管井過濾器直徑和長(zhǎng)度的確定

管井過濾器直徑和長(zhǎng)度的確定

3關(guān)于管道管道的直徑和長(zhǎng)度的討論上述過濾直徑和長(zhǎng)度規(guī)定的六種類型反映了現(xiàn)在和之后，過濾直徑和長(zhǎng)度的確定存在很大的學(xué)術(shù)差異，許多概念的混淆和不足。3.1過濾器直徑曲線我國(guó)高校教科書等文獻(xiàn)給出的過濾器直徑計(jì)算式是值得討論的。管井過濾器直徑按計(jì)算公式的計(jì)算結(jié)果確定,顯然是不可能的,工程實(shí)踐不可能按計(jì)算的結(jié)果特制過濾管的直徑,因此,給出的過濾器直徑計(jì)算式?jīng)]有任何實(shí)際意義。就計(jì)算公式本身而言,我國(guó)高校教科書《鉆探工藝學(xué)》給出的過濾器直徑計(jì)算如下式:D=QπLmv(8)D=QπLmv(8)式中,Q為設(shè)計(jì)的涌水量,m3/s;L為濾水管的長(zhǎng)度,m;m為濾水管的孔隙率;v為最大允許進(jìn)水速度,m/s。式中的符號(hào)及其含義均系原文,對(duì)比式(1)和式(8)可以看出,兩式除符號(hào)有所不同外,基本完全相同,但式(8)中的最大允許進(jìn)水速度的確定,書中給出了原蘇聯(lián)阿勃拉莫夫公式和美國(guó)水井工業(yè)推薦的安全流速0.1ft/s(0.03m/s),以及表2,應(yīng)該說(shuō),這是管井進(jìn)水流速基本概念混淆。式(8)計(jì)算參數(shù)中有過濾器孔隙率,系計(jì)算過濾管的直徑,因此,允許進(jìn)水流速只能是允許過濾管進(jìn)水流速,而絕不能是允許井壁進(jìn)水流速,如采用阿勃拉莫夫公式計(jì)算或采用表2中的允許進(jìn)水流速數(shù)值,則計(jì)算結(jié)果既非過濾管直徑,也非管井進(jìn)水段井徑。3.2計(jì)算開口長(zhǎng)度的公式過濾器長(zhǎng)度計(jì)算式是在過濾器直徑已確定的情況下,計(jì)算過濾器的長(zhǎng)度。原蘇聯(lián)、美國(guó)以及我國(guó)的許多文獻(xiàn)均給出了過濾器長(zhǎng)度計(jì)算式,但值得討論。3.2.1過濾器的直徑和長(zhǎng)度原蘇聯(lián)文獻(xiàn)給出的過濾器長(zhǎng)度計(jì)算式如(4)式,我國(guó)許多文獻(xiàn)加以引用,但引用不全,也有些變異。為清楚說(shuō)明起見,將原蘇聯(lián)文獻(xiàn)《供水勘探生產(chǎn)井設(shè)計(jì)》關(guān)于過濾器長(zhǎng)度計(jì)算式抄錄如下:l0=Qαd(9)l0=Qαd(9)式中,l0為過濾器工作部分長(zhǎng)度,m;Q為井的出水量,m3/h;α為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),決定于含水層的粒度成分,可按表5確定;d為過濾器外徑,mm。表5中列出的α值,系根據(jù)含水層的平均滲透系數(shù),按照下面的經(jīng)驗(yàn)公式確定的允許進(jìn)水流速得到的V=653√k(10)V=65k√3(10)式中,k為含水層滲透系數(shù)。當(dāng)k為其他值時(shí),α值的大小以內(nèi)插法確定。過濾器的外徑,依過濾器的結(jié)構(gòu)不同而取不同數(shù)值。1)具有圓形和縫隙狀穿孔的管式過濾器,其外徑為過濾管的外徑;2)纏絲過濾器和鋼筋骨架過濾器,其外徑以纏絲表面算起;3)填礫過濾器,其外徑以濾料的表面算起。按照井的開采和維修條件,過濾器骨架的最小直徑不應(yīng)小于100mm。對(duì)比式(4)和式(9)可以看出,式(4)引用不全面,式(9)中經(jīng)驗(yàn)系數(shù)α的說(shuō)明,我國(guó)文獻(xiàn)中大多省略,往往產(chǎn)生誤解。譬如式(4)即認(rèn)為是區(qū)別于“滲透速度計(jì)算法”的另一種“經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法”。