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管井过滤器直径和长度确定下pdf
作者: admin 来源: 未知 发布时间:2020-01-02 01:11

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  勘察科学技术 2006年第4期 管井过滤器直径和长度确定(下) 张锡范 (中国市政工程西南设计研究院成都市610081) 提要长期以来,管井过滤器直径和长度确定~直是管井工程未完全解决的理论和实践课题,迄今,有关规定不 同,存在学术见解分歧,也存在诸多值得讨论的问题。该文概述了国内外关于管井过滤器直径和长度的规定,并进 行了分析和讨论,探讨了存在问题的原因,在此基础上,提出了管井过滤器直径和长度确定的原则。 关键词 管井过滤器 管井进水流速过滤器有效孔隙率 Dete珊i册ti蛐0fDi锄eterand 0fTubeWell同ter Length Xi‰ Zh肌g InstituteofChina (Southwest works) Design Municipal Abs咖ctThedeteⅡIlinationofdi舢eterand tubeweⅡ6lteris a not leng山of alwayspmblembeingcomplete— solvedfora timeintube f而mtheoreticaland of nowsome ly long weⅡen舀neering practicalpointView.Upto ofthemare different.,11lis intmduced aboutdi锄eteraJld of regulations quite p印er城eny regulations lengt}l tubeweU6ⅡterinsideandoutsideChina.Basedondiscussionofthe the ofdetemlinationof pmblemprincple di砌eterand oftubeweⅡ矗lteris f01ward. len殍h put tubeweU waternow offilter oftubewell;effective 娜rds 6lter;feed pomsity 式中的符号及其含义均系原文,对比式(1)和式 3有关管井过滤器直径和长度规定的讨论 (8)可以看出,两式除符号有所不同外,基本完全相 前述的过滤器直径与长度规定的6个类型,反 同,但式(8)中的最大允许进水速度的确定,书中给 映了目前在过滤器直径与长度确定上,存在较大的 出了原苏联阿勃拉莫夫公式和美国水井工业推荐的 学术分歧,也反映了诸多概念混淆和值得讨论的问 题。 管井进水流速基本概念混淆。式(8)计算参数中有 3.1关于过滤器直径计算公式 过滤器孔隙率,系计算过滤管的直径,因此,允许进 我国高校教科书等文献给出的过滤器直径计算 水流速只能是允许过滤管进水流速,而绝不能是允 式是值得讨论的。管井过滤器直径按计算公式的计 许井壁进水流速,如采用阿勃拉莫夫公式计算或采 算结果确定,显然是不可能的,工程实践不可能按计 用表2中的允许进水流速数值,则计算结果既非过 算的结果特制过滤管的直径,因此,给出的过滤器直 滤管直径,也非管井进水段井径。 径计算式没有任何实际意义。 3.2关于过滤器长度计算式 就计算公式本身而言,我国高校教科书《钻探工 过滤器长度计算式是在过滤器直径已确定的情 艺学》给出的过滤器直径计算如下式: 况下,计算过滤器的长度。原苏联、美国以及我国的 许多文献均给出了过滤器长度计算式,但值得讨论。 D=羔 (8) 3.2.1原苏联过滤器长度计算式 式中,p为设计的涌水量,m3/s;£为滤水管的长度, 原苏联文献给出的过滤器长度计算式如(4)式, m;m为滤水管的孔隙率;口为最大允许进水速度, 我国许多文献加以引用,但引用不全,也有些变异。 