國(guó)家地下水站網(wǎng)建設(shè)中監(jiān)測(cè)井設(shè)計(jì)工藝及要點(diǎn)探析

趙永剛

(甘肅省水文水資源局，甘肅 蘭州 730000)

國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)站網(wǎng)建設(shè)工程是國(guó)家級(jí)社會(huì)公益性項(xiàng)目，全國(guó)各級(jí)水行政主管部門依法履行水資源統(tǒng)一管理及優(yōu)化配置職能、依法履行監(jiān)測(cè)、監(jiān)督防止地下水過量開采與污染及保護(hù)地質(zhì)環(huán)境職能的基礎(chǔ)工程。該項(xiàng)監(jiān)測(cè)工程的建設(shè)可有效地加強(qiáng)國(guó)家地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、監(jiān)督工程體系，是實(shí)施水資源合理配置與調(diào)度不可缺少的重要手段，是保護(hù)地質(zhì)環(huán)境、防治地下水環(huán)境問題、滿足國(guó)家各有關(guān)部門需求、及時(shí)提供地下水動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和信息服務(wù)的迫切要求，對(duì)支撐地下水可持續(xù)利用和國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。在新建監(jiān)測(cè)井方面，要充分考慮水文地質(zhì)單元、流域分布、地下水水源地、地下水誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害問題嚴(yán)重區(qū)以及南水北調(diào)等重大工程影響區(qū)的現(xiàn)狀，調(diào)整、優(yōu)化、完善國(guó)家地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)布局，擴(kuò)大已有的地下水監(jiān)測(cè)范圍，形成地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，建成地下水信息采集、傳輸、處理及決策支持系統(tǒng)，提高地下水監(jiān)測(cè)的水平和能力，在此過程中，要按照國(guó)家相關(guān)規(guī)定，嚴(yán)格遵守新建監(jiān)測(cè)井的設(shè)計(jì)工藝和依據(jù)，建成符合要求的監(jiān)測(cè)井網(wǎng)，為長(zhǎng)期合理開發(fā)利用地下水提供基礎(chǔ)支撐。

1 地下水監(jiān)測(cè)井類別及設(shè)計(jì)依據(jù)

1.1 監(jiān)測(cè)井類別及項(xiàng)目

按地下水埋藏條件和監(jiān)測(cè)層位不同，可分為潛水、承壓水兩類地下水監(jiān)測(cè)井；

按地下水賦存介質(zhì)類型，可分為孔隙水、裂隙水、巖溶水三類地下水監(jiān)測(cè)井；根據(jù)不同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目可分為水位監(jiān)測(cè)井、水溫監(jiān)測(cè)井、水質(zhì)監(jiān)測(cè)井，同一監(jiān)測(cè)井可同時(shí)開展多項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)

地下水監(jiān)測(cè)井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)按照以《地下水監(jiān)測(cè)站建設(shè)技術(shù)規(guī)范》(SL360-2006)及《國(guó)家級(jí)地下水監(jiān)測(cè)井建設(shè)規(guī)范》有關(guān)要求，并結(jié)合監(jiān)測(cè)工程項(xiàng)目的具體特點(diǎn)來進(jìn)行。通過對(duì)已有水文地質(zhì)基礎(chǔ)資料的分析研究，了解和掌握地下水監(jiān)測(cè)目標(biāo)含水層(組)的厚度、巖性特征、埋藏條件、多年地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律以及地下水水質(zhì)的腐蝕性能等方面情況，并以此作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

2 監(jiān)測(cè)井典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程擬施工建設(shè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)較多，分布范圍遍布全國(guó)主要平原、盆地與巖溶地層分布區(qū)。由于各地區(qū)地層巖性不同、地下水類型與含水層結(jié)構(gòu)不同，擬建監(jiān)測(cè)井孔的深度、穿越巖石的類型、揭露含水層的狀況差異很大，很難進(jìn)行一一闡述，按照監(jiān)測(cè)井結(jié)構(gòu)，將其概括為2大類6小類。地下水監(jiān)測(cè)井分類典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下。

2.1 松散巖類孔隙水監(jiān)測(cè)井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主要包括潛水監(jiān)測(cè)井典型設(shè)計(jì)、承壓水監(jiān)測(cè)井典型設(shè)計(jì)、一孔多層監(jiān)測(cè)井典型設(shè)計(jì)以及水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)井典型設(shè)計(jì)，此類監(jiān)測(cè)井設(shè)計(jì)主要適用于各平原、盆地、黃土臺(tái)塬區(qū)等松散巖類含水層廣泛分布的地區(qū)。

(1)潛水監(jiān)測(cè)井原則上開孔直徑不小于350 mm， 井管外徑146 mm鋼管，壁厚不小于6 mm，采用一徑到底的施工方式。

(2)承壓水監(jiān)測(cè)井原則上開孔直徑不小于350 mm，井管外徑146 mm鋼管，壁厚不小于6 mm，采用一徑到底的施工方式，此類設(shè)計(jì)主要適用于各平原區(qū)松散巖類承壓水監(jiān)測(cè)井。對(duì)于少數(shù)井深很大，施工難度較大的監(jiān)測(cè)井孔，可采用變徑的施工方式。

