国家地下水站网建设中监测井设计工艺及要点探析

赵永刚

(甘肃省水文水资源局，甘肃 兰州 730000)

国家地下水监测站网建设工程是国家级社会公益性项目，全国各级水行政主管部门依法履行水资源统一管理及优化配置职能、依法履行监测、监督防止地下水过量开采与污染及保护地质环境职能的基础工程。该项监测工程的建设可有效地加强国家地下水动态监测、监督工程体系，是实施水资源合理配置与调度不可缺少的重要手段，是保护地质环境、防治地下水环境问题、满足国家各有关部门需求、及时提供地下水动态数据和信息服务的迫切要求，对支撑地下水可持续利用和国民经济可持续发展具有重大意义。在新建监测井方面，要充分考虑水文地质单元、流域分布、地下水水源地、地下水诱发地质灾害问题严重区以及南水北调等重大工程影响区的现状，调整、优化、完善国家地下水动态监测站点布局，扩大已有的地下水监测范围，形成地下水动态监测网络，建成地下水信息采集、传输、处理及决策支持系统，提高地下水监测的水平和能力，在此过程中，要按照国家相关规定，严格遵守新建监测井的设计工艺和依据，建成符合要求的监测井网，为长期合理开发利用地下水提供基础支撑。

1 地下水监测井类别及设计依据

1.1 监测井类别及项目

按地下水埋藏条件和监测层位不同，可分为潜水、承压水两类地下水监测井；

按地下水赋存介质类型，可分为孔隙水、裂隙水、岩溶水三类地下水监测井；根据不同监测项目可分为水位监测井、水温监测井、水质监测井，同一监测井可同时开展多项监测项目。

1.2 设计依据

地下水监测井结构设计应按照以《地下水监测站建设技术规范》(SL360-2006)及《国家级地下水监测井建设规范》有关要求，并结合监测工程项目的具体特点来进行。通过对已有水文地质基础资料的分析研究，了解和掌握地下水监测目标含水层(组)的厚度、岩性特征、埋藏条件、多年地下水动态变化规律以及地下水水质的腐蚀性能等方面情况，并以此作为设计依据。

2 监测井典型结构设计分析

国家地下水监测工程拟施工建设监测站点较多，分布范围遍布全国主要平原、盆地与岩溶地层分布区。由于各地区地层岩性不同、地下水类型与含水层结构不同，拟建监测井孔的深度、穿越岩石的类型、揭露含水层的状况差异很大，很难进行一一阐述，按照监测井结构，将其概括为2大类6小类。地下水监测井分类典型结构设计如下。

2.1 松散岩类孔隙水监测井结构设计

主要包括潜水监测井典型设计、承压水监测井典型设计、一孔多层监测井典型设计以及水质自动监测井典型设计，此类监测井设计主要适用于各平原、盆地、黄土台塬区等松散岩类含水层广泛分布的地区。

(1)潜水监测井原则上开孔直径不小于350 mm， 井管外径146 mm钢管，壁厚不小于6 mm，采用一径到底的施工方式。

(2)承压水监测井原则上开孔直径不小于350 mm，井管外径146 mm钢管，壁厚不小于6 mm，采用一径到底的施工方式，此类设计主要适用于各平原区松散岩类承压水监测井。对于少数井深很大，施工难度较大的监测井孔，可采用变径的施工方式。

(3)一孔多层监测井典型设计主要适用于同一地点需监测多层含水层组的监测井，对于深度大于100 m而具有多个含水层的地区，可以采用一孔多层结构，以设计井深137 m的一孔四层井孔为例，开孔直径为600 mm，井管直径146 mm，采用裸眼无护壁管成井，由深到浅、自下朝上分层止水。

(4)水质自动监测井典型设计采用外径200 mmPVC-U管，开孔井径为450 mm，主要适用于滨海地区已产生海水入侵问题的区域，要求管径具有一定抗腐蚀性，井口内可以容纳多个监测探头。

2.2 岩石地层监测井结构设计

主要包括裸露型岩溶监测井和隐伏岩溶监测井两类，此类监测井主要适用于岩溶地层广泛分布的地区。

(1)裸露型岩溶水监测井典型设计采用外径146 mm的钢管，开孔井径为350 mm，变径后终孔井径为108 mm，变径后不下井管。

(2)隐伏岩溶水监测井典型设计井管采用外径146 mm的钢管，开孔井径为350 mm，变径后终孔井径为108 mm，变径后不下井管，当岩层发育较为破碎，钻探过程可能发生塌孔情况时，也必须安装井管。