rrl/s。 为清楚说明起见,将原苏联文献《供水勘探生产井设 计》关于过滤器长度计算式抄录如下: 作者简介:张锡范,男,1941年生,高级工程师,水文地质专业。 f。:雩 (9) 收稿日期:2005一lO一2l 万方数据 篮式过滤器是除去液体中少量固体颗粒的小型设备,可保护设备的 正常工作,当流体进入置有一定规格滤网的滤筒后,其杂质被阻挡,而 清洁的滤液则由过滤器出口排出,当需要清洗时,只要将可拆卸的滤筒 1. 1. 取出,处理后重新装入即可,因此,使用维护极为方便。 11..空气过滤器 使受到污染的空气被洁净到生产、生活所需要的状态,也就是使空气达 2. 2. 到一定的洁净度。 22..液体过滤器 使受到污染的液体被洁净到生产、生 3. 3. 活所需要的状态,也就是使液体达到一定的洁净度。 33..网络过滤器 通 过设置来阻挡垃圾信息,使出现在电脑屏幕上的信息尽量符合要求。同 4. 4. 吸收的原理将不同颜色的光线..光线过滤器,把一些不需要的光线 吸收掉。上面说的应该是网式过滤器,其实过滤器还有很多种,譬如叠 片过滤器、砂滤器、碳滤器等等,主要原理都是利用过滤介质的孔径截 留比介质孔径更小的物质,当然有的过滤介质还具有吸附等特殊效果。 大多过滤器反洗也没有那么麻烦,只要用清水从过滤出水的一端导入逆 向反冲洗过滤器中的介质就可以达到很好反洗效果。本类阀门在管道中 / / 一般应当水平安装。 hhttttpp::////管道过滤器是除去液体中少量固体颗粒的小型设备,可保护压缩 机、泵、仪表和其它设备的正常工作,当流体进入置有一定规格滤网的 滤筒后,其杂质被阻挡,而清洁的滤液则由过滤器出口排出,当需要清 洗时,只要将可拆卸的滤筒取出,处理后重新装入即可,因此,使用维 护极为方便。生产的过滤器具有结构紧凑、过滤能力大、压损小、适用 范围广、维护方便、价格低廉等优点,其主要适用的物料有: 化工、石油化工生产中弱腐蚀性物料, 如: 水、油品、氨、烃类 等。 化工生产中的腐蚀性物料, 如: 烧碱、纯碱、浓稀硫酸、碳酸、 醛酸等。 制冷中的低温物料,如:液甲烷、液氨、液氧和各种冷剂。 食品、制药生产中有卫生要求的物料,如: 啤酒、饮料、乳制品、 糖浆等。 新近推出的智能过滤器系列产品,除具有普通过滤器的所有功能 外,同时还具有提供更换、清洗滤网信息的标志和远程声光报警功能, 它的基本原理是利用流体经过过滤器入口与出口的压力差,使智能器内 压差式信号发生器动作,在智能一端的红圆柱便冒出或发生报警信号, 表示滤网被阻塞需要更换或清洗。它克服了当今普通过滤器因无法及时 指示滤网的阻塞程度而造成断流、烧泵或误判滤网阻塞白白浪费人力、 物力等弊端,是一种理想的更新 换代产品。若将它串联地安装在泵的 入口或系统管理线的其他部位,即可延长泵和其他设备的使用寿命,又 能保证整个系统安全。用于过滤器性能实验台上面,这种试验台在试验 前都要对系统严格净化,因此试验系统和为试验系统服务的污染注入系 统都需配有过滤器,这中过滤器和被试验的过滤器是两回事儿,它的精 度要求,污物容纳量要求要比被试验的过滤器精度高,为区别同一试验 系统中的两类过滤器,这种过滤器称为试验台过滤器,被试验的过滤器 称为被试过滤器。/product.asp Y Y YY型过滤器(水过滤器)属于管道粗过滤器系列,也可用于气体或 其他介质大颗粒物过滤,安装在管道上能除去流体中的较大固体杂质, 使机器设备(包括压缩机、泵等)、仪表能正常工作和运转,达到稳定 Y Y 工艺过程,保障安全生产的作用。该公司所生产的YY型过滤器(水过滤 Y Y 器)能根据客户具体要求(特殊压力、特殊口径)定制。YY型过滤器(水 过滤器)具有制作简单、安装清洗方便、纳污量大等优点。 