管井设计涌水量计算.docx

管井设计及出水量计算-综合所水道室
中国煤炭科工集团南京设计研究院
管井设计及出水量计算
稳定流完整井

吴成泽
2012-12-1

主要针对潜水及承压水稳定流完整井的理论及经验公式展开论述，并介绍了井群在不同地质条件下的布置及计算遵循的原则，最后介绍了洗井及单井出水量校核。最后利用4个Excel文件概括理论及经验公式，可代入抽水试验值分别计算管井单井出水量。

水文地质参数索引
a ：含水层厚度，单位米（m）；
Dg ：过滤管外径（m）；
h ：井中的水深，单位米（m）；
H ：无压含水层厚度或承压含水层的水头高度或厚度，单位米（m）；
K ：渗透系数，表示含水层的渗透性质，在达西公式中，水力坡度i=1时的渗透速度（表示地下水的运动状态、粘滞系数、含水层颗粒大小、形状、排列）；单位米/天（m/d）；
L ：过滤管有效进水长度（m），宜按过滤管长度的85%计算；
N ：过滤管进水面层有效孔隙数，宜按过滤管面层孔隙率的50%计算；
qn ：单位出水量（m3/（d.m））；
Qg ：过滤管的进水能力（m3/s）；
Q ：管井出水量，单位m3/d；
Q1、Q2：抽水井稳定流出水量，单位m3/d；
Qn ：单井实测最大出水量，单位m3/d；
r1、r2：抽水井至观测孔距离，单位米（m）；
r ：管井或抽水井的半径，单位米（m）；
R ：影响半径，裘布衣公式中以抽水井为轴心的圆柱状含水层的半径（不以井的出水量、水位下降值的大小改变），表示井的补给能力；单位米（m）；
S1、S2：观测孔内水位降深，单位米（m）；
S1‘、S2’‘：观测孔内水位降深，单位米（m）；
S ：水位降深，单位米（m）；
Sn ：相应Qn时的最大水位降深，单位米（m）；
T ：导水系数，T=KM，单位m2/d；
Vg ：允许过滤管进水流速，单位m/s，不得大于0.03m/s；
Vj ：允许井壁进水流速，单位m/s；

目 录
1 施工图设计前应掌握的资料 4
2水文地质参数的计算 4
2.1 影响半径的计算 4
2.1.1潜水及承压水利用抽水试验算出的影响半径 4
2.1.2资料不足时可采用经验公式 5
2.1.3 当无资料时根据经验值估算 5
2.2渗透系数的计算 6
2.2.1利用稳定流抽水试验资料计算渗透系数 6
2.2.2当无抽水试验资料时可根据下表估测 7
3 管井的出水量计算 8
3.1理论公式 8
3.1.1适用于完整井潜水含水层 8
3.1.1适用于完整井承压水含水层 8
3.2经验公式 9
4 井群布置及出水量计算 10
5 洗井及出水量设计复核 11
5.1 洗井 11
5.2出水量设计及复核 11
参考文献 12
附件1 潜水稳定流理论公式计算出水量 12
附件2 潜水稳定流经验公式计算出水量 12
附件3 承压水稳定流理论公式计算出水量 12
附件4 承压水稳定流经验公式计算出水量 12

管井设计及出水量计算

管井是一种地下水供水水源的取水构筑物，管井有井室、井壁管、过滤器、沉淀管等组成。
管井适用于含水层厚度大于4m，底板埋藏深度大于8m的地层。管井一般可开采潜水、承压水、裂隙水及岩溶水。一般出水量在500～600m3/d，最大可达2～3万m3/d，最小100 m3/d。管井井径一般在50～1000mm，常用200～600mm，井深一般8～1000m，常用在300m以内。本次主要讨论的是无压及承压含水层的稳定流完整井。
管井应布置在水质好不易受污染的富水地段，施工、运行和维护方便，尽量靠近主要用水地区且避开地震区、地质灾害区和矿产采空区。
正确选用地下水取水构筑物对提高出水量、改善水质及降低工程造价影响很大。当设计时应有确切的水文地质资料，取水量必须小于允许开采量，严禁盲目开采，开采后且不引起水位持续下降、水质恶化及地面沉降。
1 施工图设计前应掌握的资料
当水源方案选用设计时，可利用计算的或相似地区的水文地质参数对管井单井理论出水量进行计算。
施工图设计前应进行水文地质勘察，包括水量和水质，施工图应达到B级精度，设计前应校核水文地质条件及参数的准确性，在施工图设计时水文地质参数应采用野外实验和地下水动态观测所取得的数据确定。