式(9)的注釋清楚地說(shuō)明,經(jīng)驗(yàn)系數(shù)是依據(jù)允許進(jìn)水流速得到的,也即過濾器工作部分長(zhǎng)度仍是依據(jù)允許進(jìn)水流速計(jì)算確定。式(9)中的過濾器外徑d,從其注釋的三種情況看,實(shí)際上是管井的進(jìn)水段井徑,由于名為過濾器外徑,往往使人產(chǎn)生混淆,誤認(rèn)為是過濾管的外徑。式(9)名為過濾器工作部分長(zhǎng)度計(jì)算,是值得討論的,其計(jì)算的依據(jù)是允許井壁進(jìn)水流速和井壁進(jìn)水段的井徑,所以,計(jì)算的實(shí)質(zhì)是計(jì)算井壁進(jìn)水段的長(zhǎng)度,而不是計(jì)算過濾器的長(zhǎng)度。式(9)是依據(jù)井壁進(jìn)水段的長(zhǎng)度確定過濾器的工作部分長(zhǎng)度,并非是直接計(jì)算過濾器長(zhǎng)度,但由于名為過濾器工作部分長(zhǎng)度計(jì)算,極易使人產(chǎn)生誤解,其實(shí),兩者并不能劃等號(hào),在淹沒式過濾器管井情況下,過濾器工作部分的長(zhǎng)度,顯然不等于井壁進(jìn)水段的長(zhǎng)度。此外,式(9)中所謂“過濾器工作部分長(zhǎng)度”,即設(shè)計(jì)動(dòng)水位以下的過濾器長(zhǎng)度,顯然,過濾器工作部分長(zhǎng)度也不能與過濾器長(zhǎng)度劃等號(hào),我國(guó)文獻(xiàn)引用式(9)時(shí),往往省略了“工作部分”4字,如式(4)即欠明確。式(9)的適用條件是比較厚的含水層。何謂比較厚的含水層,按照原文的敘述,是大于5m的含水層,但未說(shuō)明上限。根據(jù)我國(guó)的管井工程實(shí)踐,式(9)并不適用于厚度很大的含水層,我國(guó)文獻(xiàn)引用該式時(shí)往往省略了該式的適用條件,很易導(dǎo)致誤用。關(guān)于大厚度含水層分段和分層取水問題,是另一課題的內(nèi)容,可參考有關(guān)文獻(xiàn)。3.2.2過濾器長(zhǎng)度計(jì)算式的分析美國(guó)《水井標(biāo)準(zhǔn)》過濾器長(zhǎng)度計(jì)算式如式(7),式中的Ae為每英尺過濾管有效開孔面積,系依據(jù)過濾管的外徑和過濾管的孔隙率,并乘以50%得到的單位長(zhǎng)度過濾管有效進(jìn)水面積,式中的Ve為允許過濾管進(jìn)水流速,對(duì)比式(7)和式(9)可以看出,兩式均是過濾器的長(zhǎng)度計(jì)算式,但兩式大不相同,式(7)的計(jì)算參數(shù)中有過濾管進(jìn)水面積,并且允許進(jìn)水流速系允許過濾管進(jìn)水流速,而式(9)的計(jì)算參數(shù)中不涉及過濾器開孔面積,其允許進(jìn)水流速為允許井壁進(jìn)水流速,顯然,兩式大不相同。就計(jì)算式本身而言,兩式均是正確的,但式(9)計(jì)算的實(shí)質(zhì)是計(jì)算井壁進(jìn)水段的長(zhǎng)度,間接確定過濾器長(zhǎng)度,而式(7)是直接計(jì)算過濾器的長(zhǎng)度,在管井設(shè)計(jì)時(shí),如概念不清楚,極易導(dǎo)致混淆和誤解誤用。式(7)是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水井標(biāo)準(zhǔn)》關(guān)于過濾器長(zhǎng)度的計(jì)算,是英美等國(guó)對(duì)此規(guī)定的典型代表,而式(9)是原蘇聯(lián)等國(guó)關(guān)于過濾器長(zhǎng)度規(guī)定的典型代表,突出反映了在管井設(shè)計(jì)上兩種學(xué)術(shù)思想的差異。3.2.3管井進(jìn)水流速計(jì)算方法的討論《供水管井設(shè)計(jì)施工指南》是在我國(guó)管井工程界具有廣泛影響的文獻(xiàn),該書所給出的3個(gè)過濾器長(zhǎng)度理論計(jì)算法,反映了我國(guó)目前關(guān)于過濾器長(zhǎng)度確定的現(xiàn)狀,具有典型的代表性,也反映了諸多值得討論的問題。