管井設(shè)計(jì)涌水量計(jì)算

1、管井設(shè)計(jì)及出水量計(jì)算-綜合所水道室中國煤炭科工集團(tuán)南京設(shè)計(jì)研究院管井設(shè)計(jì)及出水量計(jì)算穩(wěn)定流完整井吳成澤2012-12-1主要針對潛水及承壓水穩(wěn)定流完整井的理論及經(jīng)驗(yàn)公式展開論述，并介紹了井群在不同地質(zhì)條件下的布置及計(jì)算遵循的原則，最后介紹了洗井及單井出水量校核。最后利用4個(gè)Excel文件概括理論及經(jīng)驗(yàn)公式，可代入抽水試驗(yàn)值分別計(jì)算管井單井出水量。水文地質(zhì)參數(shù)索引a ：含水層厚度，單位米（m）；Dg ：過濾管外徑（m）；h ：井中的水深，單位米（m）；H ：無壓含水層厚度或承壓含水層的水頭高度或厚度，單位米（m）；K ：滲透系數(shù)，表示含水層的滲透性質(zhì)，在達(dá)西公式中，水力坡度i=1時(shí)的滲透速度（表

2、示地下水的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、粘滯系數(shù)、含水層顆粒大小、形狀、排列）；單位米/天（m/d）；L ：過濾管有效進(jìn)水長度（m），宜按過濾管長度的85%計(jì)算；N ：過濾管進(jìn)水面層有效孔隙數(shù)，宜按過濾管面層孔隙率的50%計(jì)算；qn ：單位出水量（m3/（d.m）；Qg ：過濾管的進(jìn)水能力（m3/s）；Q ：管井出水量，單位m3/d；Q1、Q2：抽水井穩(wěn)定流出水量，單位m3/d；Qn ：單井實(shí)測最大出水量，單位m3/d；r1、r2：抽水井至觀測孔距離，單位米（m）；r ：管井或抽水井的半徑，單位米（m）；R ：影響半徑，裘布衣公式中以抽水井為軸心的圓柱狀含水層的半徑（不以井的出水量、水位下降值的大小改變），表示井

3、的補(bǔ)給能力；單位米（m）；S1、S2：觀測孔內(nèi)水位降深，單位米（m）；S1、S2：觀測孔內(nèi)水位降深，單位米（m）；S ：水位降深，單位米（m）；Sn ：相應(yīng)Qn時(shí)的最大水位降深，單位米（m）；T ：導(dǎo)水系數(shù)，T=KM，單位m2/d；Vg ：允許過濾管進(jìn)水流速，單位m/s，不得大于0.03m/s；Vj ：允許井壁進(jìn)水流速，單位m/s；目 錄1 施工圖設(shè)計(jì)前應(yīng)掌握的資料42水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算42.1 影響半徑的計(jì)算42.1.1潛水及承壓水利用抽水試驗(yàn)算出的影響半徑42.1.2資料不足時(shí)可采用經(jīng)驗(yàn)公式52.1.3 當(dāng)無資料時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值估算52.2滲透系數(shù)的計(jì)算62.2.1利用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)資料計(jì)算滲

4、透系數(shù)62.2.2當(dāng)無抽水試驗(yàn)資料時(shí)可根據(jù)下表估測73 管井的出水量計(jì)算83.1理論公式83.1.1適用于完整井潛水含水層83.1.1適用于完整井承壓水含水層83.2經(jīng)驗(yàn)公式94 井群布置及出水量計(jì)算105 洗井及出水量設(shè)計(jì)復(fù)核115.1 洗井115.2出水量設(shè)計(jì)及復(fù)核11參考文獻(xiàn)12附件1 潛水穩(wěn)定流理論公式計(jì)算出水量12附件2 潛水穩(wěn)定流經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出水量12附件3 承壓水穩(wěn)定流理論公式計(jì)算出水量12附件4 承壓水穩(wěn)定流經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出水量12管井設(shè)計(jì)及出水量計(jì)算管井是一種地下水供水水源的取水構(gòu)筑物，管井有井室、井壁管、過濾器、沉淀管等組成。管井適用于含水層厚度大于4m，底板埋藏深度大于8m

5、的地層。管井一般可開采潛水、承壓水、裂隙水及巖溶水。一般出水量在500600m3/d，最大可達(dá)23萬m3/d，最小100 m3/d。管井井徑一般在501000mm，常用200600mm，井深一般81000m，常用在300m以內(nèi)。本次主要討論的是無壓及承壓含水層的穩(wěn)定流完整井。管井應(yīng)布置在水質(zhì)好不易受污染的富水地段，施工、運(yùn)行和維護(hù)方便，盡量靠近主要用水地區(qū)且避開地震區(qū)、地質(zhì)災(zāi)害區(qū)和礦產(chǎn)采空區(qū)。正確選用地下水取水構(gòu)筑物對提高出水量、改善水質(zhì)及降低工程造價(jià)影響很大。當(dāng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有確切的水文地質(zhì)資料，取水量必須小于允許開采量，嚴(yán)禁盲目開采，開采后且不引起水位持續(xù)下降、水質(zhì)惡化及地面沉降。1 施工圖設(shè)計(jì)