(3)一孔多層監(jiān)測(cè)井典型設(shè)計(jì)主要適用于同一地點(diǎn)需監(jiān)測(cè)多層含水層組的監(jiān)測(cè)井，對(duì)于深度大于100 m而具有多個(gè)含水層的地區(qū)，可以采用一孔多層結(jié)構(gòu)，以設(shè)計(jì)井深137 m的一孔四層井孔為例，開孔直徑為600 mm，井管直徑146 mm，采用裸眼無護(hù)壁管成井，由深到淺、自下朝上分層止水。

(4)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)井典型設(shè)計(jì)采用外徑200 mmPVC-U管，開孔井徑為450 mm，主要適用于濱海地區(qū)已產(chǎn)生海水入侵問題的區(qū)域，要求管徑具有一定抗腐蝕性，井口內(nèi)可以容納多個(gè)監(jiān)測(cè)探頭。

2.2 巖石地層監(jiān)測(cè)井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主要包括裸露型巖溶監(jiān)測(cè)井和隱伏巖溶監(jiān)測(cè)井兩類，此類監(jiān)測(cè)井主要適用于巖溶地層廣泛分布的地區(qū)。

(1)裸露型巖溶水監(jiān)測(cè)井典型設(shè)計(jì)采用外徑146 mm的鋼管，開孔井徑為350 mm，變徑后終孔井徑為108 mm，變徑后不下井管。

(2)隱伏巖溶水監(jiān)測(cè)井典型設(shè)計(jì)井管采用外徑146 mm的鋼管，開孔井徑為350 mm，變徑后終孔井徑為108 mm，變徑后不下井管，當(dāng)巖層發(fā)育較為破碎，鉆探過程可能發(fā)生塌孔情況時(shí)，也必須安裝井管。

3 成井工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容及要點(diǎn)

新建監(jiān)測(cè)井成井工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括鉆探井深設(shè)計(jì)、井孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、井管選擇、過濾器設(shè)計(jì)、充填濾料、封閉止水、巖土取樣分析、水樣采集分析、洗井和抽水試驗(yàn)等。

3.1 監(jiān)測(cè)井井深設(shè)計(jì)

(1)地下水監(jiān)測(cè)目標(biāo)含水層(組)為潛水，當(dāng)其厚度不大于30 m時(shí)，應(yīng)鑿穿整個(gè)含水層(組)；大于30 m時(shí)，應(yīng)鑿至多年最低水位以下10 m。

(2)地下水監(jiān)測(cè)目標(biāo)含水層(組)為承壓水，當(dāng)其厚度不大于10 m時(shí)，應(yīng)鑿穿整個(gè)含水層(組)；大于10 m時(shí)，應(yīng)鑿至該含水層(組)頂板以下不小于10 m。

3.2 監(jiān)測(cè)井井孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

開孔井徑應(yīng)根據(jù)井管管材和巖層性質(zhì)確定，本項(xiàng)目地下水監(jiān)測(cè)井使用鋼管的開孔直徑原則上采用350 mm，由松散層鉆進(jìn)至巖石層時(shí)可進(jìn)行變徑，根據(jù)巖石穩(wěn)定情況，確定是否安裝井管。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)井采用外徑200 mmPVC-U管，開孔直徑為450 mm。一孔多層監(jiān)測(cè)井，開孔直徑可根據(jù)監(jiān)測(cè)層數(shù)來確定。

3.3 井管選擇

監(jiān)測(cè)井管常用管材有PVC、PVC-U、混凝土管、鋼筋混凝土管、鑄鐵管和鋼管等，比較而言鋼管具有強(qiáng)度大、耐腐蝕、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，整體造價(jià)略高于其他管材，綜合考慮井管使用壽命和價(jià)格情況，本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)井井管主要采用外徑146 mm，壁厚5～6 mm的鋼管。若地下水水質(zhì)具有腐蝕性也可采用鋼筋混凝土管、PVC-U管等。

3.4 井壁管高出地面

井壁管應(yīng)高出監(jiān)測(cè)井附近地面0.3～0.5 m。

3.5 過濾管長(zhǎng)度設(shè)計(jì)

(1)監(jiān)測(cè)井鑿穿的地下水監(jiān)測(cè)目標(biāo)含水層宜全部安裝過濾管。

(2)潛水監(jiān)測(cè)井的過濾管底部的深度應(yīng)低于多年最低地下水位以下7 m。

3.6 過濾器設(shè)計(jì)

(1)當(dāng)?shù)叵滤O(jiān)測(cè)目標(biāo)含水層為基巖裂隙水和巖溶水時(shí)，過濾器采用骨架過濾器或纏絲過濾器，若巖層穩(wěn)定可不安裝過濾器。