1)允許進(jìn)水實(shí)際速度計(jì)算法計(jì)算式如式(2),對(duì)比式(2)和式(7)可以看出,兩式在形式上基本相同,但計(jì)算參數(shù)的含義及數(shù)值大不相同。式(2)中的A0為過濾器進(jìn)水面積,顯然是錯(cuò)誤的,應(yīng)該是過濾器單位進(jìn)水面積,A0等于過濾器面積乘以過濾器的有效孔隙率P,計(jì)算結(jié)果并非是式(7)的過濾器有效進(jìn)水面積,其過濾器有效孔隙率也不是我國(guó)國(guó)標(biāo)《供水管井技術(shù)規(guī)范》GB50296-99的有效孔隙率,而是另一種“過濾器的有效孔隙率”,其概念是值得討論的。式(2)中的V0為相應(yīng)含水層的允許進(jìn)水速度。其數(shù)值如表2所示,分析表2可知,該表也是值得討論的,表中“含水層中的適宜進(jìn)水速度、適宜進(jìn)水速度、適宜進(jìn)水滲透速度”,差別是什么?令人不解。其實(shí)上述三個(gè)流速均是“允許井壁進(jìn)水流速”。表2在管井進(jìn)水流速上出現(xiàn)了混淆。就該方法的名稱“允許進(jìn)水實(shí)際速度計(jì)算法”而言,“允許進(jìn)水實(shí)際速度”作為一個(gè)新名詞,名詞不確切,概念也不清楚。2)滲透速度計(jì)算法計(jì)算式如式(3)。對(duì)比式(3)和式(2)可以看出,兩式基本相同,式(3)中A為過濾器的面積,如上所述,也應(yīng)是單位過濾器進(jìn)水面積,式中的V為進(jìn)水滲透速度,但其計(jì)算式為V=653√ΚV=65K??√3,也即阿勃拉莫夫公式,顯然是允許井壁進(jìn)水流速計(jì)算式,所稱之的進(jìn)水滲透速度實(shí)際就是允許進(jìn)水滲透速度,因此,方法2)與方法1)并無(wú)什么差別。3)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算法計(jì)算式如式(4),顯然是引用原蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,但引用不全。如前所述,式中的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)α即是由允許井壁進(jìn)水流速得到的。因此,單獨(dú)劃分出所謂經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算法是一種誤解。綜上所述,《供水管井設(shè)計(jì)施工指南》所給出的3種過濾器長(zhǎng)度計(jì)算法,存在諸多概念混淆,所給出的3個(gè)計(jì)算式則存在諸多值得討論的問題。3.3松散層管井直徑復(fù)核我國(guó)許多文獻(xiàn)給出了過濾器直徑復(fù)核式,建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)《供水管井設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范》CJJ10-86并將復(fù)核關(guān)系式納入到條文的規(guī)定之中,影響廣泛,但值得討論。我國(guó)《水文地質(zhì)手冊(cè)》給出的過濾器直徑復(fù)核式如式(5),建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)給出的過濾器直徑復(fù)核式如式(6),對(duì)比兩式可以看出,兩式大不相同,式(6)的分母中多了一個(gè)過濾管表層進(jìn)水面有效孔隙率,并且式(6)中允許進(jìn)水流速為允許過濾管進(jìn)水流速,而式(5)為允許井壁進(jìn)水流速。兩式均是復(fù)核過濾器直徑,復(fù)核式卻大不相同,往往使人混淆和誤解誤用。建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)在給出過濾管外徑復(fù)核式的同時(shí)也給出了松散層管井井徑復(fù)核關(guān)系式如下:D≥QπLVj(11)D≥QπLVj(11)式中,D為井徑,m;Q為設(shè)計(jì)出水量,m3/s;L為過濾器工作部分長(zhǎng)度,m;Vj為允許入井滲透流速。