地下取水工程改造：水平取水

（一）地下取水工程概述

埋藏在地面以下的地层（如砂、砾石、砂砾土及岩层）空隙中的重力水，统称为地下水。以机井工程为主体的取水工程称为地下取水工程。地下水取用方便，可就地开采利用，无须长而大的管道，投资少，收效快。

开发利用地下水必须按照全面规划、统筹安排、合理布局和保护资源的原则进行。在规划时应充分考虑地表水的利用，做到地表水和地下水利用相结合；在调蓄时，要统筹安排，旱、涝、碱、咸综合治理，做到汛前腾出地下库容，汛后大量蓄水，有蓄有排，排蓄结合，有计划降低地下水位，防渍涝和减少有效蒸发相结合，集中开采和分散开采，使富水区与贫水区适当调配相结合；在布局时要以开采浅层水为主，做到浅、中、深相结合，力争分层取水，对咸水地区开采淡水要有适当比例，做到以咸补淡，咸淡混浇、节省资源；在利用时要防止过量开采，做到利用资源与保护资源并重，漏斗地区要合理安排回灌，恢复地下水位。当前应大力开展机井测试、加强管理、节水节能、提高装置效率，降低灌溉成本，扩大灌面积。

根据地下水的埋藏条件和开采方式，可以分为垂直取水、水平取水、双向（联合）取水及引泉工程四大类。垂直取水工程指垂直钻取地下水的各种类型的井，如筒井、管井、自流井等。水平取水工程是水平截取地下水的坎儿井、卧管井和截潜流工程等。双向（联合）取水工程是垂直与水平取水联合运用的取水方式，如辐射井，井塘（池），水柜等。引泉工程是根据泉水出露的特点，予以扩充、收集、调节与保护等的引取泉水的建筑物。

（二）机井改造

1.机井存在问题

在机井使用过程中，会发生下列问题：

（1）农用机井多数是季节性用水，如长期停用，容易发生水流减少的现象，特别是冲积平原区，由于含水层砂粒较细，井水中含碳酸盐类较多，往往使滤水管堵塞和孔隙锈结。

（2）由于滤料不合格，或井管接头处理不严，或抽水洗机不及时、不彻底，或管理不善、井不加盖等原因，使得井底淤沙。

（3）由于下管时接管不直，或填料过猛、井壁坍塌，造成机井发生倾斜。

（4）水中含沙量突然增多，水质变咸。

（5）出水量明显减少，水位变化过大。

（6）井孔周围发生沉陷、涌沙、弯管、错口等现象，出水量显著减少，甚至报废。

2.改造措施

对机井进行改造，包括以下内容。

（1）机井清淤。机井清淤的方法目前普遍推广的有四种：①双泵清淤，也叫水枪头冲淤，用一台水泵（一般是3英寸离心泵）向井内供给清水，通过铁管制成的水枪头在井底形成急速水流，将淤沙冲起来。另一台水泵（3～4英寸离心泵）则将含泥沙的浑水不断抽出。②空气压缩机清淤，空气压缩机（简称空压机），清淤时，常采用同心式安装，即空气管套在出水管内，空压机将高压空气通过空气管送入出水管，在出水管内形成比重较轻的气、水混合体。随着高压空气的不断进入，出水管内液面不断上升，携带泥沙的水通过井口上的“三通”排除井外。③抽筒或小锅锥清淤，一般深井采用抽筒清淤，锅锥井采用小锅锥清淤。④对于季节性机井，在非灌溉季节，每隔10～30d进行一次维护性抽水，以保持井内清洁，延长使用年限。

（2）斜井改造。斜井改造，主要有两种方法：①沉筒改造法，是采取小井外边套大井的方法改造斜井，也就是在原井壁外边开挖直径3m的土筒，挖一段提取一段井管，直挖到接近水面，在井盘上砌砖筒。砖筒砌好后，安装深井泵抽水。边抽水边淘挖边落筒，直到弯管以下即可。②光锥改造法，是利用光锥把井管周围掏空，深度与弯管部位相等，然后下光锥或深井泵扶正，再在并管外周填实胶泥即可。

（3）坏井的修补方法。首先要检查机井管破口的位置，并进行清淤以后，然后安装套管，将井管破坏处封闭，截住喷沙来路，恢复正常供水。

（4）增加机井出水量的方法。对于一些质量差、水量小的机井增加机井出水量的方法，目前有以下几种：①修理井泵对口抽，就是把离心泵的吸水管与井管，口对口地连接在一起抽水。由于井泵构成一个严密的整体，抽水时管内形成真空，使地下水的补给速度加快，从而增加了机井的出水量。这种安装形式叫“井泵真空对口抽”或“井泵对口抽”，简称“对口抽”。②井内穿泉下管，对于大口井或锅锥井，在水位下降、水量减少，抽水不能满足要求时，可在原有井内，穿泉下管，引用较深的水源。方法是采用冲击式钻机或小锅锥将原来的井底穿凿至深水层，下入预先制定的井壁管。③井内打辐射孔，使得大量潜水通过辐射孔向大口井内汇流，可以增加水量。

3.机井水力计算

（1）地下水储量。地下水储量是指某一地区或地段在含水层内所储存的水量。目前常用的地下水储量的概念有以下几种。

1）静储量，又称永久储量，指地下水多年平均最低水面以下含水层所集聚的水的体积。

式中：Q静为地下水储量，m3；μ为计算区（段）含水层的给水系数；H为计算区（段）最低地下水位以下含水层的厚度，m；F为计算区（段）含水层的分布面积，m2。

2）调节储量：(www.xing528.com)

