
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1、中國(guó)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(duì)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(guò)濾管外徑(m);h :井中的水深,單位米(m);h :無(wú)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(表示地下水的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、粘滯系數(shù)、含水
2、層顆粒大小、形狀、排列);單位米/天(m/d);l :過(guò)濾管有效進(jìn)水長(zhǎng)度(m),宜按過(guò)濾管長(zhǎng)度的85%計(jì)算;n :過(guò)濾管進(jìn)水面層有效孔隙數(shù),宜按過(guò)濾管面層孔隙率的50%計(jì)算;qn :?jiǎn)挝怀鏊浚╩3/(d.m);qg :過(guò)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 :?jiǎn)尉畬?shí)測(cè)最大出水量,單位m3/d;r1、r2:抽水井至觀測(cè)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),表示井的補(bǔ)給能力;單位米(m);s1、s
3、2:觀測(cè)孔內(nèi)水位降深,單位米(m);s1、s2:觀測(cè)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(guò)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(wú)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)算滲透系數(shù)62.2.2當(dāng)無(wú)抽水試驗(yàn)資料
4、時(shí)可根據(jù)下表估測(cè)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(guò)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的地層。管井一般可開采潛水、承壓水
5、、裂隙水及巖溶水。一般出水量在500600m3/d,最大可達(dá)23萬(wàn)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(wú)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(duì)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)前應(yīng)掌握的資料當(dāng)水源方案選用設(shè)計(jì)時(shí)
6、,可利用計(jì)算的或相似地區(qū)的水文地質(zhì)參數(shù)對(duì)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(jí)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(cè)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(cè)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(cè)孔時(shí),潛水影響半徑采用:lgr=s12h-s1lgr2-s22h-s2lgr1
7、s1-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(kù)薩金公式:r=2shk2)承壓水集哈爾特公式:r=10shk2.1.3 當(dāng)無(wú)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0.10.257050100中砂0.250.550100300粗砂0.51.050300400礫砂1.02.050400500圓礫2.03.0500600礫石3.05.06001500卵石5.010.0150030002)根據(jù)
8、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)7.22.03005007.23.62.01.01003003.61.81.00.5501001.81.20.50.3325501.20.70.330.210250.70.210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)5.070510中砂0.250.5501025粗砂0.51.0502550礫砂1.02.05050100圓礫75150卵石100200塊石200
9、500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。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,sh/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l0.5r,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
10、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),
11、有無(wú)直線關(guān)系。根據(jù)手冊(cè)第二版第三冊(cè)城鎮(zhèn)給水表3-23,通過(guò)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(duì)數(shù)曲線型根據(jù)適用條件選擇對(duì)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(wú)直線關(guān)系,則根據(jù)抽水試驗(yàn)資料轉(zhuǎn)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)
12、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
13、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(wàn)分之一;中、細(xì)砂層小于2萬(wàn)分之一(體積比),供水管井抽水穩(wěn)定后,含砂量小于2百萬(wàn)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(guò)濾管的進(jìn)水能力。過(guò)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?gòu)?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(guò)濾管進(jìn)水流速,應(yīng)按減少1/31/2后確定。參考
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