Vj=√k15?m/s(12)Vj=k√15?m/s(12)k為滲透系數(shù),m/s。式中的符號(hào)及含義均系規(guī)范原文。對(duì)比式(11)和式(5)可以看出,兩式除允許流速計(jì)算公式不同外,完全相同,但復(fù)核的對(duì)象不同,式(5)是復(fù)核過濾器外徑,式(11)是復(fù)核井徑,往往使人產(chǎn)生困惑。式(5)和式(11)中雖然允許流速計(jì)算公式有所不同,但均是允許井壁進(jìn)水流速計(jì)算式,僅是計(jì)算的數(shù)值不同而已,并且均不涉及過濾器的有效進(jìn)水面積,因此,式(11)和式(5)是復(fù)核井壁進(jìn)水段的井徑,就概念而言,應(yīng)該說(shuō),建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)的概念更為明確,因此式(6)是名副其實(shí)的過濾管外徑復(fù)核式。過濾器直徑復(fù)核的目的在于通過復(fù)核以確定過濾器的直徑。在管井工程實(shí)踐中,過濾器直徑是根據(jù)管井設(shè)計(jì)出水量、管材規(guī)格、鉆進(jìn)工藝等多種因素綜合考慮確定的,并不需要復(fù)核,即使按上述關(guān)系式復(fù)核,工程實(shí)踐也不可能根據(jù)復(fù)核的結(jié)果增大或減少過濾器直徑,復(fù)核也就無(wú)實(shí)際意義。在管井設(shè)計(jì)中真正需要復(fù)核的是管井進(jìn)水流速,而不是過濾器的直徑或井徑。當(dāng)管井進(jìn)水流速過大時(shí),將導(dǎo)致管井運(yùn)行不良,使用壽命縮短等一系列弊端。因此,在管井設(shè)計(jì)中,復(fù)核管井進(jìn)水流速,是管井設(shè)計(jì)非常重要的一項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容,管井進(jìn)水流速如果超過允許進(jìn)水流速,即應(yīng)減少設(shè)計(jì)出水量以降低管井進(jìn)水流速至允許進(jìn)水流速之下,而不是增大過濾器直徑或井徑。3.4計(jì)算過濾器直徑的計(jì)算式我國(guó)高校教科書《鉆探工藝學(xué)》等文獻(xiàn)同時(shí)給出了過濾器直徑和長(zhǎng)度的計(jì)算式。在所給出的計(jì)算過濾器直徑計(jì)算式中,是假定過濾器長(zhǎng)度已確定,計(jì)算過濾器直徑;而在過濾器長(zhǎng)度計(jì)算式中,是假定過濾器直徑已確定,計(jì)算過濾器長(zhǎng)度,顯然,解是無(wú)窮的,計(jì)算即無(wú)實(shí)際意義。3.5濾器長(zhǎng)度確定的工程實(shí)踐我國(guó)現(xiàn)行國(guó)標(biāo)《供水管井技術(shù)規(guī)范》GB50296-99未給出過濾器直徑和長(zhǎng)度的計(jì)算式或過濾器直徑復(fù)核式,僅規(guī)定了確定的原則。在有關(guān)管井過濾器直徑和長(zhǎng)度的規(guī)定上,應(yīng)該說(shuō)是一個(gè)新類型的規(guī)定。規(guī)定是否正確?對(duì)此,學(xué)術(shù)界存在分歧和爭(zhēng)議。就過濾器的長(zhǎng)度確定而言,工程實(shí)踐主要是依據(jù)含水層的厚度及其透水性確定。大量的試驗(yàn)資料表明,過濾器長(zhǎng)度在一定范圍內(nèi)時(shí)管井出水量隨過濾器的長(zhǎng)度增大而增加,當(dāng)過濾器長(zhǎng)度超過某一閥值后,出水量增加很小,甚至無(wú)實(shí)際意義。試驗(yàn)表明,這個(gè)閥值大致為20～30m,據(jù)此,國(guó)標(biāo)《供水管井技術(shù)規(guī)范》以含水層厚度30m為界,分別作出了規(guī)定。這一規(guī)定雖然不是很精確,但節(jié)省了試驗(yàn)費(fèi)用,簡(jiǎn)單實(shí)用。