论“井”

张保祥，罗 莎

(1.山东省水利科学研究院，山东 济南 250013；2.济南大学资源与环境学院，山东 济南 250022)

井是一种用来开采地下水的工程构筑物，它由人工、机械或钻机挖掘形成，通常为竖向结构，但也有横向﹑斜向及不同方向的组合结构，可用于生产、生活及灌溉取水。井对于人类文明的发展有着重大意义，水井出现之前，原始人濒水而居，抱瓮取水，只能生活在有地表水或泉水出露的地方，也要忍受河水泛滥的威胁，随着时间的推移和人口的扩大，这种取水方式满足不了人们生活、生产的需求，水井的发明使人类活动范围进一步扩大。

据第一次全国水利普查数据，目前全国共有地下水取水井9 749万眼，其中机电井5 383万眼、人力井4 366万眼，取用地下水量共1 084亿 m3。

1 概况

1.1 历史

世界上最早的井出现在公元前7 000～8 500 a前。我国也是世界上开发利用地下水最早的国家之一，据文献《周书》记载，“黄帝穿井”，“尧民凿井而饮”，井开始初见端倪。我国已发现最早的水井是浙江省余姚市河姆渡古文化遗址的水井，其年代为距今约5 700 a，它为方形木结构井，深1.35 m、边长2 m。

先秦时期文献《世本》记载“伯益造井”，《淮南子》中也提到“益佐舜，初作井”，是说伯益是发明打井的创始人。据说伯益曾辅助大禹治水于邢地，在治水的过程中，发现了地下水的秘密，因而凿井，造福于民，大大促进了邢地及北方广大地区的发展，其邢地后裔以井为氏，发展成井方氏。新石器时代晚期发明的凿井技术，促成中国古代农业在远离河湖的广袤原野上大规模发展，产生了新的生产方式和社会结构。

1.2 发展

井本是一种用来从地下取水的装置，早期对于“井”的定义是“人工地下水源”，在地层中开凿孔洞或埋设管筒汲取地下水的建筑物都可称为井。随着科学技术的发展，人们对井的研究也有了很大的发展，井的取水技术也有了很大的跨越，大致的发展历程可以概括为：浅井—压水井—机电井。

浅井，是最原始的取水设施，是从地表向下掘进深度和断面都不大的垂直坑道，是最初的地下取水建筑物，通常借助人工或牲畜作动力提水。

压水井，是借助提水工具将地下水引到地面上的一种设施，该提水工具一般由铸铁制造，底部是一个水泥垒块，井头是出水口，后粗前细，尾部是和井心连在一起的压手柄，井心中有橡胶引水阀，靠引水阀和井心的作用力将地下水压提到地表。

机电井通常深度较大，是以电机为动力带动离心泵或轴流泵将地下水提取到地面或指定地方的设施，过去多用于农业灌溉。目前，随着我国经济发展，地下水开采量不断增大，地下水位不断下降，潜水电泵正在逐步替代离心泵或轴流泵用于地下水供水。

在今天，井已经不再只是局限于取水建筑这一含义了。随着社会经济的发展和地下水的大量开采，地下水平衡遭到破坏，井也有了更广泛的用途，例如针对地下水的研究，利用井来对地下水水位、水质进行监测，或者为了平衡地下水的过度开采利用井来进行人工回灌。

1.3 井文化

水井的出现和发展，是原始先民们与自然界斗争和生产实践的产物，是伴随原始农业定居及生产的发展而产生的。在一定程度上，水井使人类摆脱了对地表自然水资源的完全依赖，在生产生活中能够更好地利用水资源。

随着时代的变迁，“井”与中国文化相融合，更是赋予“井”不同的内涵，经史书记载，井与文化是一同出现在人类文明史上的。随着历史的演变，井文化也愈加的丰富，在我国的历史上对于井的演变可看作是人类进步的演化：水井—市井—井田。

水井是人们为摆脱对地表自然水资源的依赖而发明的，市井是指人类个体都依附于集体而存在并在人群聚居的地方产生交易，井田是在农业生产过程中产生的一种农田灌溉管理制度。

随着人类文明的不断进步，文化也在不断的发展，人们也赋予了井更加深刻的文化内涵和意象，比如“坐井观天”、“背井离乡”、“井井有条”、“学如穿井”、“雨井烟垣”等成语和《井赋》等文章。

