開封市農用井技術淺議

□韓建設(開封市城區水利局）

1 自然條件

1.1 概況

開封市古稱東京汴梁，地處黃河下游，中原腹地，是中國八大古都之一，全市總面積6266 km2，總人口553萬人，其中耕地面積36.34萬hm2，氣候溫和，自然地理條件優越，交通便利，土地肥沃。水利工程設施分為灌溉和排水兩大體系，排水系統境內有賈魯河、惠濟河、渦河，灌溉系統有趙口引黃灌區、三義寨引黃灌區、柳園口引黃灌區和黑崗口引黃灌區。

隨著近年來極端天氣狀況增多，降雨減少，旱情呈現持續發展趨勢，加上上游黃河水來水逐年減少，引黃灌區不能及時引水灌溉，就需要大力發展井灌，實行引黃灌溉為主、井灌為輔。

1.2 水文氣象

開封市屬暖溫帶半濕潤大陸季風氣候區，全年無霜期213 d，日照時數平均2260 h，光熱資源充足。多年平均降雨量645 mm，降水量時空分配不均，且夏季降水比較集中，超過全年降水量的七成，且多以暴雨出現，多年平均蒸發量1300 mm。農業以種植小麥、玉米、棉花和蔬菜為主，是全國小麥、花生、棉花的重要產區。

1.3 地下水

區內地下水主要靠大氣降水和引黃河水灌溉入滲補給，埋深一般在7 m左右。淺含水層單井單位出水量一般為20～30 t/h·m。

1.4 工程地質

開封市屬黃河下游沖積平原，地形平坦，地勢自西北向東南傾斜，地面坡降1/5000～1/7000，地面高程約在60.00～78.00 m之間。區內成土母質系第四紀黃河沖積物，沉積厚度達200 m以上，沉積物多呈砂粘相間的層狀排列，土質自西向東由粗變細，以壤土和沙質為主，最大凍土層深度30 cm。

2 機井規劃設計

2.1 規劃設計

本著從實際出發，因地制宜，考慮使用方便，少占耕地，合理安排新打機井，機井一般布置在路邊地頭，井點采用梅花形、方形布置。根據水文地質條件，設計平均井深50 m。井結構采用無砂混凝土管井，包括：井口、井壁管、濾水管、沉淀管，并配建井臺、井蓋，標志牌。設計井管內徑寬40 cm，外徑50 cm，井身上部5 m和下部4 m為混凝土管，中間為無砂混凝土管，厚度5 cm，骨料粒徑5～100 mm，濾水管要求極限抗壓強度≥15 MPa，滲透系數≥400 m/d，孔隙率≥15%。濾料填充厚度100 mm，濾料粒徑選用1～5 mm磨圓度好的硅質礫石，填礫高度必須高出含水層頂端，其超高≥3 m。濾料頂部至井口段，用半干粘土球或粘土塊封閉。

2.2 單井控制灌溉面積的確定

計算公式如下：

式中：F—單井控制灌溉面積，hm2；Q—單井出水量，取32 m3/h；T—每次輪灌期天數，8 d；t—每天灌水時數，取12 h；η—灌溉水利用系數，取0.85；η1—水量消減系數，取0.10；m—作物一次灌水定額，42 m3/畝。

代入數據，

甲洛洛和老婆本瑪雖然是沒褲子的遇見了賣布的，兩個湊巧組了個家，把家安在了里塔公村，可這藏族女人不簡單，她表面上總是對甲洛洛言聽計從，可暗地里還是考量著塔公洛洛的能耐，這在甲洛洛把工資交給她時，從她那有意無意地對甲洛洛的打量中感覺得出來。

