青州市地下水類型及供水管井設計探討

王公遠，王念理，冀春剛

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

1 青州市地下水開發現狀

青州市地處魯中山區和魯北山前平原洽接地帶，地勢西南高東北低。西南部是典型的石灰巖低山丘陵區，水資源貧乏；市區北部的廣大地區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區，也是青州市各類中小型企業的聚集地，隨著經濟社會的迅速發展，農業灌溉用水和中小型企業用水迅速增加。雖然近幾年經過了小型農田水利工程的改造，但灌溉方式依然落后，水資源浪費還很嚴重。

青州市地表水嚴重缺乏，河流多屬雨源型季節性河流，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前農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條件下，合理做好供水管井設計，對合理開發利用地下水，提高成井率和管井使用壽命，減少浪費，具有重要的現實意義。

由于前期對供水管井的建設缺乏設計要求，大部分打井隊特別是個體打井隊，在沒有供水管井設計或沒有專業技術人員指導的情況下，不能嚴格按照機井施工規范施工，成井后常常出現水量小、水抽不清、涌砂、井口塌陷等一系列問題，致使機井報廢率高，使用壽命短，特別是在粉細砂含水層地區，機井的使用壽命僅2～3 年，甚至更短的情況，造成人力和物力的極大浪費，給工、農業生產造成很大損失。

為了提高成井率和成井質量，多年來對青州市多種地下水類型及分布特征、對不同地下水類型的供水管井設計做了一些研究工作，本文僅就青州市第四系松散層地下水的特點和供水管井設計做些探討。

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，底部一般為相對隔水的第三系玄武巖或黏土巖地層，水力性質多為潛水或微承壓水。因為透水性好，補給充足，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砂、細砂、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、何官鎮、東夏鎮等北部及西北部的廣大地區。這種類型的地下水廣泛分布于以上地區的第四系地層中，特別是古河道之中，由于古河道的地質、水文地質條件不同，含水地層的特點又存在較大差異。青州市西北部的朱良——張高一線以西為淄河沖洪積扇，含水地層以粉細砂、中細砂為主，含少量砂礫石。朱良——張高一線以東地區為彌河沖洪積扇，含水地層以中粗砂、砂礫石為主。

3 地下水管井設計要點

松散巖層孔隙水供水管井應該嚴格按照含水地層的類型和地層巖性特征進行設計，設計內容包括：鉆井深度，井身結構（開孔和終孔直徑），井壁管及濾水管的材質和直徑，過濾器的種類、規格，安裝的位置及止水封井等。

根據青州市平原地區地層的地質和水文地質特點，松散層孔隙水管井設計應以過濾器的設計為重點，包括濾水管材質，開孔形式、開孔率，濾網的使用，濾料的規格、配級和厚度，填礫的高度控制及止水的位置等。同時對洗井方式、方法，沉淀孔的深度等作出設計要求。

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 井身結構

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計出水量大小和抽水設備的規格。農用井設計出水量通常小于80 m3/h，一般采用200QJ 系列潛水泵，套管內徑不低于250 mm；集中供水管井設計出水量通常大于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、濾網和不同規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。濾水管的長度根據含水地層和設計出水量的具體情況確定，濾水管的開孔率一般不低于30%。濾水管的位置應安裝在和含水層埋深相應的位置，濾水管位置和井壁管的底部應安裝扶正器，保證濾水管處于鉆孔的中心位置。

2）濾料的規格和厚度。濾料應采用一定級配的礫石，一般情況下濾料的規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，通長采用粉砂地層D50/d50=20～35，細砂地層D50/d50=10～20，中粗砂地層D50/d50=7～10。D50/d50比值過小會降低機井的出水量，過大會造成井內涌砂；濾料的厚度一般控制在75～150 mm，厚度過小，也會出現井內涌砂現象，厚度過大也會影響機井的出水量。

實踐證明，在實際施工過程中，當含水層為中粗砂或砂礫石地層時，填礫規格3～10 mm，填礫厚度不低于75 mm，實際施工過程中應控制在100 mm 為宜；當含水地層為細砂、粉細砂地層時，濾料規格宜使用2～5 mm 的砂礫，濾料厚度不低于100 mm，實際施工過程中應控制在150 mm 為宜。

3）濾網的使用。對于中粗砂和礫石含水層不建議采用包網過濾器，因為包網會造成過濾器有效孔隙率變小，進水阻力大，使供水井的出水量減小，機井使用壽命縮短；對于粉砂及粉細砂含水層建議使用包網過濾器，濾網的使用可以明顯減少孔內進砂情況的發生，對提高成井率有利。

3.5 止水和封井

止水和封井取決于對水質的要求。對于農用灌溉井而言，只考慮井口的封閉即可，當有不良含水地層（如青州市北部個別地區的高氟水層）和污染地層（如彌河沿線部分地區的淺部砂層地下水）時，應通過測井確定其位置和厚度，并對其進行封閉；對于飲用水井而言，成井過程中，除了對不良含水地層和污染地層進行封閉外，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，井口止水長度應不低于5 m。

3.6 沉淀孔或沉淀管的長度

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

3.7 洗井和抽水試驗

洗井和抽水試驗是成井工藝中的重要環節，一般情況下采用活塞洗井+空壓機洗井+潛水泵抽水的方法就能達到較好的洗井效果。對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。抽水試驗是配套合理提水設備的重要依據，施工中為了節省開支可以和洗井工作同時進行。

4 結 語

綜上所述，青州市范圍內第四系松散層地下水的類型和分布特征存在較大差異，供水管井的設計要針對具體地層具體對待。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計鉆孔直徑的鉆頭，造成鉆孔直徑不夠、填礫厚度不足，抽不清水，井內涌砂等影響供水井使用壽命和成井質量的情況發生。

水管部門應加強供水管井審批和施工督查管理，嚴格供水管井設計和供水井施工規范化管理，保證成井的質量、延長供水井使用壽命、減少浪費。合理做好供水管井設計，對合理開發利用地下水，提高成井率和管井使用壽命，確保人畜吃水安全，具有重要的現實意義。