2 作用与要求

2.1 作用

(1)取水：取水是井产生的最基本用途，主要是用于满足人们的日常生活、生产及农业灌溉及供热等需求。

(2)排水(降水)：在很多的水利工程(建筑工程降水)项目中，在处理渗漏问题时，一般选择排水井或者排水渠，将施工区域的水从地下抽取出来，从而达到防渗和工程安全修筑的要求。目的在于人工降低给定范围内的地下水水位，确保基坑或(地下)工程安全顺利施工。

(3)监测：随着社会经济的不断发展，对地下水资源的需求和开发力度也越来越大，同时水污染现象也日趋严重，为加强对地下水的管理，就必须对地下水进行严格、及时的监控。在对地下水进行监控时，通常利用监测井进行布控采样监测。随着科技的发展，结合其他手段可以做到对地下水进行实时监控和评估。专用监测井直径通常较小，主要用于监测地下水位(承压水头)、水温、水质等指标。在同一监测孔中，可以进行单层监测，也可以进行多层监测。

(4)回灌：由于地下水的不合理开发利用，导致地下水资源被过度开采或引发相关的环境地质问题。为解决上述出现的问题，可对地下水进行人工回灌、用以补给地下水，防止地面沉降等环境地质灾害的发生；在地下水受到轻度污染时，也可通人工回灌稀释已经污染的地下水，相对缩短地下水的自净能力。

2.2 要求

由国家住建部批准并实施的国家标准《管井技术规范》(GB 50296-2014)中将管井类型划分为抽水管井和回灌管井，其中抽水管井包括供水管井(生活饮用、工业生产用水管井和热源管井)和降水管井，回灌管井包括供水水源地回灌管井、地源热泵系统回灌管井和基坑工程降水回灌管井。该规范对管井的基本规定、布置、结构设计、设计出水量的确定及施工和验收等方面作了详细规定。

由国土部发布并实施的行业标准《水文水井地质钻探规程》(DZ/T 0148-2014)对水文水井的基本规定、钻探施工设计、设备仪器、施工准备与开孔、取芯钻进、全面钻进、扩孔钻进、取芯采样与地质编录、冲洗液、成井工艺、增水方法、特种取水方法、孔内事故预防与处理、管井修复、工程质量、健康安全环保管理、施工技术报告与钻孔技术档案等方面作了详细规定。

2015年由中国环境监测总站编写的《地下水环境监测井建井技术指南》(试行)规定了地下水环境监测井的适用范围、建设、维护、管理和废止等有关要求，对环境监测井的设立原则、设计、施工技术、井口保护装置、验收与资料归档、维护和管理及废井要求等方面作了详细规定。

另外，环保部行业标准《地下水环境监测技术规范》(HJ/T164-2004)、水利部行业标准《地下水监测站建设技术规范》(SL360-2006)及地质矿产行业标准《地下水动态监测规程》(DZ/T0133-1994)等规范规程在地下水监测井的建设与管理方面也作了相应规定。

3 类型

一般情况下，水井多垂直地面凿进，当含水层埋深较深时，采用井径较小的管井(一般小于0.5 m)；而当含水层埋深较浅，为了增大进水面积而采用较大井径的筒井；当富水性总体较差的地层中夹有富水性相对较好的薄层时，往往采用垂直集水井和水平集水井(辐射管)相结合的方法建井，集水管建在富水性相对较好的薄层中。

当含水层有一定的埋藏深度，按井所揭露的地下水类型，水井分为潜水井和承压井；按水井揭露含水层的程度和进水条件，可分为完整井和非完整井；上述两种分类方法又可以进行组合。

3.1 根据取水建筑的适用条件分类

管井：井径50～1 000 mm、通常150～600 mm，井深20～1 000 m、通常300 m以内，厚度一般在5 m以上或有多层含水层，此类井的适用条件为任何松散和基岩含水层。

大口井：井径2～12 m、通常4～8 m，井深30 m以内、通常6～20 m，适用于埋深较浅(一般在12 m以内)，含水层厚度一般在5～20 m，补给条件良好，渗透性较好的砂砾含水层。

辐射井：在很多方面和大口井相似，能有效地开采水量丰富、含水层较薄的地下水和河床下渗透水，补给条件良好，含水层最好为中粗砂或砾石，井不含漂石。

渗井：管径0.45～1.5 m、通常0.5～1.0 m，埋深10 m以内、通常4～7 m(一般在2 m以内)，适用于厚度较薄(一般为4～6 m)，补给条件良好，渗透性较好的含水层，适用于中砂、粗砂、砾石或卵石含水层。