式中：Q调为调节储量，m3；ΔH为计算区（段）内地下水位（季或月）变化幅度，m；其余符号意义同上。

3）动储量：式中：Q动为动储量，m3；K为渗透系数，m/d；为含水层平均厚度，m；B为计算区（段）内的含水层宽度，m。

4）开采储量：

式中：Q开为开采储量，万m3/a；Q渗为降雨入渗量，万m3/a；Q动为动储量，万m3/a；Q灌为灌溉水渗入到地下的水量，万m3/a；Q河渠为河渠补给规划区的水量，万m3/a；Q调为调节存水量，万m3/a。

（2）机井深度的确定。井的深度取决于所开采含水层的埋藏深度和开采水量的大小。从实践经验和试验资料看，井深最好不要确定在同一个深度的几个含水层之内，应实行浅、中、深相结合分层取水的方法，避免井群同时抽水时互相干扰，或造成地下水急剧下降，使单井出水量减少。同时，还应注意若机井井型采用管井，其井深还必须加上沉沙管长度。

（3）井距与井数的确定。井距的确定是群井规划的一项重要内容。井距的大小除与单井出水量、开采储量及人为的地下水补给条件等因素有关外，还与灌水定额、轮灌天数、灌水时间等有关。因此主要应根据群井多系网状布置的特点，确定井距与井数。

如机井是按梅花形均匀网状布置时，则每眼机井应控制的面积为

式中：f为单井所控制的面积，m；h为机井的间距，m。

当控制面积按亩表示时，则

则每眼机井的灌溉半径为

式中：R灌为单机灌溉半径，m。

用影响半径进行校核：若h≥2R0或R灌≥R0（R0为机井的影响半径）时，说明机井之间不受干扰，布置井可基本按此值考虑。若h＜2R0或R灌＜R0时，表明机井之间要有干扰，需进一步分析。

当井的间距校核基本合适后，即可按同型井所控制的面积计算其井数：

式中：n为按影响半径校核，规划小区内同型机井的井数；F为规划小区内同型机井应控制的面积，亩；f为单机灌溉面积，亩。

（三）其他地下取水工程改造

1.水平取水工程改造

水平取水工程是供集取地下水的集水沟壕或坑道，通常由进水部分、输水部分、检查井和集水室四部分组成。进水部分是用作从含水层取地下水的，通常用各种材料的管子制作，管上布置进水孔，其周围填以砂砾滤水层。这一部分要有一定的坡度，以使水沿着它自流到输水总管。输水部分的作用是将进水部分所集取的水传输到集水室中。这一部分管壁上无进水孔，但有一定的坡度，且水可充满全部断面。有时输水部分可以省去，而水直接由进水部分流入集水室。在进水部分和输水部分均应布置检查井，其间距为50～70m，用来检查工作情况、通风和进行修理工作。

集水室常设于地下，深度可超过水平截水建筑物，其形式可建成正方形或矩形，当深度很深时，则应建成圆形，大小可按出水量和配水结构的需要而定。集水室通常应分为两个隔间，第一隔间与集水道相连，用以将水中带来的悬浮颗粒沉于其中，第二隔间是为了布置配水结构或水泵。为了布置水泵吸水管以及沉淀悬浮物，集水室底应低于集水道底1～1.5m，当出水量很小，不需要沉淀时，可不必分成隔间。

水平取水工程适用于集取含水层厚度比较薄，埋藏深度不超过5～7m的潜水；亦适用于沙石山区截取岩脉之水。为了能有效地截取全部地下水流，水管或水道要铺设在不透水层上，建筑物布置应与地下水流方向垂直或呈小的夹角。

截潜流建筑物一般包括截水墙、集水建筑物和引水渠三部分。截水墙多由粘土夯实而成，其布置应尽量与河道垂直，墙基应建在基岩或不透水层上。由于截水墙上下游有水头差，为防止地下水库形成后，在地基和两岸的接头出现渗漏，可在不透水层上挖一个接合槽，断面尺寸深为0.5m，宽为0.5～1.0m，截水墙的底部嵌入结合槽中。集水建筑物用来汇集潜流并传输于引水渠中或汇水于抽水站的集水井中，多用块石干砌成拱形或圆洞形，在其进水端和顶部应填充砾滤水层。

2.引泉工程规改造

根据泉水的不同类型（上升泉和下降泉），引泉工程结构也随之不同。在建筑和改造引泉工程时应考虑以下几点：①很好地截断泉水向下流动的流槽，合理地建筑引泉结构，可以增加泉的出水量；②如泉有几段细流，各有单独出口（所谓转生泉），应联合建一总引泉结构；③引泉结构不应妨碍泉水自由流出，因为当形成壅水时，泉水便可能部分或全部绕道另寻出口流出；④为能更完全、更有效地利用地下水，下降泉的引泉结构应尽可能深入含水层，直到不透水层；⑤引泉结构应能防止被地面水淤塞、污染和淹没；⑥从砂层出水的泉水，不允许带出砂粒，在建引泉结构时，应填充滤水层；⑦引泉结构应避免建于容易滑塌的斜坡上，如必须修建时，必须加以特殊处理；⑧引泉结构应保证自然的通风。