地下水專用監(jiān)測井成井工藝淺析

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(陜西省地下水管理監(jiān)測局，陜西 西安 710003)

地下水作為水資源的重要組成部分，在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面起到了關(guān)鍵作用。然而，由于對地下水的長期不合理開發(fā)利用，引發(fā)了地下水位下降、地面沉降、海水入侵、地下水水質(zhì)惡化等一系列生態(tài)環(huán)境問題。地下水監(jiān)測是一項長期的基礎(chǔ)性、公益性事業(yè)，是認(rèn)識和掌握地下水動態(tài)變化特征，科學(xué)評價地下水資源，制定合理開發(fā)利用與有效保護(hù)措施，減輕和防治地下水污染及其相關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害和生態(tài)環(huán)境等問題的重要基礎(chǔ)，可以直接為水資源的管理和保護(hù)、地下水的合理開發(fā)利用以及地下水污染防治和生態(tài)環(huán)境保護(hù)等提供科學(xué)支持和技術(shù)保障。

隨著社會各界和各級管理單位對地下水監(jiān)測工作重視程度提高，站網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施投入不斷加大，通過建設(shè)地下水專用監(jiān)測井取代利用生產(chǎn)井、民井開展監(jiān)測已成為趨勢，近些年，中、省各級分別開展了地下水監(jiān)測工程建設(shè)項目，地下水監(jiān)測井與生產(chǎn)、生活等取水井工程有著相似的成井工藝，但是基于使用目的的不同，在具體建設(shè)技術(shù)要點上差異較大。

1 建設(shè)目的和意義

地下水監(jiān)測井是用于掌握區(qū)域地下水的水位(埋深)、水溫、水質(zhì)、水量等動態(tài)變化規(guī)律，最主要是用于長期定時監(jiān)測地下水水位(埋深)，為保證監(jiān)測數(shù)據(jù)真實，專用監(jiān)測井不應(yīng)抽水，還應(yīng)盡量避免開采影響。不以取用水為目的，是監(jiān)測井與取水井最大的不同，監(jiān)測井建設(shè)要綜合考慮其使用目的和經(jīng)濟(jì)合理性。取水井主要以滿足設(shè)計出水量為原則，根據(jù)出水量大小設(shè)計成井的深度，開采的層位，根據(jù)抽水設(shè)備尺寸確定井管內(nèi)徑等，出水量達(dá)不到設(shè)計要求，該井的使用價值大打折扣，甚至是不合格的。監(jiān)測井對出水量的基本要求是可以滿足抽水試驗計算水文地質(zhì)參數(shù)，在一些極端貧水地區(qū)，成井后出水量很小，甚至一抽就干，但做為觀測區(qū)域地下水位動態(tài)的代表井，仍有設(shè)站意義，按此原則，監(jiān)測井應(yīng)從更經(jīng)濟(jì)合理的角度開展設(shè)計和施工。

2 監(jiān)測目標(biāo)含水層與成井結(jié)構(gòu)

地下水監(jiān)測井對于確定目標(biāo)監(jiān)測層位有著嚴(yán)格要求，在開發(fā)利用程度較高的平原、盆地，一般都開采多個層位的地下水，以位處關(guān)中平原的西安市為例，在河流階地區(qū)，開采層位可大致分為0～80 m的潛水，120～200 m的淺層承壓水，200 m以上的深層承壓水，一個300 m水源地取水井開采可覆蓋全部含水層，屬混合開采，但不同含水層的水頭高度和變化規(guī)律并不一致，從生產(chǎn)井中觀測水位得到數(shù)據(jù)，反映的是水頭最高含水層的水位，但是由于缺乏資料，很難確定其反映具體是哪一含水層，造成后期分析成果的不準(zhǔn)確，因此，有必要建設(shè)地下水專用監(jiān)測井，分別觀測其水位，形成不同含水層分析成果資料，有助于指導(dǎo)水資源管理部門制定更為精準(zhǔn)的開采利用規(guī)劃。對于需要監(jiān)測多個含水層的區(qū)域，應(yīng)按照分層監(jiān)測的原則建設(shè)，即一個井孔對應(yīng)監(jiān)測一個目標(biāo)層位，實際建設(shè)中為節(jié)約占地，可在同一位置建設(shè)多個監(jiān)測井孔，不同含水層間應(yīng)做好封閉止水。某水源地取水井及附近監(jiān)測井結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 水源地取水井和監(jiān)測井示意圖

3 成井工藝技術(shù)要點分析

3.1 井深

監(jiān)測井的成井深度，主要是考慮水位觀測要求，潛水監(jiān)測井應(yīng)鑿至多年最低水位以下12 m；承壓水監(jiān)測井應(yīng)鑿至頂板以下不小于10 m。按此原則，為確定監(jiān)測井井深，在收集水文地質(zhì)資料時，應(yīng)重點收集或調(diào)查區(qū)域地下水潛水埋深資料、承壓含水層頂板埋深資料等，考慮沉淀管長度及觀測水深要求，確定終孔深度。監(jiān)測井深度不宜過深，尤其是不應(yīng)打穿目標(biāo)含水層底板。

