井水含砂量标准的理论和实践探讨

井水含砂量标准的理论和实践探讨

[ 摘 要 ]

探讨了井水含砂量标准制定的依据和影响因素，并在分析井水含砂量特征曲线的基础上，提出井水含砂量标准应以稳定值为控制指标，同时概述了国内外井水含砂量标准的现状。

[ 正 文 ]

0 前言

供水管井井水含砂量的高低直接关系到管井的正常运行和使用寿命。我国许多地区的管井，因井水含砂量过高，导致抽水设备损坏、泵房地基下沉、井管弯曲以至断裂等一系列管井运行问题，有的管井使用很短时间即报废，不仅造成了经济损失，而且也影响了正常的生产和生活。因此，在管井设计与施工中，如何控制井水含砂量达到井水含砂量标准的规定，是保证管井质量的关键。 我国和世界各国均根据本国或部门的管井工程实际情况制定了国家或部门的井水含砂量标准，国内外有关" 手册" 和文献亦提出了不同的井水含砂量标准，但各标准差异很大，反映了学者见解分歧，长期争议而不能统一，造成了工程实践难以适从，显然，井水含砂量标准的正确制定是供水管井工程尚未完善解决的理论和实践课题。

1 制定井水含砂量标准的依据

1.1 管井应长期稳定地运行，具有正常的使用寿命

管井长期稳定地运行并具有正常的使用寿命是管井质量的基本要求，根据我国管井的实际使用情况，参考我国国有固定资产关于深水井的折旧规定，在制定井水含砂量标准时，应考虑管井的正常使用寿命大致以20年为准。

1.2 技术经济合理，工程实践切实可行

井水含砂量标准应在保证管井质量的前提下，使井水含砂量和管井出水量得以平衡和统一，达到技术经济合理，给水系统投资少运行费用低，并考虑到管井工程的实际情况，切实可行。

2 影响井水含砂量标准制定的因素

管井出水含砂量的高低，显然是由管井设计，特别是滤料规格的确定及管井施工质量所决定的，这是影响管井井水含砂量高低的因素，这并非本文讨论的范围。这里所言的影响井水含砂量标准制定的因素，系指制定井水含砂量标准时，应考虑并应予以明确的因素。

众所周知，管井抽水流量对井水含砂量有直接的影响，就同一管井而言，管井抽水流量越大，井水含砂量也越高，反之，抽水流量减少，井水含砂量即降低。因此，在井水含砂量标准中，应明确测定井水含砂量时的管井抽水流量大小。

管井在抽水设备启动后，不同时间的井水含砂量数值差异悬殊，显然，井水含砂量的测定时间是井水含砂量标准不可或缺的规定。

管井抽水时，过滤器在垂直方向上进水量是不均匀的，并且这种不均匀性随抽水设备的吸水管口在井内不同深度而变化，由于含水层的不均匀性，井水含砂量即随之发生变化。

2.1 测定井水含砂量时的管井抽水流量 2.2 测定井水含砂量的时间 2.3 抽水设备吸水管口在井内的位置 2.4 井水含砂量的数值表示方式

井水含砂量指标数值分为体积比和重量比两种表示方式，两者数值相差近1

倍，显而易见，井水含砂量标准必须明确指标值为体积比还是重量比。

3 井水含砂量标准的控制指标

当管井以一定流量抽水时，井水含砂量在抽水设备启动后的最初一段时间内含砂量较高，并且含砂量数值变化很大，随着抽水时间的延续而逐渐变小，最后趋于一个稳定的数值。根据管井在抽水设备启动后不同时间测定的井水含砂量数值，即可绘制管井的井水含砂量历时曲线图。大量的井水含砂量历时曲线表明，不同管井的井水含砂量历时曲线不尽相同，但总的规律是一致的。图1是典型的井水含砂量历时曲线图，亦可称之为井水含砂量特征曲线，从图1可看出，抽水设备启动初期，井水含砂量较高并有一个最大值，称为峰值，其间含砂量数值变化较大，称为波动值，当抽水至一定时间以后，井水含砂量数值趋于稳定，此时的井水含砂量数值称为稳定值，亦是相对最小值。井水含砂量数值分为峰值、波动值、稳定值，具有重要的理论和实践意义，它揭示了井水含砂量历时变化的三个指标，同时也揭示了井水含砂量标准控制指标的理论依据所在。