6、前應(yīng)掌握的資料當(dāng)水源方案選用設(shè)計(jì)時(shí)，可利用計(jì)算的或相似地區(qū)的水文地質(zhì)參數(shù)對管井單井理論出水量進(jìn)行計(jì)算。施工圖設(shè)計(jì)前應(yīng)進(jìn)行水文地質(zhì)勘察，包括水量和水質(zhì)，施工圖應(yīng)達(dá)到B級精度，設(shè)計(jì)前應(yīng)校核水文地質(zhì)條件及參數(shù)的準(zhǔn)確性，在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)水文地質(zhì)參數(shù)應(yīng)采用野外實(shí)驗(yàn)和地下水動(dòng)態(tài)觀測所取得的數(shù)據(jù)確定。2水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算2.1 影響半徑的計(jì)算2.1.1潛水及承壓水利用抽水試驗(yàn)算出的影響半徑（1）當(dāng)有一個(gè)觀測孔時(shí)，潛水影響半徑采用：lgR=1.366K（H+h）（H-h）S1lgrQ1+lgr承壓水影響半徑采用：lgR=Slgr1-S1lgrS-S1（2）當(dāng)有2個(gè)觀測孔時(shí)，潛水影響半徑采用：lgR=S12H-S

7、1lgr2-S22H-S2lgr1S1-S22H-S1-S2承壓水影響半徑采用公式：lgR=S1lgr2-S2lgr1S1-S22.1.2資料不足時(shí)可采用經(jīng)驗(yàn)公式1）潛水庫薩金公式:R=2SHK2）承壓水集哈爾特公式:R=10SHK2.1.3 當(dāng)無資料時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值估算1）根據(jù)顆粒直徑確定影響半徑表2.1 顆粒直徑估算影響半徑巖性地層顆粒R（m）粒徑（mm）占重量（%）粉砂0.050.170以下2550細(xì)砂0.10.25>7050100中砂0.250.5>50100300粗砂0.51.0>50300400礫砂1.02.0>50400500圓礫2.03.0500600礫石3

8、.05.06001500卵石5.010.0150030002）根據(jù)單位出水量和單位水位下降值確定影響半徑；表2.2 單位出水量估算影響半徑R單位出水量q=Q/Sw影響半徑R（m）m3/(h.m)L/(s.m)>7.2>2.03005007.23.62.01.01003003.61.81.00.5501001.81.20.50.3325501.20.70.330.21025<0.7<0.2<10表2.3 單位水位下降估算影響半徑R 單位水位下降量=Sw/Q Sw(m) Q(L/(s.m)單位水位降低m/(L.s)影響半徑R（m）<0.53005001.01.5

9、1003002.01.0501003.02.025505.03.01025>5.0<102.2滲透系數(shù)的計(jì)算2.2.1利用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)資料計(jì)算滲透系數(shù)（1）當(dāng)只有1個(gè)觀測孔計(jì)算承壓水滲透系數(shù)時(shí)采用：K=0.366Q（lgR-lgr）MS計(jì)算潛水滲透系數(shù)時(shí)采用：K=0.733Q（lgR-lgr）（2H-S）S（2）當(dāng)2個(gè)觀測孔時(shí)計(jì)算承壓水滲透系數(shù)時(shí)采用：K=0.366Q（lgr2-lgr1）M（S1-S2）計(jì)算潛水完整井滲透系數(shù)時(shí)采用：K=0.366Q（lgr2-lgr1）M（h1-h2）（h1+h2）2.2.2當(dāng)無抽水試驗(yàn)資料時(shí)可根據(jù)下表估測表2.4 根據(jù)顆粒粒徑估算滲透系數(shù)巖性

10、巖層顆粒滲透系數(shù)K（m/d）粒徑（mm）所占比重（%）輕亞粘土0.050.1亞粘土0.010.25黃土0.250.5粉土質(zhì)砂0.501.0粉砂0.050.170以下15細(xì)砂0.10.25>70510中砂0.250.5>501025粗砂0.51.0>502550礫砂1.02.0>5050100圓礫75150卵石100200塊石200500礫石50010003 管井的出水量計(jì)算理論公式可根據(jù)水文地質(zhì)取得的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，精度差，適用于水源選擇、方案編制或初步設(shè)計(jì)階段。經(jīng)驗(yàn)公式是抽水試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算，能反映實(shí)際管井出水量。適用于施工圖設(shè)計(jì)，確定井的型式、構(gòu)造、井?dāng)?shù)和井群布置。

