青州市地下水类型及供水管井设计探讨

王公远，王念理，冀春刚

（1.青州市抗旱服务站，山东 青州262500；2.青州市水利局，山东 青州262500）

1 青州市地下水开发现状

青州市地处鲁中山区和鲁北山前平原洽接地带，地势西南高东北低。西南部是典型的石灰岩低山丘陵区，水资源贫乏；市区北部的广大地区属山前平原或河谷平原，地面平坦，土地肥沃，约占青州市总面积的38.5%，地下水丰富，是青州市粮食和蔬菜的主产区，也是青州市各类中小型企业的聚集地，随着经济社会的迅速发展，农业灌溉用水和中小型企业用水迅速增加。虽然近几年经过了小型农田水利工程的改造，但灌溉方式依然落后，水资源浪费还很严重。

青州市地表水严重缺乏，河流多属雨源型季节性河流，汛期雨量集中，径流量大、枯水期径流很少，特别是冬、春两季，河流干涸，不能用于灌溉。所以，供水管井提水仍然是当前农田水利灌溉和人畜吃水的唯一取水方式。

供水管井作为提取地下水的主要途径和重要手段，如何在不同水文地质条件下，合理做好供水管井设计，对合理开发利用地下水，提高成井率和管井使用寿命，减少浪费，具有重要的现实意义。

由于前期对供水管井的建设缺乏设计要求，大部分打井队特别是个体打井队，在没有供水管井设计或没有专业技术人员指导的情况下，不能严格按照机井施工规范施工，成井后常常出现水量小、水抽不清、涌砂、井口塌陷等一系列问题，致使机井报废率高，使用寿命短，特别是在粉细砂含水层地区，机井的使用寿命仅2～3 年，甚至更短的情况，造成人力和物力的极大浪费，给工、农业生产造成很大损失。

为了提高成井率和成井质量，多年来对青州市多种地下水类型及分布特征、对不同地下水类型的供水管井设计做了一些研究工作，本文仅就青州市第四系松散层地下水的特点和供水管井设计做些探讨。

2 地下水的类型及分布特征

青州市北部第四系松散层地下水分为两种类型，一是山前平原和河谷平原地层中的孔隙水，二是山前平原冲洪积层孔隙潜水或承压水。

2.1 山前平原和河谷平原地层中的孔隙水

这种类型的地下水主要指弥河、石沟河、淄河中上游地段古河道堆积形成的第四系冲洪积扇、群中的地下水，含水层多为砾石、砾卵石、中粗砂层，含水层往往多层相互叠加，埋深不大，一般在20～80 m 不等，底部一般为相对隔水的第三系玄武岩或黏土岩地层，水力性质多为潜水或微承压水。因为透水性好，补给充足，所以出水量较大。主要分布于青州市城南及东坝至弥河小官庄一线；城北王母宫以西，东高村以南山前地段和山间沟谷地带。

2.2 山前平原冲洪积层孔隙潜水或承压水

山前平原冲洪积层为第四系松散岩类地层，含水层岩性主要是粉细砂、细砂、中粗砂层及少量砂砾石地层，埋深一般从几十米到150 m 不等，往往有多层，水量丰富，水质较好，底部一般为第三系黏土岩或玄武岩，主要分布在青州市的高柳镇、何官镇、东夏镇等北部及西北部的广大地区。这种类型的地下水广泛分布于以上地区的第四系地层中，特别是古河道之中，由于古河道的地质、水文地质条件不同，含水地层的特点又存在较大差异。青州市西北部的朱良——张高一线以西为淄河冲洪积扇，含水地层以粉细砂、中细砂为主，含少量砂砾石。朱良——张高一线以东地区为弥河冲洪积扇，含水地层以中粗砂、砂砾石为主。

3 地下水管井设计要点

松散岩层孔隙水供水管井应该严格按照含水地层的类型和地层岩性特征进行设计，设计内容包括：钻井深度，井身结构（开孔和终孔直径），井壁管及滤水管的材质和直径，过滤器的种类、规格，安装的位置及止水封井等。

根据青州市平原地区地层的地质和水文地质特点，松散层孔隙水管井设计应以过滤器的设计为重点，包括滤水管材质，开孔形式、开孔率，滤网的使用，滤料的规格、配级和厚度，填砾的高度控制及止水的位置等。同时对洗井方式、方法，沉淀孔的深度等作出设计要求。