原蘇聯(lián)和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)雖然給出了各自的過濾器長(zhǎng)度計(jì)算式,但適用條件基本相同,對(duì)于很厚的含水層,如厚度超過30m的含水層,并不適用,對(duì)于較薄的含水層,如小于10m的含水層,則無(wú)需計(jì)算,可直接依含水層的類型和設(shè)計(jì)動(dòng)水位確定。在比較厚的含水層條件下按計(jì)算式計(jì)算,工程實(shí)踐一般也不會(huì)按計(jì)算結(jié)果精確地確定,近似而已。因此,計(jì)算式的實(shí)際意義并不大。4由于管道管道的直徑和長(zhǎng)度有規(guī)定的混亂原因4.1管井結(jié)構(gòu)與井身橫斷面直徑管井名詞是我國(guó)特有的名詞術(shù)語(yǔ)。英美文獻(xiàn)一般稱之為“深井”或“水井”,實(shí)則是同一種地下水抽水構(gòu)筑物。管井名詞本身極易造成誤解,我國(guó)一些文獻(xiàn)認(rèn)為管井由井壁管、過濾管及沉淀管組成,即管井是由井管組成的管狀井,井管外是“孔”,因而將井管直徑稱之為“井徑”,而將井身橫斷面直徑稱之為“孔徑”。這是因?yàn)椤熬?、“孔”概念混淆?dǎo)致的誤解。管井作為一種地下水抽水構(gòu)筑物,并非是單指井管,而是包括了井管、井身及井內(nèi)設(shè)施的整體。因此,管井結(jié)構(gòu)是井身結(jié)構(gòu)、井管配置及井內(nèi)設(shè)施的統(tǒng)稱。井徑則是井身橫斷面的直徑,而非井管直徑。在我國(guó)目前管井工程有關(guān)文獻(xiàn)和技術(shù)文件中,“井”、“孔”名詞混用和并用是十分普遍的現(xiàn)象,這就導(dǎo)致了“井”、“孔”概念混淆;導(dǎo)致了井徑與過濾管直徑混淆;井壁進(jìn)水流速與過濾管進(jìn)水流速混淆,造成了過濾器直徑和長(zhǎng)度計(jì)算式或復(fù)核式計(jì)算參數(shù)錯(cuò)誤。4.2過濾管進(jìn)水段長(zhǎng)度表1目前有關(guān)規(guī)定給出的過濾器直徑和長(zhǎng)度計(jì)算式或復(fù)核式中,管井進(jìn)水流速均是必不可少的計(jì)算參數(shù),在前述的過濾器直徑和長(zhǎng)度計(jì)算式或復(fù)核式中,管井進(jìn)水流速不僅名稱不同,而且計(jì)算公式不同,數(shù)值不同,往往造成混淆,導(dǎo)致計(jì)算或復(fù)核錯(cuò)誤。管井進(jìn)水流速是管井抽水時(shí),地下水流通過管井兩個(gè)過水?dāng)嗝嫔系牧魉?。我?guó)國(guó)標(biāo)《供水管井技術(shù)規(guī)范》GB50296-99將通過井壁的流速稱之為“井壁進(jìn)水流速”,將通過過濾管進(jìn)水縫隙的流速稱之為“過濾管進(jìn)水流速”,兩者統(tǒng)稱為管井進(jìn)水流速?！熬谶M(jìn)水流速”是滲透流速,在數(shù)值上,井壁進(jìn)水流速等于管井出水量除以井壁進(jìn)水?dāng)嗝婷娣e,即:Vj=QAj(13)Vj=QAj(13)式中,Vj為井壁進(jìn)水流速,m/s;Q為管井出水量,m3/s;Aj為井壁進(jìn)水?dāng)嗝婷娣e,m2。Aj=πDLD為管井進(jìn)水段井徑,m;L為井壁進(jìn)水段長(zhǎng)度,m。過濾管進(jìn)水流速是地下水流通過過濾管進(jìn)水縫隙時(shí)的流速,是真實(shí)流速而不是滲透流速,即:Vg=QAg(14)式中,Vg為過濾管進(jìn)水流速,m/s;Q為管井出水量,m3/s;Ag為過濾管有效進(jìn)水面積,m2;Ag=πdln(15)d為過濾管外徑,m;l為過濾管進(jìn)水段長(zhǎng)度,m;n為過濾管有效孔隙率。從上述可以清楚地看出,井壁進(jìn)水流速和過濾管進(jìn)水流速是概念不同,數(shù)值差異懸殊的兩個(gè)不同流速。原蘇聯(lián)等國(guó)以井壁進(jìn)水流速表示管井進(jìn)水流速,而英美等國(guó)則以過濾管進(jìn)水流速表示管井進(jìn)水流速,所以在原蘇聯(lián)文獻(xiàn)所給出的過濾器長(zhǎng)度計(jì)算式中,允許管井進(jìn)水流速是指允許井壁進(jìn)水流速,而美國(guó)《水井標(biāo)準(zhǔn)》所給出的過濾器長(zhǎng)度計(jì)算式中,允許管井進(jìn)水流速是指允許過濾管進(jìn)水流速。