提要:该文概述了国内外关于非填砾过滤器进水缝隙尺寸的规定，探讨了非填砾过滤器进水缝隙尺寸确定的设计标准及影响因素，在此基础上，对我国现行国标关于供水管井及勘察抽水试验孔非填砾过滤器进水缝隙尺寸的规定提出了修改意见。认为非填砾过滤器进水缝隙尺寸的规定，应根据设计标准的不同，综合考虑影响非填砾过滤器进水缝隙尺寸的因素来确定。
关键词:非填砾过滤器 进水缝隙尺寸 不均匀系数
1 引言
非填砾过滤器由于简便易行，成本低，仍是供水管井可选用的过滤器类型，对于临时抽水构筑物，则是降水管井和勘察抽水试验孔常采用的过滤器类型。非填砾过滤器由于没有人工滤料，需依靠进水缝隙稳定含水层，通过洗井在过滤器外围形成天然反滤层，降低出水含砂量至规定的标准之下。显然，非填砾过滤器管井设计的关键即在于正确地确定过滤器进水缝隙的尺寸。
迄今，国内外有关文献和技术标准关于非填砾过滤器进水缝隙尺寸的规定各有不同，甚至相差很大，导致了工程实践的混乱，也影响了管井的质量。这表明，非填砾过滤器进水缝隙尺寸的确定，仍是一个未完全解决的理论和实践课题。
2 国内、外非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定
2 .1 国外非填砾过滤器进水缝隙尺寸
对我国影响较大的主要是原苏联和英美等国关于非填砾过滤器缝隙尺寸的规定。
2 .1 .1 原苏联国家标准《室外给水设计规范》非填砾过滤器，其穿孔尺寸按表1 确定。
表1 原苏联标准中非填砾过滤器缝隙尺寸
其中，含水层不均匀系数η 由下式确定;
式中：d10、d50、d60———含水层中小于该颗粒的含量分别占全重10% 、50% 和60% 的颗粒粒径。
2 .1 .2 美国国家标准《水井标准》
根据美国《水井标准》规定不填砾井的过滤器缝隙，按下列标准确定其尺寸：
1）当地层的均匀系数大于6，缝隙尺寸按留住含水层样品的30% ～ 40% 确定；
2）当地层的均匀系数小于6，缝隙尺寸按留住含水层样品的40% ～ 50% 确定；
3）如果水有腐蚀性，或对样品的准确性有怀疑，则按比上述指标多留住10% 选择尺寸；
4）在细砂覆盖于粗砂上时，下伏粗砂顶部2ft（0 .61m）采用细砂缝隙尺寸，粗砂的缝隙尺寸不应大于细砂的缝隙尺寸两倍。
2 .1 .3 E. B. 威廉姆斯的《水井设计基本法则》对于天然反滤层水井，其过滤器缝隙尺寸应保留含水层颗粒的30% ～ 60% 。当均匀系数大于6，覆盖层松软且易坍塌，则过滤器应保留50% ；当覆盖层稳定时，则应保留30%或小于30% 。
当均匀系数小于3（原文如此，似应为6），且覆盖层松软的地区，过滤器应保留60% ；当覆盖层稳定，过滤器应保留40% 。
美国《地下水手册》亦提出了相似的规定，但增加了地层取样可靠性的考虑因素。
2 .2 我国管井非填砾过滤器进水缝隙尺寸
我国有关文献和技术标准提出或制定的规定较多，以下简要介绍主要的几种。
2 .2 .1 《供水管井设计施工指南》
《供水管井设计施工指南》提出缠丝间隙或网孔规格要求如下：
1）大卵石、砾石不含砂层，缠丝间隙或网孔一般可采用3 ～ 6mm。
2）卵石、砾石含砂层，颗粒分析砂样重量要求3～ 5kg，含水层颗粒通过缠丝间隙或网孔的重量占全重的20% ～ 30%。
3）粗砂层，颗粒分析砂样要求2kg 以上，含水层颗粒通过缠丝间隙或网孔的重量占全重的40% ～60%。
4）中、细砂层，筛分试样重量要求在1kg 以上，含水层颗粒通过缠丝间隙或网孔的重量占全重的50% ～ 70%。
5）细砂含卵石层，筛分试样重量要求在2kg 以上（卵石要捡出去，不计在内），按上述4）确定网孔规格或缠丝间隙。
2 .2 .2 教科书《钻探工艺学》
均匀细砂组成的含水层，滤水孔能挡住40% ～50% 的砂粒即可。当地下水腐蚀性微弱或样品资料又比较可靠时，可以选择挡40% 砂的尺寸；当地下水腐蚀性相当强或砂样资料可靠性较差时，可按能过滤50% 砂粒的尺寸选用滤水孔。均匀粒度的粗砂和砾石层，滤水孔的尺寸可按挡砂的30% ～ 50% 来选取。
2 .2 .3 教科书《专门水文地质学》
圆孔骨架过滤管直接与含水层接触（骨架过滤器）时，按以下条件确定：
颗粒均匀（ d60 / d20 < 2） d = 2 .5 dp ～ 3 .0 dp颗粒不均匀（ d60 / d20 > 2） d = 3 dp ～ 4 dp式中：d60、d20———小于该颗粒直径颗粒占60% 、20% 的粒径；dp———颗粒组成的加权平均值。
2 .2 .4 《水文地质手册》
当过滤器与含水层接触时，孔眼尺寸可参考表2 设计。
