开封市农用井技术浅议

□韩建设(开封市城区水利局）

1 自然条件

1.1 概况

开封市古称东京汴梁，地处黄河下游，中原腹地，是中国八大古都之一，全市总面积6266 km2，总人口553万人，其中耕地面积36.34万hm2，气候温和，自然地理条件优越，交通便利，土地肥沃。水利工程设施分为灌溉和排水两大体系，排水系统境内有贾鲁河、惠济河、涡河，灌溉系统有赵口引黄灌区、三义寨引黄灌区、柳园口引黄灌区和黑岗口引黄灌区。

随着近年来极端天气状况增多，降雨减少，旱情呈现持续发展趋势，加上上游黄河水来水逐年减少，引黄灌区不能及时引水灌溉，就需要大力发展井灌，实行引黄灌溉为主、井灌为辅。

1.2 水文气象

开封市属暖温带半湿润大陆季风气候区，全年无霜期213 d，日照时数平均2260 h，光热资源充足。多年平均降雨量645 mm，降水量时空分配不均，且夏季降水比较集中，超过全年降水量的七成，且多以暴雨出现，多年平均蒸发量1300 mm。农业以种植小麦、玉米、棉花和蔬菜为主，是全国小麦、花生、棉花的重要产区。

1.3 地下水

区内地下水主要靠大气降水和引黄河水灌溉入渗补给，埋深一般在7 m左右。浅含水层单井单位出水量一般为20～30 t/h·m。

1.4 工程地质

开封市属黄河下游冲积平原，地形平坦，地势自西北向东南倾斜，地面坡降1/5000～1/7000，地面高程约在60.00～78.00 m之间。区内成土母质系第四纪黄河冲积物，沉积厚度达200 m以上，沉积物多呈砂粘相间的层状排列，土质自西向东由粗变细，以壤土和沙质为主，最大冻土层深度30 cm。

2 机井规划设计

2.1 规划设计

本着从实际出发，因地制宜，考虑使用方便，少占耕地，合理安排新打机井，机井一般布置在路边地头，井点采用梅花形、方形布置。根据水文地质条件，设计平均井深50 m。井结构采用无砂混凝土管井，包括：井口、井壁管、滤水管、沉淀管，并配建井台、井盖，标志牌。设计井管内径宽40 cm，外径50 cm，井身上部5 m和下部4 m为混凝土管，中间为无砂混凝土管，厚度5 cm，骨料粒径5～100 mm，滤水管要求极限抗压强度≥15 MPa，渗透系数≥400 m/d，孔隙率≥15%。滤料填充厚度100 mm，滤料粒径选用1～5 mm磨圆度好的硅质砾石，填砾高度必须高出含水层顶端，其超高≥3 m。滤料顶部至井口段，用半干粘土球或粘土块封闭。

2.2 单井控制灌溉面积的确定

计算公式如下：

式中：F—单井控制灌溉面积，hm2；Q—单井出水量，取32 m3/h；T—每次轮灌期天数，8 d；t—每天灌水时数，取12 h；η—灌溉水利用系数，取0.85；η1—水量消减系数，取0.10；m—作物一次灌水定额，42 m3/亩。

代入数据，

甲洛洛和老婆本玛虽然是没裤子的遇见了卖布的，两个凑巧组了个家，把家安在了里塔公村，可这藏族女人不简单，她表面上总是对甲洛洛言听计从，可暗地里还是考量着塔公洛洛的能耐，这在甲洛洛把工资交给她时，从她那有意无意地对甲洛洛的打量中感觉得出来。