3.2 孔徑

監(jiān)測井的孔徑根據(jù)井管直徑和過濾器類型確定，采用填礫過濾器時，還應(yīng)考慮濾料厚度，尤其是當(dāng)含水層為細(xì)砂粉細(xì)砂時，填礫厚度宜不小于150 mm。對于較深的井，可進(jìn)行變徑，終孔井徑小于開孔井徑，砂巖、泥巖、頁巖等碎屑巖類監(jiān)測井變徑后宜全段下井管，碳酸鹽巖、火成巖、變質(zhì)巖類監(jiān)測井，如巖層穩(wěn)定完整可裸孔。

3.3 管材管徑

監(jiān)測井的管材選擇主要考慮井深、水質(zhì)腐蝕性能和經(jīng)濟(jì)性三個因素，根據(jù)井深選擇適宜強(qiáng)度的管材，深井宜采用無縫鋼管，有水質(zhì)化驗要求的較淺井(小于150 m)，受金屬管材銹蝕可能影響實驗分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，推薦選擇PVC-U管。由于監(jiān)測井主要功能不是下泵取水，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮井管直徑不宜過大，主要滿足洗井、抽水取樣、安裝自動監(jiān)測設(shè)備便利，建議井管內(nèi)徑150～220 mm，具體井管規(guī)格應(yīng)符合《機(jī)井井管標(biāo)準(zhǔn)》(SL154-2013)。

3.4 過濾器

監(jiān)測井濾水管主要安裝位置在鑿穿的地下水監(jiān)測目標(biāo)含水層，即滿足分層監(jiān)測原則，一般只在一個含水層段安裝濾水管，長度不宜過長(≤20 m)。過濾器類型根據(jù)含水層性質(zhì)確定，一般可分為骨架過濾器、纏絲過濾器、填礫過濾器等，不同管材的開孔率均應(yīng)根據(jù)管材強(qiáng)度和加工工藝確定，鋼管宜為25%～30%，pvc管宜為5%～10%，取水井根據(jù)設(shè)計取水量可取上限。

3.5 濾料填充

填礫過濾器的濾料厚度應(yīng)按含水層的巖性確定，含水層巖性為細(xì)砂、粉細(xì)砂時取值宜不小于150 mm，含水層為其它巖性時取值宜不小于75 mm。濾料高度應(yīng)自濾水管低端以下不小于1 m處充填至濾水管頂端以上不小于3 m處。濾料應(yīng)選用磨圓度良好的砂和砂礫石，根據(jù)含水層的巖性選擇合適的礫徑級配，可參照表1。

3.6 封閉止水

封閉止水的目的在于封閉井口外圍和阻隔非目標(biāo)含水層進(jìn)水，監(jiān)測井對封閉止水的設(shè)計、工藝要求更高，尤其是承壓水監(jiān)測井，為了保證與監(jiān)測目標(biāo)含水層的一致性，封閉止水的的位置必須準(zhǔn)確封在穩(wěn)定隔水層，封閉位置太高或是太低，都會使監(jiān)測目標(biāo)含水層水位的目的沒有達(dá)到，導(dǎo)致監(jiān)測井質(zhì)量不合格，因此，無論是在設(shè)計和施工中，都應(yīng)詳細(xì)收集水文地質(zhì)資料，在大致確定穩(wěn)定隔水層位置的基礎(chǔ)上，根據(jù)施工現(xiàn)場巖性及測井資料，在準(zhǔn)確位置封閉止水。封閉止水的材料宜選用粒徑為20～30 mm的半干狀粘土球，在半干的硬塑或可塑狀態(tài)下緩慢、連續(xù)填入，封閉井段在充填濾料頂端至井口井段和充填濾料下端至井底井段的環(huán)狀間隙，地面井口管外圍，宜采用水泥進(jìn)行封閉。封閉和止水后，應(yīng)將計算的投填量與實際量進(jìn)行對比，并檢驗封閉和止水的效果，當(dāng)未達(dá)到要求時，應(yīng)重新進(jìn)行封閉和止水。

表1 不同含水層篩分顆粒與礫徑級配表

4 結(jié)語

綜上所述，地下水監(jiān)測井與取水井從本質(zhì)上都是鑿井工程，從設(shè)計到施工的許多基本技術(shù)要求是一致的，但在一些關(guān)鍵技術(shù)要點上也存在不同之處，這主要是源于兩者建設(shè)、使用目的的不同，歸納幾點如下：1)取水井根據(jù)設(shè)計出水量確定井的深度、結(jié)構(gòu)等，而監(jiān)測井主要滿足水位監(jiān)測要求即可，為節(jié)省投資，井深、孔徑、管徑、濾水管長度等主要技術(shù)參數(shù)相對取水井可取較小值；2)取水井可根據(jù)需要開采多個含水層，監(jiān)測井必須以單一含水層為監(jiān)測目標(biāo)層位，因此監(jiān)測井井深不宜過深、封井位置必須準(zhǔn)確。3)為獲得準(zhǔn)確的揭露地層和水文地質(zhì)資料，監(jiān)測井施工應(yīng)進(jìn)行巖土樣采集和鑒別，對含水層土樣進(jìn)行顆分試驗，采用單孔穩(wěn)定流完成三次降深的抽水試驗，計算單位出水量、滲透系數(shù)、影響半徑等水文地質(zhì)參數(shù)。從事監(jiān)測井建設(shè)的的相關(guān)技術(shù)人員，必須牢牢把握監(jiān)測井的設(shè)計目的，以明確目標(biāo)含水層為技術(shù)依據(jù)，理清監(jiān)測井建設(shè)技術(shù)要點，制定經(jīng)濟(jì)、合理的建設(shè)方案。