就管井進(jìn)水流速概念而言,管井進(jìn)水流速本身即包括了井壁進(jìn)水流速和過濾管進(jìn)水流速在內(nèi),是兩者的統(tǒng)稱。因此,管井進(jìn)水流速單指其中任一個(gè)都是不全面的。在我國(guó)有關(guān)文獻(xiàn)上,井壁進(jìn)水流速又稱之為“進(jìn)井流速”、“進(jìn)水流速”、“濾水速度”、“入口流速”、“鄰近流速”、“入井滲透流速”、“含水層滲透速度”等。過濾管進(jìn)水流速又稱之為“過濾器進(jìn)水流速”、“入管流速”、“入口流速”等,名稱過多和交叉,導(dǎo)致了“井壁進(jìn)水流速”和“過濾管進(jìn)水流速”這兩個(gè)不同流速相互混淆,是造成我國(guó)許多文獻(xiàn)在給出的管井過濾器的直徑和長(zhǎng)度計(jì)算式或復(fù)核式中,允許管井進(jìn)水流速混淆的重要原因。4.3非填礫過濾器和非過濾器過濾器直徑也是前述過濾器長(zhǎng)度計(jì)算式中必不可少的計(jì)算參數(shù),顯然,過濾器直徑取值正確與否,對(duì)于計(jì)算結(jié)果具有十分重要的意義。目前我國(guó)有關(guān)文獻(xiàn)中過濾器與過濾管是兩個(gè)同義詞,常常混同使用,實(shí)際上兩者有差別。過濾器是管井起濾水、擋砂和護(hù)壁作用的裝置。過濾管則有所不同,在非填礫過濾器情況下,過濾管即為過濾器,在填礫過濾器情況下,過濾管是填礫過濾器的骨架管,是填礫過濾器的組成部分,顯然就不能稱之為過濾器了。所以,過濾管與過濾器兩者有差別,并不等同。在原蘇聯(lián)文獻(xiàn)給出的過濾器長(zhǎng)度計(jì)算式中,過濾器直徑取值依過濾器的類型有所不同。對(duì)于填礫過濾器,過濾器外徑應(yīng)算至濾料的外緣,而英美標(biāo)準(zhǔn)給出的過濾器長(zhǎng)度計(jì)算式中,過濾器外徑則均為過濾管的外徑,即使是填礫過濾器,其外徑也絕不能算至濾料外緣,所言之的過濾器實(shí)際是過濾管。目前,由于過濾器、過濾管混同使用,往往造成過濾器直徑取值錯(cuò)誤,導(dǎo)致計(jì)算錯(cuò)誤。在我國(guó)部分文獻(xiàn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中,過濾管又稱之為“濾水管”,為過濾管的同義詞,應(yīng)該說(shuō),采用何者均是可以的,但比較而言,過濾管與過濾器名詞相對(duì)應(yīng),較為合適,也符合《供水管井技術(shù)規(guī)范》GB50296-99等規(guī)范的規(guī)定。4.4過濾管有效孔隙率的計(jì)算從前述的過濾器長(zhǎng)度計(jì)算式或過濾器直徑復(fù)核式可以看出,式中的過濾器孔隙率和過濾器有效孔隙率的概念及數(shù)值均有所不同,極易造成誤解誤用,導(dǎo)致計(jì)算或復(fù)核錯(cuò)誤。過濾器孔隙率一般認(rèn)為是早有定論,其實(shí)不然,如式(1)中的過濾管孔隙率,一般均采用骨架管的孔隙率,實(shí)際并不正確,這涉及到管井過濾器孔隙率的概念和定義問題。但我國(guó)《水文地質(zhì)術(shù)語(yǔ)》GB/T14157-93,對(duì)過濾器孔隙率定義為“濾水管的濾水孔眼的總面積與濾水管的表面積之比”,這一定義得到了普遍認(rèn)同。但我國(guó)幾十年的管井工程實(shí)踐表明這一定義是值得討論的。一般管井過濾器孔隙率,無(wú)論是填礫過濾器,還是非填礫過濾器,均指的是過濾管的孔隙率。因此,所謂過濾器孔隙率即是過濾管的孔隙率。過濾管依其結(jié)構(gòu)不同,而有1～2個(gè)孔隙率。單層進(jìn)水面過濾管,也即俗稱之“光濾管”,由于僅有1個(gè)進(jìn)水面,因此,僅有1個(gè)孔隙率;對(duì)于雙層進(jìn)水面過濾管,如穿孔管墊筋纏絲過濾管,由于有兩個(gè)進(jìn)水面,故有兩個(gè)孔隙率,這說(shuō)明過濾管并非只有1個(gè)孔隙率。