3.2 根据取水建筑物的常见形式分类

筒井：常用有土井、砖井、石井、大眼井；直径在0.5 m以上的潜水井，多用砖石衬砌，此类井适用于潜水比较丰富的地区。

沉井：常用有座管井、沉泉井、沉箱，直径一般为2～5 m，井深6～10 m，在自重或加压下，边挖边沉而成，适用于含水层埋藏浅，用水量大，明挖易塌方的砂砾卵石层或严重流砂地区。

管井：常用有机井、深井，一般直径小于0.5 m，用各种管子加固井壁，适用于平原或其他地区，可取潜水和承压水。

真空井：常用有对口抽井，即将水泵与进水管和井管密封连接，动水位需在水泵允许吸程以内。

下泉井：应用较广泛的是筒管井、联合井、三吊井、改良井，一般是在井筒底部下泉管或井管，适用于泉水贫乏、承压含水层埋藏较浅、水头较高的地区。

横管填砾井：应用较广泛的是横管井、卧管井、辐射井，在井筒中向外打横管，井管外围填滤料。

无管井：较常见的有地下蓄水池、地下水库、大底井，即在井筒底部打洞或开巷道，适用于潜水不丰富、岩层较牢固的地区。

联井：常见的有井组、井群、梅花井、连珠井、虹吸联井、子母井，连通用虹吸管连接两个以上的井，抽水机可与虹吸管相连(吸水式)或不连(虹吸式)，适用于以利用潜水为主的地区。

接力井：常见的有梯级井、深井带窑，多为二级以上接力提水的筒井，井旁多有水窑以储水，适用于山区、高原等地下水位较深的地区。

搬倒井：比较常见的有搬倒塘，井、塘侧面开口将水引至下游，适用于山区、丘陵地区。

斜井：适用于地下水位深、水量较丰富的基岩山区、丘陵区。

坎儿井：由一系列的筒井和坑道(暗渠)组合而成，适用于地下水坡度较大的洪积扇，水位埋藏在50 m以内的地区。

透河井：河床下的水平集水廊道与岸边的集水井连结组成的联合集水建筑物，适用于具有一定集水面积的河谷中。

通河井：通河明渠与岸边的集水井组成集水系统，适用于具有一定汇水面积，水量较丰富的河谷中。

爆破连通井：从主井向四周呈辐射状打爆破孔，于一定深度爆破连通，后填砾石而组成的集水系统，适用于透水性、富水性较差的胶结、半胶结的岩层中。

此外，还有水平集水廊道、截潜流、方塘、引潜及引泉等工程形式。

4 典型的“井”

4.1 辐射井

一种带有辐射横管的大井。井径通常2～6 m，在井底或井壁按水平方向打进滤水管以增大井的出水量，一般效果较好。滤水管多者出水量能增加数倍，少的也能增加1～2倍。辐射井按集水类型可分为集取河床渗透水型、同时集取河床渗透水与岸边地下水型、集取岸边地下水型、远离河流集取地下水型四种。

辐射井位置选择的原则有以下三点：(1)集取河床渗透水时，应选河床稳定、水质较清、流速较大，有一定冲刷能力的直线河段；(2)集取岸边地下水时，应选含水层较厚、渗透系数较大的地段；(3)远离地表水体集取地下水时，应选地下水位较高、地下补给充沛的地段。

4.2 坎儿井

坎儿井是干旱地区一种特殊的开发利用地下水形式，它由主井、竖井、地下暗渠、地面渠道和“涝坝”(小型蓄水池)等部分组成，适用于山麓、冲积扇缘地带，主要是用于截取地下潜水来进行农田灌溉和居民用水。最早起源于伊朗，在我国新疆及中东各国常见。新疆吐鲁番的坎儿井总数达1 100多条，全长约5 000 km。坎儿井不因季节、天气变化使水分大量蒸发，因而流量稳定，保证了自流出水。随着科技的不断发展，机井的使用越来越广泛，并且具有投资少、效率高、开采方便等特点，几乎不再新建坎儿井。

4.3 水平井

在浅层低渗透性含水层中，用常规取水井难以开采，过去大多采用大口井或辐射井等方法开采。将过滤器水平安装于含水层中，可使井的过水断面面积大幅度增加，从而可获得比普通井大几倍甚至几十倍的出水量。该项技术最早用于石油开采和非开挖地下管线铺设，目前可应用于浅层含水层开采、地下水污染场地修复及盐碱地改良等领域。