2006年第4期 勘察科学技术 29 式中,f。为过滤器工作部分长度,m;Q为井的出水 分长度也不能与过滤器长度划等号,我国文献引用 量,m3/h;a为经验系数,决定于含水层的粒度成分, 式(9)时,往往省略了“工作部分”4字,如式(4)即欠 可按表5确定;d为过滤器外径,nun。 明确。 表5经验系数 式(9)的适用条件是比较厚的含水层。何谓比 较厚的含水层,按照原文的叙述,是大于5m的含水 层,但未说明上限。根据我国的管井工程实践,式 (9)并不适用于厚度很大的含水层,我国文献引用该 式时往往省略了该式的适用条件,很易导致误用。 关于大厚度含水层分段和分层取水问题,是另一课 表5中列出的a值,系根据含水层的平均渗透 题的内容,可参考有关文献。 系数,按照下面的经验公式确定的允许进水流速得 3.2.2美国《水井标准》过滤器长度计算式 到的 美国《水井标准》过滤器长度计算式如式(7),式 y:65以 (10) 中的A,为每英尺过滤管有效开孔面积,系依据过滤 式中,五为含水层渗透系数。当露为其他值时,d值 管的外径和过滤管的孔隙率,并乘以50%得到的单 的大小以内插法确定。 位长度过滤管有效进水面积,式中的y,为允许过滤 过滤器的外径,依过滤器的结构不同而取不同 管进水流速,对比式(7)和式(9)可以看出,两式均是 数值。1)具有圆形和缝隙状穿孔的管式过滤器,其 过滤器的长度计算式,但两式大不相同,式(7)的计 外径为过滤管的外径;2)缠丝过滤器和钢筋骨架过 算参数中有过滤管进水面积,并且允许进水流速系 滤器,其外径以缠丝表面算起;3)填砾过滤器,其外 允许过滤管进水流速,而式(9)的计算参数中不涉及 径以滤料的表面算起。 过滤器开孔面积,其允许进水流速为允许井壁进水 按照井的开采和维修条件,过滤器骨架的最小 流速,显然,两式大不相同。就计算式本身而言,两 直径不应小于100ⅡlrIl。 式均是正确的,但式(9)计算的实质是计算井壁进水 对比式(4)和式(9)可以看出,式(4)引用不全段的长度,间接确定过滤器长度,而式(7)是直接计 面,式(9)中经验系数口的说明,我国文献中大多省 算过滤器的长度,在管井设计时,如概念不清楚,极 略,往往产生误解。譬如式(4)即认为是区别于“渗 易导致混淆和误解误用。 透速度计算法”的另一种“经验系数法”。式(9)的注 式(7)是美国国家标准《水井标准》关于过滤器 释清楚地说明,经验系数是依据允许进水流速得到 长度的计算,是英美等国对此规定的典型代表,而式 的,也即过滤器工作部分长度仍是依据允许进水流 (9)是原苏联等国关于过滤器长度规定的典型代表, 速计算确定。 突出反映了在管井设计上两种学术思想的差异。 式(9)中的过滤器外径d,从其注释的三种情况3.2.3关于《供水管井设计施工指南》给出的3个 看,实际上是管井的进水段井径,由于名为过滤器外 过滤器长度计算式 径,往往使人产生混淆,误认为是过滤管的外径。式 《供水管井设计施工指南》是在我国管井工程界 (9)名为过滤器工作部分长度计算,是值得讨论的, 具有广泛影响的文献,该书所给出的3个过滤器长 其计算的依据是允许井壁进水流速和井壁进水段的 度理论计算法,反映了我国目前关于过滤器长度确 井径,所_以,计算的实质是计算井壁进水段的长度, 定的现状,具有典型的代表性,也反映了诸多值得讨 而不是计算过滤器的长度。 论的问题。 式(9)是依据井壁进水段的长度确定过滤器的 1)允许进水实际速度计算法 工作部分长度,并非是直接计算过滤器长度,但由于 名为过滤器工作部分长度计算,极易使人产生误解, 两式在形式上基本相同,但计算参数的含义及数值 其实,两者并不能划等号,在淹没式过滤器管井情况 大不相同。 下,过滤器工作部分的长度,显然不等于井壁进水段 式(2)中的A。为过滤器进水面积,显然是错误 的长度。 的,应该是过滤器单位进水面积,A。