2 .2 .5 《供水管井设计、施工及验收规范》CJJ10 - 86骨架过滤器的孔眼尺寸，一般根据孔的形状及含水层颗粒组成，按下列规定确定：圆孔直径t =（3 ～ 4）d20条孔宽度t =（1 .5 ～ 2）d20条孔长度L =（8 ～ 10）t如根据上式计算，所得t 值较大，可适当减少，一般圆孔直径不大于20mm，条孔宽度不大于10mm。
2 .2 .6 《供水管井技术规范》GB50296 - 99国标《供水管井技术规范》GB50296 - 99（以下简称GB50296 - 99）规定非填砾过滤器进水缝隙尺寸，应根据含水层的颗粒组成和均匀性确定，并宜符合下列规定：
1）碎石土类含水层，宜采用d20；
2）砂土类含水层，宜采用d50。d20、d50分别为碎石土类含水层和砂土类含水层筛分样中，过筛重量累计为20% 和50% 时的最大颗粒直径。
2 .2 .7 《供水水文地质勘察规范》GB50027 - 2001。
国标《供水水文地质勘察规范》GB50027 - 2001（以下简称GB50027 - 2001）非填砾过滤器进水缝隙尺寸的规定见表3。
3 非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定讨论
3 .1 原苏联和英美等国规定的差异
原苏联《室外给水设计规范》和美国《水井标准》关于非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定，是非填砾过滤器缝隙尺寸规定的两个典型代表，反映了在管井设计上两种学术思想的差异，从两个规定可以看出，英美等国非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定考虑影响因素较多，规定也较为严格，进水缝隙尺寸一般在d40 ～ d60中间，而原苏联规定相比之下较为宽松，进水缝隙尺寸范围在1 .5 d50 ～ 4 .0 d50之间，较之英美规定明显偏大。
原苏联规定和英美规定在形式和内容上均有所不同。如原苏联规定中“不均匀系数”，英美规定中则称之为“均匀系数”。含水层均匀性的界限值，原
苏联规定为2，英美规定则为6，原苏联规定中一般以过筛尺寸表示筛分粒径，英美规定则一般以留筛尺寸表示。
原苏联国家标准和英美等国规定的宽严差异，反映了规定的依据不同，设计标准不同。原苏联国家规范规定井水含砂量标准为1/10000（重量比）以下，而英美等国井水含砂量标准一般在1/200000（重量比）以下，两者相差悬殊，非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定也就相应有所不同。
实践表明，原苏联等国和英美等国关于非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定都是正确的，设计标准不同，也即应用条件不同。这是建立在不同设计标准基础之上的两个宽严不同规定，并且自成系统。如果把两个规定混合，就必然得出互相矛盾的结果。
3 .2 我国有关规定讨论
原苏联和英美等国关于非填砾过滤器缝隙尺寸的规定在我国产生了广泛和深刻的影响，在我国的有关技术标准和文献中均有所反映，从前述可以看出，我国建设部标准《供水管井设计、施工及验收规范》CJJ10 - 86（以下简称CJJ10 - 86）、《水文地质手册》等技术标准和文献，部分或全部引用了原苏联国家规范的规定，而我国高校教科书《钻探工艺学》等文献则引用或借鉴了英美等国的规定，形成了我国目前两种规定并存的状况。
我国《专门水文地质学》等文献部分引用原苏联规范关于圆孔非填砾过滤器的规定是不合适的，工程实践并非单一的一种进水缝隙形式，并且也很少采用圆孔非填砾过滤器，规定不仅不完善而且失去了实际意义。《水文地质手册》等文献基本上全部引用了原苏联规范规定，但疏漏了规定中非常重要的含水层均匀与否的判别规定，这是非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定的基础条件之一，缺少这一规定，必然导致工程实践在判别含水层均匀性时的随意性，导致进水缝隙尺寸确定错误。此外，将原规定的d50改为含水层颗粒组成的加权平均直径，缺少理论和实践的依据。
我国建设部标准CJJ10 - 86 关于非填砾过滤器缝隙尺寸的规定，则混淆了非填砾过滤器缝隙尺寸的确定原则和双层进水面过滤管情况下骨架管穿孔尺寸确定原则的差异，同时规定中缺少砂土类含水层进水缝隙尺寸的规定，也欠完整。我国有关规定在引用原苏联和英美规定时也不乏以误传误。需要提出的是，我国原国标《供水水文地质勘察规范》GBJ27 - 88（以下简称GBJ27 - 88）关于非填砾过滤器缝隙尺寸的规定，长期作为国标规定影响深远，虽然该规定目前已修订，但加以讨论对于正确制定非填砾过滤器缝隙尺寸的规定仍是非常有益的。
