m。
过滤器进水孔眼数量多，进水性 能良好，但强度减小。 过滤器的孔隙率取决于管材的强 度，各种管材允许孔隙率为：
钢管30％～35％；
H h h0 m
Q
2Km S0 2.73Km S0 ln R ln r0 ln R ln r0
无压含水层完整井 Q s s0
R
H h h0
Q
K H 2 h02 1.37K 2HS0 S02
ln R ln r0 ln R ln r0
地层渗透系数K值
洗井
目的：消除井孔及周围含水层中的 泥浆和井壁上的泥浆壁，冲洗出含水层 中部分细小颗粒，形成天然反滤层。 方法：水泵洗井法、活塞洗井法、 压缩空气洗井法、联合洗井法。
要求：中、细砂地层出水含砂量在 1/200000以下，粗砂地层出水含砂量在 1/500000以下。
水泵洗井 安装实际使用的水泵抽 水，使水位降深达到水泵所能达到的最 大值，从而达到洗井的目的。 优点：简便，洗井和生产相结合， 可不另设置洗井没备； 缺点：水位降深有一定限度，地下 水水力坡度较小，冲洗力较小，洗井时 间长，当含水层含泥浆量较大、泥皮较 厚时，可能造成洗井不彻底。 适合于含水层本身水流较通畅、含 泥浆量小、泥皮薄而软的情况。
第12章 地下水取水构筑物
12.1 地下水源概述和取水构筑物分类
卵石层、砂层和石灰岩层等组织松散， 具有众多相互连通的孔隙，透水性能较好， 水能在其中流动的岩层叫透水层，透水层又 叫含水层。 粘土和花岗岩等结构紧密，透水性极差 甚至不透水的岩层叫不透水层，不透水层也 称隔水层。
地下水分类：
埋藏在地面下第一个隔水层上的地下水叫潜水； 两个不透水层间的地下水叫层间水；具有自由 水面的层间水称无压地下水；承受有压力的层间水 称承压地下水； 在自身压力作用下从某一出口涌出的地下水叫 泉水。
12.2 管井构造、施工和管理
管井直径一般在50～1000mm， 深度一般在200米以内，通常由井室、 井壁管、过滤器、沉淀管组成。 井室：用以安装各种设备，采光、 采暖、通风，防水； 井壁管：加固井壁，隔离水质不 良或水头较低的含水层； 过滤器：集水，保持填砾与含水 层的稳定，防止漏砂及堵塞； 沉淀管：沉淀进入管井的砂粒。
回转钻进过程：钻机的动力通过传 动装置使转盘旋转，带动主钻杆旋转， 主钻杆接钻杆，钻杆接钻头，从而使钻 头旋转切削地层。当钻进—个主钻杆深 度后，由钻机的卷扬机提起钻具，将钻 杆用卡盘卡在井口，取下主钻杆，接一 根钻杆，再接上主钻杆，继续钻进，如 此反复进行，直至设计井深。
钻头过程中，高压泥浆泵把用粘土 调制成的含砂量极低的泥浆经胶管、提 引龙头、钻杆腹腔向下喷射至工作面， 起到冷却钻头、润滑钻具的作用，同时 将被切削下来的岩土碎屑混合在一起， 沿着井孔与钻杆之间的环形空间上升至 地面，流入泥浆池。 地层被钻成井孔后，破坏了原始应 力平衡状态，在侧压力作用下可导致井 壁坍塌，因钻进中泥浆始终灌满井孔， 比重较大，可平衡地层侧压力、防止井 壁坍塌。
井管安装 井管安装的顺序为沉淀管－过滤器 －井壁管，下管前应根据凿井和电测井 资料，确定过滤器的长度和安装位置。 井管安装必须保证井管顺直，接口 牢固，过滤器安装到位。 下管一般有两种方法：托盘法和吊 装法。前者适用于重量大、井管拉力小 的管材，如钢筋混凝土管；后者适用于 拉力大、重量相对轻的管材，如钢管、 铸铁管、塑料管。
井室结构： 深井泵房——泵体和扬水管安装在管 井内，泵座和电动机安装在井室内； 深井潜水泵房——水泵和电动机安装 在管井内，控制设备安装在井室内； 卧式泵房——水泵和电动机安装在井 室内； 地面式——便于维护管理，防水、防 潮、通风、采光条件好； 地下式——便于总体规划，噪声小， 防冻条件好。
井壁管应有足够的强度，内壁平整 光滑，轴线不弯曲，便于设备安装和管 井清洗；可采用钢管、铸铁管、钢筋混 凝土管。 钢管可用于任意井深的管井；铸铁 管适用于井深小于250m的管井；钢筋混 凝土管适用于井深小于150m的管井。 井壁管内径应比水泵设备的外径大 100mm。 分段钻进法与不分段钻进法的井壁 管构造有所不同。
目的：在已知水文地质等参数的条件 下，通过计算确定管井在最大允许水位降 落时的可能出水量；或在给定的管井出水 量下可能产生的水位降落。 理论公式：方法简单，计算结果精度 较差，适用于水源选择、方案拟定和初步 设计。 经验公式：计算结果接近实际，用于 施工图设计。
理论公式
承压含水层完整井
Q
s s0
R
一般回转钻进 挂钩 胶管
反循环回转钻进 挂钩
胶管 钻盘 钻盘
泥浆泵
泥浆泵
泥浆池
钻杆
泥浆池
钻杆
钻头
钻头
在基岩地层中钻井，不能使用钻进 松散地层的钻头，必须使用岩心钻头。 岩心钻头依靠镶焊在钻头上的硬合金切 削岩层，将沿井壁的岩石切削粉碎，但 不削碎中间部分，因此仍有较高的钻进 速度。随着钻头的钻进，中间部分就成 为圆柱状的岩心。岩心可供观察分析wenku.baidu.com 石的矿物成分、结构构造以及地层的地 质构造等用。岩心钻进不能连续进行， 效率较低。
反循环回转钻进方式的泥浆循环运 动方向与正循环钻进相反，携带岩土碎 屑的泥浆沿钻杆腹腔或吸泥胶管的上升 流速不变，能较好地保证岩土碎屑的清 除。在井径变动较大，这种钻进方式清 除岩土碎屑的能力比正循环钻进要高， 进尺速度要快。缺点是由于泥浆的回流 仅靠泥浆泵的真空吸力作用，因此钻进 深度有限，只适用于打浅井。同时，因 泥浆中央带有大量的者土碎屑，易产生 堵塞现象。
冲孔换浆 井孔打成后，在井孔中仍充满着泥 浆，泥浆调度较大，含有大量泥质，无 法安装井管、填砾和粘土封闭，也会给 洗井带来困难。在下管前必须将井孔中 的泥浆换成清水。 将不带钻头的钻杆放入井底，用泥 浆泵吸取清水打入井中，将泥浆换出， 至井孔中全为清水力止。 清水护壁作用不如泥浆好，有可能 造成井壁局部坍塌，要尽量缩短冲孔时 间，换浆完毕立即下管。