地下水专用监测井成井工艺浅析

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(陕西省地下水管理监测局，陕西 西安 710003)

地下水作为水资源的重要组成部分，在社会经济发展和生态环境保护等方面起到了关键作用。然而，由于对地下水的长期不合理开发利用，引发了地下水位下降、地面沉降、海水入侵、地下水水质恶化等一系列生态环境问题。地下水监测是一项长期的基础性、公益性事业，是认识和掌握地下水动态变化特征，科学评价地下水资源，制定合理开发利用与有效保护措施，减轻和防治地下水污染及其相关的地质灾害和生态环境等问题的重要基础，可以直接为水资源的管理和保护、地下水的合理开发利用以及地下水污染防治和生态环境保护等提供科学支持和技术保障。

随着社会各界和各级管理单位对地下水监测工作重视程度提高，站网基础设施投入不断加大，通过建设地下水专用监测井取代利用生产井、民井开展监测已成为趋势，近些年，中、省各级分别开展了地下水监测工程建设项目，地下水监测井与生产、生活等取水井工程有着相似的成井工艺，但是基于使用目的的不同，在具体建设技术要点上差异较大。

1 建设目的和意义

地下水监测井是用于掌握区域地下水的水位(埋深)、水温、水质、水量等动态变化规律，最主要是用于长期定时监测地下水水位(埋深)，为保证监测数据真实，专用监测井不应抽水，还应尽量避免开采影响。不以取用水为目的，是监测井与取水井最大的不同，监测井建设要综合考虑其使用目的和经济合理性。取水井主要以满足设计出水量为原则，根据出水量大小设计成井的深度，开采的层位，根据抽水设备尺寸确定井管内径等，出水量达不到设计要求，该井的使用价值大打折扣，甚至是不合格的。监测井对出水量的基本要求是可以满足抽水试验计算水文地质参数，在一些极端贫水地区，成井后出水量很小，甚至一抽就干，但做为观测区域地下水位动态的代表井，仍有设站意义，按此原则，监测井应从更经济合理的角度开展设计和施工。

2 监测目标含水层与成井结构

地下水监测井对于确定目标监测层位有着严格要求，在开发利用程度较高的平原、盆地，一般都开采多个层位的地下水，以位处关中平原的西安市为例，在河流阶地区，开采层位可大致分为0～80 m的潜水，120～200 m的浅层承压水，200 m以上的深层承压水，一个300 m水源地取水井开采可覆盖全部含水层，属混合开采，但不同含水层的水头高度和变化规律并不一致，从生产井中观测水位得到数据，反映的是水头最高含水层的水位，但是由于缺乏资料，很难确定其反映具体是哪一含水层，造成后期分析成果的不准确，因此，有必要建设地下水专用监测井，分别观测其水位，形成不同含水层分析成果资料，有助于指导水资源管理部门制定更为精准的开采利用规划。对于需要监测多个含水层的区域，应按照分层监测的原则建设，即一个井孔对应监测一个目标层位，实际建设中为节约占地，可在同一位置建设多个监测井孔，不同含水层间应做好封闭止水。某水源地取水井及附近监测井结构示意图如图1所示。

图1 水源地取水井和监测井示意图

3 成井工艺技术要点分析

3.1 井深

监测井的成井深度，主要是考虑水位观测要求，潜水监测井应凿至多年最低水位以下12 m；承压水监测井应凿至顶板以下不小于10 m。按此原则，为确定监测井井深，在收集水文地质资料时，应重点收集或调查区域地下水潜水埋深资料、承压含水层顶板埋深资料等，考虑沉淀管长度及观测水深要求，确定终孔深度。监测井深度不宜过深，尤其是不应打穿目标含水层底板。