2水文地质参数的计算
2.1 影响半径的计算
2.1.1潜水及承压水利用抽水试验算出的影响半径
（1）当有一个观测孔时，潜水影响半径采用：
lgR=1.366K（H+h）（H-h）S1lgrQ1+lgr
承压水影响半径采用：
lgR=Slgr1-S1lgrS-S1

（2）当有2个观测孔时，潜水影响半径采用：
lgR=S12H-S1lgr2-S22H-S2lgr1S1-S22H-S1-S2

承压水影响半径采用公式：

lgR=S1lgr2-S2lgr1S1-S2
2.1.2资料不足时可采用经验公式
1）潜水库萨金公式:R=2SHK
2）承压水集哈尔特公式:R=10SHK
2.1.3 当无资料时根据经验值估算

1）根据颗粒直径确定影响半径
表2.1 颗粒直径估算影响半径
岩性
地层颗粒

R（m）
粒径（mm）
占重量（%）
粉砂
0.05～0.1
70以下
25～50
细砂
0.1～0.25
>70
50～100
中砂
0.25～0.5
>50
100～300
粗砂
0.5～1.0
>50
300～400
砾砂
1.0～2.0
>50
400～500
圆砾
2.0～3.0

500～600
砾石
3.0～5.0

600～1500
卵石
5.0～10.0

1500～3000

2）根据单位出水量和单位水位下降值确定影响半径；

表2.2 单位出水量估算影响半径R
单位出水量q=Q/Sw
影响半径
R（m）
m3/(h.m)
L/(s.m)
>7.2
>2.0
300～500
7.2～3.6
2.0～1.0
100～300
3.6～1.8
1.0～0.5
50～100
1.8～1.2
0.5～0.33
25～50
1.2～0.7
0.33～0.2
10～25
<0.7
<0.2
<10

表2.3 单位水位下降估算影响半径R

单位水位下降量=Sw/Q Sw(m) Q(L/(s.m))
单位水位降低[m/(L.s)]
影响半径R（m）
<0.5
300～500
1.0～1.5
100～300
2.0～1.0
50～100
3.0～2.0
25～50
5.0～3.0
10～25
>5.0
<10

2.2渗透系数的计算
2.2.1利用稳定流抽水试验资料计算渗透系数
（1）当只有1个观测孔计算承压水渗透系数时采用：

K=0.366Q（lgR-lgr）MS

计算潜水渗透系数时采用：
K=0.733Q（lgR-lgr）（2H-S）S

（2）当2个观测孔时计算承压水渗透系数时采用：
K=0.366Q（lgr2-lgr1）M（S1-S2）
计算潜水完整井渗透系数时采用：
K=0.366Q（lgr2-lgr1）M（Δh1-Δh2）（Δh1+Δh2）
2.2.2当无抽水试验资料时可根据下表估测
表2.4 根据颗粒粒径估算渗透系数
岩性
岩层颗粒

渗透系数
K（m/d）
粒径（mm）
所占比重（%）
轻亚粘土

0.05～0.1
亚粘土

0.01～0.25
黄土

0.25～0.5
粉土质砂

0.50～1.0
粉砂
0.05～0.1
70以下
1～5
细砂
0.1～0.25
>70
5～10
中砂
0.25～0.5
>50
10～25
粗砂
0.5～1.0
>50
25～50
砾砂
1.0～2.0
>50
50～100
圆砾

75～150
卵石

100～200
块石

200～500
砾石

500～1000

3 管井的出水量计算
理论公式可根据水文地质取得的参数进行计算，精度差，适用于水源选择、方案编制或初步设计阶段。经验公式是抽水试验基础上进行计算，能反映实际管井出水量。适用于施工图设计，确定井的型式、构造、井数和井群布置。
3.1理论公式
已知含水层渗透系数和影响半径等计算稳定流管井单井在不同水位下降的理论出水量。
3.1.1适用于完整井潜水含水层
处于层流的非裂隙水，S<H/2，远离水体或河流，公式可采用：
Q=1.366K（2H-S）SlgRr
处于层流的非裂隙水，井距河边水线L<0.5R，公式可采用：
Q=1.366KH-h（H+h）lg2Lr

