DOI:10.16114/j.cnki.sdsl.2004.11.024
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山东水利/2004年第11期
潜水井滤水管安装高度对涌水量的影响
○王祥庆 柴 涛 李学军 徐家舜 ◆朱士强
1 问题的提出
目前,滕州市现有各类潜水井18300余眼,广泛应用于农田灌溉、生活供水、工业生产中。多年来,为了增大出水量,对井的滤水结构进行了大量的改进和研究,取得了一系列重要成果。笔者通过野外成井施工观察和与长年从事野外成井的工程技术工人探讨认为,潜水井的滤水管安设高度不同,水井出水量大不相同。因此,研究潜水井滤水管的安设高度具有生产实用价值。2 潜水井结构设计中滤水管的安设位置
潜水从含水层向井孔内的流动靠重力作用,也就是靠重力势能转化为动能,获得流动速度。水泵从井中抽水,造成含水层潜水面与井内水面之间一个水头差,含水层中的水才得以向井瓦流动,水泵也才能不间断的运行。抽水过程中井中出现的所谓静、动水位之差值(称水位下降值)是抽水的必然结果。至于下降值多大合理,本文暂不重点讨论。但是下降值大小却与井的结构设计关系十分密切。尽管到目前为止还没有令人满意的结论,但是相当多的学者认为“下降值取1/2～3/2的含水量厚度”较合理。于是在井的结构设计中,就出现了以下处理办法:动水位以下部分设置滤水管,以上部分设置井壁管,以降低井的造价。这种处置办法具有一定的道理,但却没有考虑抽水时出现的所谓“水跃值”,及其对井出水量的影响,这是值得探讨和研究的。3 抽水井的水跃值及其对井出水量的影响
水由含水层进入井内时,存在着水头损失。野外观测表明,井中水位与井管外侧水位、井管外侧水位与井孔周边处含水量水位有差值,表现为水面线有两次突降。前者差值称水跃,后者差值称井损。也有把二者之和统称水跃值,即Δh=h1+h2,其中Δh为总跃值,h1为水跃值,h2为井损值如图1示。关于水跃值问题尽管目前没有统一的定论,但它确实是存在的。试验观测表明,它的大小取决于含水层的透水性,抽水降深的大小。当含水量的颗粒粗,透水性能好,抽水流量小,降深不大时,水跃值小,甚至观测不出水跃值的存在,而当含水量的颗粒细,透水性差,抽水流量及抽水降深大时,水跃值相当大。如在粉砂、黄土类土等透水性差的含水层中取水时,大降深抽水往往会产生数米甚至十多米的水跃值。水跃值的出现,使井周含水层中水的流动方向发生急剧转折,由近似平面流动转变为竖向流动,流线急剧向下弯曲,在井周一定范围内形成紊流区,因而进水阻力加大,结果必然导致井的出水量减小。同时,由于水跃值的存在,特别是当其值较大时,相当厚度含水层中的水不能以较短的渗径通过滤水管进入井内,而必须通过相当厚度的滤料在较深的部位通过滤水管进入井内。滤料对水流起了阻挡作用,特别是水由含水层中携带的细小颗粒通过较长渗径的滤料时,容易沉积,堵塞滤料的孔隙,使滤料的有效孔隙率减少,滤水阻力增大,甚至上部的水无法通过滤料进入井内。图1 抽水井的水跃值示意图
野外成井施工证实了上述情况。在黄土含水层中打的两眼井,一眼滤水管在动水位以下,一眼在静水位稍靠下部位,两眼井在同一地点,结果发现,前者出水量很小,2口寸水泵不能正常工作,后者出水量较大,出水量30m3/h左右。上述现象在含水层不很富水的黄土类土等细颗粒地层表现得十分明显。4 结 语
通过上述简单分析可得出如下结论:(1)水跃值是水井结构设计中应该考虑的一个重要因素。(2)滤水管设置于动水位附近的设计方法是值得研究探讨的。(3)滤水管的适宜位置应由设计降深及设计降深下的水跃值大小确定。因此,建议对富水性强的粗颗粒含水层,当设计降深不很大时,滤水管从动水位开始设置,富水性差的细颗粒含水层,滤水管宜从设计动水位以上Δh处开始设置。(作者单位:○滕州市水务局 ◆滕州市大坞水利站)