11、3.1理論公式已知含水層滲透系數(shù)和影響半徑等計(jì)算穩(wěn)定流管井單井在不同水位下降的理論出水量。3.1.1適用于完整井潛水含水層處于層流的非裂隙水，S<H/2，遠(yuǎn)離水體或河流，公式可采用：Q=1.366K（2H-S）SlgRr處于層流的非裂隙水，井距河邊水線L<0.5R，公式可采用：Q=1.366KH-h（H+h）lg2Lr3.1.1適用于完整井承壓水含水層當(dāng)為完整井承壓水時(shí)，且水頭h大于含水層厚度a，Q=2.73aKSlgRr當(dāng)為完整井承壓水時(shí)，且水頭h于含水層厚度a，Q=1.366K（2aH-a2-h2）lgRr3.2經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式是實(shí)際各種復(fù)雜因素的體現(xiàn)。通常需要地質(zhì)勘查提出抽水

12、試驗(yàn)資料或利用近似地區(qū)的抽水試驗(yàn)資料。經(jīng)驗(yàn)公式能夠全面的概括井的各種復(fù)雜因素這是理論公式所不及的。但抽水試驗(yàn)井的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量接近設(shè)計(jì)井，否則應(yīng)進(jìn)行修正。用經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)應(yīng)確定井的出水量Q與水位下降S之間關(guān)系的曲線方程，據(jù)此可求出在設(shè)計(jì)水位降深時(shí)井的出水量，據(jù)QS曲線類型選擇計(jì)算公式。在有2次以上抽水試驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上給出Q=f（S）的出水量與水位下降關(guān)系曲線。觀察Q=f(S)，有無直線關(guān)系。根據(jù)手冊第二版第三冊城鎮(zhèn)給水表3-23，通過確定Q與S之間的關(guān)系直線型、拋物線型、指數(shù)曲線型及對數(shù)曲線型根據(jù)適用條件選擇對應(yīng)的公式計(jì)算出水量注：a、b、m、n由抽水試驗(yàn)決定的參數(shù)。若無直線關(guān)系，則根據(jù)抽水試驗(yàn)資料轉(zhuǎn)

13、化計(jì)算表格（表3.1），并按表中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化后的圖形選擇計(jì)算公式。表3.1 抽水試驗(yàn)資料轉(zhuǎn)化抽水次數(shù)水位下降S(m)出水量Q（m3/d）S0=S/Qq=Q/SlgSlgQ1S1Q1S0q 1lgS1lgQ12S2Q2S0q 2lgS2lgQ2nSnQnST0q nlgStlgQt 為提高計(jì)算的精度，經(jīng)驗(yàn)公式中的系數(shù)可采用均衡誤差法、最小二乘法計(jì)算，但均需有3次以上的抽水試驗(yàn)資料。 4 井群布置及出水量計(jì)算 井群布置應(yīng)根據(jù)取水地段的水文地質(zhì)條件確定。若傍河取水，則則沿河布置一排或雙排的直線井群；要避開有沖刷危險(xiǎn)的河岸段，井離河岸保持一定的距離。在遠(yuǎn)離河流地區(qū)，一般是沿垂直地下水流向方向布置單排或多排

14、的直線井群；若地下水豐富，也可成梅花形或扇形布置，當(dāng)有古河床時(shí)，宜沿古河床布置；大厚度含水層或多層含水層，且地下水補(bǔ)給充足時(shí)，可分段或分層布置取水井組；巖漿巖類地區(qū)井群應(yīng)根據(jù)其分布與裂隙發(fā)育程度布置且應(yīng)布置在富水地段。 井間距通?？砂淳绊懓霃降?倍計(jì)算，在個(gè)別情況下井群占地有限制時(shí)，可按相互干擾使單井出水量減少20%30%進(jìn)行計(jì)算。 出水量的計(jì)算采用理論公式計(jì)算誤差較大，有條件最好用生產(chǎn)試驗(yàn)資料進(jìn)行校核。 5 洗井及出水量設(shè)計(jì)復(fù)核5.1 洗井下管填礫后必須及時(shí)洗井。其中含沙量抽水試驗(yàn)孔（包括勘探開采井），抽水開始后30min，含沙量達(dá)到：粗砂層小于5萬分之一；中、細(xì)砂層小于2萬分之一（體積比），供水管井抽水穩(wěn)定后，含砂量小于2百萬分之一。常用的洗井方法有活塞洗井、壓縮空氣洗井、水泵抽水或壓水洗井、液態(tài)二氧化氮洗井、液態(tài)二氧化碳配合鹽酸洗井及焦磷酸鈉洗井。應(yīng)根據(jù)汗水層特性、井孔結(jié)構(gòu)、井管質(zhì)量、井孔中水力特征及含泥砂情況，合理選擇洗井方法。適當(dāng)選擇幾種方法聯(lián)合洗井，可以提高洗井效果。5.2出水量設(shè)計(jì)及復(fù)核管井出水量應(yīng)小于過濾管的進(jìn)水能力。過濾管的進(jìn)水能力應(yīng)按下式確定：Qg=nVg DgL允許井壁進(jìn)水流速復(fù)核： Q/（DkL）VjVjK/15 當(dāng)?shù)叵滤哂懈g性和容易結(jié)垢時(shí)，允許過