當(dāng)過濾管下入井內(nèi)之后,無(wú)論管外是否填礫,過濾管外層進(jìn)水面都不可能是原有的孔隙率,這是因?yàn)楹畬拥念w?；蛉斯V料不可避免地遮擋和堵塞部分進(jìn)水縫隙,從而使過濾管外層進(jìn)水面孔隙率大大降低。我國(guó)國(guó)標(biāo)《供水管井技術(shù)規(guī)范》GB50296-99規(guī)定將過濾管下入井內(nèi)之后,過濾管外層進(jìn)水面實(shí)際能夠達(dá)到的孔隙率稱之為過濾管有效孔隙率。管井工程的理論和實(shí)踐均證實(shí)了有效孔隙率是客觀存在的。在國(guó)外,英美文獻(xiàn)沒有過濾管有效孔隙率的名詞,一般以過濾管有效進(jìn)水面積表征,其結(jié)果完全一樣。根據(jù)國(guó)標(biāo)《供水管井技術(shù)規(guī)范》GB50296-99及建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)《供水管井設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范》CJJ10-86的規(guī)定,過濾管有效孔隙率為進(jìn)水面乘孔隙率的50%,這即是式(6)中過濾管有效孔隙率的依據(jù)所在。前述式(2)中的過濾器有效孔隙率是另外一種過濾器有效孔隙率,是我國(guó)文獻(xiàn)《供水管井設(shè)計(jì)施工指南》所提出,其計(jì)算式如下:Ρ=ρμ或ρμ1(16)式中:P為過濾器有效孔隙率,%;ρ為過濾器骨架孔隙率,%;μ為含水層給水度;μ1為填礫的給水度。式中符號(hào)及其含義均系原文。分析該式可以看出,式中的過濾器骨架孔隙率所指不明確,應(yīng)該不是指過濾管內(nèi)層進(jìn)水面孔隙率,而應(yīng)是過濾管與含水層或?yàn)V料相接觸的外層進(jìn)水面孔隙率,填礫也即人工濾料。從其計(jì)算式看,計(jì)算的結(jié)果是含水層或?yàn)V料的有效給水度,而不是過濾器的有效孔隙率,應(yīng)該說(shuō)是名不符實(shí),這與國(guó)標(biāo)《供水管井技術(shù)規(guī)范》GB50296-99所指的過濾管有效孔隙率是兩個(gè)不同的概念。就我國(guó)常用的穿孔管墊筋纏絲過濾管而言,內(nèi)層進(jìn)水面穿孔管孔隙率的大小是由管材的強(qiáng)度決定的,金屬穿孔管孔隙率較大,非金屬穿孔管孔隙率相對(duì)較小,一般在15%～30%之間。外層進(jìn)水面纏絲間距一般在0.5～3mm之間,由此產(chǎn)生的孔隙率一般在12%～44%之間。當(dāng)過濾管下入井內(nèi)之后,纏絲面由于與含水層顆?；?yàn)V料相接觸,孔隙率減少50%,而內(nèi)層穿孔管的孔隙率不減少,這就使得纏絲面有效孔隙率在大多數(shù)情況下小于內(nèi)層穿孔管的孔隙率,也即外層進(jìn)水面有效孔隙率表征了過濾管的實(shí)際進(jìn)水性能。對(duì)于單層進(jìn)水面過濾管,可以看作是外層進(jìn)水面和內(nèi)層進(jìn)水面合二為一的過濾管,其過濾管有效孔隙率同樣表征了過濾管的實(shí)際進(jìn)水性能。這表明,過濾器孔隙率定義為內(nèi)層骨架管的孔隙率,不符合過濾管進(jìn)水的實(shí)際情況,因此不正確。過濾器孔隙率并不單指某一進(jìn)水面的孔隙率,而應(yīng)是內(nèi)外層進(jìn)水面孔隙率及過濾管有效孔隙率的統(tǒng)稱。因此,前述的過濾器直徑及長(zhǎng)度計(jì)算式或復(fù)核式中,過濾器孔隙率采用內(nèi)層骨架管的孔隙率不正確,應(yīng)為過濾管有效孔隙率,而式(2)中的所謂過濾器有效孔隙率不僅名不副實(shí),且數(shù)值亦差異很大。過濾器孔隙率及過濾器有效孔隙率概念錯(cuò)誤和混淆,是導(dǎo)致過濾器直徑和長(zhǎng)度計(jì)算或復(fù)核錯(cuò)誤的重要原因之一。5過濾管有效進(jìn)水面積的確定從理論上講,過濾器直徑與長(zhǎng)度的確定,應(yīng)該是過濾管的外徑和過濾管長(zhǎng)度的確定,并由此決定了過濾管的表面積。