等于过滤器面 此外,式(9)中所谓“过滤器工作部分长度”,即 积乘以过滤器的有效孔隙率P,计算结果并非是式 设计动水位以下的过滤器长度,显然,过滤器工作部 (7)的过滤器有效进水面积,其过滤器有效孔隙率也 万方数据 30 勘察科学技术 2006年第4期 不是我国国标《供水管井技术规范》GB50296—99的式中,D为井径,m;p为设计出水量,m3/s;£为过滤 有效孔隙率,而是另一种“过滤器的有效孔隙率”,其 器工作部分长度,m;K为允许人井渗透流速。 概念是值得讨论的。 式(2)中的K为相应含水层的允许进水速度。 巧:案,m/。 (12) 其数值如表2所示,分析表2可知,该表也是值得讨 元为渗透系数,“s。 论的,表中“含水层中的适宜进水速度、适宜进水速 式中的符号及含义均系规范原文。对比式(11) 度、适宜进水渗透速度”,差别是什么?令人不解。 和式(5)可以看出,两式除允许流速计算公式不同 其实上述三个流速均是“允许井壁进水流速”。表2 外,完全相同,但复核的对象不同,式(5)是复核过滤 在管井进水流速上出现了混淆。 器外径,式(11)是复核井径,往往使人产生困惑。 就该方法的名称“允许进水实际速度计算法”而 式(5)和式(11)中虽然允许流速计算公式有所 言,“允许进水实际速度”作为一个新名词,名词不 不同,但均是允许井壁进水流速计算式,仅是计算的 确切,概念也不清楚。 数值不同而已,并且均不涉及过滤器的有效进水面 2)渗透速度计算法 积,因此,式(11)和式(5)是复核井壁进水段的井径, 就概念而言,应该说,建设部标准的概念更为明确, 计算式如式(3)。对比式(3)和式(2)可以看出, 两式基本相同,式(3)中4为过滤器的面积,如上所因此式(6)是名副其实的过滤管外径复核式。 述,也应是单位过滤器进水面积,式中的y为进水 过滤器直径复核的目的在于通过复核以确定过 7 滤器的直径。在管井工程实践中,过滤器直径是根 渗透速度,但其计算式为y=65K,也即阿勃拉莫 夫公式,显然是允许井壁进水流速计算式,所称之的 据管井设计出水量、管材规格、钻进工艺等多种因素 进水渗透速度实际就是允许进水渗透速度,因此,方 综合考虑确定的,并不需要复核,即使按上述关系式 法2)与方法1)并无什么差别。 复核,工程实践也不可能根据复核的结果增大或减 3)经验系数计算法 少过滤器直径,复核也就无实际意义。 计算式如式(4),显然是引用原苏联标准的规 在管井设计中真正需要复核的是管井进水流 定,但引用不全。如前所述,式中的经验系数a即 速,而不是过滤器的直径或井径。当管井进水流速 是由允许井壁进水流速得到的。因此,单独划分出 过大时,将导致管井运行不良,使用寿命缩短等一系 所谓经验系数计算法是一种误解。 列弊端。因此,在管井设计中,复核管井进水流速, 综上所述,《供水管井设计施工指南》所给出的 是管井设计非常重要的一项设计内容,管井进水流 3种过滤器长度计算法,存在诸多概念混淆,所给出 速如果超过允许进水流速,即应减少设计出水量以 的3个计算式则存在诸多值得讨论的问题。 降低管井进水流速至允许进水流速之下,而不是增 3.3关于过滤器直径复核计算式 大过滤器直径或井径。 我国许多文献给出了过滤器直径复核式,建设 3.4同时给出过滤器直径和长度的计算式 部标准《供水管井设计、施工及验收规范》cJJlo一86 我国高校教科书《钻探工艺学》等文献同时给出 并将复核关系式纳入到条文的规定之中,影响广泛, 了过滤器直径和长度的计算式。在所给出的计算过 但值得讨论。 滤器直径计算式中,是假定过滤器长度已确定,计算 我国《水文地质手册》给出的过滤器直径复核式 过滤器直径;而在过滤器长度计算式中,是假定过滤 如式(5),建设部标准给出的过滤器直径复核式如式 器直径已确定,计算过滤器长度,显然,解是无穷的, 计算即无实际意义。 (6),对比两式可以看出,两式大不相同,式(6)的分 母中多了一个过滤管表层进水面有效孔隙率,并且 3.5仅给出过滤器直径和长度确定原则 式(6)中允许进水流速为允许过滤管进水流速,而式 我国现行国标《供水管井技术规范》GB50296— (5)为允许井壁进水流速。两式均是复核过滤器直 99未给出过滤器直径和长度的计算式或过滤器直 径,复核式却大不相同,往往使人混淆和误解误用。 径复核式,仅规定了确定的原则。在有关管井过滤 建设部标准在给出过滤管外径复核式的同时也 器直径和长度的规定上,应该说是一个新类型的规 给出了松散层管井井径复核关系式如下: 定。规定是否正确?对此,学术界存在分歧和争议。 就过滤器的长度确定而言,工程实践主要是依 D≥墨 (11) 据含水层的厚度及其透水性确定。大量的试验资料 万方数据 2006年第4期 勘察科学技术 31 表明,过滤器长度在一定范围内时管井出水量随过 壁进水流速”,将通过过滤管进水缝隙的流速称之为 滤器的长度增大而增加,当过滤器长度超过某一阀 “过滤管进水流速”,两者统称为管井进水流速。 值后,出水量增加很小,甚至无实际意义。试验表 “井壁进水流速”是渗透流速,在数值上,井壁进 明,这个阀值大致为20~30m,据此,国标《供水管井水流速等于管井出水量除以井壁进水断面面积,即: 技术规范》以含水层厚度30m为界,分别作出了规 定。这一规定虽然不是很精确,但节省了试验费用, K=挈 (13) 简单实用。 式中,yi为井壁进水流速,一s;Q为管井出水量, 原苏联和美国标准虽然给出了各自的过滤器长 m3/s;4i为井壁进水断面面积,m2。 度计算式,但适用条件基本相同,对于很厚的含水 A.=丁【DL 层,如厚度超过30m的含水层,并不适用,对于较薄 D为管井进水段井径,m;£为井壁进水段长度,m。 的含水层,如小于10m的含水层,则无需计算,可直 过滤管进水流速是地下水流通过过滤管进水缝 接依含水层的类型和设计动水位确定。在比较厚的 隙时的流速,是真实流速而不是渗透流速,即: 含水层条件下按计算式计算,工程实践一般也不会 ”罢 …) 按计算结果精确地确定,近似而已。因此,计算式的 实际意义并不大。 式中,y。为过滤管进水流速,IIl/s;Q为管井出水量, m3/s;4。为过滤管有效进水面积,m2; 4管井过滤器直径和长度规定混乱的原因 A。=7cdZn (15) 4.1“井”、“孔”概念 d为过滤管外径,m;f为过滤管进水段长度,m;凡 管井名词是我国特有的名词术语。英美文献一 为过滤管有效孔隙率。 般称之为“深井”或“水井”,实则是同一种地下水抽 从上述可以清楚地看出,井壁进水流速和过滤 水构筑物。管井名词本身极易造成误解,我国一些 管进水流速是概念不同,数值差异悬殊的两个不同 文献认为管井由井壁管、过滤管及沉淀管组成,即管 流速。原苏联等国以井壁进水流速表示管井进水流 井是由井管组成的管状井,井管外是“孑L”,因而将井 速,而英美等国则以过滤管进水流速表示管井进水 管直径称之为“井径”,而将井身横断面直径称之为 流速,所以在原苏联文献所给出的过滤器长度计算 “孔径”。这是因为“井”、“孔”概念混淆导致的误解。 式中,允许管井进水流速是指允许井壁进水流速,而 管井作为一种地下水抽水构筑物,并非是单指 美国《水井标准》所给出的过滤器长度计算式中,允 井管,而是包括了井管、井身及井内设施的整体。因 许管井进水流速是指允许过滤管进水流速。 此,管井结构是井身结构、井管配置及井内设施的统 就管井进水流速概念而言,管井进水流速本身 称。井径则是井身横断面的直径,而非井管直径。 即包括了井壁进水流速和过滤管进水流速在内,是 在我国目前管井工程有关文献和技术文件中, 两者的统称。因此,管井进水流速单指其中任一个 “井”、“孑L”名词混用和并用是十分普遍的现象,这就 都是不全面的。 