GBJ27 - 88 第5 .2 .6 条规定：非填粒的包网过滤器的网眼尺寸和非填粒的缠丝过滤器的缠丝间隙尺寸，宜符合下列要求：
1）均匀的中砂和粗砂含水层，包网的网眼尺寸，宜采用d50的1 .5 ～ 2 倍，缠丝的间隙尺寸，宜采用d50的1 ～ 1 .5 倍；
2）非均匀的砂类含水层，网眼的尺寸和缠丝的间隙尺寸，中砂宜采用d40 ～ d50，粗砂宜采用d30 ～d40 （ d30、d40、d50为含水层土样筛分中能通过网眼的颗粒，其累计重量占全重分别为30% 、40% 、50% 时的最大颗粒（或网眼）直径。）。从条文的规定看，规定1）明显是引用原苏联国家规范关于均匀含水层非填砾过滤器缝隙尺寸的规定，但舍弃了圆孔的规定。规定2）未继续采用原苏联规范规定，转而引用英美对非填砾过滤器缝隙尺寸规定。如前所述，原苏联和英美等国对此规定宽严不同，并且自成系统，如果把两个规定割裂开来加以混合，就必然导致互相矛盾的结果。GBJ27 - 88第5 .2 .6 条的问题正是如此，这导致了非均匀含水层过滤器缝隙尺寸反而比均匀含水层过滤器缝隙尺寸为小，这显然是不正确的。
含水层均匀与否，原苏联规范规定不均匀系数小于2，英美规范规定则为6。GBJ27 - 88 第5 .2 .6条同时采用两个规定，难以取舍，故笼统言之为均匀或非均匀含水层，这不仅模糊了两个规定的基础条件，也导致了实践的随意性和错误。
GBJ27 - 88 第5 .2 .6 条仅对中砂和粗砂含水层非填砾过滤器缝隙尺寸作出了规定，但对于细砂、粉砂含水层以及碎石土类含水层如何确定，则缺少规定，显然规定不完整。对于均匀的中砂和粗砂含水层，GBJ27 - 88 合并规定，但对于非均匀的中砂和粗砂含水层则分别规定，缺乏理论和实践的依据。抽水试验孔作为临时抽水构筑物，套用供水管井的规定是不合适的，存在设计标准的差异。
上述讨论说明，GBJ27 - 88 关于非填砾过滤器缝隙尺寸规定，无论在理论和实践上均存在较多值得讨论的问题，突出反映了我国部分文献和技术标准在此问题上概念模糊和以误传误。
4 影响非填砾过滤器进水缝隙尺寸确定的因素
影响非填砾过滤器进水缝隙尺寸确定的因素，也即制定非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定时应考虑的因素，从目前的国内外有关规定看，主要有1）含水层的类别；2）含水层的均匀性；3）过滤器进水缝隙的形状；4）覆盖层的稳定与否；5）地层取样的可靠程度；6）地下水的腐蚀性。
上述影响非填砾过滤器进水缝隙尺寸确定的因素，对于长期取水构筑物的供水管井而言，均是需予以考虑的，其中，含水层的类别及其均匀性是最主要的，其次是过滤器的进水缝隙的形状。国内外有关文献和技术标准大多据此作出了规定，其他影响因素则是在规定的范围内加以微调。对于临时抽水构筑物，如抽水试验孔和降水管井，则无需考虑非常全面，如地下水有无腐蚀性不是短时间所能见其影响，主要是应考虑含水层的类别及其均匀性。
5 非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定的标准
5 .1 出水含砂量标准
非填砾过滤器进水缝隙尺寸的规定，直接关系到井水含砂量的高低，因此，井水含砂量标准的高低是制定进水缝隙尺寸规定的依据。
国标GB50296 - 99 规定井水含砂量标准为1/200000（体积比），较为严格，系根据供水管井作为长期地下水取水构筑物的特点，使用寿命较长的设计要求制定的，相应非填砾过滤器进水缝隙尺寸的规定严格。对于临时抽水构筑物降水管井和抽水试验孔，出水含砂量标准相对较低，国标GB50027 - 2001规定抽水试验孔的出水含砂量标准为1/20000（体积比），较供水管井井水含砂量标准相差10 倍，相应非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定也相对较低。
5 .2 允许管井进水流速
管井进水流速的高低，直接关系到管井出水量大小和使用寿命，过大的管井进水流速，将带动含水层中的细颗粒，导致井水含砂量增高，水头损失加大，过滤管进水缝隙结垢和堵塞加剧，因此，允许管井进水流速规定，也是制定非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定的依据。
管井进水流速是井壁进水流速、过滤管进水缝隙的统称。供水管井允许井壁进水流速计算公式和允许过滤管进水流速数值，均较临时抽水构筑物降水管井和抽水试验孔严格。国标GB50296 - 99 规定供水管井允许井壁进水流速应采用吉哈尔特（sicharde）公式，即：
