挖5口井要几天？来看“基建狂魔”硬核援建中国井

对于住在马达加斯加南部Marovato村的Ravolabe来说，喝水曾是日常生活中的一件大事。除了照看5个孩子，她每周最重要的一项家务就是步行去20公里外的地方打水，再将水运回家中供生活使用。或者，她也可以花0.5美元买1桶20升的水。虽然听起来不贵，但是对当地约50美元的人均年收入来说，一个人一周的全部收入可能买不到2桶水[1]。

喝水，喝干净水

Ravolabe的喝水难题并不是个例。尽管喝水是最基本的需求，但在21世纪的今天，全球仍有22亿人无法获得安全卫生的水。和我们常规认知相反的是，他们大部分不是因为生活在干旱地区，而是因为贫穷。这22亿人的集中地之一便是撒哈拉以南的非洲地区。贫穷会导致供水设施匮乏：非洲西海岸的加纳，仅有44%的城市人口和不到10%的农村人口可以获得安全的供水服务，其他人只得选择天然水源。

天然水源分布不均会导致用水时间成本大幅增加：在中南部的赞比亚，每个村民平均要走2.4公里才能到达最近的水源地；东部的乌干达，即便在城市也要每天走15分钟[2]。天然水源易受污染也是一个大问题。霍乱、痢疾、甲型肝炎、伤寒等疾病传播均是通过污染水体传播。2017年，世界卫生组织和联合国儿童基金会的一份联合报告，每年有36.1万的5岁以下儿童因为污染水导致的腹泻而死亡[3]。

因为贫穷，他们使用的水，都伴随着极高的时间成本与未知的健康风险。

Ravolabe是幸运的。她所在的村子在联合国儿童基金会的帮助下，拥有了一条180千米的水管，向村子输送干净的水。她再也不用为了打水远赴20公里之外。

除了输水管，太阳能发电供水系统等等基础设施也都为非洲缓解了水源短缺问题。

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图1：太阳能灌溉系统丨https://www.iwmi.cgiar.org/2018/03/how-to-keep-africas-solar-irrigation-boom-from-going-bust/

图2：供水水塔丨pixabay

图3：一座瓦尔卡水塔丨Flickr, Jean-Pierre Dalbéra / CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)

图4：净水工厂https://en.jinzhao.wiki/wiki/Omni_Processor#cite_note-:2-9

但不是所有地区都像Marovato村这样幸运。每种供水方式都会有些局限性：修建管道或水塔的前提是本地拥有供水服务，太阳能供水需要每日有着足够的光照，瓦尔卡水塔需要当地空气湿度较高，回收净化水则需要当地人口密度较高有足够废水可供收集，等等。我国作为非洲国家多年的好朋友，为解决非洲饮用水问题，使用的方法是打井。打井成本较低，可以根据村落位置就近打井，而经过大地这一天然过滤器过滤过的地下水，也使得井水远离了病原体的威胁。

如何获得一口井？

挖井，这一毛主席曾在瑞金帮助当地缺水老乡的办法，我们沿用至今。尽管方法未变，但在现代技术的加持下，“基建狂魔”又是怎样挖井的呢 ？

第一步：找合适的位置

在缺少现代化设施的年代，找井的位置，往往只能靠经验。古河床便是打井的好地方，根据土壤和岩石的性质也能帮助选址。比如碳酸盐类岩石往往容易形成溶洞，玄武岩等火山岩多包含气孔，这些地方很容易富含水分。但经验判断只能猜出个大概，是否有水，在哪打井最好，靠经验给不出绝对准确的答案。

而如今，我们可以利用电阻率与水的关系，真真正正地“看”到地下的情况。

物体导电能力有差异，描述这一物质固有性质的名词便是电阻率。尽管电阻率会受到温度、压力、磁场等多种因素影响，但在地下，这些因素都相当稳定。因此地下每种岩石都各自拥有一个固定的电阻率。而地下水有着较多离子，导电性极好，有水的地方，电阻率便会剧烈变化。所以，只要能检测地下电阻率，我们便可以知道水在哪里。

（点击图片即可显示答案）

电阻率断面图，色调越冷电阻率越小，布井位置处有三处地下水，找找看？（此图检测方法为高密度电阻率法，后文未提及）丨参考文献[12]

实际操作中，可以利用电场来检测电阻率。钻取一段岩心，根据岩石类型，我们便可以算出地下地下电阻率的理论值。再利用一组在地面，一组在地底的两组电极，测算出不同深度的实际电阻率，与理论数据对比，便可以发现哪里电阻率有变化，推测出哪里有水。这种方法被称为钻孔电测井[4]。