3.1 钻井深度

松散层地下水管中的钻井深度由含水层底板埋藏深度加沉淀孔的深度决定，一般在100～150 m 左右。

3.2 井身结构

满足井管外部直径+安全填滤料厚度的要求，滤料的厚度按照含水地层的不同一般控制在75～150 mm。

3.3 井壁管

一般采用钢管或铸铁管作为井壁管，也可以使用水泥管。井壁管的直径取决于设计出水量大小和抽水设备的规格。农用井设计出水量通常小于80 m3/h，一般采用200QJ 系列潜水泵，套管内径不低于250 mm；集中供水管井设计出水量通常大于100 m3/h，一般使用250QJ 或300QJ 系列潜水泵，套管内径一般控制在350 mm 以上。

3.4 过滤器

过滤器不单指滤水管形式，而是不同形式的滤水管、滤网和不同规格滤料及填砾厚度的组合。

1）滤水管。建议使用桥式滤水管，也可以使用缠丝滤水管。滤水管的长度根据含水地层和设计出水量的具体情况确定，滤水管的开孔率一般不低于30%。滤水管的位置应安装在和含水层埋深相应的位置，滤水管位置和井壁管的底部应安装扶正器，保证滤水管处于钻孔的中心位置。

2）滤料的规格和厚度。滤料应采用一定级配的砾石，一般情况下滤料的规格用滤料的平均直径D50和含水砂层的平均粒径d50的比值来确定，通长采用粉砂地层D50/d50=20～35，细砂地层D50/d50=10～20，中粗砂地层D50/d50=7～10。D50/d50比值过小会降低机井的出水量，过大会造成井内涌砂；滤料的厚度一般控制在75～150 mm，厚度过小，也会出现井内涌砂现象，厚度过大也会影响机井的出水量。

实践证明，在实际施工过程中，当含水层为中粗砂或砂砾石地层时，填砾规格3～10 mm，填砾厚度不低于75 mm，实际施工过程中应控制在100 mm 为宜；当含水地层为细砂、粉细砂地层时，滤料规格宜使用2～5 mm 的砂砾，滤料厚度不低于100 mm，实际施工过程中应控制在150 mm 为宜。

3）滤网的使用。对于中粗砂和砾石含水层不建议采用包网过滤器，因为包网会造成过滤器有效孔隙率变小，进水阻力大，使供水井的出水量减小，机井使用寿命缩短；对于粉砂及粉细砂含水层建议使用包网过滤器，滤网的使用可以明显减少孔内进砂情况的发生，对提高成井率有利。

3.5 止水和封井

止水和封井取决于对水质的要求。对于农用灌溉井而言，只考虑井口的封闭即可，当有不良含水地层（如青州市北部个别地区的高氟水层）和污染地层（如弥河沿线部分地区的浅部砂层地下水）时，应通过测井确定其位置和厚度，并对其进行封闭；对于饮用水井而言，成井过程中，除了对不良含水地层和污染地层进行封闭外，尽量使用底部含水层的地下水。止水或封闭材料一般采用质纯的黏土球或黏土，井口的封闭也可以使用混凝土，井口止水长度应不低于5 m。

3.6 沉淀孔或沉淀管的长度

沉淀孔（管）长度，按孔深的5%～10%确定，一般为5～10 m 为宜，使用沉淀管时，其下端要安装到井底。

3.7 洗井和抽水试验

洗井和抽水试验是成井工艺中的重要环节，一般情况下采用活塞洗井+空压机洗井+潜水泵抽水的方法就能达到较好的洗井效果。对于以上方法效果不好的情况下，可以采用加多磷酸盐溶液清除泥皮和二氧化碳洗井的办法。抽水试验是配套合理提水设备的重要依据，施工中为了节省开支可以和洗井工作同时进行。

4 结 语

综上所述，青州市范围内第四系松散层地下水的类型和分布特征存在较大差异，供水管井的设计要针对具体地层具体对待。第四系含水层的岩性和粒径大小不同，使用过滤器的种类、即滤水管的开口宽度，滤料的粒径和填砾的厚度也不同。在粉砂及粉细砂含水层的供水管井成井过程中，杜绝使用砾径大于5 mm 的砾石作为滤水材料的情况，在钻井过程中，杜绝使用直径小于设计钻孔直径的钻头，造成钻孔直径不够、填砾厚度不足，抽不清水，井内涌砂等影响供水井使用寿命和成井质量的情况发生。

水管部门应加强供水管井审批和施工督查管理，严格供水管井设计和供水井施工规范化管理，保证成井的质量、延长供水井使用寿命、减少浪费。合理做好供水管井设计，对合理开发利用地下水，提高成井率和管井使用寿命，确保人畜吃水安全，具有重要的现实意义。