3.2 孔径

监测井的孔径根据井管直径和过滤器类型确定，采用填砾过滤器时，还应考虑滤料厚度，尤其是当含水层为细砂粉细砂时，填砾厚度宜不小于150 mm。对于较深的井，可进行变径，终孔井径小于开孔井径，砂岩、泥岩、页岩等碎屑岩类监测井变径后宜全段下井管，碳酸盐岩、火成岩、变质岩类监测井，如岩层稳定完整可裸孔。

3.3 管材管径

监测井的管材选择主要考虑井深、水质腐蚀性能和经济性三个因素，根据井深选择适宜强度的管材，深井宜采用无缝钢管，有水质化验要求的较浅井(小于150 m)，受金属管材锈蚀可能影响实验分析结果的准确性，推荐选择PVC-U管。由于监测井主要功能不是下泵取水，从经济性角度考虑井管直径不宜过大，主要满足洗井、抽水取样、安装自动监测设备便利，建议井管内径150～220 mm，具体井管规格应符合《机井井管标准》(SL154-2013)。

3.4 过滤器

监测井滤水管主要安装位置在凿穿的地下水监测目标含水层，即满足分层监测原则，一般只在一个含水层段安装滤水管，长度不宜过长(≤20 m)。过滤器类型根据含水层性质确定，一般可分为骨架过滤器、缠丝过滤器、填砾过滤器等，不同管材的开孔率均应根据管材强度和加工工艺确定，钢管宜为25%～30%，pvc管宜为5%～10%，取水井根据设计取水量可取上限。

3.5 滤料填充

填砾过滤器的滤料厚度应按含水层的岩性确定，含水层岩性为细砂、粉细砂时取值宜不小于150 mm，含水层为其它岩性时取值宜不小于75 mm。滤料高度应自滤水管低端以下不小于1 m处充填至滤水管顶端以上不小于3 m处。滤料应选用磨圆度良好的砂和砂砾石，根据含水层的岩性选择合适的砾径级配，可参照表1。

3.6 封闭止水

封闭止水的目的在于封闭井口外围和阻隔非目标含水层进水，监测井对封闭止水的设计、工艺要求更高，尤其是承压水监测井，为了保证与监测目标含水层的一致性，封闭止水的的位置必须准确封在稳定隔水层，封闭位置太高或是太低，都会使监测目标含水层水位的目的没有达到，导致监测井质量不合格，因此，无论是在设计和施工中，都应详细收集水文地质资料，在大致确定稳定隔水层位置的基础上，根据施工现场岩性及测井资料，在准确位置封闭止水。封闭止水的材料宜选用粒径为20～30 mm的半干状粘土球，在半干的硬塑或可塑状态下缓慢、连续填入，封闭井段在充填滤料顶端至井口井段和充填滤料下端至井底井段的环状间隙，地面井口管外围，宜采用水泥进行封闭。封闭和止水后，应将计算的投填量与实际量进行对比，并检验封闭和止水的效果，当未达到要求时，应重新进行封闭和止水。

表1 不同含水层筛分颗粒与砾径级配表

4 结语

综上所述，地下水监测井与取水井从本质上都是凿井工程，从设计到施工的许多基本技术要求是一致的，但在一些关键技术要点上也存在不同之处，这主要是源于两者建设、使用目的的不同，归纳几点如下：1)取水井根据设计出水量确定井的深度、结构等，而监测井主要满足水位监测要求即可，为节省投资，井深、孔径、管径、滤水管长度等主要技术参数相对取水井可取较小值；2)取水井可根据需要开采多个含水层，监测井必须以单一含水层为监测目标层位，因此监测井井深不宜过深、封井位置必须准确。3)为获得准确的揭露地层和水文地质资料，监测井施工应进行岩土样采集和鉴别，对含水层土样进行颗分试验，采用单孔稳定流完成三次降深的抽水试验，计算单位出水量、渗透系数、影响半径等水文地质参数。从事监测井建设的的相关技术人员，必须牢牢把握监测井的设计目的，以明确目标含水层为技术依据，理清监测井建设技术要点，制定经济、合理的建设方案。