导致了“井”、“孑L”概念混淆;导致了井径与过滤管直 在我国有关文献上,井壁进水流速又称之为“进 径混淆;井壁进水流速与过滤管进水流速混淆,造成 井流速”、“进水流速”、“滤水速度”、“人口流速”、“邻 了过滤器直径和长度计算式或复核式计算参数错 近流速”、“人井渗透流速”、“含水层渗透速度”等。 误。 过滤管进水流速又称之为“过滤器进水流速”、“人管 4.2管井进水流速 流速”、“人口流速”等,名称过多和交叉,导致了“井 目前有关规定给出的过滤器直径和长度计算式 壁进水流速”和“过滤管进水流速”这两个不同流速 或复核式中,管井进水流速均是必不可少的计算参 相互混淆,是造成我国许多文献在给出的管井过滤 数,在前述的过滤器直径和长度计算式或复核式中, 器的直径和长度计算式或复核式中,允许管井进水 管井进水流速不仅名称不同,而且计算公式不同,数 流速混淆的重要原因。 值不同,往往造成混淆,导致计算或复核错误。 4.3过滤器与过滤管 管井进水流速是管井抽水时,地下水流通过管 过滤器直径也是前述过滤器长度计算式中必不 井两个过水断面上的流速。我国国标《供水管井技 可少的计算参数,显然,过滤器直径取值正确与否, 术规范》GB50296—99将通过井壁的流速称之为“井对于计算结果具有十分重要的意义。 万方数据 32 勘察科学技术 2006年第4期 目前我国有关文献中过滤器与过滤管是两个同 为含水层的颗粒或人工滤料不可避免地遮挡和堵塞 义词,常常混同使用,实际上两者有差别。过滤器是 部分进水缝隙,从而使过滤管外层进水面孔隙率大 管井起滤水、挡砂和护壁作用的装置。过滤管则有 大降低。我国国标《供水管井技术规范》GB50296— 所不同,在非填砾过滤器情况下,过滤管即为过滤 99规定将过滤管下人井内之后,过滤管外层进水面 器,在填砾过滤器情况下,过滤管是填砾过滤器的骨 实际能够达到的孔隙率称之为过滤管有效孔隙率。 架管,是填砾过滤器的组成部分,显然就不能称之为 管井工程的理论和实践均证实了有效孔隙率是客观 过滤器了。所以,过滤管与过滤器两者有差别,并不 存在的。在国外,英美文献没有过滤管有效孑L隙率 等同。 的名词,一般以过滤管有效进水面积表征,其结果完 在原苏联文献给出的过滤器长度计算式中,过 全一样。根据国标《供水管井技术规范》GB50296— 滤器直径取值依过滤器的类型有所不同。对于填砾 99及建设部标准《供水管井设计、施工及验收规范》 过滤器,过滤器外径应算至滤料的外缘,而英美标准 cJJlo一86的规定,过滤管有效孔隙率为进水面乘孔 给出的过滤器长度计算式中,过滤器外径则均为过 隙率的50%,这即是式(6)中过滤管有效孔隙率的 滤管的外径,即使是填砾过滤器,其外径也绝不能算 依据所在。 至滤料外缘,所言之的过滤器实际是过滤管。目前, 前述式(2)中的过滤器有效孔隙率是另外一种 由于过滤器、过滤管混同使用,往往造成过滤器直径 过滤器有效孔隙率,是我国文献《供水管井设计施工 取值错误,导致计算错误。 指南》所提出,其计算式如下: 在我国部分文献和技术标准中,过滤管又称之 P=伊或伊。 (16) 为“滤水管”,为过滤管的同义词,应该说,采用何者 式中:P为过滤器有效孔隙率,%;p为过滤器骨架 均是可以的,但比较而言,过滤管与过滤器名词相对 孔隙率,%;p为含水层给水度;弘,为填砾的给水 应,较为合适,也符合《供水管井技术规范》GB50296 度。式中符号及其含义均系原文。分析该式可以看 —99等规范的规定。 出,式中的过滤器骨架孔隙率所指不明确,应该不是 4.4过滤器孔隙率及过滤器有效孔隙率 指过滤管内层进水面孔隙率,而应是过滤管与含水 从前述的过滤器长度计算式或过滤器直径复核 层或滤料相接触的外层进水面孔隙率,填砾也即人 式可以看出,式中的过滤器孔隙率和过滤器有效孔 工滤料。从其计算式看,计算的结果是含水层或滤 隙率的概念及数值均有所不同,极易造成误解误用, 料的有效给水度,而不是过滤器的有效孔隙率,应该 导致计算或复核错误。 