3.1.1适用于完整井承压水含水层

当为完整井承压水时，且水头h大于含水层厚度a，
Q=2.73aKSlgRr

当为完整井承压水时，且水头h于含水层厚度a，
Q=1.366K（2aH-a2-h2）lgRr

3.2经验公式
经验公式是实际各种复杂因素的体现。通常需要地质勘查提出抽水试验资料或利用近似地区的抽水试验资料。经验公式能够全面的概括井的各种复杂因素这是理论公式所不及的。但抽水试验井的结构应尽量接近设计井，否则应进行修正。
用经验公式时应确定井的出水量Q与水位下降S之间关系的曲线方程，据此可求出在设计水位降深时井的出水量，据Q—S曲线类型选择计算公式。在有2次以上抽水试验资料的基础上给出Q=f（S）的出水量与水位下降关系曲线。观察Q=f(S)，有无直线关系。根据手册第二版第三册城镇给水表3-23，通过确定Q与S之间的关系——直线型、抛物线型、指数曲线型及对数曲线型根据适用条件选择对应的公式计算出水量

注：a、b、m、n——由抽水试验决定的参数。

若无直线关系，则根据抽水试验资料转化计算表格（表3.1），并按表中数据转化后的图形选择计算公式。

表3.1 抽水试验资料转化
抽水次数
水位下降S(m)
出水量
Q（m3/d）
S0=S/Q
q=Q/S
lgS
lgQ
1
S1
Q1
S’0
q 1
lgS1
lgQ1
2
S2
Q2
S’’0
q 2
lgS2
lgQ2
……
……
……
……
……
……
……
n
Sn
Qn
ST0
q n
lgSt
lgQt
为提高计算的精度，经验公式中的系数可采用均衡误差法、最小二乘法计算，但均需有3次以上的抽水试验资料。
4 井群布置及出水量计算
井群布置应根据取水地段的水文地质条件确定。
若傍河取水，则则沿河布置一排或双排的直线井群；要避开有冲刷危险的河岸段，井离河岸保持一定的距离。
在远离河流地区，一般是沿垂直地下水流向方向布置单排或多排的直线井群；若地下水丰富，也可成梅花形或扇形布置，当有古河床时，宜沿古河床布置；
大厚度含水层或多层含水层，且地下水补给充足时，可分段或分层布置取水井组；
岩浆岩类地区井群应根据其分布与裂隙发育程度布置且应布置在富水地段。
井间距通常可按井影响半径的2倍计算，在个别情况下井群占地有限制时，可按相互干扰使单井出水量减少20%～30%进行计算。
出水量的计算采用理论公式计算误差较大，有条件最好用生产试验资料进行校核。

5 洗井及出水量设计复核
5.1 洗井
下管填砾后必须及时洗井。其中含沙量抽水试验孔（包括勘探开采井），抽水开始后30min，含沙量达到：粗砂层小于5万分之一；中、细砂层小于2万分之一（体积比），供水管井抽水稳定后，含砂量小于2百万分之一。
常用的洗井方法有活塞洗井、压缩空气洗井、水泵抽水或压水洗井、液态二氧化氮洗井、液态二氧化碳配合盐酸洗井及焦磷酸钠洗井。应根据汗水层特性、井孔结构、井管质量、井孔中水力特征及含泥砂情况，合理选择洗井方法。
适当选择几种方法联合洗井，可以提高洗井效果。
5.2出水量设计及复核
管井出水量应小于过滤管的进水能力。过滤管的进水能力应按下式确定：
Qg=πnVg DgL

允许井壁进水流速复核：

Q/（πDkL）≦Vj
Vj≤K/15
当地下水具有腐蚀性和容易结垢时，允许过滤管进水流速，应按减少1/3～1/2后确定。

参考文献
1.《室外给水设计规范》GB50013-2006
2.《供水水文地质勘察规范》GB50027-2001
3.《供水水文地质钻探与凿井操作规程》CJJ13-87
4.《供水管井设计、施工及验收规范》CJJ10-86
5.《供水管井技术规范》GB50296-99
6.《给水排水设计手册.城镇给水》第二版

附件1 潜水稳定流理论公式计算出水量
附件2 潜水稳定流经验公式计算出水量
附件3 承压水稳定流理论公式计算出水量
附件4 承压水稳定流经验公式计算出水量
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