(2)當(dāng)?shù)叵滤O(jiān)測(cè)目標(biāo)含水層為松散巖層孔隙水，過濾器所處位置的含水層巖性為中粗砂、礫石、卵石時(shí)，宜采用骨架過濾器或纏絲過濾器；過濾器所處位置的含水層巖性為細(xì)砂、粉細(xì)砂時(shí)，宜采用填礫過濾器。鋼管開孔率為25%～30%。(開孔率為井管開孔面積與相應(yīng)的井管表面積的比值，用百分比表示。)

3.7 沉淀管安裝

沉淀管應(yīng)安裝在監(jiān)測(cè)井底部，長(zhǎng)度不宜小于3 m，管底用鋼板焊接封死。

3.8 濾料填充厚度、粒徑要求及封閉止水

井管安裝后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行填礫，根據(jù)地下水監(jiān)測(cè)站所處位置和含水層情況選用不同粒徑和級(jí)配磨圓度較好的硅質(zhì)砂、礫石為主的濾料進(jìn)行填充，填礫厚度不小于75 mm。充填濾料應(yīng)填自濾水管底端以下不小于1 m處至濾水管頂端以上不小于3 m處。充填濾料頂端至井口井段的環(huán)狀間隙應(yīng)進(jìn)行封閉和止水，封閉和止水的材料宜選用粒徑為20～30 mm的半干狀黏土球。

3.9 土樣、水樣采集

(1)監(jiān)測(cè)井土樣采集要求：每鉆進(jìn)2～3 m，宜采集土樣1個(gè)，松散層每個(gè)巖土樣采集量不少于1 kg，基巖巖芯采取率應(yīng)不低于50%，保證探井揭露的各層土層，應(yīng)至少采集1個(gè)巖土樣。記錄各巖土樣的采集深度，進(jìn)行編號(hào)，并現(xiàn)場(chǎng)填寫“巖土樣采集單”。巖土樣應(yīng)密封、妥善保存，并根據(jù)規(guī)范要求定名。

(2)抽水試驗(yàn)結(jié)束前，應(yīng)完成水樣采集，并進(jìn)行水質(zhì)分析，化驗(yàn)項(xiàng)目為Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-、總硬度、pH值等18項(xiàng)。

3.10 洗井和抽水試驗(yàn)

新建監(jiān)測(cè)井需完成洗井及抽水試驗(yàn)。封閉止水后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行洗井，可采用一種或多種洗井方法進(jìn)行洗井?？刹捎玫南淳绞接谢钊c空氣壓縮機(jī)聯(lián)合洗井、化學(xué)洗井、二氧化碳洗井等。洗井臺(tái)班數(shù)不低于6個(gè)。

抽水試驗(yàn)宜采用單孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，抽水試驗(yàn)前設(shè)置井口固定點(diǎn)標(biāo)志并測(cè)量監(jiān)測(cè)井內(nèi)靜水位。抽水試驗(yàn)后，應(yīng)按照《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50027-2001)的相關(guān)規(guī)定，計(jì)算含水層的滲透系數(shù)和該監(jiān)測(cè)井的影響半徑。抽水試驗(yàn)臺(tái)班數(shù)不低于3個(gè)。

4 結(jié)語

總之，地下水監(jiān)測(cè)井由于監(jiān)測(cè)地點(diǎn)不同、監(jiān)測(cè)目的不同，其建設(shè)過程中的難易程度和工程量存在明顯差異。具體說來，監(jiān)測(cè)井所在地層的巖性和監(jiān)測(cè)井的深度對(duì)工程建設(shè)影響很大，如在松散巖層建設(shè)淺層水監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，工程建設(shè)一般較為簡(jiǎn)單，工期較短，當(dāng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)所在地層為巖石層或鉆探進(jìn)尺較深時(shí)，由于鑿井難度的增加，對(duì)成井工藝的要求顯著提高，特別是在巖溶地區(qū)，由于巖溶地層發(fā)育的不規(guī)律性，地下水監(jiān)測(cè)井建設(shè)地點(diǎn)的選取應(yīng)極為慎重；另外，隨著監(jiān)測(cè)井深度的增加，鉆探困難程度和工程量也將大幅增加，深井的建設(shè)工期延長(zhǎng)，對(duì)工程建設(shè)的技術(shù)要求和費(fèi)用也相應(yīng)提高。針對(duì)各種不同建設(shè)特點(diǎn)，在工程設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際情況予以特別考慮，保證高質(zhì)高效完成全部地下水監(jiān)測(cè)井建設(shè)任務(wù)。

[1]林祚頂，章樹安，李洋，等. 國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程可行性研究報(bào)告主要成果綜述.地下水資源可持續(xù)開發(fā)理論與實(shí)踐.2012.

[2]張林. 保定市地下水監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀與思考.地下水.2014.