3.1 井水含砂量特征曲线

图1 井水含砂量特征曲线

3.2 井水含砂量标准的控制指标讨论

从井水含砂量历时曲线可以看出，井水含砂量波动值是变化的，显然，作为井水含砂量标准的控制指标难以定量规定，也即无实际意义。峰值和稳定值是反映井水含砂量状况的两项重要指标，我国和世界其他国家的有关" 技术标准" 、" 规定" 大多是以限制这两项指标中的某一项，作为井水含砂量标准的控制指标，由于峰值和稳定值在数值上相差悬殊，因此，井水含砂量标准因控制峰值或稳定值的不同，在指标数值上就有非常大的不同。

井水含砂量标准以峰值作为控制指标，意在控制井水含砂量的最大值，问题在于，井水含砂量峰值的测定时间如何确定? 从大量的井水含砂量历时曲线可以看出，井水含砂量峰值出现的时间与管井的井深、井径、含水层的特性以及前述的抽水设备下置深度等因素有关，不同管井的井水含砂量峰值出现时间不同，一般多在数十秒至30 min 之间。作为井水含砂量标准，如何规定一个统一的峰值测定时间? 显然是很困难的，如果标准虽有规定，但在规定的时间测定的不是峰值而是波动值，则既不能达到控制井水含砂量峰值的目的，也不能反映管井出水含砂量的真实情况。其次，峰值不仅难以掌握测定时间，而且可能出现峰值符合规定要求，但含砂量居高不下，这显然也是不能允许的。

井水含砂量稳定值是在管井抽水稳定后测定的井水含砂量数值，并不特指某一具体的测定时间，工程实践易于掌握，其二，稳定值基本上反映了管井

投产后井水含砂量的大小。因此，井水含砂量标准应以稳定值作为控制指标。

4 国内外井水含砂量标准的状况

4.1 我国井水含砂量标准的现状

长期以来，我国学术界在井水含砂量标准问题上存在分歧和争议，有关" 技术标准" 差异不同及标准本身存在的可操作性问题，导致工程实践难以适从，促使一些部门和地区自行制定了部门内部标准和地区标准，有关" 手册" 、" 文献" 亦提出了井水含砂量标准的各自见解，形成了标准众多，各行其是，而不能统一的状况。

在管井工程中，井水含砂量标准一般是以洗井质量标准或管井竣工验收标准提出。据不完全统计，我国有关" 规范" 、部门或地区标准及有关" 手册" 等文献制定或提出的井水含砂量标准就有20余个之多，从其具体规定看，大致可分为3个类型：

(1)定性不定量标准。如规定" 水清砂净" 、" 水已基本澄清" 、" 水净砂净无沉淀" 、 " 水清泥沙尽" 等。

(2)限制井水含砂量峰值。以原国际《供水管井施工及验收规定》(GBJ13-66)为代表(以下简称为GBJ13-66) 。其他限制抽水初期井水含砂量，如规定抽水设备启动后10 min，15 min，30 min等时间的井水含砂量数值，已如前所述，应该说不是限制井水含砂量峰值而是限制波动值。

(3)限制井水含砂量稳定值。以建设部标准《供水管井设计、施工及验收规范》(CJJ10-86 )为代表，其他未规定井水含砂量测定时间的标准也属于此一类型。 定性不定量标准采用模糊概念回避了控制指标值，无论在理论上还是在实践上都是模糊的，井水含砂量只能控制在一定的范围内，所谓" 砂净" 只能是努力方向而难以达到的目标。" 地区标准" 主要反映在地区管井工程验收标准之中，例如，北京地区基本上执行1/50000 (重量比) 以下，天津地区为1/10 000(重量比) 以下。地区标准和部门标准应该说都有一定的生产依据，但同时也存在地区和部门的局限性。