=32×8×12×0.85×(1-0.10)÷42

=55.95畝=3.92 hm2

確定單井控制面積：F=50畝=3.50 hm2

2.3 機井間距確定

機井采用方形布置，間距計算公式如下：

式中：F—單井控制灌溉面積，畝；

L—機井間距，m。

計算結果L=182 m，結合田塊大小，確定機井間距200 m左右。

所以，根據城區的水文地質情況，機井設計采用內徑40 cm的無砂混凝土管，井深50 m，單井控制面積3.50 hm2。

3 機井施工技術

3.1 施工流程

機井施工工藝流程為：鉆孔→安裝井管→填礫→封閉→洗井→抽水試驗→成井。

3.2 鉆孔

開鉆前做好準備工作:包括平整場地，放線定樁位，挖泥漿池、沉淀池或排漿池，接通水、電，安裝水泵，準備必要數量的粘土，制配符合要求的護壁泥漿。

設備安裝完畢后:要檢查鉆孔中心、轉盤中心、開車，三者須在一條垂線上。

鉆井方法：采用三牙輪鉆頭開孔，鉆進至孔底，再采用三翼鉆頭一次成孔。

鉆進參數：鉆壓20～40 kN，轉速37～84 r/min，泵量900～1200 l/min，泵壓≥2 MPa。

孔身質量要求：孔徑達到設計要求，孔身無過大的超徑或縮徑，同徑鉆具通孔時應暢通無阻，孔身圓整，不出現螺旋狀孔身。孔斜滿足合同規定，孔深誤差＜1‰。

3.3 安裝井管

下管采用一次提吊方法進行，確保井管連接垂直（采用吊線法兩個方向吊線）。

沖孔器內的反絲接頭應焊接牢固、端正、與外管同軸度好。濾水管井段每隔20～25 m安裝一組扶正器，扶正器高度100 mm左右；適當控制下管速度，注意觀察管內管外液面；下管過程中應精心操作、密切配合，嚴防工具和其他異物落入井內；管井必須坐至孔底不得懸空，坐至孔底壓力2 t左右。

沖孔換漿下鉆時鉆桿應上緊，下鉆完畢，將沖孔托盤坐好，確保自孔底從管外返漿；開泵前應全面檢修泥漿泵，確保一次開泵成功。開泵后先用原來的泥漿循環一周，待泵壓和泥漿循環正常之后邊加清水邊排漿，使泥漿逐漸變稀。注意加水和排漿都要跟上，不可拖延時間或間斷。換漿中途不得停泵，直至填礫結束，若因特殊原因非停泵不可時，及時關閉高壓管線外上的閥門。換漿終了應達到如下要求：泥漿比重＜1.04，粘度15～16 s，泥漿流態徹底轉變為紊流，自孔內有適量砂子沖出來。

3.4 填礫

填礫的填筑規格、礫料質量、填礫方法均應符合規范要求。濾料應選取磨圓度的硅礫石。礫石須經過嚴格篩分，其合格率必須＞90%。礫石不得含雜質過多。

填礫采用循環水填礫法：填礫前，先在井管內下入回轉鉆桿，密封井管口，開泵送水，當返出孔口的泥漿粘度為18 s左右時，即采用邊送水邊填礫的方法填入礫石，當礫石面超過濾水管后即出現憋泵現象。

3.5 封閉

按照井的設計柱狀圖，將井管外封閉所需的粘土球及粘土的數量、計劃填入的深度計算準確，并備有余量。粘土球準備的數量應比計算多25%～30%，粘土的準備數量比計算多10%～15%。

止水泥球直徑＜30 mm并保持半風半干狀態，泥球數量≥3 m3，止水高度10 m。投放泥球時應控制投入速度，可安排兩人每次抓2～3個泥球輪流投入孔內。禁止不符合要求的泥球入孔，禁止未經半風干還相互粘結的泥球入孔，禁止整車倒入或用鐵鍬推入孔內。

3.6 洗井

在井管安裝完、填礫完畢后應及時進行洗井并補填濾料，采用空壓機與活塞洗井法，洗至水清砂凈。洗井方法和工具，可按井的結構、管材、鉆井工藝及含水層特征選擇，應盡量采用不同的洗井工具交錯使用或聯合使用。

洗井過程中應及時觀測出水量和含砂量，當出水量達到設計要求或連續兩次單位出水量之差＜10%且出水含砂量l/200000(體積比)時，方可結束洗井。洗井完畢后，井底沉淀物厚度應小于井深的5/1000。

3.7 抽水試驗

洗井完畢后，進行試驗抽水，水泵出水后30 min采取水樣。用容積法測定的含砂量：中、細砂含水層≤1/20000；粗砂、礫石、卵石含水層≤1/50000。

試驗抽水時，水位穩定延續時間≥8 h，準確地測出靜水位、動水位、降深、出水量，試驗抽水應達到設計出水量。

3.8 成井

上述工序完成以后，按照要求安裝井臺、井蓋。井臺一般采用六邊形或方形，厚度30～50 cm，六邊形井臺每邊長約58 cm，直徑100 cm；方形為80×80 cm。井臺采用鋼筋混凝土預制或現澆，井蓋直徑50 cm。

4 結語

合理的布設農用井，是引黃灌區的有益補充，可以在黃河水不能及時灌溉的情況下及時澆灌，保證農作物需水要求，保證農業豐產豐收。