说是名不符实,这与国标《供水管井技术规范》 过滤器孔隙率一般认为是早有定论,其实不然, 如式(1)中的过滤管孑L隙率,一般均采用骨架管的孔 的概念。 隙率,实际并不正确,这涉及到管井过滤器孔隙率的 就我国常用的穿孔管垫筋缠丝过滤管而言,内 概念和定义问题。但我国《水文地质术语》GB/ 层进水面穿孔管孔隙率的大小是由管材的强度决定 T14157—93,对过滤器孔隙率定义为“滤水管的滤水的,金属穿孔管孔隙率较大,非金属穿孔管孔隙率相 孔眼的总面积与滤水管的表面积之比”,这一定义得 对较小,一般在15%~30%之问。外层进水面缠丝 到了普遍认同。但我国几十年的管井工程实践表明 间距一般在O.5~3mm之间,由此产生的孔隙率一 这一定义是值得讨论的。 般在12%~44%之间。当过滤管下人井内之后,缠 一般管井过滤器孔隙率,无论是填砾过滤器,还 丝面由于与含水层颗粒或滤料相接触,孔隙率减少 是非填砾过滤器,均指的是过滤管的孔隙率。因此, 50%,而内层穿孔管的孔隙率不减少,这就使得缠丝 所谓过滤器孔隙率即是过滤管的孔隙率。过滤管依 面有效孔隙率在大多数情况下小于内层穿孔管的孔 其结构不同,而有1~2个孔隙率。单层进水面过滤 隙率,也即外层进水面有效孔隙率表征了过滤管的 管,也即俗称之“光滤管”,由于仅有1个进水面,因 实际进水性能。对于单层进水面过滤管,可以看作 此,仅有1个孔隙率;对于双层进水面过滤管,如穿 是外层进水面和内层进水面合二为一的过滤管,其 孔管垫筋缠丝过滤管,由于有两个进水面,故有两个 过滤管有效孔隙率同样表征了过滤管的实际进水性 孔隙率,这说明过滤管并非只有1个孔隙率。 能。这表明,过滤器孔隙率定义为内层骨架管的孔 当过滤管下入井内之后,无论管外是否填砾,过 隙率,不符合过滤管进水的实际情况,因此不正确。 滤管外层进水面都不可能是原有的孔隙率,这是因 过滤器孔隙率并不单指某一进水面的孔隙率, 万方数据 2006年第4期 勘察科学技术 33 而应是内外层进水面孔隙率及过滤管有效孔隙率的 水段长度计算式和井壁进水段直径复核式。显然, 统称。因此,前述的过滤器直径及长度计算式或复 同时给出井壁进水段直径和长度计算式,在理论上 核式中,过滤器孔隙率采用内层骨架管的孔隙率不 也是不成立的。 正确,应为过滤管有效孔隙率,而式(2)中的所谓过 6过滤器直径和长度确定的原则 滤器有效孔隙率不仅名不副实,且数值亦差异很大。 ’ 过滤器孔隙率及过滤器有效孔隙率概念错误和 目前,国内外有关规定给出的过滤器直径和长 混淆,是导致过滤器直径和长度计算或复核错误的 度确定原则,一般是仅给出其一的确定原则,但所给 重要原因之一。 出的确定原则也不尽相同,共性问题在于,未考虑过 滤器直径和过滤器长度两者的内在联系,孤立地给 5过滤器直径和长度确定的实质 出其一的确定原则。 从理论上讲,过滤器直径与长度的确定,应该是 我国管井工程的实践表明,过滤器的直径和长 过滤管的外径和过滤管长度的确定,并由此决定了 度确定,应根据场地的水文地质条件,综合考虑各方 过滤管的表面积。过滤管表面积乘以过滤管有效孔 面的因素加以确定,无需计算。 隙率,即得到过滤管有效进水面积A,,即式(15)。 6.1过滤器长度确定原则 过滤管有效进水面积即过滤管的实际进水面 6.1.1供水管井过滤器长度确定原则 积,式(15)中过滤管有效孔隙率系根据《供水管井技 目前,有关规定关于过滤器长度的确定原则,大 术规范》GB50296—99的规定。 多是以含水层的厚度为依据,但规定的含水层厚度 管井的允许出水量: 界限值有所不同。《供水管井技术规范》GB50296— 99及《供水管井设计、施工及验收规范》c小0—86 Q=A。K (17) 关于松散含水层情况下过滤器长度的确定原则,以 式中,矿。