或者，我们也可以利用磁场来推测电阻率。在外界条件相对稳定的地下世界中，电磁波的传播可以认为只受到电阻率和电磁波本身频率的影响。设置一组发射与接收电磁波信号的装置，利用地球与人工磁场，不断改变电磁波频率，观测其传播过程，我们便可以测算出地下的电阻率变化。再结合钻取岩心等方法实物验证，便可以在打井时做到有的放矢。这一方法被称为大地电磁探测法，勘测深度甚至可以达上千米[5][6]。

工作人员在安装电磁波发射器丨参考文献[12]

那些有着充足干净的地下水，岩层不厚又不硬，且施工行为对周围环境破坏小的地方，就是打井的好地方。

第二步：开挖

曾经，我们靠愚公移山的毅力，一铲一铲地挖掘，才能挖出一口带来甘甜水源的井。随着经济发展，机械钻井成为主流。根据破碎岩石的方式，可分为顿钻与旋转钻。顿钻是一种冲击钻。修马路时候那个“哒哒哒”把马路锤破的机械就是一种冲击钻，它可以将岩石击碎。旋转钻则是依靠机械力带动钻头，切削巨岩。

西维吉尼亚州金柏尔的水井钻机丨Wikimedia Commons, Pollinator / CC BY-SA 3.0（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.zh）

因地制宜的中国井

然而，非洲的大地却有着和我国截然不同的地貌特征。前文提到的水源分布不均就是一个问题：打井往往需要水来冷却钻头，带走碎岩。否则钻头禁不住摩擦产生的高温，便会软化、损坏。从远处运水冷却钻头，无疑大大增加了打井成本。另外，相较于中国，非洲土地的岩石硬度高，如使用旋转钻，则对钻头的磨损大。

在此条件下，我们国家的施工队因地制宜地选择了潜孔锤钻进的方式，依然把井打得飞快。

潜孔锤钻头丨参考文献[13]

所谓潜孔锤钻进就是利用压缩空气冲击钻头，将岩石击碎，再利用废气冷却钻头，并带走碎石的一种钻井方式。相对于传统钻井方式，不依赖水冷却钻头，在面对高硬度的岩石时对钻头的磨损也小[7][8]。用这种方法，甚至在非洲西部创造了2天打出5口井的记录[9]。

2012年起，中国政府已经出资在津巴布韦全国援建了1000口水井，40多万民众因此获益。赞比亚、加纳、喀麦隆、莫桑比克等非洲国家也拥有中国实施援建的水井项目。2021年，中国向卢旺达援建水井项目已经在卢旺达东部的不同地区成功钻探了150口井，计划共完成200口井的钻探工作，预计在今年3月完工，并至少能解决当地11万人的用水问题[10]。

津巴布韦的赛农多小学便是“中国井”的受益者。这个小学曾一度因为停水而停课，如今，姆德隆古瓦校长在看到水井出水后表示：现在孩子们有了安全的饮用水，洗手、清洁也有足够的水用，“中国井”让她有了更大的“野心”，她计划在满是乱石的操场铺上土、种上草，让学生们能自由奔跑。她还想在校园里开出菜园、果园和鱼塘，为学生们的午餐加菜[11]。

“中国井”的建造，不仅关乎非洲当地人的饮水与卫生，更关乎他们的希望与未来。

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参考文献

[1]https://www.unicef.org/stories/madagascar-daily-search-water-replaced-turning-tap

[2]UNICEF and WHO. The measurement and monitoring of water supply, sanitation and hygiene (WASH) affordability: a missing element of monitoring of sustainable development goal (SDG) targets 6.1 and 6.2 [M].New York,NY 10017 USA. May 2021.

[4]杨青峰,刘彦华,蒋玉坤.综合地球物理方法在坦桑尼亚某电厂水文地质勘察中的应用[J].工程地球物理学报,2016,13(05):659-665.

[5]倪芬明,刘泰生.EH—4电磁仪的原理及应用[J].石油仪器,1999(01):32-34+53.

[6]熊文祥,贾东力.EH4电磁成像系统在隧道工程勘察中的应用[J].价值工程,2013,32(29):187-188.

[7]胡祥. 水井钻探及成井工艺中几个关键技术问题的探讨[D].清华大学,2015.

[8]赵海平 气动潜孔锤钻进技术在非洲 地区供水井施工中的应用[J] 地下水2014,9. 36(5)

[9]张建良.西部非洲水井施工工艺及其改进措施[J].西部探矿工程,2006(03):189+192.

[10]张玉亮,吉莉. “中国井”让非洲兄弟姐妹喝上放心水[N]. 新华每日电讯,2021-12-02(008).DOI:10.28870/n.cnki.nxhmr.2021.009304.

[12]邓在刚,朱春名,李汤伟.EH4电磁系统在川南严重干旱地区找水中的应用[J].四川地质学报,2019,39(S1):171-175.

[13]朱丽红,殷琨,黄勇.气动潜孔锤球齿碎岩机理研究[J].凿岩机械气动工具,2009(03):24-27.

作者：九九

编辑：悲催的铊宝宝

排版：尹宁流

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