降水管井和抽水试验孔允许井壁进水流速采用阿勃拉莫夫（C.K.ABPAMOB）公式，即：
式（1）、（2）中：Vj———允许井壁进水流速；
K———含水层渗透系数。
两者计算数值相差近一倍，在允许进水流速的不同规定下，非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定即有所不同。
关于管井进水流速问题，是另一个专题内容，本文限于篇幅，难以细述，可查阅参考文献［9］。
6 对国标中非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定的认识
现行国标GB50296 - 99 和GB50027 - 2001 中非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定，是在总结了国内外非填砾过滤器进水缝隙尺寸确定理论和实践的基础上，根据供水管井和抽水试验孔的设计标准制定的。
应该说取得了重要的技术成果，这对于改变我国关于非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定的混乱情况，促进学科的技术进步都将具有非常重要的理论和实践意义，但也非完善，仍有不足之处。
6.1 供水管井非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定
国标GB50296 - 99 关于非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定系依据供水管井设计标准制定的，对砂土类含水层和碎石土类含水层非填砾过滤器进水缝隙尺寸分别作出了规定，填补了碎石土类含水层规定的空白。
碎石土类含水层的特点是不均匀系数非常大，并且自然界中碎石土类含水层较少不含砂，根据我国管井工程的实践经验，一般以d20 ～ d30确定非填
砾过滤器进水缝隙尺寸，国标规定为d20是安全的，对于大多数情况下也是适合的。对于砂土类含水层，国标规定为d50，显然是按均匀砂土类含水层作出的规定，未再按含水层的均匀性差异作出细化规定，对于非均匀含水砂层，即显偏于安全。
从前述影响非填砾过滤器进水缝隙尺寸确定的因素看，国标规定过于简约。对于长期地下水取水构筑物，地下水的腐蚀性和结垢性，仍宜予以考虑。
6 .2 临时抽水构筑物非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定
临时抽水构筑物系指降水管井和勘察抽水试验孔而言，共同特点是使用寿命较短，故为临时抽水构筑物，因而在设计标准上与供水管井有明显的差异。国标GB50027 - 2001 关于非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定，系依据抽水试验孔的出水含砂量标准和允许进水流速规定制定的。从条文的规定看，显然是引用了部分原苏联国家标准《室外给水设计规范》关于供水管井非填砾过滤器进水缝隙尺寸的规定，其原因在于原苏联国家标准规定的井水含砂量标准为1/10000（重量比），允许井壁进水流速规定按阿勃拉莫夫公式计算。这与我国抽水试验孔的设计标准完全相同。根据我国的工程实践，原苏联国家规范制定的上述设计标准对于我国供水管井是不适合的，但对于临时抽水构筑物却是合适的。国GB50027 - 2001 关于非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定是在原国标GBJ27 - 88 规定的基础上修订的，未能完全突破原规定的束缚，不足之处在于缺少碎石土类含水层的规定，规定欠完整。
7 结语
1）非填砾过滤器管井设计的关键，无疑在于正确地确定非过滤器进水缝隙的尺寸。长期以来，在非填砾过滤器进水缝隙尺寸确定问题上，存在学术见解分歧和争议，有关文献和技术标准规定差异不同，反映了诸多值得探讨的问题。实践表明，非填砾过滤器进水缝隙尺寸确定仍是一个未完全解决的理论和实践课题。
2）供水管井与降水管井或勘察抽水试验孔在管井结构上并无什么基本差别，但设计标准不同，这已为国内外学者所认同。因此，非填砾过滤器进水缝隙尺寸确定因设计标准不同而有所不同。
3）井水含砂量标准和允许进水流速规定，直接关系到管井的正常运行、使用寿命和出水量的大小，因此是管井设计的基本标准。
4）非填砾过滤器进水缝隙尺寸规定，应根据设计标准的不同，综合考虑影响非填砾过滤器进水缝隙尺寸确定的因素，并应在规定中予以明确。
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