=32×8×12×0.85×(1-0.10)÷42

=55.95亩=3.92 hm2

确定单井控制面积：F=50亩=3.50 hm2

2.3 机井间距确定

机井采用方形布置，间距计算公式如下：

式中：F—单井控制灌溉面积，亩；

L—机井间距，m。

计算结果L=182 m，结合田块大小，确定机井间距200 m左右。

所以，根据城区的水文地质情况，机井设计采用内径40 cm的无砂混凝土管，井深50 m，单井控制面积3.50 hm2。

3 机井施工技术

3.1 施工流程

机井施工工艺流程为：钻孔→安装井管→填砾→封闭→洗井→抽水试验→成井。

3.2 钻孔

开钻前做好准备工作:包括平整场地，放线定桩位，挖泥浆池、沉淀池或排浆池，接通水、电，安装水泵，准备必要数量的粘土，制配符合要求的护壁泥浆。

设备安装完毕后:要检查钻孔中心、转盘中心、开车，三者须在一条垂线上。

钻井方法：采用三牙轮钻头开孔，钻进至孔底，再采用三翼钻头一次成孔。

钻进参数：钻压20～40 kN，转速37～84 r/min，泵量900～1200 l/min，泵压≥2 MPa。

孔身质量要求：孔径达到设计要求，孔身无过大的超径或缩径，同径钻具通孔时应畅通无阻，孔身圆整，不出现螺旋状孔身。孔斜满足合同规定，孔深误差＜1‰。

3.3 安装井管

下管采用一次提吊方法进行，确保井管连接垂直（采用吊线法两个方向吊线）。

冲孔器内的反丝接头应焊接牢固、端正、与外管同轴度好。滤水管井段每隔20～25 m安装一组扶正器，扶正器高度100 mm左右；适当控制下管速度，注意观察管内管外液面；下管过程中应精心操作、密切配合，严防工具和其他异物落入井内；管井必须坐至孔底不得悬空，坐至孔底压力2 t左右。

冲孔换浆下钻时钻杆应上紧，下钻完毕，将冲孔托盘坐好，确保自孔底从管外返浆；开泵前应全面检修泥浆泵，确保一次开泵成功。开泵后先用原来的泥浆循环一周，待泵压和泥浆循环正常之后边加清水边排浆，使泥浆逐渐变稀。注意加水和排浆都要跟上，不可拖延时间或间断。换浆中途不得停泵，直至填砾结束，若因特殊原因非停泵不可时，及时关闭高压管线外上的阀门。换浆终了应达到如下要求：泥浆比重＜1.04，粘度15～16 s，泥浆流态彻底转变为紊流，自孔内有适量砂子冲出来。

3.4 填砾

填砾的填筑规格、砾料质量、填砾方法均应符合规范要求。滤料应选取磨圆度的硅砾石。砾石须经过严格筛分，其合格率必须＞90%。砾石不得含杂质过多。

填砾采用循环水填砾法：填砾前，先在井管内下入回转钻杆，密封井管口，开泵送水，当返出孔口的泥浆粘度为18 s左右时，即采用边送水边填砾的方法填入砾石，当砾石面超过滤水管后即出现憋泵现象。

3.5 封闭

按照井的设计柱状图，将井管外封闭所需的粘土球及粘土的数量、计划填入的深度计算准确，并备有余量。粘土球准备的数量应比计算多25%～30%，粘土的准备数量比计算多10%～15%。

止水泥球直径＜30 mm并保持半风半干状态，泥球数量≥3 m3，止水高度10 m。投放泥球时应控制投入速度，可安排两人每次抓2～3个泥球轮流投入孔内。禁止不符合要求的泥球入孔，禁止未经半风干还相互粘结的泥球入孔，禁止整车倒入或用铁锹推入孔内。

3.6 洗井

在井管安装完、填砾完毕后应及时进行洗井并补填滤料，采用空压机与活塞洗井法，洗至水清砂净。洗井方法和工具，可按井的结构、管材、钻井工艺及含水层特征选择，应尽量采用不同的洗井工具交错使用或联合使用。

洗井过程中应及时观测出水量和含砂量，当出水量达到设计要求或连续两次单位出水量之差＜10%且出水含砂量l/200000(体积比)时，方可结束洗井。洗井完毕后，井底沉淀物厚度应小于井深的5/1000。

3.7 抽水试验

洗井完毕后，进行试验抽水，水泵出水后30 min采取水样。用容积法测定的含砂量：中、细砂含水层≤1/20000；粗砂、砾石、卵石含水层≤1/50000。

试验抽水时，水位稳定延续时间≥8 h，准确地测出静水位、动水位、降深、出水量，试验抽水应达到设计出水量。

3.8 成井

上述工序完成以后，按照要求安装井台、井盖。井台一般采用六边形或方形，厚度30～50 cm，六边形井台每边长约58 cm，直径100 cm；方形为80×80 cm。井台采用钢筋混凝土预制或现浇，井盖直径50 cm。

4 结语

合理的布设农用井，是引黄灌区的有益补充，可以在黄河水不能及时灌溉的情况下及时浇灌，保证农作物需水要求，保证农业丰产丰收。