众多的井水含砂量标准，反映了我国学术界在此问题上存在分歧和争议，这导致了实际工作者难以适从和困惑，也往往造成误解和误用，例如，将原国标GBJ13-66的峰值控制指标值误解误用为稳定值指标是十分普遍的现象。

4.2 我国有关规范制定的井水含砂量标准

(1)我国原国标GBJ13-66制定的井水含砂量标准，从上世纪60年代至90年代末，30余年来一直作为当时的国标，并被许多文献和手册引用，产生了广泛而深刻的影响，至今仍存在学术争议。

GBJ13-66制定的井水含砂量标准为：" 洗井完毕后，井水含砂量应作到：粗砂层地区为1 /50000以下，中细砂层地区为1/20 000以下" ，我国几十年的工程实践表明，此标准是需要深入讨论的。

a. 含砂量标准的控制指标。GBJ13-66规定" 在开动抽水设备抽完井筒内的存水以后30 s测定井水含砂量" ，其意在于测定抽水设备启动后从含水层最初进入井内地下水流所携带的砂砾量，也即测定其峰值。如前所述，管井抽水时由于过滤器在垂直方向上流量分配的不均匀性，当管井深度很深时，抽水设备的吸水管口位于井壁管内，地下水最先从过滤器的上部进入井内，而远离吸水管口的过滤器下部不仅进水量小而且时间滞后，甚至抽水一段时间后，井筒内下部存水尚未被抽出，因此，井筒内存水抽完的时间从理论上是很难确定的，井筒内存水抽完以后30 s 也就相应难以确定，标准即失去了确定性、实践可操作性。如果按抽完井筒内容积存水量计算，根据大量井水含砂量历时曲线复核计算，按此规定的时间测定井水含砂量大多不是其峰值，而是其波动值，显然不能反映井水含砂量的真实情况。

从标准的控制指标数值来看，应该说标准是很严格的，达到标准的规定也非容易，但标准的可操作性带来了执行标准的随意性。据我们调查，我国许多管井施工单位执行此标准时，变成了抽水稳定后，井水含砂量粗砂层地区1/50000以下，中细砂层地区1/20000以下，显然，这已同标准的规定相去甚远了。 b. 未规定测定井水含砂量时的管井抽水流量大小，也未明确井水含砂量数值为重量比或体积比，应该说是标准规定的不严密，这必然导致执行标准的随意性。实际上，目前相当多的管井施工单位强调抽水设备条件或有意在低于设计出水量下测定井水含砂量，以达到通过竣工验收的目的，测定即失去了意义。如此提交的井水含砂量自然不能反映管井投产后的井水含砂量的真实情况。 c. 井水含砂量标准分为粗砂层和中细砂层两个标准。井水含砂量标准制定的依据是保证管井质量和正常使用寿命。管井质量要求相同，标准即应一致，不能说粗砂层地区的管井质量和使用寿命要求应高一些，中细砂层地区的管井质量

和使用寿命要求可以低一些，显然道理说不通。

上述讨论表明，原国标GBJ13-66井水含砂量标准，无论在理论上还是实践上都是值得探讨的。

(2)建设部标准《供水管井设计、施工及验收规范》(CJJ10-86)井水含砂量标准，规定以管井设计出水量抽水，达到稳定后测定井水含砂量数值不得超过二百万分之一(体积比) 。从前述的标准制定的影响因素看，建设部标准规定较为严密，以稳定值作为井水含砂量控制指标也是合理的，但指标值为二百万分之一(体积比) ，工程实践普遍反映难以达到，这导致了该标准难以执行。

(3)我国现行国标《供水管井技术规范》(GB50296-99)井水含砂量标准，总结了我 国30余年来井水含砂量标准的理论和实践成果，在对我国大量管井施工和管井运行调查的基础上，规定了井水含砂量稳定值控制在1/20万(体积比) 以下，标准严谨，是迄今较为完善和切实可行的井水含砂量标准。