過濾管表面積乘以過濾管有效孔隙率,即得到過濾管有效進(jìn)水面積Ag,即式(15)。過濾管有效進(jìn)水面積即過濾管的實(shí)際進(jìn)水面積,式(15)中過濾管有效孔隙率系根據(jù)《供水管井技術(shù)規(guī)范》GB50296-99的規(guī)定。管井的允許出水量:Q=AgVg(17)式中,Vg為允許過濾管進(jìn)水流速,0.03m/s。在管井出水量確定的情況下,由于允許過濾管進(jìn)水流速是定值,過濾管有效進(jìn)水面積即是定值,這就清楚地說(shuō)明了過濾管直徑和長(zhǎng)度確定的實(shí)質(zhì)是確定過濾管的進(jìn)水面積。從式(17)可以看出,過濾管直徑與過濾管長(zhǎng)度互為變量,也即由一個(gè)關(guān)系式確定兩個(gè)變量,解是多值性的。這說(shuō)明,同時(shí)給出過濾管直徑和長(zhǎng)度的計(jì)算式,在理論上是不成立的。相同道理,井壁進(jìn)水段的直徑和井壁進(jìn)水段的長(zhǎng)度決定了井壁進(jìn)水段進(jìn)水面積,即Aj=πDL(18)式中,Aj為井壁進(jìn)水段面積,m2;D為井壁進(jìn)水段直徑,m;L為井壁進(jìn)水段長(zhǎng)度,m。井壁進(jìn)水段面積乘以允許井壁進(jìn)水流速,即是管井允許出水量,即:Q=AjVj(19)式中,Vj為允許井壁進(jìn)水流速。在管井出水量確定的情況下,井壁進(jìn)水段的面積即是定值。從式(19)可以看出,井壁進(jìn)水段直徑與井壁進(jìn)水段長(zhǎng)度互為變量,解也是多值性的,我國(guó)文獻(xiàn)大多將井壁進(jìn)水段直徑稱之為過濾器直徑,將井壁進(jìn)水段長(zhǎng)度稱之為過濾器長(zhǎng)度,往往造成混淆和誤解誤用。前述《水文地質(zhì)手冊(cè)》所給出的過濾器長(zhǎng)度計(jì)算式和過濾器直徑復(fù)核式,實(shí)際就是井壁進(jìn)水段長(zhǎng)度計(jì)算式和井壁進(jìn)水段直徑復(fù)核式。顯然,同時(shí)給出井壁進(jìn)水段直徑和長(zhǎng)度計(jì)算式,在理論上也是不成立的。6未考慮過濾器直徑和長(zhǎng)度的內(nèi)在聯(lián)系,但確定原則不同目前,國(guó)內(nèi)外有關(guān)規(guī)定給出的過濾器直徑和長(zhǎng)度確定原則,一般是僅給出其一的確定原則,但所給出的確定原則也不盡相同,共性問題在于,未考慮過濾器直徑和過濾器長(zhǎng)度兩者的內(nèi)在聯(lián)系,孤立地給出其一的確定原則。我國(guó)管井工程的實(shí)踐表明,過濾器的直徑和長(zhǎng)度確定,應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件,綜合考慮各方面的因素加以確定,無(wú)需計(jì)算。6.1確定過濾器長(zhǎng)度的原則6.1.1過濾器長(zhǎng)度的確定目前,有關(guān)規(guī)定關(guān)于過濾器長(zhǎng)度的確定原則,大多是以含水層的厚度為依據(jù),但規(guī)定的含水層厚度界限值有所不同?！豆┧芫夹g(shù)規(guī)范》GB50296-99及《供水管井設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范》CJJ10-86關(guān)于松散含水層情況下過濾器長(zhǎng)度的確定原則,以含水層厚度30m為界限值分別作出規(guī)定,對(duì)于供水管井是合適的。1)含水層厚度小于30m時(shí),對(duì)于潛水含水層,過濾器長(zhǎng)度宜取設(shè)計(jì)動(dòng)水位以下的含水層厚度,對(duì)于承壓含水層,可取含水層的厚度。2)含水層厚度大于30m時(shí),應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)出水量和含水層的透水性確定,當(dāng)含水層厚度很大,且需水量也很大時(shí),宜考慮分段取水或分層取水。6.1.2含水層厚度的影響對(duì)于降水管井,由于管井井深