3 成井工艺设计内容及要点

新建监测井成井工艺设计内容主要包括钻探井深设计、井孔结构设计、井管选择、过滤器设计、充填滤料、封闭止水、岩土取样分析、水样采集分析、洗井和抽水试验等。

3.1 监测井井深设计

(1)地下水监测目标含水层(组)为潜水，当其厚度不大于30 m时，应凿穿整个含水层(组)；大于30 m时，应凿至多年最低水位以下10 m。

(2)地下水监测目标含水层(组)为承压水，当其厚度不大于10 m时，应凿穿整个含水层(组)；大于10 m时，应凿至该含水层(组)顶板以下不小于10 m。

3.2 监测井井孔结构设计

开孔井径应根据井管管材和岩层性质确定，本项目地下水监测井使用钢管的开孔直径原则上采用350 mm，由松散层钻进至岩石层时可进行变径，根据岩石稳定情况，确定是否安装井管。水质自动监测井采用外径200 mmPVC-U管，开孔直径为450 mm。一孔多层监测井，开孔直径可根据监测层数来确定。

3.3 井管选择

监测井管常用管材有PVC、PVC-U、混凝土管、钢筋混凝土管、铸铁管和钢管等，比较而言钢管具有强度大、耐腐蚀、寿命长的特点，整体造价略高于其他管材，综合考虑井管使用寿命和价格情况，本项目监测井井管主要采用外径146 mm，壁厚5～6 mm的钢管。若地下水水质具有腐蚀性也可采用钢筋混凝土管、PVC-U管等。

3.4 井壁管高出地面

井壁管应高出监测井附近地面0.3～0.5 m。

3.5 过滤管长度设计

(1)监测井凿穿的地下水监测目标含水层宜全部安装过滤管。

(2)潜水监测井的过滤管底部的深度应低于多年最低地下水位以下7 m。

3.6 过滤器设计

(1)当地下水监测目标含水层为基岩裂隙水和岩溶水时，过滤器采用骨架过滤器或缠丝过滤器，若岩层稳定可不安装过滤器。

(2)当地下水监测目标含水层为松散岩层孔隙水，过滤器所处位置的含水层岩性为中粗砂、砾石、卵石时，宜采用骨架过滤器或缠丝过滤器；过滤器所处位置的含水层岩性为细砂、粉细砂时，宜采用填砾过滤器。钢管开孔率为25%～30%。(开孔率为井管开孔面积与相应的井管表面积的比值，用百分比表示。)

3.7 沉淀管安装

沉淀管应安装在监测井底部，长度不宜小于3 m，管底用钢板焊接封死。

3.8 滤料填充厚度、粒径要求及封闭止水

井管安装后应及时进行填砾，根据地下水监测站所处位置和含水层情况选用不同粒径和级配磨圆度较好的硅质砂、砾石为主的滤料进行填充，填砾厚度不小于75 mm。充填滤料应填自滤水管底端以下不小于1 m处至滤水管顶端以上不小于3 m处。充填滤料顶端至井口井段的环状间隙应进行封闭和止水，封闭和止水的材料宜选用粒径为20～30 mm的半干状黏土球。

3.9 土样、水样采集

(1)监测井土样采集要求：每钻进2～3 m，宜采集土样1个，松散层每个岩土样采集量不少于1 kg，基岩岩芯采取率应不低于50%，保证探井揭露的各层土层，应至少采集1个岩土样。记录各岩土样的采集深度，进行编号，并现场填写“岩土样采集单”。岩土样应密封、妥善保存，并根据规范要求定名。

(2)抽水试验结束前，应完成水样采集，并进行水质分析，化验项目为Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-、总硬度、pH值等18项。

3.10 洗井和抽水试验

新建监测井需完成洗井及抽水试验。封闭止水后，应及时进行洗井，可采用一种或多种洗井方法进行洗井。可采用的洗井方式有活塞与空气压缩机联合洗井、化学洗井、二氧化碳洗井等。洗井台班数不低于6个。

抽水试验宜采用单孔稳定流抽水试验，抽水试验前设置井口固定点标志并测量监测井内静水位。抽水试验后，应按照《供水水文地质勘察规范》(GB50027-2001)的相关规定，计算含水层的渗透系数和该监测井的影响半径。抽水试验台班数不低于3个。

4 结语

总之，地下水监测井由于监测地点不同、监测目的不同，其建设过程中的难易程度和工程量存在明显差异。具体说来，监测井所在地层的岩性和监测井的深度对工程建设影响很大，如在松散岩层建设浅层水监测站点，工程建设一般较为简单，工期较短，当监测站点所在地层为岩石层或钻探进尺较深时，由于凿井难度的增加，对成井工艺的要求显著提高，特别是在岩溶地区，由于岩溶地层发育的不规律性，地下水监测井建设地点的选取应极为慎重；另外，随着监测井深度的增加，钻探困难程度和工程量也将大幅增加，深井的建设工期延长，对工程建设的技术要求和费用也相应提高。针对各种不同建设特点，在工程设计中根据实际情况予以特别考虑，保证高质高效完成全部地下水监测井建设任务。

[1]林祚顶，章树安，李洋，等. 国家地下水监测工程可行性研究报告主要成果综述.地下水资源可持续开发理论与实践.2012.

[2]张林. 保定市地下水监测现状与思考.地下水.2014.