4.3 国外井水含砂量标准的概况

世界各国制定的井水含砂量标准明显地反映了各自国家或行业的特点，本文限于篇幅难以详细列举，就整体而言，标准的差异性主要表现在下述几方面：

(1)标准的宽严程度。在各国制定的诸多标准中，原苏联国家标准《室外给水设计规范》规定井水含砂量稳定值为1/10000(重量比) 以下，仅要求满足抽水设备正常运转，标准可谓最低。相比之下，英美日等国井水含砂量标准要求很严，一般在1/20万(重量比) 以下。这反映了两种学术思想的分歧和差异。

(2)标准的控制指标。井水含砂量标准的控制指标也不尽相同，如原苏联国家标准控制井水含砂量稳定值，美国内政部水利资源局《地下水手册》控制管井出砂量最高时的井水含砂量数值，也即控制峰值，美国自来水公司协会《水井标准》控制管井抽水初期两小时内的平均含砂量，这是另外一种控制指标。

(3)标准的严密性。国外井水含砂量标准也非完善，如原苏联标准未规定测定井水含砂量时的管井抽水流量大小，美国《地下水手册》井水含砂量标准笼统要求在管井出砂量高时取样测定，未规定具体测定时间，显然，标准欠严密，执行标准时必然会带来随意性。

上述讨论表明，国外井水含砂量标准不仅有差异，而且也存在诸多值得探讨之处。

5 井水含砂量标准讨论

5.1 井水含砂量标准的控制指标值

井水含砂量标准以稳定值作为控制指标的关键在于其指标值能否满足管井投产后，保证管井正常运行和正常的使用寿命? 是否切实可行? 显然，这是井水含砂量标准制定的核心问题。对于新标准稳定值控制在1/20万(体积比) 以下，是否偏高或偏低? 可以在工程实践中总结经验，继续探讨和研究。

需要说明的是，建设部标准CJJ10-86同样是控制井水含砂量稳定值，但指标值为1/200万(体积比) 以下，相差10倍，已不是偏高或偏低的问题，而是涉及到井水含砂量标准的概念问题，井水含砂量标准应是管井竣工时应达到的井水含砂量要求，而不是管井投产后正常运行时的井水含砂量要求。

至于细粉砂含水层地区的管井是否需要降低标准的问题? 如前所述，管井质量要求不应有高低之分，虽有难度，应从管井设计、施工着手采取措施达到标准，而非降低标准。

5.2 井水含砂量标准的严密性

井水含砂量标准规定应严谨，以避免执行标准时的随意性、争议和纠纷。显然，标准应规定测定井水含砂量时的抽水流量大小。井水含砂量数值为体积比或重量比，仅是表示方式不同而已，国外一般采用重量比表示，但在现场实测时，仍是先测定体积比然后再换算成重量比。就我国的习惯作法而言，现场测定井水含砂量体积比，无需称重计算或换算，简便易行，较为合适。其次，井水悬浮物不是砂砾，一般来说，通过管井设计、施工是难以解决的，应加以明确。

6 结语

(1)井水含砂量的高低是管井设计、施工质量的综合反映，直接关系到管井的正常运行和使用寿命，正确制定和执行井水含砂量标准，对于指导管井工程实践、保障管井质量具有重要的理论和实践意义。

(2)井水含砂量标准是管井竣工时应达到的井水含砂量要求，管井竣工时应提交管井设计出水量情况下的井水含砂量。

(3)井水含砂量特征曲线表征了井水含砂量历时变化的特点，是井水含砂量标准控制指标的理论依据所在。

(4)井水含砂量标准稳定值控制在1/20万(体积比) 以下，对于保证管井正常运行和使用寿命是必要的，在实践中也是可行的。

(5)我国国标《供水管井技术规范》(GB50296-99)井水含砂量标准的制定和实行，对于改变我国目前标准众多，工程实践难以适从的状况，具有重要意义，并将促进我国井水含砂量标准的理论和实践进一步研究和完善。

参考文献

1 GBJ13-66供水管井施工及验收规范. 北京：中国建筑工业出版社，1973

2 GB50296-99供水管井技术规范. 北京：中国计划出版社，1999 3 CJJ10-86供水管井设计、施工及验收规范. 北京：中国建筑工业出版社，1986

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