为允许过滤管进水流速,0.03一s。 含水层厚度30m为界限值分别作出规定,对于供水 在管井出水量确定的情况下,由于允许过滤管 管井是合适的。 进水流速是定值,过滤管有效进水面积即是定值,这 1)含水层厚度小于30m时,对于潜水含水层, 就清楚地说明了过滤管直径和长度确定的实质是确 过滤器长度宜取设计动水位以下的含水层厚度,对 定过滤管的进水面积。从式(17)可以看出,过滤管 于承压含水层,可取含水层的厚度。 直径与过滤管长度互为变量,也即由一个关系式确 2)含水层厚度大于30m时,应根据设计出水量 定两个变量,解是多值性的。这说明,同时给出过滤 和含水层的透水性确定,当含水层厚度很大,且需水 管直径和长度的计算式,在理论上是不成立的。 量也很大时,宜考虑分段取水或分层取水。 相同道理,井壁进水段的直径和井壁进水段的 6.1.2降水管井过滤器长度确定原则 长度决定了井壁进水段进水面积,即 对于降水管井,由于管井井深一般较浅,在工程 A;=7cD£ (18) 实践中,可按下述原则确定过滤器的长度。 式中,A。为井壁进水段面积,m2;D为井壁进水段直 1)含水层厚度小于10m时,对于潜水含水层, 径,m;£为井壁进水段长度,m。 过滤器的长度宜等于设计动水位以下的含水层厚 井壁进水段面积乘以允许井壁进水流速,即是 度;对于基坑底部的承压含水层,可等于承压含水层 管井允许出水量,即: 的厚度。 Q=Aj_ (19) 2)含水层厚度大于10m时,宜根据含水层的透 式中,y.为允许井壁进水流速。 水性和设计降深确定过滤器的长度。 在管井出水量确定的情况下,井壁进水段的面 6.2过滤器直径确定原则 积即是定值。从式(19)可以看出,井壁进水段直径 在有关规定中,需要提出的是,美国《水井标准》 与井壁进水段长度互为变量,解也是多值性的,我国 等技术标准和文献中规定了过滤器最小直径,以允 文献大多将井壁进水段直径称之为过滤器直径,将 许过滤器进水流速为选择标准。这一规定是值得讨 井壁进水段长度称之为过滤器长度,往往造成混淆 论的。过滤器进水流速的高低,并非单独由过滤器 和误解误用。前述《水文地质手册》所给出的过滤器 的直径所决定。而是由过滤器有效进水面积所决 长度计算式和过滤器直径复核式,实际就是井壁进 定,这其中自然也包括了过滤器的长度在内。因此, 万方数据 34 勘察科学技术 2006年第4期 以允许过滤器进水流速作为过滤器最小直径的确定 层进水面孔隙率、外层进水面孔隙率及有效孔隙率 标准即有失全面。 的统称。过滤器有效孔隙率表征了过滤器的实际进 我国管井工程的实践表明,过滤器直径的确定, 水性能。 供水管井和降水管井并无差异,无需计算和复核,均 6)过滤器直径与长度确定,应是过滤器的直径和 应根据管井的设计出水量、过滤器的长度、管材规格 长度确定,而不应是井壁进水段的直径和长度确定。 及过滤器有效孔隙率确定。 7)过滤器的直径和长度确定的实质,是过滤器 进水面积的确定,两者互为变量。理论和实践均表 7结束语 明,过滤器直径和长度无需计算或复核,在实际工作 1)我国有关规定给出的过滤器直径和长度计算 中,应根据场地的水文地质条件、设计出水量、管材 式及复核式,误导了工程实践,反映了目前在管井设 规格等因素综合考虑确定。 计中存在的诸多概念混淆和误解误用,是过滤器直 参考文献 1 GB 径与长度确定问题长期得不到解决的重要原因。 50296—99供水管井技术规范 2)过滤器直径计算式是脱离实践的误解,而过 2 GB50027—200l供水水文地质勘察规范 滤器长度计算式有其适用条件,不适用于大厚度含 3 CJJl0—86供水管井设计、施工及验收规范 4中国城乡建设环境保护部综合勘察院山西省勘察院.供 水层,工程实践也无需精确地确定

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