关于在薄含水层和低渗透性含水层中利用水平井开采地下水的水力学计算问题，陈崇希教授等提出了等效渗透系数的概念与确定方法，将“水平井-含水层”系统视为含有圆柱形透镜体的非均质含水层，将整个“水平井-含水层”系统简化为一个非均质介质中定流量抽水或定降深抽水的问题，给出了新的水平井流数学模型，避免了采用线汇刻画水平井管时假定其流量分布和水头分布的困难。

4.4 自流井

自流井就是会自动流出水来的井，一般当打穿隔水层顶板、钻到承压水中的井叫承压井，承压井中的水因受到静水压力的影响，会沿钻孔上涌至承压水位的高度，当承压水位高于地面时，承压水会涌出地表，形成自流井；虽有上涌，但不能喷出地面者叫半自流井。

自流井所需要的地质条件是夹在不透水岩层之间的倾斜含水层，若地层分布适当，受压地下水可能不只一层，各层有各自的补给区，也有各自的承压水面，因而若钻到不同层的承压地下水，井水的承压水头高度也各不相同。

4.5 灌抽两用井

地下水灌抽两用井为含水层存储与回采(ASR)工程的一种形式，主要包括水源子系统、输水管道子系统、水处理子系统、控制子系统、地下水回灌流量调节子系统。地下水回灌流量调节设备主要包括：智能控制装置、动力装置、传感器装置、灌抽两用阀、输水管路、止回阀。其中，智能控制包括可编程控制器、继电器、触控操作装置；动力装置包括抽水泵、液压泵、三通电磁阀、液压油缸、液压管路；传感器装置包括位移传感器、压力传感器、限位开关；灌抽两用阀包括环形阀体、套环、阀杆、密封压盖、内管、活塞、进油孔。

上述设备与水泵及管道连接后，通过控制系统即可使原抽水井在抽水模式和回灌模式两种工况下间歇工作，使同一个井达到既能抽水又能回灌的功效。地下水灌抽两用井可优化含水层开发利用，提高地下水调蓄能力，能做到丰蓄枯用、缓解供需矛盾，对涵养地下水资源和恢复地下水生态环境具有重要的实用价值。

4.6 古迹井

有些井在先前用作取水工程，随着时代的沿革，由于其特殊的历史意义而被保存下来，现今被作为历史古迹而不再取水或作为其他用途。如位于四川省邛崃县清代的文君井、广州市秦汉时期的越王井、我国香港元朗的屏山古井、北京故宫博物院内的珍妃井、长沙市的明代白沙古井、我国台湾省澎湖县明代的四穴井、台湾省台中市铁砧山上的明代剑井、台湾省台南市清代的延平街古井以及位于希腊雅典的古阿波罗神谕井和印度多地存在的阶梯井(Stepwell)等。

5 保护对策

1)目前从事机井建设的部门众多，特别是在农村地区，包括水利、农业、发改、国土等部门，但这些部门大多是只负责打井，不负责监管工作。近年来，不断有媒体公开报道废井伤人事件，这不得不引出机井管理和保护的问题。据《管子》记载：“其田及宫中皆盖井，毋令毒下及食器，将饮伤人”，在当时已经提出井要加盖防止伤人，因此现在也需要井主人或管理(收益)者对井必须实施防护。造成机井废弃的原因主要有：(1)施工和维护不善造成机井不能使用；(2)地下水位下降、造成吊泵致使机井报废；(3)土地性质改变、原有机井不再使用。各地主管部门应建立机井管理信息系统，利用数据库将机井纳入统一管理；对废弃井要按照所有权属，做好填埋、封堵工作。

2)随着社会经济不断发展，井的功能越来越多，地下水超采和通过机井污染地下水的现象也时有发生。应按照《水法》和《水污染防治法》等法律法规要求，加强各地地表水与地下水统一调度和开发，严格控制地下水合理水位，防止地下水超采、地面沉降、水体(串层)污染的等现象发生。

3)随着科技的不断进步，有些井已经不能满足时代的需求，但是对于有文化传承意义的井，我们仍需把它们保存、管理好，让其作为一种文化符号传承下去。同时也应该与现代科学技术相结合，在发展中保护好古迹井和井文化，赋予它时代的内涵，与时俱进。

6 结语

井是我们祖先智慧的结晶，也是祖先们改造自然利用自然的开端，从井的出现到如今井的发展，井的用途已经不在局限于作为取水工具，它扮演对地下水研究保护的媒介这一角色显得尤为突出。

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